TECHNIKA SATELITARNA W BADANIACH I MONITORINGU MATERII ZAWIESZONEJ W WODZIE

1. TECHNIKA SATELITARNA W BADANIACH I MONITORINGU MATERII ZAWIESZONEJ W WODZIE Uniwersytet Gdański Instytut Oceanografii Adam Krężel, Katarzyna Bradtke Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański Al. Marszałka Piłsudskiego 46, 81-378 Gdynia E-mail: oceak@univ.gda.pl Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

2. Metody satelitarne w badaniach środowiska przyrodniczego mórz i oceanów • Co rejestrujemy? • Kolor morza • Promieniowanie podczerwone • Techniki mikrofalowe • Jak rejestrujemy • Orbity polarne • Orbity geostacjonarne Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

3. Czym jest materia zawieszona w wodzie? • cząstki nieorganiczne, np. minerały • żywe organizmy planktonowe, które są biernie unoszone przez wodę • martwe szczątki organizmów, fragmenty liści, kory drzew, pyłki roślin… • Skąd się bierze materia zawieszona w wodzie? • wnoszona jest do morza z wodami rzek • powstaje w morzu, np. w związku z zakwitami fitoplanktonu • przenoszona z wiatrem opada do morza z atmosfery Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

4. GŁÓWNE ŹRÓDŁO INFORMACJI:KOLOR MORZA Kolor morza widziany okiem ludzkim, lub rejestrowany przez radiometr pracujący na pokładzie satelity, to część światła słonecznego, które wniknęło do morza, nie zostało pochłonięte przez składniki wody morskiej, zostało natomiast rozproszone iprzeniknęło z powrotem przez powierzchnię morza w kierunku obserwatora. Kolor morza zależy więc od tego, jaka część energii promieniowania o różnych długościach fali została pochłonięta, a jaka rozproszona wstecz przez składniki wody morskiej, wśród których duże znaczenie odgrywają zawieszone cząstki materii organicznej i nieorganicznej. W zależności od ich rodzaju i ilości morze przybiera barwę od granatowej, poprzez błękitną, zieloną do brunatnej. MODIS 24.06.2002 Morze Czarne (delta Dunaju)

5. Związek pomiędzy promieniowaniem opuszczającym powierzchnię morza a właściwościami optycznymi wody morskiej Rw – współczynnik odbicia (reflektancja) bb – współczynnik rozpraszania wstecz, a – współczynnik absorpcji Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

6. Modyfikacja widma współczynnika odbicia przez zróżnicowaną koncentrację chlorofilu (Bukata i in. 1983). Dzięki tej właściwości możemy określać tę właściwość wody morskiej metodami teledetekcyjnymi Fitoplankton przetwarza materię nieorganiczną w organiczną wykorzystując do tego energię promieniowania słonecznego oraz chlorofil. Z punktu widzenia współoddziaływania z promieniowaniem słonecznym mają miejsce dwa procesy: • absorpcja części energii świetlnej przez ten barwnik • rozpraszanie światła przez komórki fitoplanktonu

7. Rozpływy wód rzecznych a metody satelitarne • Zjawiska towarzyszące rozpływom wód rzecznych • Zmiana koncentracji zawiesiny • Zmiana właściwości optycznych wody • Zmiana właściwości powierzchni morza • Zjawiska prowadzące do intensyfikacji spływu wód rzecznych do morza • wiosenne roztopy śniegu • intensywne opady powodujące podtopienia lub powodzie Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

8. ROZPŁYW WÓD WIŚLANYCH WIOSNĄ Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

9. ROZPŁYW WÓD WIŚLANYCH PO LETNIEJ POWODZI Ekstremalnie duże dopływy wód wiślanych, które oprócz materii zawieszonej wnoszą duże ilości substancji biogenicznych w okresie letnim mogą intensyfikować produkcję biologiczną na przedpolu ujścia rzeki. Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

10. Fitoplankton może gromadzić się w strefie frontu hydrologicznego rzeki

11. Zakwity glonów a metody satelitarne • Zjawiska towarzyszące zakwitowi glonów • Zmiana właściwości optycznych wody • Zmiana koncentracji chlorofilu • Zmiana właściwości powierzchni morza • Zmiany właściwości środowiska prowadzące do zakwitu glonów (widoczne z poziomu satlitarnego) • Podwyższona temperatura wody • Odpowiednia wielkość promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR) • Niewielkie falowanie lub jego brak (słaby wiatr) Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

