{"id":112744,"date":"2018-03-11T10:39:53","date_gmt":"2018-03-11T10:39:53","guid":{"rendered":""},"modified":"2018-03-11T10:39:53","modified_gmt":"2018-03-11T10:39:53","slug":"water-quality-assessment-and-characterisation-of-chlorophyll-a-variability-related-to-river-discharges-within-the-southeastern-bay-of-biscay-evaluation-and-development-of-chlorophyll-a-algorithms-fo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/pais-vasco-euskal-herriko-unibertsitatea\/water-quality-assessment-and-characterisation-of-chlorophyll-a-variability-related-to-river-discharges-within-the-southeastern-bay-of-biscay-evaluation-and-development-of-chlorophyll-a-algorithms-fo\/","title":{"rendered":"Water quality assessment and characterisation of chlorophyll-a variability related to river discharges, within the southeastern bay of biscay: evaluation and development of chlorophyll-a algorithms fo"},"content":{"rendered":"

Tesis doctoral de Stefani Novoa Gautier <\/strong><\/h2>\n

La implementaci\u00f3n de las directivas europeas marco del agua (water frameworkdirective) y la estrategia marina (marine strategy framework directive), implican un incremento del monitoreo de la calidad del agua, dentro de los l\u00edmites de las aguas costeras y de la zona econ\u00f3mica exclusiva europea. La teledetecci\u00f3n es el \u00fanico m\u00e9todo que permite obtener observaciones frecuentes y sin\u00f3pticas de \u00e1reas extensas. Por ello, los datos del \u00abcolor del agua\u00bb son utilizados cada vez m\u00e1s, como una herramienta para evaluar la calidad del agua, estimando la concentraci\u00f3n de diferentes constituyentes del agua, como por ejemplo la concentraci\u00f3n de clorofila-a, considerada como un indicador de la biomasa del fitoplancton y de la eutrofizaci\u00f3n del agua. Los dos sensores elegidos para este estudio, modis y meris, proporcionan informaci\u00f3n satelital diaria y global, a una resoluci\u00f3n media, adem\u00e1s de mapas de clorofila-a derivados de dicha informaci\u00f3n. Sin embargo, los algoritmos utilizados a nivel global en aguas oce\u00e1nicas (o de caso 1), se muestran imprecisos para determinar la concentraci\u00f3n de clorofila en aguas \u00f3pticamente m\u00e1s complejas, debido a la presencia de material en suspensi\u00f3n y\/o materia org\u00e1nica disuelta, como es el caso de las aguas costeras o tambi\u00e9n llamadas aguas de caso 2. Los constituyentes del agua en estas zonas son afectados por fen\u00f3menos locales y presentan, en general, caracter\u00edsticas regionales. Por ello, una de los m\u00e9todos utilizados para determinar la concentraci\u00f3n de clorofila en aguas de caso2 con mayor exactitud, es la parametrizaci\u00f3n de algoritmos emp\u00edricos locales. Otras aproximaciones emplean, por ejemplo, algoritmos anal\u00edticos, semi-anal\u00edticos o de redes neuronales, pero los algoritmos emp\u00edricos, los cuales han sido elegidos para este estudio, tienen la ventaja de ser matem\u00e1ticamente m\u00e1s simples que los anteriores. Son f\u00e1ciles y r\u00e1pidos de aplicar y se desarrollan a partir de medidas realizadas en el campo,siendo por ello, de alcance regional o local.Los principales objetivos de esta tesis son: 1) seleccionar el algoritmo de clorofila-a, aplicado a im\u00e1genes de modis y meris, m\u00e1s adecuado para evaluar la calidad del agua en la plataforma continental del pa\u00eds vasco; y 2) estudiar la variabilidad de la clorofila-a entre 2005 y 2010 con respecto a las descargas de los r\u00edos en la misma \u00e1rea de estudio, utilizando mapas de clorofila-a producidos con el algoritmo que proporcione la mayor precisi\u00f3n.En primer lugar, se ha evaluado la precisi\u00f3n con la que los distintos algoritmos m\u00e1s empleados en la literatura, determinan la concentraci\u00f3n de clorofila-a. Por lo tanto, ha sido necesario realizar medidas de campo y, para ello, desarrollar un protocolo y adaptar unas plataformas para la medida en alta mar de la radiancia solar y la radiancia emergente del agua, para calcular as\u00ed la reflectancia de teledetecci\u00f3n. El cap\u00edtulo i del apartado de los resultados, describe los experimentos realizados en el laboratorio y en el campo para poner a punto el protocolo y poder obtener medidas de campo con el espectroradi\u00f3mentro ocean optics hr4000cg.En el cap\u00edtulo ii, se describe como dicho protocolo se puso a prueba durante una campa\u00f1a de 20 d\u00edas en el golfo de vizcaya, entre el 5 y el 25 de mayo del 2008. Se muestrearon un total de 68 estaciones, donde se realizaron medidas espectrales, y se tomaron muestras de agua para posteriormente determinar en el laboratorio las concentraciones de clorofila-a, s\u00f3lidos en suspensi\u00f3n y materia org\u00e1nica disuelta. Las plataformas desarrolladas permitieron realizar medidas espectrales en la superficie del agua, de una forma r\u00e1pida y consistente, puesto que el sensor se ajusta en la posici\u00f3n correcta y su estabilidad est\u00e1 garantizada por su dise\u00f1o. En general, las signaturas espectrales obtenidas durante la campa\u00f1a corresponden con las que se encuentran en la literatura cient\u00edfica y su similitud con los espectros proporcionados por el espectroradiometro trios permiten concluir que el protocolo y las plataformas desarrolladas para el hr4000cg, son apropiados para realizar mediadas espectrales en alta mar.Sin embargo, en el cap\u00edtulo iii se utilizaron las medidas realizadas con el espectroradiometro trios, debido, en primer lugar, a la disponibilidad de este aparato en la campa\u00f1a realizada en aguas costeras del pa\u00eds vasco, y en segundo lugar, debido a su mayor precisi\u00f3n en este tipo de aguas. La mayor variabilidad encontrada en estas aguas, en lo referente a su composici\u00f3n y a la hidrodin\u00e1mica de las plumas de los r\u00edos, hace que una mayor precisi\u00f3n sea necesaria en este medio, la cual es aportada por el trios. Esto se debe a que este aparato mide la radiancia solar y la radiancia emergente del agua simult\u00e1neamente, y no con un intervalo m\u00e1ximo de 10 minutos como en el caso del hr4000cg. Estas medidas se han utilizado para desarrollar un algoritmo espec\u00edfico para las aguas costeras del pa\u00eds vasco, aplicado a im\u00e1genes de meris y modis. Adem\u00e1s, una clasificaci\u00f3n de las masas con an\u00e1lisis discriminante de los datos hidrol\u00f3gicos es comparada con la clasificaci\u00f3n realizada con un \u00abcluster\u00bb de los datos espectrales, resultando en una correspondencia del 80%. Se concluye que este algoritmo funciona mejor que los dem\u00e1s algoritmos evaluados (gitelson, meris oc5, oc4ev6) para los productos de meris. Se confirma tambi\u00e9n que el algoritmo no se ve afectado por los 23 pigmentos auxiliares identificados (correspondientes a 56 especies de fitoplancton) en las concentraciones medidas durante la campa\u00f1a, ni por s\u00f3lidos en suspensi\u00f3n hasta una concentraci\u00f3n de 6.6 g.M-3. As\u00ed, este algoritmo se puede aplicar en aguas costeras con concentraciones de clorofila entre 0.1 y 9.57 mg.M-3. Por otro lado, la exactitud con la que el algoritmo local, aplicado a las im\u00e1genes de modis, determina la clorofila-a, es ligeramente menor a la del algoritmo oc5, como se muestra en elcapitulo iv.En el cap\u00edtulo iv, el algoritmo local desarrollado, el algoritmo oc5 aplicado a modis y el algoritmo global oc3m, son validados con datos in situ de clorofila estimada por fluorimetr\u00eda. Estos datos fueron obtenidos durante las campa\u00f1as de la red de calidad llevadas a cabo entre 2005 y 2010 en las aguas costeras y continentales del pa\u00eds vasco. Se compararon los algoritmos entre s\u00ed y se validaron de dos formas diferentes: 1) haciendo coincidir las mediadas in situ de clorofila con las medidas tomadas por el sat\u00e9lite en las mismas localizaciones con un intervalo m\u00e1ximo de 3 horas; y 2) calculando el percentil 90 de cada mes del a\u00f1o para las im\u00e1genes obtenidas durante el periodo 2005-2010 y compar\u00e1ndolo con la misma medida calculada durante el mismo periodo, con las medidas cuatrimestrales de clorofila-a tomadas in situ. Se compararon los ciclos anuales de la clorofila para las 4 masas de agua en las cuales se dividen las aguas del pa\u00eds vasco, utilizando los valores del percentil 90. En general, el oc5 proporcion\u00f3 un mejor resultado. Un mapa de clorofila realizado con los valores de percentil 90 con el oc5 de todas las im\u00e1genes existentes entre 2005 y 2010, fue utilizado para evaluar el estado de la calidad del agua. Seg\u00fan la directiva marco, la calidad del agua se puede dividir en 5 categor\u00edas o estados: bueno\u00bb, \u00abbueno\u00bb, \u00abaceptable\u00bb, \u00abdeficiente\u00bb, \u00abmalo\u00bb correspondientes a los siguientes rangos de concentraci\u00f3n de clorofila-a para las aguas del pa\u00eds vasco (percentil 90): \u00c2\u00bf 3.5 mg.M-3, 3.5- 7 mg.M-3, 7-10 mg.M-3, 10-14 mg.M-3 y \u00c2\u00bf 14 mg.M-3. Por lo tanto, se le otorg\u00f3 a cada pixel del mapa de percentil 90, su correspondiente estado seg\u00fan su concentraci\u00f3n de clorofila-a. As\u00ed, se obtuvo un mapa con el estado de la calidad del agua por cada p\u00edxel. El estado final de cada masa de agua se obtuvo al promediar el valor de todos los p\u00edxeles dentro de la masa del agua. Se obtuvo el mismo estado de la calidad del agua con los datos in situ que con los datos satelitales para todas las masas de agua, es decir \u00abmuy bueno\u00bb. Esto sugiere que un uso complementario de ambas metodolog\u00edas, ser\u00eda una buena soluci\u00f3n para obtener una evaluaci\u00f3n eficiente