Πρότυπα και ανωμαλίες ανάπτυξης αλγών στη Μεσόγειο θάλασσα, όπως προέκυψαν από το σύνολο δεδομένων SeaWiFS (1998–2003)

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 13:21, 21 Απριλίου 2010

Algal blooming patterns and anomalies in the Mediterranean Sea as derived from the SeaWiFS data set (1998–2003)

Πρότυπα και ανωμαλίες ανάπτυξης αλγών στη Μεσόγειο θάλασσα, όπως προέκυψαν από το σύνολο δεδομένων SeaWiFS (1998–2003)

Συγγραφείς: Vittorio Barale, Jean-Michel Jaquet, Mapathé Ndiaye

Πηγή:Remote sensing of the Environment, 2008

Η τηλεπισκόπηση επιτρέπει την παρακολούθηση της χωρικής και χρονικής ετερογένειας της αύξησης του φυτοπλαγκτόν σε κλειστές περιοχές, ενός παράγοντα κρίσιμου για την κατανόηση της δυναμικής τους στο οικοσύστημα. Τα δεδομένα SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) χρησιμοποιήθηκαν για να ελέγξουν τα πρότυπα και τις ανωμαλίες ανάπτυξης αλγών στη λεκάνη της Μεσογείου κατά την περίοδο των ετών 1998-2003. Οι ετήσιοι και μηνιαίοι μέσοι της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης (chl) υπολογίστηκαν για τα 6 διαθέσιμα έτη, και προέκυψαν οι κλιματολογικοί μέσοι. Η στατιστική μεταβλητότητα των δεδομένων αξιολογήθηκε με τον υπολογισμό των ετήσιων και μηνιαίων ανωμαλιών chl, ως τη διαφορά μεταξύ κάθε μεμονωμένου έτους/μήνα και του αντίστοιχου κλιματολογικού έτους/μήνα. Τα χωρικά και χρονικά πρότυπα του chl εμφανίζονται να συμπίπτουν με το γενικό μεσογειακό ωκεανογραφικό κλίμα, ενώ οι ανωμαλίες chl περιγράφουν τις τάσεις και «τις δυναμικές ζώνες» της ανάπτυξης αλγών.

Στόχος

Ο στόχος λοιπόν, της παρούσας μελέτης είναι να εξετάσει το θέμα της επαναλαμβανόμενης και ανώμαλης ανάπτυξης αλγών σε κλειστές θάλασσες, με τη χρήση της τηλεπισκόπησης και γενικότερα, να επισημάνει πώς οι στρατηγικές Παρατήρησης της Γης (Earth Observation strategies) μπορούν να συνεισφέρουν στο να λυθεί το οικολογικό παζλ του θαλάσσιου περιβάλλοντος.

Η Μεσόγειος, παρόλο που έχει περιορισμένες γεωγραφικές διαστάσεις, παρουσιάζει μια ποικιλία περιβαλλοντικών και κλιματικών συνθηκών. Σημαντικές οροσειρές αποτελούν το βόρειο σύνορο της λεκάνης, αλλά η αντίστοιχη λεκάνη απορροής είναι σχετικά μικρή. Αυτό σε συνδιασμό με το γεγονός ότι η νότια πλευρά καλύπτεται κυρίως από έρημο, περιορίζουν την εισροή γλυκού νερού, με αποτέλεσμα η Μεσόγειος να εμφανίζει υψηλή αλμυρότητα.

Δεδομένα και μέθοδοι

Βάση δεδομένων

Η βάση δεδομένων που προέκυψε από το SeaWiFS, για την εξέταση της πρόσφατης εξέλιξη chl στη Μεσόγειο, αποτελείται από μια χρονοσειρά καθημερινών εικόνων, της περιόδου 1998-2003. Καθεμία από τις εικόνες επεξεργάσθηκαν pixel προς pixel, για να διορθωθούν οι ακτινοβολίες από την κορυφή της ατμόσφαιρας από τις ατμοσφαιρικές επιδράσεις, ώστε να προκύψει ομαλοποιημένη ακτινοβολία και έπειτα να υπολογιστούν από αυτή οι συγκεντρώσεις των συστατικών του νερού (συμπεριλαμβανομένου του chl). Για το λόγο αυτό, τα αρχικά δεδομένα επεξεργάσθηκαν μέσω ενός ειδικού σετ αλγορίθμων (Bulgarelli, Melin, 2000). Η ακρίβεια της παραγωγής της ομαλοποιημένης ακτινοβολίας βελτιώνεται από τη συνδυασμένη χρήση ενός προσεγγιστικού ατμοσφαιρικού μοντέλου και προσαρμοστικών παραγόντων, για τις (πριν την εκτόξευση) σταθερές βαθμονόμησης των καναλιών SeaWiFS μεταξύ 412 και 765 NM. Τέλος, ο υπολογισμός του chl έγινε με τον band-ratio εμπειρικό αλγόριθμο (OC4).

Οι ανωμαλίες chl, σε ετήσια και μηνιαία κλίμακα, υπολογίστηκαν ως η διαφορά μεταξύ κάθε ετήσιου/μηνιαίου μέσου και του κλιματολογικού έτους/μήνα.

