@PhDThesis{Cesar:2023:AnVaCo,
author = "Cesar, Gabriel Moiano",
title = "An{\'a}lise da variabilidade da concentra{\c{c}}{\~a}o de
clorofila-a estudada por sat{\'e}lite na regi{\~a}o costeira de
Ubatuba, litoral norte de S{\~a}o Paulo",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2023",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2023-04-18",
keywords = "clorofila-a, coeficientes de absor{\c{c}}{\~a}o, sensoriamento
remoto, plataforma continental sudeste do Brasil, s{\'e}rie
temporal, chlorophyll-a, absorption coefficients, remote sensing,
southern Brazilian bight, time series.",
abstract = "As {\'a}guas costeiras e interiores s{\~a}o as mais desafiadoras
para a estimativa da concentra{\c{c}}{\~a}o de clorofila-a (Cla)
a partir de dados de sensoriamento remoto devido {\`a}
intera{\c{c}}{\~a}o com outros constituintes {\'o}pticos
codominantes presentes na {\'a}gua. Neste estudo, foram
analisados dados bio-{\'o}pticos e dados radiom{\'e}tricos
coletados em uma esta{\c{c}}{\~a}o fixa costeira na Plataforma
Continental Sudeste do Brasil para caracterizar a variabilidade
das propriedades bio-{\'o}pticas, avaliar o desempenho de
algoritmos da cor do oceano (OC) para estimativa de Cla, avaliar a
variabilidade temporal da Cla e identificar eventos de
flora{\c{c}}{\~a}o. A s{\'e}rie temporal de Cla in situ, a
absor{\c{c}}{\~a}o espectral de luz pelo fitopl{\^a}ncton,
detritos e mat{\'e}ria org{\^a}nica dissolvida colorida (CDOM),
reflect{\^a}ncia de sensoriamento remoto acima da {\'a}gua
(Rrs), bem como a s{\'e}rie do sensor MODIS Aqua do produto de
concentra{\c{c}}{\~a}o de clorofila-a foram obtidos no
per{\'{\i}}odo entre 2004 e 2019 em uma frequ{\^e}ncia de
amostragem quase mensal. Nesta esta{\c{c}}{\~a}o fixa, a Cla
apresentou alta variabilidade, com desvio padr{\~a}o duas vezes
maior que a m{\'e}dia (1 ± 1,83 mg m-3), e valores variando de
0,18 mg m-3 at{\'e} 18,09 mg m-3, durante eventos epis{\'o}dicos
de flora{\c{c}}{\~a}o. A absor{\c{c}}{\~a}o do CDOM em 440 nm
foi o constituinte opticamente significativo dominante na maior
parte da s{\'e}rie temporal, sugerindo a influ{\^e}ncia de
fontes continentais, embora a esta{\c{c}}{\~a}o esteja
localizada no limite externo da plataforma interna (40m). O CDOM
desempenha, assim, um papel importante na defini{\c{c}}{\~a}o
dos tipos {\'o}pticos de {\'a}gua, que s{\~a}o compostos
principalmente por 2 classes de {\'a}guas verdeazuladas (conforme
mostrado pelos espetros de Rrs). Apesar disso, os algoritmos
emp{\'{\i}}ricos OCx tiveram um desempenho razo{\'a}vel com
vi{\'e}s positivo (30%). O algoritmo OC3 de 3 bandas teve o
melhor desempenho selecionando a melhor raz{\~a}o de banda com
maior influ{\^e}ncia da absor{\c{c}}{\~a}o do fitopl{\^a}ncton
e menor absor{\c{c}}{\~a}o do CDM (CDOM + detritos), (Rrs
(490/555)). A estrutura da comunidade fitoplanct{\^o}nica de
{\'a}guas oligo-mesotr{\'o}ficas, com alto coeficiente de
absor{\c{c}}{\~a}o espec{\'{\i}}fica, tamb{\'e}m contribuiu
para as superestimativas do OCx. Esses resultados sugerem que os
produtos padr{\~a}o de Cla de sat{\'e}lite podem ser usados com
cautela para monitorar e estudar a din{\^a}mica da biomassa do
fitopl{\^a}ncton na regi{\~a}o. Para entender as
varia{\c{c}}{\~o}es de longo prazo da regi{\~a}o foi aplicado
um procedimento de decomposi{\c{c}}{\~a}o temporal (Census X13)
em uma s{\'e}rie de dados de cor do oceano para caracterizar a
variabilidade temporal da Cla. A decomposi{\c{c}}{\~a}o
realizada nos dados de Cla em escala local para a
esta{\c{c}}{\~a}o ANTARES-Ubatuba mostra uma domin{\^a}ncia da
contribui{\c{c}}{\~a}o da componente sazonal (41%). A componente
irregular tem tipicamente maior resposta pr{\'o}ximo a linha de
costa e sugere a influ{\^e}ncia de fen{\^o}menos como
ressurg{\^e}ncias e passagem de frentes frias como mecanismos
causadores da variabilidade, respondendo por 16% da
varia{\c{c}}{\~a}o. A componente tend{\^e}ncia foi
