Fluorescence-based approach to estimate the chlorophyll-a concentration of a phytoplankton bloom in Ardley Cove (Antarctica)

A phytoplankton bloom occurred in Ardley Cove, King George Island in January 2016, during which maximum chlorophyll-a reached 9.87 mg/m3. Records show that blooms have previously not occurred in this area prior to 2010 and the average chlorophyll-a concentration between 1991 and 2009 was less than 2 mg/m3. Given the lack of in situ measurements and the poor performance of satellite algorithms in the Southern Ocean and Antarctic waters, we validate and assess several chlorophyll-a algorithms and apply an improved baseline fluorescence approach to examine this bloom event. In situ water properties including in vivo fluorescence, water leaving radiance, and solar irradiance were collected to evaluate satellite algorithms and characterize chlorophyll-a concentration, as well as dominant phytoplankton groups. The results validated the nFLH fluorescence baseline approach, resulting in a good agreement at this high latitude, high chlorophyll-a region with correlation at 59.46%. The dominant phytoplankton group within the bloom was micro-phytoplankton, occupying 79.58% of the total phytoplankton community. Increasing sea ice coverage and sea ice concentration are likely responsible for increasing phytoplankton blooms in the recent decade. Given the profound influence of climate change on sea-ice and phytoplankton dynamics in the region, it is imperative to develop accurate methods of estimating the spatial distribution and concentrations of the increasing occurrence of bloom events

Kohtmõõtmised ja satelliidid: klorofüll a määramise meetodite võrdlus kahes optiliselt erinevas järves

Veekogud omavad tähtsat rolli kogu meie ümbruse jaoks, nii keskkonnale kui ka inimestele endile. Suurenev igakülgne surve veekogudele ja mageveevarudele on tekitanud vajaduse regulaarseks seireks. Üks huvipakkuv vee kvaliteedi näitaja on klorofüll a, mille põhjal hinnatakse veekogude seisundit. Tavapärased kohtmõõtmised ei taga piisavat ruumilist katvust ning ei pruugi anda piisavalt kiirelt informatsiooni veekogude muutliku seisundi kohta, mistõttu katsetatakse üha uusi meetodeid – näiteks pidev- ja satelliitmõõtmised. Magistritöö eesmärgiks oli võrrelda kuut erinevat meetodit klorofüll a määramiseks Võrtsjärve ja Saadjärve näitel. Töö käigus uuriti meetodeid mõjutavaid tegureid ning nende kokkulangevust. Töö tulemustest selgus, et Võrtsjärve puhul oli meetodite kokkulangevus parem kui Saadjärve puhul ning veepinna kohal teostatud mõõtmised on mürasemad. Lisaks järeldub, et pidevmõõtmiste puhul on oluline eelnev korrektsioon ja põhjalik kvaliteedikontroll ning satelliitandmete puhul õige atmosfääri korrektsiooni valimine

Caracterização de lagos e vegetação nas ilhas Shetland do Sul, Antártica a partir de dados de sensoriamento remoto

O estudo teve como objetivo caracterizar e analisar distintas espécies de musgos, liquens e propriedades opticamente ativas de água doce em áreas livres de gelo nas Ilhas Shetland do Sul, Antártica,com o emprego de recursos de sensoriamento remoto. Naquela região, as mudanças na temperatura do ar e nas taxas de precipitação sofrem alterações rapidamente. Devido às dificuldades de acesso às ilhas, o sensoriamento remoto apresenta-se como uma alternativa importante, principalmente com o emprego de sensores remotos ativos como o SAR (Synthetic Aperture RADAR -Radio Detection and Ranging) e passivos como as câmeras hiperespectrais, multiespectrais embarcadas em Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs) e imagens de satélites. Neste contexto, verificou-se especificamente, o potencial do sensoriamento remoto na caracterização e análise de distintas espécies de musgos, liquens e propriedades opticamente ativas de água doce em áreas livres de gelo. A metodologia empregada considerou aplicações de sensores SAR e ópticos. Sobre asimagens do SAR aplicou-se limiares que possibilitaram a detecção do estado físico da água dos lagos na região de estudo. No que se refere aos sensores ópticos, foram coletados dados in situpara identificar o padrão espectral das águas e vegetação encontrados em Ponta Harmony, ilha Nelson. Na ocasião também se coletou amostras de água, conduzidas aolaboratório para realização de análises limnológicas. Subsequentemente, o resultado de tais análises foi relacionado com o estudo do padrão espectral do ponto amostral. Sobre o padrão espectral das diferentes espécies de musgos, liquens e alga encontrados, foram realizadas análises comparativas entre suas respostas bem como algumas análises estatísticas sobre alguns índices de vegetação simulados para diferentessensores a partir dos dados in situ. Os resultados encontrados na definição do estado físico da água do lago foram de maiores que -14 dB para água congelada, entre -14 a -17 dB para superfície com até 60% de sua área congelada, e menores que -17 dB para água livre de gelo. A análise temporal revelou que os lagos iniciam o degelo em outubro, tornam-se completamente descongelados em fevereiro e retornam a congelar em março. Os dados limnológicos demonstraram uma natureza ultraoligotrófica/oligotrófica e padrão espectral com forte influência das características bentônicas do lago. Entre as espécies de musgo apenas o padrão espectral da Andreaea gainiinão foi distinguível dos liquens. Os sensores simulados a partir dos espectros de campo indicaram maior capacidade de diferenciação entre espécies para aqueles com maior número de faixas espectrais na região do Infravermelho, como no caso do MultiSpectral Instrument(MSI)e RedEdge-MX Dual Camera Imaging System. De modo geral conclui-se que dentre as imagens disponibilizadas gratuitamente para os usuários brasileiros a constelação de satélites Sentinel é a mais adequada para a caracterização de lagos e vegetação na Antártica. Visando uma caracterização mais precisa da vegetação antártica recomenda-se o emprego de sensores embarcados em VANTs, sendo que entre os simulados o RedEdge-MX Dual Camera ImagingSystem mostrou-se mais promissor. Os dados limnológicos não possibilitaram o estudo de constituintes opticamente ativas, fato que impossibilitou a aplicação do sensoriamento remoto com esta finalidade. No entanto, são encontrados resultados promissores na identificação da comunidade bentônica de lagos da região desde que com profundidades inferiores a 1,50 m