Στατιστική ανάλυση των ανωμαλιών chl

Ακολουθείται μια στατιστική προσέγγιση στην ανάλυση των μηνιαίων χαρτών με τις ανωμαλίες. Η ανάλυση χωρικής αυτο-συσχέτισης υποδεικνύει μια μη – τυχαία φύση μεταβλητότητας. Επίσης οι διακυμάνσεις είναι περιοδικές, στον ετήσιο κύκλο, με υψηλότερες τιμές το καλοκαίρι από ότι το χειμώνα.

Αποτελέσματα

Ο ολιγοτροφικός χαρακτήρας είναι το κύριο χαρακτηριστικό της Μεσογείου όπως φαίνεται και στον κλιματολογικό ετήσιο μέσο που απεικονίζεται στην Εικόνα 1.

Εικόνα 1: Κλιματολογικός ετήσιος μέσος χλωροφύλλης, όπως προέκυψε από τα δεδομένα SeaWIFS, Μεσόγειος θάλασσα

Η δυτική και ανατολική λεκάνη δεν διαφέρει πολύ, στις πελαγικές ζώνες. Οι παράκτιες περιοχές όμως, παρουσιάζουν υψηλές τιμές chl βορειοδυτικά και δυτικά, και χαμηλότερες τιμές νότια και νοτιοανατολικά. Ολόκληρη η Μεσόγειος παρουσιάζει υψηλότερες τιμές τον Ιανουάριο, το Φεβρουάριο και Μάρτιο (βλ. εικ.2). Τον Απρίλιο, το Μάιο και τον Ιούνιο, ολιγοτροφικές συνθήκες επικρατούν στην ανατολική λεκάνη και διαρκούν μέχρι το Σεπτέμβριο, σε όλη την ανατολική λεκάνη - εκτός από τις ακτές της ανατολικής λεκάνης - και στο εσωτερικό της δυτικής.

Εικόνα 2: Κλιματολογικοί μηνιαίοι μέσοι χλωροφύλλης, για τη Μεσόγειο θάλασσα,όπως προέκυψαν από τα δεδομένα SeaWIFS

Όσον αφορά τις ανωμαλίες ανάπτυξης αλγών, στους επόμενους χάρτες (βλ. Εικ.3) φαίνεται πως διαφέρουν από τον αντίστοιχο κλιματολογικό μέσο. Όσον αφορά τις ετήσιες ανωμαλίες, ολόκληρη η Μεσόγειος παρουσιάζει κυρίως θετικές ανωμαλίες τα πρώτα τρία χρόνια και κυρίως αρνητικές ανωμαλίες τα τρία επόμενα χρόνια.

Εικόνα 3: Ετήσιες ανωμαλίες χλωροφύλλης, για τη Μεσόγειο θάλασσα, όπως προέκυψαν από τα δεδομένα SeaWIFS

Όσον αφορά τις μηνιαίες ανωμαλίες, υπάρχουν τριών τύπου ανωμαλίες (βλ. εικ.4). Η πρώτη αφορά ολόκληρη τη λεκάνη της Μεσογείου, καθώς φαίνεται πάνω η κάτω από τον κλιματολογικό μέσο (Δεκέμβριος 1998: θετικές, Δεκέμβριος 2002: αρνητικές). Η δεύτερη συνίσταται στο ότι η ανατολική και δυτική λεκάνη παρουσιάζουν αντίθετες ανωμαλίες (Σεπτέμβριος 2000, Φεβρουάριος 2001). Η πιο κοινή όμως ανωμαλία αφορά μόνο μια συγκεκριμένη υπο-λεκάνη ή παράκτια περιοχή (Alborian Gyres, Αλγερινό σύστημα ρευμάτων, θάλασσα της Liguria).

Εικόνα 4: Μηνιαίες ανωμαλίες χλωροφύλλης, για τη Μεσόγειο θάλασσα, όπως προέκυψαν από τα δεδομένα SeaWIFS

Συμπεράσματα

Το κλιματολογικό μέγεθος chl παρέχει μια εικόνα του οικοσυστήματος, ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης αλγών και κάποιων περιβαλλοντικών περιοριστικών συνθηκών. Η προσέγγιση που υιοθετείται εδώ προτείνει την υπόθεση μιας σχέσης μεταξύ των γεωγραφικών και κλιματολογικών παραγόντων και της βιογεωχημείας της λεκάνης. Οι μηχανισμοί εμπλουτισμού της λεκάνης, που ενισχύουν την επαναλαμβανόμενη ή ανώμαλη ανάπτυξη αλγών, εμφανίζονται να εξαρτώνται κυρίως από τις παράκτιες αλληλεπιδράσεις και την επιβάρυνση της ατμόσφαιρας, και έπειτα από την κυκλοφορία «thermohaline». Επομένως, η δυναμική του οικοσυστήματος φαίνεται να καθορίζεται πρώτιστα από τα βασικά μορφολογικά και μετεωρολογικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα της λεκάνης, πάνω στην οποία μπορούν (στις παράκτιες περιοχές) ή δεν μπορούν (στην ανοικτή θάλασσα) να υπάρξουν ανθρωπογενείς επιδράσεις.