%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21d/2023/06.16.14.12
%2 sid.inpe.br/mtc-m21d/2023/06.16.14.12.05
%T Análise da variabilidade da concentração de clorofila-a estudada por satélite na região costeira de Ubatuba, litoral norte de São Paulo
%J Chlorophyll-a concentration variability at coastal zone of Ubatuba, north shore of São Paulo state
%D 2023
%8 2023-04-18
%9 Tese (Doutorado em Sensoriamento Remoto)
%P 129
%A Cesar, Gabriel Moiano,
%E Novo, Evlyn Márcia Leão de Moraes (presidente),
%E Kampel, Milton (orientador),
%E Oliveira, Natalia Rudorff (orientadora),
%E Lobo, Felipe de Lucia,
%E Noernberg, Mauricio Almeida,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K clorofila-a, coeficientes de absorção, sensoriamento remoto, plataforma continental sudeste do Brasil, série temporal, chlorophyll-a, absorption coefficients, remote sensing, southern Brazilian bight, time series.
%X As águas costeiras e interiores são as mais desafiadoras para a estimativa da concentração de clorofila-a (Cla) a partir de dados de sensoriamento remoto devido à interação com outros constituintes ópticos codominantes presentes na água. Neste estudo, foram analisados dados bio-ópticos e dados radiométricos coletados em uma estação fixa costeira na Plataforma Continental Sudeste do Brasil para caracterizar a variabilidade das propriedades bio-ópticas, avaliar o desempenho de algoritmos da cor do oceano (OC) para estimativa de Cla, avaliar a variabilidade temporal da Cla e identificar eventos de floração. A série temporal de Cla in situ, a absorção espectral de luz pelo fitoplâncton, detritos e matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM), reflectância de sensoriamento remoto acima da água (Rrs), bem como a série do sensor MODIS Aqua do produto de concentração de clorofila-a foram obtidos no período entre 2004 e 2019 em uma frequência de amostragem quase mensal. Nesta estação fixa, a Cla apresentou alta variabilidade, com desvio padrão duas vezes maior que a média (1 ± 1,83 mg m-3), e valores variando de 0,18 mg m-3 até 18,09 mg m-3, durante eventos episódicos de floração. A absorção do CDOM em 440 nm foi o constituinte opticamente significativo dominante na maior parte da série temporal, sugerindo a influência de fontes continentais, embora a estação esteja localizada no limite externo da plataforma interna (40m). O CDOM desempenha, assim, um papel importante na definição dos tipos ópticos de água, que são compostos principalmente por 2 classes de águas verdeazuladas (conforme mostrado pelos espetros de Rrs). Apesar disso, os algoritmos empíricos OCx tiveram um desempenho razoável com viés positivo (30%). O algoritmo OC3 de 3 bandas teve o melhor desempenho selecionando a melhor razão de banda com maior influência da absorção do fitoplâncton e menor absorção do CDM (CDOM + detritos), (Rrs (490/555)). A estrutura da comunidade fitoplanctônica de águas oligo-mesotróficas, com alto coeficiente de absorção específica, também contribuiu para as superestimativas do OCx. Esses resultados sugerem que os produtos padrão de Cla de satélite podem ser usados com cautela para monitorar e estudar a dinâmica da biomassa do fitoplâncton na região. Para entender as variações de longo prazo da região foi aplicado um procedimento de decomposição temporal (Census X13) em uma série de dados de cor do oceano para caracterizar a variabilidade temporal da Cla. A decomposição realizada nos dados de Cla em escala local para a estação ANTARES-Ubatuba mostra uma dominância da contribuição da componente sazonal (41%). A componente irregular tem tipicamente maior resposta próximo a linha de costa e sugere a influência de fenômenos como ressurgências e passagem de frentes frias como mecanismos causadores da variabilidade, respondendo por 16% da variação. A componente tendência foi responsável por 33% da variabilidade, com tendências não-lineares. Os dados MODIS Aqua permitiram a caracterização do ciclo fenológico do fitoplâncton, onde o período de floração inicia-se no final do inverno (em agosto) e termina no final da primavera (em novembro) e o número de observações 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 (São 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf