Evolución temporal de las estructuras de clorofila superficial observadas en el área de Cabo Blanco (Mauritania) a través del análisis de imágenes de color del océano

Three temporal series of images obtained with the Coastal Zone Color Scanner sensor (CZCS) during December 1983, March 1984 and October 1984, have been used in order to study the decorrelation time of the surface phytoplankton pattems. The area of interest is placed between 18"N and 23'N and includes coastal and offshore oceanic regions. The decorrelation time is obtained through the computation of the squared coherence for selected wavelenghts between consecutive images. These results are analized and discussed. Introduccion Existe una extensa variedad de escalas espaciales y temporales para los procesos fisicos-biologicos observados en los oceanos. A traves de las imagenes de satelite obtenidas con los sensores Coastal Zone Colour Scanner (CZCS) y Advance Very High Resolution Radiometer (AVHRR) es posible obtener mapas de distribucion bidimensionales de forma cuasi-sinoptica de parametros geofisicos oceanograficos, que abarcan un amplio rango de escalas, que van desde 1 a lo3 km. Ahora bien, esta capacidad de los satelites ha sido infrautilizada, debido a la ausencia de estudios cuantitativos o estadisticos que pongan de relieve la variabilidad a mesoescala presente en las imagenes de satelite. V Reunion Cientifica de la Asociacion Espanola de Teledeteccion 55 1 L. Gatriu Weil, A. Tejera Cruz, M . Canton Gai-bin, L. Nykjaer Este estudio tiene como objetivo analizar la evolucion temporal de las estructuras de clorofila observadas en tres series de imagenes del sensor CZCS (Coastal Zone Color Scanner) en el area de Cabo Blanco (Mauritania). Este area ha sido escogida por diversos motivos. En primer lugar, constituye una region donde las condiciones necesarias para la presencia de afloramiento costero son favorables a lo largo del ano. Tambien en esta latitud, la Corriente de Canarias se despega de la pendiente continental y fluye hacia el Sudoeste constituyendo parte del Giro Subtropical. Esto da como resultado que la adveccion hacia mar adentro de agua de la plataforma, rica en fitoplancton y posiblemente en nitratos, forme una gran pluma de pigmento (Gabric et al., 1993), que ha sido identificada a traves del analisis de imagenes CZCS y que es conocida co-mo el filamento gigante de Cabo Blanco (Van Camp et al., 1991) (ver figura 1). Por ultimo, una detallada observacion del archivo de quick-looks del CZCS existente en Maspalomas revelo que el numero mayor de imagenes no contaminadas por nubes correspondia al area seleccionada. Para analizar la evolucion temporal, a partir de una secuencia de imagenes CZCS calculamos la tasa de decorrelacion en funcion del tiempo de separacion de estas imagenes. Ahora bien, en vez de calcular la funcion de correlacion entre imagenes r2(0, z) para una separacion espacial nula y una separacion temporal T, como en principio podria ocurrirsenos, y que estaria dominada por las tendencias a gran escala, hemos adoptado el metodo utilizado por Denman y Abbott (1988). que analizaron una secuencia de imagenes CZCS para el area cercana a la isla de Vancouver, que al igual que la region de Cabo Blanco, se encuentra englobada dentro de un sistema de corrientes de limite oriental, en este caso el sistema de corrientes de California. Denman y Abbott (1988) para cada par de imagenes separadas por un tiempo t, calcularon un analogo a r2(0, t ) , pero dependiente de la escala espacial k conocido como la coherencia cuadrada, que es una funcion de la inversa de la longitud de onda escalar. Esto les permitio conocer para su area de estudio el tiempo de decorrelacion de las estructuras presentes en relacion con su escala espacial. Datos usados y metodologIa Los datos utilizados, han sido 17 imagenes CZCS repartidas en tres periodos temporales distintos como se indica en la tabla l. 552 V Reunion Cientifica de la Asociacion Espanola de Teledeteccion Evolucion temporal de las estrucfuras de clorqfila supeificial obseivadas en el area de Cabo Blanco (Mauritania) a traves del analisis de imagenes de colordel oceano FIGURA l Imagenes CZCS correspondientes a la serie I de diciembre de 1983, utilizadas en este estudio. (A. 64) SERIE 1 Orbita Fecha 25891 10 dic. 1983 26015 19dic.1983 26029 20 dic. 1983 26098 25 dic. 1983 26112 26dic.1983 SERIE 2 Orbita Fecha 27204 14mar.1984 272 18 15 mar. 1984 27232 16 mar. 1984 27273 19 mar. 1984 27287 20 mar. 1984 27301 21 mar. 1984 27356 25 mar. 1984 SERIE 3 Orbita Fecha 30176 15 oct. 1984 30190 16 oct. 1984 30259 21 oct. 1984 30273 22 oct. 1984 30342 27 oct. 1984 Tabla 1 Imagenes CZCS utilizadas en este estudio V Reunion Cientifica de la Asociacion Espanola de Teledeteccion 553 L. Gairia Weil, A. Tejera Cruz, M. Canton GarhDz, L. Njkjaer Todos los datos de satelite fueron corregidos atmosfericamente utilizando la aproximacion desarrollada por Andre y Morel (1991). que