respons{\'a}vel por 33% da variabilidade, com tend{\^e}ncias
n{\~a}o-lineares. Os dados MODIS Aqua permitiram a
caracteriza{\c{c}}{\~a}o do ciclo fenol{\'o}gico do
fitopl{\^a}ncton, onde o per{\'{\i}}odo de flora{\c{c}}{\~a}o
inicia-se no final do inverno (em agosto) e termina no final da
primavera (em novembro) e o n{\'u}mero de observa{\c{c}}{\~o}es
acumulado foi maior em outubro. ABSTRACT: Coastal areas are the
most challenging regions to retrieve chlorophyll-a concentration
from remote sensing data because of the interaction with other
co-dominant optical constituents. In this study, we analyze
bio-optical remote sensing and radiometric data collected at a
fixed coastal time series station in the South Brazil Bight, the
ANTARES-Ubatuba station (S{\~a}o Paulo, Brazil), to characterize
the variability of bio-optical properties, evaluate the
performance of ocean color (OC) algorithms for chlorophyll-a
retrieval, evaluate temporal variability and study algal bloom
events. In situ Chla and the spectral absorption of phytoplankton,
detritus, and colored dissolved organic matter (CDOM), above-water
remote sensing reflectance (Rrs) as well as the MODIS Aqua
chlorophyll-a product were obtained from 2004 to 2019 at a
quasimonthly sampling frequency. In this fixed station,
chlorophyll-a exhibited high variability, with a standard
deviation twice as large as the mean (1 ± 1.83 mg m-3), and values
ranging from 0.18 mg m-3 up to 18.09 mg m-3, during episodic bloom
events. CDOM absorption at 440 nm was the dominant optically
significant constituent over most of the time series, suggesting
the influence of continental sources, even though the station is
located at the external limit of the inner shelf (40m). CDOM thus
plays an important role in defining the optical water types, which
are composed of mainly 2 classes of blue-green waters (as shown by
the spectral Rrs). Despite this, the empirical OCx algorithms had
a reasonable performance with a positive bias (30%). The 3-band
OC3 algorithm had the best performance by selecting the best band
ratio with higher influence of phytoplankton pigment absorption,
and lower CDM (CDOM + detritus) absorption (Rrs (490/555)). The
phytoplankton community structure of oligo-mesotrophic waters,
with a high specific absorption coefficient also contributed to
the OCx overestimations. These results suggest that standard
satellite chlorophyll-a products should be used with some caution
to monitor and study the dynamics of the phytoplankton biomass
within the region. To understand the long-term variations in the
region, a temporal decomposition procedure (Census X13) was
applied to a series of ocean color data to characterize the
temporal variability of Cla. The decomposition performed on the
chlorophyll-a data on local scale for the ANTARES-Ubatuba station
shows a dominance of the contribution of the seasonal component
(41%). The irregular component typically has a greater response
close to the coastline and suggests the influence of as upwellings
and cold front events as causative mechanisms, accounting for 16%
of the variation. The trend component was responsible for 33% of
the variation. MODIS Aqua data allowed the characterization of
phytoplanktonic bloom events, where the bloom period begins at the
end of winter (in August) and ends in spring (in November) and the
number of accumulated observations was higher in October.",
committee = "Novo, Evlyn M{\'a}rcia Le{\~a}o de Moraes (presidente) and
Kampel, Milton (orientador) and Oliveira, Natalia Rudorff
(orientadora) and Lobo, Felipe de Lucia and Noernberg, Mauricio
Almeida",
englishtitle = "Chlorophyll-a concentration variability at coastal zone of
Ubatuba, north shore of S{\~a}o Paulo state",
language = "pt",
pages = "129",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/49A9R6B",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/49A9R6B",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "06 maio 2024"
}