de la calidad de las aguas costeras utilizando la clorofila-a, sin un muestreo exhaustivo de la zona, reduciendo as\u00ed el esfuerzo y el coste del monitoreo de campo. En el cap\u00edtulo v, se describe la variabilidad espacial y temporal de la clorofila-a en relaci\u00f3n con las descargas de los r\u00edos del pa\u00eds vasco. En general, se observa un aumento de la concentraci\u00f3n de clorofila-a uno o dos d\u00edas despu\u00e9s de un episodio de lluvias en las zonas costeras del pa\u00eds vasco, cerca de las desembocaduras del nervi\u00f3n y del adour. Sin embargo, no hay un registro anterior que permita decir que este incremento tan r\u00e1pido de la clorofila-a despu\u00e9s del aporte de nutrientes al ecosistema marino, se deba a floraciones algales causadas por nutrientes fluviales. Por lo tanto, la clorofila-a medida por el sat\u00e9lite podr\u00eda ser debida a origen terrestre, estu\u00e1rico o bent\u00f3nico, o que se trate de una sobre-estimaci\u00f3n de los productos satelitales, debido a la presencia de material disuelto o en suspensi\u00f3n. Por otra parte, los patrones de variabilidad estacional de la clorofila-a son diferentes en las desembocaduras del adour y del nervi\u00f3n, y se distinguen a su vez de los patrones observados en aguas oce\u00e1nicas. En el caso del adour, las concentraciones de clorofila-a m\u00e1s altas se registran a finales de oto\u00f1o y principios de primavera, principalmente entre abril y junio, los meses con los niveles de descargas fluviales m\u00e1s altos. En el caso del nervi\u00f3n, el ciclo es similar al de las aguas oce\u00e1nicas, en las que se observan floraciones de fitoplancton en primavera y a finales de oto\u00f1o. Sin embargo, se observa un pico de clorofila-a en aguas de la desembocadura del nervi\u00f3n, que no se advierte en aguas oce\u00e1nicas. Finalmente, el an\u00e1lisis de la variabilidad inter-anual muestra una leve disminuci\u00f3n de la concentraci\u00f3n de clorofila-a (determinada a partir de datos de sat\u00e9lite) en el 2005 y el 2010 en las desembocaduras del nervi\u00f3n y del adour, y un ligero aumento en aguas oce\u00e1nicas.En conclusi\u00f3n, los resultados presentados en esta tesis, aportan un conocimiento cient\u00edfico importante con respecto al uso de la teledetecci\u00f3n como herramienta para determinar la concentraci\u00f3n de clorofila-a con los sensores meris y modis, en aguas del pa\u00eds vasco y del golfo de vizcaya. El m\u00e9todo desarrollado, por el cual se combinan las medidas in situ y de sat\u00e9lite de la clorofila-a, es un m\u00e9todo eficaz para la evaluaci\u00f3n de la calidad del agua en las \u00e1reas protegidas por las directivas europeas marco del agua y estrategia marina. Adem\u00e1s, esta tesis aporta informaci\u00f3n sustancial acerca de la variabilidad espacial y temporal de la clorofila-a en la zona de estudio durante el periodo 2005 y 2010, a partir de datos satelitales. Sin embargo, se registran inexactitudes en la determinaci\u00f3n de clorofila-a en los casos de altas descargas fluviales. Por lo tanto, la siguiente etapa de este trabajo consistir\u00eda en analizar en mayor profundidad los procesos y los factores que afectan la variabilidad de la clorofila-a en \u00e1reas costeras, as\u00ed como la mejora de la estimaci\u00f3n mediante sat\u00e9lite de este pigmento en dichas \u00e1reas.<\/p>\n

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Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00abWater quality assessment and characterisation of chlorophyll-a variability related to river discharges, within the southeastern bay of biscay: evaluation and development of chlorophyll-a algorithms fo<\/strong>\u00ab<\/h3>\n
    \n
  • T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Water quality assessment and characterisation of chlorophyll-a variability related to river discharges, within the southeastern bay of biscay: evaluation and development of chlorophyll-a algorithms fo <\/li>\n
  • Autor:<\/strong>\u00a0 Stefani Novoa Gautier <\/li>\n
  • Universidad:<\/strong>\u00a0 Pa\u00eds vasco\/euskal herriko unibertsitatea<\/li>\n
  • Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 28\/05\/2012<\/li>\n<\/ul>\n

     <\/p>\n

    Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n
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    • Director de la tesis<\/strong>\n
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      • Guillem Chust Petrers<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n
      • Tribunal<\/strong>\n
          \n
        • Presidente del tribunal: michael Collins — <\/li>\n
        • Carlos Garcia soto (vocal)<\/li>\n
        • david Doxaran — (vocal)<\/li>\n
        • emma Orive aguirre (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n

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