Введение 3
1 Характеристика Ладожского озера и его водосбора 5
1.1 Физико-географическая характеристика водосбора 5
1.1.1 Климатические особенности водосбора 6
1.1.2 Рельеф 6
1.1.3 Почвы и растительность 7
1.2 Характеристика Ладожского озера 7
1.2.1 Геологическое строение котловины 8
1.2.2 Морфометрия 9
1.2.3 Лимнические зоны 10
1.2.4 Т емпературный режим 13
1.2.5 Прозрачность Ладожского озера 16
2 Мониторинг прозрачности 19
2.1 Мониторинг прозрачности вод Ладожского озера 20
2.2 Дистанционный мониторинг 22
2.2.1 Общие сведения 22
2.2.2 Используемые спутники 24
3 Обработка и анализ данных 28
3.1 Обработка данных 28
3.1.1 Обработка экспедиционных данных 28
3.1.2 Получение и обработка данных дистанционного 33
мониторинга со спутников Landsat 8 и Sentinel-2
3.2 Оценка прозрачности по спутниковым снимкам 42
3.2.1 Обзор научных публикаций по вопросам исследований 42
3.2.2 Обработка данных в Excel 45
3.3 Анализ результатов 63
4 Апробация 72
4.1 Результаты апробации формулы с использованием новых 77
данных
4.2 Корректировка формулы 79
4.2.1 Подбор функциональных зависимостей 85
4.2.2 Апробация функциональных зависимостей на независимом 87 материале
4.3 Результаты и их анализ 88
Заключение
Приложение А - Восстановленные значения прозрачности воды Ладожского озера после апробации формулы
Список использованных источников
Ладожское озеро - безальтернативный источник водоснабжения Санкт- Петербурга. Для бесперебойного использования воды озера важно отслеживать ее качество.
Оценить состояние озера позволяет ежегодный экспедиционный мониторинг. Однако традиционных методов иногда недостаточно, а также они не всегда экономически выгодны. Поэтому решить эти проблемы можно путем внедрения спутникового мониторинга. Такой опыт имеется как у отечественных исследователей, так и у зарубежных.
Дистанционный мониторинг позволяет с большей дискретностью получать данные о всей акватории водного объекта, что дает ему преимущество над традиционным, так как экспедиционная деятельность не может осуществляться часто.
Целью исследования было вывести функциональную зависимость прозрачности Ладожского озера по данным со спутниковых снимков.
Для достижения поставленной цели было сформулированы следующие задачи:
a) Изучить публикации по тематике исследования.
b) Собрать данные натурных экспедиционных измерений прозрачности за 2021 год.
c) Получить и обработать снимки спутников Landsat 8 и Sentinel-2.
d) Обработать натурные и спутниковые данные о прозрачности воды за 2021 год с целью получения зависимости, позволяющей получать характеристики прозрачности воды при отсутствии фактических данных.
e) Проверить зависимости, полученные ранее, произвести их
корректировку.
С развитием техники и технологий, дистанционный мониторинг, наряду с натурными измерениями, всё шире внедряется в практику, поэтому исследования в этом направлении актуальны.
Отдельно хочется поблагодарить доктора географических наук, профессора Михаила Арсеньевича Науменко за предоставленные им лично экспедиционные данные Ладожского озера по нужным для исследования годам.
В ходе выполнения исследования были решены следующие задачи:
a) изучены публикации по тематике исследования;
b) собраны данные натурных экспедиционных измерений
прозрачности за 2021 год;
c) получены и обработаны снимки спутников Landsat 8 и Sentinel-2;
d) обработаны натурные и спутниковые данные о прозрачности воды за 2021 год с целью получения зависимости, позволяющей получать характеристики прозрачности воды при отсутствии фактических данных;
e) проверены и скорректированы полученные зависимости.
Работа по выявлению методики определения прозрачности воды Ладожского озера была проведена по снимкам спутника Landsat 8 с использованием натурных данных за 2021 год, которые были добавлены в уже имеющийся ряд за 2017 и 2019 года. Несмотря на то, что экспедиции проходили в один и тот же месяц, формула для восстановления прозрачности по спутниковым снимкам, выведенная на основе исследований за ранее указанные года, показала большие расхождения с экспедиционными данными за 2021 год . Относительные и абсолютные погрешности на порядок увеличились: 80,9 % и 2,04 м соответственно.
После неудовлетворительного результата была поставлена задача - доработать имеющуюся формулу и, тем самым, понизить ошибки при восстановлении по ней значений прозрачности воды. Данная задача была решена путем добавления значений второго мультиспектрального канала. Скорректированная формула дала хорошие результаты на независимом материале, а именно, средняя относительная ошибка приняла значение 18,4 %, а среднее значение абсолютной ошибки не превысило 0,43 м.
В результате исследований была разработана функциональная зависимость определения прозрачности воды Ладожского озера по спутниковым снимкам. Однако, при построении пространственного распределения прозрачности по полученной формуле для всей акватории, оказалось, что результаты слабо связаны с реальными значениями мониторинга озера.
