Τηλεπισκόπηση της διαφοράς θερμοκρασίας στην επιφάνεια της θάλασσας κατά τη διάρκεια ημέρας\νύχτας που σχετίζεται με την άνθιση .
Από RemoteSensing Wiki
Τηλεπισκόπηση της διαφοράς θερμοκρασίας στην επιφάνεια της θάλασσας κατά τη διάρκεια της ημέρας/νύχτας που σχετίζεται με την άνθηση του φυτοπλαγκτόν.
Remote sensing of day/night sea surface temperature difference related to phytoplankton blooms
Συγγραφείς : Sufen Wang και Danling Tang
Πηγή : Taylor & Francis
Εισαγωγή
Η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας (SST) και η συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α είναι δυο από τους σημαντικότερους παράγοντες για την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Η υπέρμετρη ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού φαίνεται να αποτελεί ολοένα και πιο σύνηθες φαινόμενο σε παγκόσμια κλίμακα κάτι που τις περισσότερες φορές θεωρείται επιβλαβές. Η χωρική και χρονική μεταβλητότητα στην ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού ελέγχεται σε μεγάλο βαθμό από διάφορους παράγοντες, όπως η διατροφή, η θερμοκρασία και η ανάμειξη του αέρα, με τον εποχιακό άνεμο να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της ανοιξιάτικης και φθινοπωρινής άνθισης. Απαραίτητο εργαλείο για την παρακολούθηση της ανάπτυξης του φυτοπλαγκτού, πέρα από τα in situ πειράματα, αποτελεί η τηλεπισκόπηση, καθώς παρέχει έγκαιρη προειδοποίηση των συνθηκών που οδηγούν στην άνθιση και μεταφορά του φυτοπλαγκτού. Με αυτά τα δεδομένα κρίνεται σκόπιμο να διερευνηθούν οι σχέσεις μεταξύ της αύξησης του πληθυσμού, της συγκέντρωσης χλωροφύλλης-α και της D-SST χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπησης και in situ, και επίσης να αναλυθεί η επιρροή των αιωρούμενων ιζημάτων (SS), της έγχρωμης διαλυμένης οργανικής ύλης (CDOM ), της ηλιακής ακτινοβολίας (SR) και της ταχύτητας ανέμου (WS) σχετικά με τη διακύμανση D-SST.
Υλικά και Μέθοδοι
Περιοχή μελέτης
Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην Ανατολική θάλασσα της Κίνας και συγκεκριμένα στο δυτικό της τμήμα, όπου απορρέει ο μεγαλύτερος ποταμός της Κίνας Yangtze και σημειώνεται μεγάλη αύξηση του αριθμού των φυκών. Παράλληλα πραγματοποιήθηκαν μερικά in situ πειράματα στην Daya Bay, που βρίσκεται στη βόρεια Θάλασσα της Νότιας Κίνας (Εικόνα 1).
Δεδομένα τηλεπισκόπησης
Θερμοκρασία επιφάνειας της θάλασσας και χρώματα προϊόντων του ωκεανού
Χρησιμοποιώντας ένα ραδιόμετρο υψηλής ανάλυσης (AVHRR) και στοιχεία από το δορυφόρο POES λήφθηκαν δεδομένα σχετικά με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας τόσο κατά τη διάρκεια της ημέρας όσο και της νύχτας. Τα χρώματα των προϊόντων του ωκεανού προήλθαν από τον αισθητήρα SeaWiFS και έγινε επεξεργασία του συντελεστή απορρόφησης του φυτοπλαγκτού στα 443nm, του συντελεστή απορρόφησης CDOM στα 412nm και του συντελεστή οπισθοσκέδασης σωματιδίων στα 555nm για να εμφανίσει τα αιωρούμενα ιζήματα (SS) και στη συνέχεια ακολούθησε σύγκριση του σχετικού ποσού του φυτοπλαγκτού στην CDOM και των SS σε θαλάσσια ύδατα.
Ηλιακή ακτινοβολία και άνεμος στην επιφάνεια της θάλασσας.
Οι εικόνες αναφορικά με την ηλιακή ακτινοβολία ελήφθησαν από το National Center for Environmental Prediction (NCEP). Διανυσματικές εικόνες ανέμου (QuikScat data) παρήχθησαν από συστήματα τηλεπισκόπησης. Τα δεδομένα αποτέλεσαν αντικείμενο επεξεργασίας χρησιμοποιώντας MATLAB 6.0 και Grads (Ανάλυση πλέγματος και Σύστημα παρουσίασης).
Δεδομένα ραγδαίας αύξησης φυτοπλαγκτού και ανάλυση.
