The use of CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite) to trace the dynamics of total suspended matter at an urbanized coastal area

The distribution of organic and inorganic particles in the water column, or the total suspended matter (TSM), responds to local and remote oceanographic and meteorological processes, potentially impacting biogeochemical cycles. In shallow coastal areas, where particles have distinct origins and compositions and vary in different time scales, the use of remote sensing tools for monitoring and tracing this material is highly encouraged due to the high temporal and spatial data resolution. The objective of this work was to understand the variability of in situ TSM at Santos Bay (Southeastern Brazil) and its response to oceanographic and meteorological conditions. We also aimed to verify the applicability of the satellite data from CBERS-2 sensor in order to map the dynamics of TSM in this region. Our results have shown that the distribution of TSM in Santos Bay varied consistently with winds, currents and tidal cycles, with significant relationships emphasizing the role of south-western winds and spring tides. Neap tides and eastern winds, along with rainfall, play an important role in the input of organic matter into the bay. In conclusion, our analyses showed that the main patterns observed in situ regarding the responses of TSM to the ocean-meteorological processes could be reproduced in the CBERS-2 satellite data, after simple and standard methods of images processing. TSM data retrieval from CBERS-2 or other satellite sensors were shown to be feasible, becoming an essential tool for synoptic observations of the composition and quality of water, especially at urbanized and impacted coastal areas.A distribuição de partículas orgânicas e inorgânicas na coluna d'água, ou o material em suspensão total (MST), responde a processos oceanográficos e meteorológicos locais e remotos, que potencialmente impactam processos biogeoquímicos. Em áreas costeiras, onde partículas possuem diferentes origens e composições e variam em diferentes escalas de tempo, o uso de ferramentas de sensoriamento remoto para monitoramento e mapeamento desse material é altamente indicado devido à alta resolução temporal e espacial dos dados. O objetivo desse trabalho foi compreender a variabilidade do MST in situ na Baía de Santos (sudeste brasileiro) e sua resposta a condições oceanográficas e meteorológicas. Buscou-se também verificar a aplicabilidade dos dados de satélite do sensor CBERS-2 a fim de mapear a dinâmica do MST na região. Nossos resultados mostraram que a distribuição do MST na Baía de Santos variou consistentemente com os ventos, correntes e ciclos de maré, com correlações significantes que enfatizam o papel de ventos de sudoeste e da maré de sizígia. Marés de quadratura e ventos de leste, somados à precipitação, possuem papel importante na entrada de matéria orgânica na baía. Como conclusão, nossas análises mostraram que os principais padrões observados in situ em relação às respostas do MST aos processos meteorológicos e oceanográficos poderiam ser reproduzidas nos dados do satélite CBERS-2, após métodos padrões de processamento de imagens. A obtenção de dados de MST a partir do CBERS-2 ou outros sensores satelitais mostrou-se viável, tornando-se uma ferramenta essencial para observações sinóticas da composição e qualidade da água, especialmente em áreas costeiras urbanizadas e impactadas

Variabilidade de pigmentos diagnósticos da comunidade fitoplanctônica no Canal de São Sebastião (São Paulo-BR)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Núcleo de Pesquisa em Biodiversidade Marinha da Universidade de São Paulo (NP-BioMar/USP

Influência da composição de pigmentos e tamanho celular dominante do fitoplâncton em parâmetros fotofisiológicos derivados da fluorescência e implicações nas taxas de produção primária

Phytoplankton chlorophyll-a fluorescence, measured in situ, can be applied as a tool to estimate primary production in the ocean over a large range of temporal and spatial scales. This non-invasive technique allows for fast assessments of photo-physiological parameters in contrast to the traditional methodologies (14C uptake and O2 evolution). The main photo-physiological parameters derived by the available instruments are yields, and as such, require careful interpretation. The comprehension of the main sources of variability of the photochemical and the light absorption efficiencies in marine phytoplankton has increased in the past years, largely by studies using monospecific cultures. In natural communities, however, the development of primary production models based on chlorophyll-a fluorescence remain limited as they are simultaneously subjected to a wide range of environmental and biological factors. This study will test the hypothesis that photo-physiological models for primary production estimates can be improved when key phytoplankton features, such as the pigments composition and dominant cell size, are taking into account. The approach was to contrast the photo-physiological parameters derived from measurements in distinct oceanographic regions, as well as those derived in a specific environment with presented different nutrient concentration according to the time of sampling. In addition, we showed for monospecific cultures, how the photo-physiological parameters are quantitatively related to the production of carbon under the interactive effects of taxonomic composition and cell size. The proportions of photosynthetic and photoprotective pigments present in the community were related to the bulk photochemical efficiency and the cross-section of light absorption, but varied among oceanographic regions and the depth of the water column. A parameterization of fluorescence-derived primary production rates, using four dominant size classes, was derived for natural phytoplankton communities under different nutrients conditions in a coastal environment, showing that the parameters differed among size classes above a threshold of nutrient concentration. The direct conversion rates between fluorescence-derived primary production and carbon assimilation rates, computed for two distinct phytoplankton cell sizes grown in controlled laboratorial conditions, showed that cell size strongly influences the efficiency of light absorption and photochemistry, however species-specific responses in photosynthetic energy allocation dominated the differences observed in how absorbed light is utilized to carbon assimilation, i.e., in the electron requirements for carbon assimilation. The results highlighted the importance of the tight coupling of nutrients availability and phytoplankton communities, as well as for measurements of chlorophyll-a fluorescence in the ocean and primary production models. This work presents a novel contribution to the increasing efforts to apply fluorescence-based techniques to understand and parameterize primary production estimates in marine systems, especially at highly dynamic environments.A fluorescência da clorofila-a do fitoplâncton, medida in situ, pode ser uma ferramenta para estimar produção primária no oceano em grande escala temporal e espacial. Esta técnica não-invasiva permite análises rápidas de parâmetros foto-fisiológicos ao contrário de metodologias tradicionais (assimilação de 14C e produção de O2). Os principais parâmetros foto-fisiológicos de instrumentos disponíveis hoje tratam-se de eficiências, e como tal, requerem cuidados em serem interpretados. A compreensão das principais fontes de variabilidade da eficiência fotoquímica e de absorção de luz no fitoplâncton marinho tem aumentado nos últimos anos, em sua maioria em cultivos monoespecíficos. Em comunidades naturais, entretanto, o desenvolvimento de modelos de produção primária baseados na fluorescência da clorofila-a ainda é limitado uma vez que estão sujeitos à uma ampla gama de fatores ambientais e biológicos. Esse estudo testa a hipótese de que modelos foto-fisiológicos para estimar produção primária podem ser aprimorados considerando-se características fundamentais do fitoplâncton, como a composição de pigmentos e tamanho celular dominante. A estratégia foi contrastar parâmetros foto-fisiológicos derivados de medidas em regiões oceanográficas distintas, assim como medidas em um ambiente específico com diferentes concentrações de nutrientes ao longo do período amostrado. Adicionalmente, apresentamos através de cultivos monoespecíficos, como parâmetros foto-fisiológicos são quantitativamente relacionados à produção de carbono e os efeitos interativos da composição taxonômica e tamanho celular nessa relação. A proporção de pigmentos fotossintéticos e fotoprotetores da comunidade foram relacionados à eficiência fotoquímica e seção transversal de absorção de luz, porém variaram de acordo com a região oceanográfica e profundidade na coluna d\'água. Uma parameterização de taxas de produção primária derivadas da fluorescência, usando quatro classes de tamanho dominantes, foi proposta para comunidades naturais de fitoplâncton sob condições de nutrientes diferentes em um ambiente costeiro, mostrando que os parâmetros diferiram entre as classes de tamanho acima de um limiar de concentração de nutrientes. As taxas de conversão diretas entre produção primária derivada da fluorescência e taxas de assimilação de carbono, computadas para dois tamanhos de fitoplâncton crescidos em condições controladas em laboratório, mostraram que tamanho celular influencia as eficiências de absorção de luz e fotoquímica, porém respostas espécie-específicas na alocação de energia fotossintética dominaram as diferenças observadas em como a luz absorvida é utilizada para assimilação de carbono, ou seja, na razão de elétrons exigidos para assimilação de carbono. Os resultados destacam a importância do acoplamento da disponibilidade de nutrientes com a comunidade fitoplanctônica, assim como das medidas de fluorescência da clorofila-a no oceano e nos modelos de produção primária. Este trabalho apresenta uma contribuição inédita nos esforços crescentes em aplicar técnicas baseadas na fluorescência para entender e parameterizar estimativas de produção primária nos sistemas marinhos, especialmente em ambientes altamente dinâmicos

Oceanographic dataset of the Subtropical South Atlantic, late spring 2011 -withdrawn

This dataset includes CTD, HPLC, photo-physiological and bio-optical data from two transects from South Brazil to South Africa during November and December 2011. The dataset were acquired in the scope of the project "CO2 South Atlantic Subtropical" funded by CNPq (558217/2009-5 and 558267/2009-2), under coordination of Dr. Carlos Garcia and Dr. Aurea Ciotti

The use of CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite) to trace the dynamics of total suspended matter at an urbanized coastal area

ABSTRACT The distribution of organic and inorganic particles in the water column, or the total suspended matter (TSM), responds to local and remote oceanographic and meteorological processes, potentially impacting biogeochemical cycles. In shallow coastal areas, where particles have distinct origins and compositions and vary in different time scales, the use of remote sensing tools for monitoring and tracing this material is highly encouraged due to the high temporal and spatial data resolution. The objective of this work was to understand the variability of in situ TSM at Santos Bay (Southeastern Brazil) and its response to oceanographic and meteorological conditions. We also aimed to verify the applicability of the satellite data from CBERS-2 sensor in order to map the dynamics of TSM in this region. Our results have shown that the distribution of TSM in Santos Bay varied consistently with winds, currents and tidal cycles, with significant relationships emphasizing the role of south-western winds and spring tides. Neap tides and eastern winds, along with rainfall, play an important role in the input of organic matter into the bay. In conclusion, our analyses showed that the main patterns observed in situ regarding the responses of TSM to the ocean-meteorological processes could be reproduced in the CBERS-2 satellite data, after simple and standard methods of images processing. TSM data retrieval from CBERS-2 or other satellite sensors were shown to be feasible, becoming an essential tool for synoptic observations of the composition and quality of water, especially at urbanized and impacted coastal areas