Uued meetodid sadamate Uued meetodid sadamate keskkonnamõju seires.keskkonnamõju seires.

Urmas Raudsepp, Tarmo Kõuts, Liis Urmas Raudsepp, Tarmo Kõuts, Liis SipelgasSipelgas

TTÜ Meresüsteemide InstituutTTÜ Meresüsteemide Instituut

Satelliitkaugseire rakendamine kombineeritult numbrilise modelleerimisega

• Heljumi jaotus ja transport

- mõju põhjataimestikule

Metoodika

• Satelliitkaugseire

• In situ mõõtmised ja laborianalüüsid

• Numbriline modelleerimine

- hüdrodünaamika modelleerimine

- heljumi transpordi modelleerimine

- põhjataimestiku modelleerimine

Võimalikult lihtne kvalitatiivne lähenemine

In Situ mõõtmised ja laborianalüüsid

Uuritaval merealal teostati kohapeal

• hoovustemõõtmisi

• vee läbipaistvuse mõõtmisi

• põhjataimestiku seiret kasutades sukeldumismetoodikat

Veeproovidest määrati laboris

• heljumi kontsentratsioon

• Klorofüll a kontsentratsioon

• Lahustunud orgaanilise aine kontsentatsioon

Satelliitkaugseire andmed

• Kasutati MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer) pilte kanalilt 1 (620-670nm) ja kanalilt 2 (841-876nm)

• Pildid konverteeriti heleduse väärtustesse vastavalt iga pildiga kaasasolevatele kalibreerimiskoefitsentidele

• Atmosfääri mõju normaliseerimiseks kasutati “dark pixel” Chavez, 1988 meetodit

• Heljumi kvantitatiivse hulga määramiseks vee pinnakihis leiti lihtne lineaarne seos heleduse ja heljumi hulga vahel:

Heljum (mg/L)=112.32*Heledus(kanalil1)+4.58

R=0.72

y = 112.32x + 4.5812

R2 = 0.5197

0

2

4

6

8

10

12

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

heledus kanalil 1 (620-670nm)

helju

m, m

g/L

25.04.2003

2.05.2003

11.05.2003

MODIS Mudel

Valguse nõrgenemine heljumi tõttu

Süvendustööde käigus vette sattunud heljum vähendab oluliselt veesamba sügavamatesse kihtidesse jõudvat kiirgusvoogu

Paldiski Lõunasadama süvendustööde aegse seire raames viidi läbi veealuse kiiritustiheduse mõõdistus kasutades firma LI-COR tasapinnalist kiirgusandurit LI-193A, mis registreerib kiirgusvoo fotosünteetilisest aktiivses piirkonnas (PAR) 400-700 nm. Kiirgusvoogu registreeriti sammuga 1 meeter, samal ajal määrati laboris ka veekihis oleva heljumi kontsentratsioon. Tulemustest arvutati regressioonmudel vertikaalse nõrgenemiskoefitsiendi sõltuvus heljumi kontsentratsioonist:

Kd=0.0538*SPM+0.1712

R=0.85y = 0.0538x + 0.1712

R2 = 0.7246

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 5 10 15 20 25

heljum mg/l

Kd

Kd

Linear (Kd)

Pakri lahe põhja jõudnud integraalne kiirgusvoo tihedus süvendustööde perioodi lõpuks esitatuna protsentuaalselt võrreldes kiirgusvoo tihedusega, kui süvandustöid poleks toimunud (ülemine joonis). Integraalse kiirgusvoo muutus süvendusele järgnenud perioodil esitatud protsentuaalselt. Positiivne muutus näitab valgustingimuste paranemist ning negatiivne muutus näitab valgustingimuste halvenemist võrreldes süvendustööde lõpuga.

1.10.03-16.04.04

17.04.04-21.12.04

21.12.04-18.04.05

19.04.05-30.04.05

Fucus vesiculosus numbriline mudel - algväärtustamine

Vetikaliigi Fucus vesiculosus modellerimisel algväärtuseks võetud biomassid (gC/m2).

Vetikaliigi Fucus vesiculosus modelleeritud biomasside ruutkeskmine vahe „puhta vee” ja heljumiga vee korral.

Vetikaliigi Fucus vesiculosus modelleeritud biomass „puhta vee” (sinine) ja heljumiga (punane) vee korral.

 

Vetikaliigi Fucus vesiculosus modelleerimise tulemused

Kokkuvõte

Ühe võimaliku rakendusena on näidatud satelliitkaugseire kasutamine kombineeritult mõõtmiste ja numbrilise modelleerimisega vee pinnakihis oleva heljumi jaotuse ja transpordi jälgimiseks, ning põhjataimestiku kasvu modelleerimisel. Kuna süsteem koosneb mitmest erinevast osast, mille “täpsus” on küsitav (hüdrdünaamika, osakeste transpordi ja põhjataimestiku numbrilised mudelid) on püütud süsteemi formuleerimisel ja rakendamisel kasutada võimalikult lihtsaid meetodeid (lihtne atmosfääri korrektsioon, lineaarsed regressioonseosed). Edaspidine töö oleks süsteemi tundlike osade parandamine. Näiteks üheks esimeseks sammuks oleks numbrilise mudeliga saadud heljumi kontsentratsioonide verifitseerimine kasutades heljumi mõõtmisi – kalibreeritud satelliitpilte, mis edaspidi võimaldaks satelliitkaugseire andmete (heljumi kontsentratsioonide) assimileerimine numbrilistesse mudelitesse.