Πληροφορίες για τη ραγδαία αύξηση του πληθυσμού του φυτοπλαγκτού από το 2000 έως το 2005 στην ECS συλλέχθηκαν από διάφορες πηγές, συμπεριλαμβανομένων των στατιστικών κυβερνητικών εκθέσεων, ερευνητικών περιοδικών, συνεδρίων και άλλων εκθέσεων και εφημερίδων. Επελέγησαν δώδεκα περιπτώσεις ραγδαίας αύξησης του πληθυσμού των αλγών (Πίνακας 1), σε δυο από τις οποίες επεξεργάστηκαν δεδομένα τηλεπισκόπησης της D-SST, της συγκέντρωσης χλωροφύλλης –α, των SS, του CDOM και της έντασης του ανέμου WS για λεπτομερέστερη ανάλυση. Σε κάθε μια από τις δώδεκα περιπτώσεις, επιλέχθηκαν 100 km2 για δειγματοληψίες και συνολικά 212 δείγματα αναλύθηκαν.
Αποτελέσματα Υποθέσεις 2000 και 2005
Στο διάστημα 2000-2005 σημειώθηκαν αρκετά φαινόμενα εμφάνισης αξιοσημείωτης αύξησης φυτοπλαγκτού στην ECS. Από αυτά τα φαινόμενα επελέγησαν δυο προς ανάλυση. Η πρώτη περίπτωση (υπόθεση 2000) κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η υψηλή συγκέντρωση χλωροφύλλης-α μπορεί να σχετίζεται με την υψηλή D-SST σε περιοχές μεγάλης άνθισης φυκών (Εικόνα 2). Η δεύτερη περίπτωση (υπόθεση 2005) φαίνεται να καταλήγει στο ότι η συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α ήταν η κύρια μεταβλητή που επηρέασε την ημερήσια θερμοκρασία της επιφάνεια της θάλασσας (D-SST) στην περιοχή ακμής των φυκών (Εικόνα 3).
Σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης χλωροφύλλης-α και της D-SST
Τα αποτελέσματα παρουσιάζουν θετική συσχέτιση μεταξύ της D-SST και της συγκέντρωσης χλωροφύλλης-α (Εικόνα 4 (α)). Ιn situ δεδομένα στον Κόλπο Daya δείχνουν αυτή τη θετική συσχέτιση (Εικόνα 4 (β)). Τα δορυφορικά δεδομένα ελήφθησαν από αρκετές περιπτώσεις έξαρσης των φυκών (2000 - 2005), που συνέβησαν σε διαφορετικές τοποθεσίες και εποχές. Ο συντελεστής συσχέτισης μεταξύ των in situ και των δορυφορικών δεδομένων διαφέρει. Είναι πιθανό ο συσχετισμός μεταξύ της D-SST και της συγκέντρωσης χλωροφύλλης-α να επηρεάστηκε από την αύξηση των φυκών που σημειώθηκε σε διάφορες περιοχές και εποχές, για το λόγο αυτό κρίνεται απαραίτητη η περεταίρω έρευνα. Ωστόσο, τόσο τα in situ αποτελέσματα όσο και τα δορυφορικά έδειξαν θετική αυτή τη συσχέτιση.
Συζήτηση Ημερήσια SST με φυτοπλαγκτόν
Οι ραγδαίες αυξήσεις των φυκών κατά τη διάρκεια της ακμής τους μπορούν να προκαλέσουν αύξηση στην απορρόφηση της ακτινοβολίας και, κατά συνέπεια, ενίσχυση του ρυθμού θέρμανσης της επιφάνειας της θάλασσας. Οι περιοχές με αυξημένο αριθμό φυκών έχουν περισσότερα φύκια, τα οποία μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία και να αυξήσουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας στην διάρκεια της ημέρας. Τη νύχτα η απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας είναι αδύνατη. Εν τω μεταξύ τα φύκια, κατά τη διάρκεια της νύχτας, κινούνται προς τα βαθύτερα στρώματα μεταφέροντας τη θερμότητα τους, η οποία με τη σειρά της θα μειώσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας. Ως εκ τούτου, η ημερήσια SST είναι υψηλότερη στις περιοχές εμφάνισης φυτοπλαγκτού. Επιπλέον η ημερήσια SST σε περιοχές με αυξημένο φυτοπλαγκτόν μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τα είδη φυκών που αναπτύσσονται. Αυτές οι σχέσεις απαιτούν πολύ παραπάνω μελέτη.
Η επίδραση του χρώματος των υδάτων στην ημερήσια θερμοκρασία της επιφάνειας
Η υψηλή D-SST, που παρατηρείται στις περιοχές εμφάνισης μεγάλου αριθμού φυτοπλαγκτού, είναι πιθανό να οφείλεται στον αποχρωματισμό του νερού που προκύπτει από την υψηλή πυκνότητα χρωστικών στοιχείων. Η συγκέντρωση χλωροφύλλης-α έχει άμεση σχέση με το χρώμα του νερού, καθώς όταν το φυτοπλαγκτόν αναπτύσσεται, η ταχεία αύξηση των στοιχείων του προκαλεί αποχρωματισμό των υδάτων. Έτσι η επίδραση του χρώματος των υδάτων στη διείσδυση του φωτός προβλέπει μηχανισμούς μέσω των οποίων το χρώμα του νερού μπορεί να επηρεάσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας. Χρωματισμένα θαλάσσια νερά έχουν σημαντικά χαμηλότερη επιφανειακή θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της νύχτας σε σύγκριση με διαυγές νερό.