esta basado en el uso de un modelo de reflectancia valido para aguas del caso 1, como se denomina a aquellas cuyas propiedades opticas vienen determinadas principalmente por el fitoplancton. Para aguas del caso 2, que serian aquellas con altos contenidos de materia particulada en suspension, este metodo no es valido. La concentracion de pigmento de tipo clorofilico fue calculada utilizando los algoritmos desarrollados tambien por Andre y More1 (1991). que son, logC_, = 0.347 logr-,, + 2.14 (logi,J2 ( 1 ) 2.04 ( i ~ ~ i , , ) ~ C 4,< 2 mg m-3 donde r,, es la razon entre las reflectancias difusas de las bandas i y j del CZCS, y Cu, es la concentracion de pigmento en miligramos de clorofila por metro cubico. La concordancia entre medidas de clorofila in-situ y las predicciones usando estos algoritmos son del orden del SO-50%. Una caracteristica comun a todas las series de imagenes de Cabo Blanco es el alto contenido de pigmento incluso en aguas que se extienden mas alla de la plataforma continental, lo cual se debe a las especiales caracteristicas del area ya comentadas en la introduccion (ver figura 1). Posteriormente, las imagenes de pigmento fueron corregidas geometricamente usando los datos de efemerides del satelite y representadas en proyeccion Mercator. Para mejorar esta correccion geometrica, aplicamos una transformacion polinomica a la imagen corregida geometricamente, utilizando puntos de control terrestre, deducidos a traves de la equiparacion de la linea de costa de la imagen con datos cartograficos de referencia. Con este procedimiento se Logra una exactitud de 1 6 2 pixels en el posicionamiento final de la imagen. El tamano final elegido para todas las imagenes despues de este proceso fue de 5 12x5 12 pixels, donde cada pixel tiene 1,l km. de lado. Esto lo hicimos asi para que nuestros resultados fueran intercomparables con aquellos obtenidos por Denrnan y Abbott (1988). Seguidamente para el calculo de la tasa de decorrelacion, el siguiente paso fue la aplicacion a todas las imagenes de un filtro 3 x 3 de media movil, para eliminar el ruido presente previo al analisis, y los valores fuera de rango que corresponden a la tierra y las nubes fueron fijados a cero. Ya que en todas las imagenes CZCS, incluso las aqui seleccionadas, hay siempre una fraccion que corresponde a nubes, el analisis subsiguiente no fue aplicado a la totalidad de la imagen, sino a subareas oceanicas claras comunes a algunas de las ima554 V Reunion Cientifica de la Asociacion Espanola de Teledeteccion Evolucion fen~pot-al de las esfructims de clorofila supe~,e-ficial observadas en el area de Coba Blanco (Maurltania) a traves del analisis de inzagenes de color del oceano genes de cada serie. Para facilitar el analisis, las subareas elegidas fueron cuadradas y tenian los siguientes tamanos 100x 100 km. y 150x 150 km. respectivamente. Algunas de las subareas elegidas se encuentran presentes en la figura 2 y un sumario de estas viene descrito en la Tabla 2. NORTE SUR Costera 1,3,4,12,4', 1" 2,6:7,8,6' Oceanica 5,1',2',3',5',2" 9.10,11.3" Tabla 2 Subareas elegidas para el calculo de la tasa de decorrelacion FIGURA 2 Imagen CZCS correspondiente al 14 de marzo de 1984, donde aparecen sobrepuestas algunas de las subareas seleccionadas V Reunion Cientifica de la Asociacion Espanola de Teledeteccion 555 L. Garcia Weil, A . Tejera Cruz, M . Canton Gar-hin, L. Nykjaei Como se observa podemos distinguir cuatro categorias a las que se corresponden las subareas elegidas. Esto ha sido hecho para comprobar si existe alguna relacion entre la tasa de decorrelacion y la division del area de estudio efectuada. Entonces, para continuar con el analisis todos los valores fuera de un subarea seleccionada fueron fijados a cero (esto se conoce como un filtro boxcar), y la media dentro del subarea calculada y substraida a los valores de campo dentro del subarea. Ademas, ya que para calcular la coherencia, realizamos el analisis espectral para la imagen completa, aplicamos un taper de coseno a los residuos con un 10% de taper en cada extremo del subarea, primero en la direccion este-oeste y luego en la direccion norte-sur. Para calcular la coherencia es necesarioobtener el autoespectro y el espectro cruzado de cada par de imagenes. El autoespectro para cada par de imagenes, Sll(k) y S,,(k) fue calculado utilizando tambien la transformada rapida de Fourier bidirnensional. Despues, el autoespectro unidimensional fue formado mediante la suma azimutal dentro de anillos circulares de magnitud radial constante. Por otro lado, el espectro cruzado complejo sJk) tambien es calculado utilizando la transformada rapida de Fourier bidimensional, de modo que sl,(k)=cl,(k)-iql,(k), donde rJk) y ql,(k) son el coespectro y el espectro de cuadratura. Estos fueron tambien sumados azirnutalrnente para dar lugar al coespectro unidimensional C,,(k) y el espectro de cuadratura unidirnensional Q12(k), y entonces realizamos el calculo de la coherencia