Caracterização do comportamento da concentração de clorofila-a em uma laguna costeira, com o uso de modelos bio-ópticos de sensoriamento remoto

Abstract

Atualmente, o monitoramento de qualidade da água na laguna se dá por meio de coletas in situ e posterior análise em laboratório ? processo altamente custoso e trabalhoso. Neste cenário, o sensoriamento surge como uma técnica alternativa para o monitoramento da qualidade da água do corpo hídrico, que permite a análise espacial dos resultados. A Lagoa da Conceição (LdC), maior corpo lagunar da Ilha de Santa Catarina, é um ambiente estuarino e estrangulado por um canal que o liga ao oceano. Compreender o comportamento sazonal e espacial dos principais parâmetros hidrológicos e nutrientes da Lagoa da Conceição é fundamental para compreensão dos processos físicos e qualitativos do local. Com o uso de imagens dos satélites Landsat-5 TM e Sentinel-2 MSI e de dados batimétricos, foram analisadas áreas homogêneas de comportamento espectral com relação a profundidade, o que resultou na separação da laguna em três regiões distintas: Rasa, Transição e Profunda. Com base nas regiões definidas, novos pontos de amostragem foram selecionados e quatro campanhas realizadaslevantaram 240 dados de concentração de clorofila-a. Diferentes modelos bio-ópticos foram testados, calibrados e validados para dois períodos: por meio do o uso de dados de 2001-2011 e imagens Landsat-5 TM e dados da nova campanha e imagens Sentinel-2 MSI. Para o período de aquisição de imagens do Landsat-5 TM, foi possível calibrar um modelo bio-óptico para a região Profunda do Subsistema Sul (R²=0,86) e para o período do Sentinel-2 MSI, foi calibrado/validado um modelo para o mesmo local (R²c = 0,67, R²v = 0,51). Para o primeiro período, a espacialização do modelo calibrado demonstrou um comportamento homogêneo espacialmente, com pequenas variações (0 a 20 µg/L), mas sem padrão sazonal definido. Para o segundo período, a espacialização do modelo demonstrou a predominância de valores mais elevados de concentração de clorofila a e evidente sazonalidade no ano de 2020. O presente trabalho corrobora a necessidade de estudos avançados de sensoriamento remoto em áreas de transição, como lagunas costeiras. Apesar da influência das forçantes climáticas, foi possível desenvolver um modelo para o monitoramento da concentração da clorofila-a em uma área da LdC.

Abstract: Currently, the monitoring of water quality in the lagoon takes place through in situ collections and subsequent analysis in the laboratory ? a highly costly and laborious process. In this scenario, sensing emerges as an alternative technique for monitoring the water quality of the water body, which allows for the spatial analysis of the results. Lagoa da Conceição (LdC), the largest lagoon body on the island of Santa Catarina, is an estuarine environment and strangled by a channel that connects it to the ocean. Understanding the seasonal and spatial behavior of the main hydrological and nutrient parameters of Lagoa da Conceição is essential for understanding the physical and qualitative processes of the site. Using images from the Landsat5 TM and Sentinel-2 MSI satellites and bathymetric data, homogeneous areas of spectral behavior were analyzed in relation to depth, which resulted in the separation of the lagoon into three distinct regions: Shallow, Transition and Deep. Based on the defined regions, new sampling points were selected and four campaigns carried out raised 240 chlorophyll-a concentration data. Different bio-optical models were tested, calibrated and validated for two periods: using 2001-2011 data and Landsat-5 TM images and data from the new campaign and Sentinel-2 MSI images. For the Landsat-5 TM image acquisition period, it was possible to calibrate a bio-optical model for the Deep South Subsystem region (R²=0.86) and for the Sentinel-2 MSI period, a calibrated/validated model for the same location (R²c = 0.67, R²v = 0.51). For the first period, the spatialization of the calibrated model showed a spatially homogeneous behavior, with small variations (0 to 20 µg/L), but without a defined seasonal pattern. For the second period, the spatialization of the model demonstrated the predominance of higher values of chlorophyll a concentration and evident seasonality in the year 2020. The present work supports the need for advanced studies of remote sensing in transition areas, such as coastal lagoons. Despite the influence of climatic forcings, it was possible to develop a model to monitor the concentration of chlorophyll-a in an area of LdC.