12. Przykłady W sprzyjających warunkach pogodowych (słaby wiatr, wysoka temperatura) fitoplankton gromadzi się przy powierzchni dzięki wakuolom gazu. Powoduje to zmianę właściwości optycznych wody zauważalną zpoziomu satelitarnego nawet przez radiometry oniskiej czułości. Zich pomocą możemy określać przestrzenny zasięg zjawiska. Czujniki o wyższej czułości wykorzystywane są natomiast w oszacowaniach ilościowych i jakościowych fitoplanktonu. Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

13. AVHRRalbedo i temperatura powierzchni morza Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

14. AVHRR - SeaWiFS Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

15. Zasięg przestrzenny zjawiska Dzięki możliwości obserwacji zakwitów na obrazach pochodzących z wielu czujników możemy badać zmiany intensywności tego zjawiska wczasie Kahru M., Horstmann U., Rud U., 1994

16. Techniki mikrofalowe - SAR Pozwalają obserwować zasięg zakwitu na podstawie różnic w szorstkości powierzchni wody wywołanych obecnością w warstwie powierzchniowej organizmów fitoplanktonowych • 26.08.1994, zachodnie wybrzeże USA(Svejkovsky i Shandley 2001) • Dane SAR (satelita ERS-1) uzyskane 3 godziny wcześniej od zdjęcia AVHRR SAR AVHRR

17. Algorytmy chlorofilowe Związek pomiędzy promieniowaniem w zakresie widzialnym, opuszczającym powierzchnię morza a koncentracją chlorofilu w jego powierzchniowej warstwie R=log10RG RG= R(443)/R(555)lub RG= R(490)/R(555)lub RG= R(510)/R(555) Rejestrację promieniowania w określonych pasmach widma, np. za pomocą czujników SeaWiFS, MODIS, MERIS wykorzystuje się w próbach oszacowania ilości materii powstającej podczas zakwitów, na podstawie map koncentracji chlorofilu

18. AVHRR i Chlorofil a Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

19. Rozwój zakwitu w czasie Rysunek przedstawia koncentrację chlorofilu wpowierzchniowej warstwie wody Morza Bałtyckiego wkolejnych dniach wystąpienia zjawiska zakwitu glonów Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

20. Zróżnicowanie gatunkowe Jedyną, stosunkowo łatwo rozpoznawalną grupą są Coccolithophora

21. Zróżnicowanie gatunkowe Zakwit wiosenny – okrzemki Zakwit letni – sinice

22. Zróżnicowanie gatunkowe Podejmowane są próby dekompozycji widma reflektancji pod kątem identyfikacji różnych grup glonów Czysta woda Trichodesmium (Singapur) Okrzemki tworzące łańcuchy Cochlodinium (Singapur)CeratiumiPyrodinium Bahamense Wiciowce (Zatoka Manilska) (głównieDinophysis caudata) Okrzemki (Rhizoleniaspp.) Okrzemki tworzące łańcuchy ProtoperidiniumiCeratium (Singapur) (Skeletonema) oraz (Zatoka Manilska) bruzdnice (Singapur) Soo Chin LIEW i in., 2001

23. Dopływ materii z atmosfery a metody satelitarne • Zjawiska towarzyszące unoszeniu cząstek watmosferze • Zwiększenie zmętnienia atmosfery • Zmiana właściwości optycznych atmosfery, zwiększenie rozpraszania światła w atmosferze • Zjawiska prowadzące do zwiększenia ilości pyłów watmosferze • emisja zanieczyszczeń w obszarach uprzemysłowionych • erupcja wulkanów • burze piaskowe Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

24. Piaski pustyni MODIS Aqua 19-05-2007 Burza piaskowa w Egipcie Pyły uniesione do atmosfery podczas burzy piaskowej mogą być przenoszone zwiatrem na znaczne odległości i opadać na powierzchnię mórz

25. Dym z pożarów MODIS Aqua 08-05-2007 Pożary w Georgii, USA Widoczny na zdjęciach satelitarnych dym unoszący się w miejscu pożaru pozwala identyfikować obszary zagrożone. Drobiny sadzy przenoszone z wiatrem mogą opadać na powierzchnię morza.

26. Popioły wulkaniczne MODIS Aqua 24-11-2006 Erupcja Etny Popioły wulkaniczne powstające podczas erupcji wulkanów również zasilają wody morskie w materię zawieszoną Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

27. Źródła danychaktualnie dostępne Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

28. Źródła danychplanowane Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

29. Serwis operacyjny http://hab.nersc.no/

30. Serwis operacyjny http://hab.nersc.no/ Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007

31. Uniwersytet Gdański Instytut Oceanografii Koniec Dni Technik Satelitarnych Warszawa 21-24.06.2007