Количественный подход к исследованию пространственно-временной динамики загрязнений морской поверхности по спутниковым данным

Развивается подход к регистрации, исследованию и количественному анализу пространственно-временной динамики различных загрязнений морской поверхности, основанный на обработке длительных временных рядов спутниковых изображений. Решается проблема искажений реальных оценок пространственно-временной изменчивости загрязнений, связанная с неравномерной плотностью наблюдений различных участков морских акваторий в различные промежутки времени [1].
Развиваемый подход основан на вычислении и последующем анализе временных рядов ежегодных и многолетних пространственных распределений условной величины dЗ, названной «подверженностью» к загрязнению, которая определяется для каждой ячейки регулярной пространственной сетки как отношение суммарной площади зарегистрированных загрязнений определённого типа к суммарной площади выполненных наблюдений в этой ячейке при допустимых гидрометеорологических условиях. Например, при радиолокационном мониторинге плёночных загрязнении антропогенного происхождения в качестве допустимых условий принимается диапазон скоростей ветра 2 м/с < v < 9 м/с, а также отсутствие морского льда [2]. При оптических наблюдениях поверхностных проявлений глубинных стоков в качестве допустимых условий наблюдения принимается отсутствие непрозрачной облачности [3]. При невыполнении допустимых условий выявление загрязнения считается физически невозможным, наблюдение считается несостоявшимся и не входит в совокупность наблюдений, учитываемых при вычислении пространственного распределения показателя dЗ. С точки зрения физической трактовки величина dЗ. определённая для выбранного участка акватории (например, в ячейке регулярной пространственной сетки) характеризует вероятность присутствия загрязнений определённого типа (которые выявлялись в процессе мониторинга) в произвольной точке участка в произвольный момент времени.
Приводятся примеры апробации развиваемого подхода, полученные в результате многолетнего спутникового мониторинга различных морских акваторий с привлечением длительных временных рядов радиолокационных и оптических изображений. В частности, с применением предложенного подхода на основании обработки 1134 спутниковых радиолокационных сцен в пределах акватории Авачинского залива (Камчатка) в 2014-2023 гг. выявлено и проанализировано 318 плёночных загрязнений антропогенного происхождения. Суммарная площадь зарегистрированных загрязнений составила 332 км2. Значение подверженности dз для всей акватории составило приблизительно 93 ppm, что свидетельствует о высоком уровне загрязнённости. Зарегистрирован межгодовой положительный тренд, указывающий на то, что за 10 лет подверженность акваторий Авачинской бухты (наиболее загрязнённой части залива) антропогенным плёночным загрязнениям возросла в ~3 раза. Анализ пространственного распределения показателя dз в ячейках регулярной пространственной сетки с шагом 3км и карт плотности судоходства свидетельствует о том, что оно является основным источником образования антропогенных плёночных загрязнений в Авачинском заливе (включая Авачинскую бухту).
Исследование выполнено в рамках проекта № FNEE-2024-0002.