Avaliação de uma floração massiva de dinoflagelado tóxico no sul do Brasil através de sensoriamento remoto

Abstract

Resumo: Florações de algas nocivas (FANs) são fenômenos ecológicos prejudiciais capazes de gerar impactos severos aos ecossistemas costeiros aos recursos pesqueiros e a saúde publica ao redor do mundo. Diferentes espécies de FANs possuem características espectrais únicas devido a absorção específica de seus pigmentos acessórios, tornando possível monitorá-las através de sensoriamento remoto. Em junho de 2016, uma floração nociva de Dinophysis cf. acuminata atingiu a costa sul do Brasil causando danos a maricultura local. Com o intuito de observar sua movimentação e evolução, foram realizadas coletas de dados em uma baía e plataforma continental interna do Paraná. A Reflectância do sensoriamento remoto (Rrs) foi obtida com FieldSpec ASD, em conjunto com parâmetros ambientais (temperatura, salinidade, profundidade de secchi, fluorescência da clorofila a material particulado em suspensão). Imagens do sensor MODIS e OLI foram utilizadas para quantificar a magnitude da FAN. A floração cobriu uma área de 201 km2 ao longo da costa do Paraná, com abundância de 6 850 000 cel.L-1, maior densidade de células registrada para essa espécie ao redor do mundo. O evento foi associado com baixa temperatura e salinidade decorrente de uma pluma de nutrientes vinda da Rio da Prata. As Rrs in situ foram classificadas em um agrupamento hierárquico, o que permitiu separar a assinatura espectral da floração através da análise de componentes principais. A mesma forma espectral foi observada nas imagens MODIS e OLI classificadas pelo agrupamento K-means, mostrando a eficácia do método. Nós apresentamos a primeira caracterização espectral de uma floração de Dinophysis e esses resultados podem contribuir para um melhor entendimento da resposta espectral desse dinoflagelado tóxico e assim otimizar os algoritmos de detecção de FANs. Monitorar florações de fitoplâncton do espaço é uma ferramenta importante na mitigação dos riscos sanitários associados a esse fenômeno ecológico.

Abstract: Harmful algal blooms (HABs) are deleterious ecological phenomena that can have severe impacts on coastal ecosystems, fisheries resources and public health all over the world. Different HABs species have distinct spectral characteristics due to specific absorption of their accessory pigments, allowing us to monitor them through remote sensing. On June 2016, a huge Dinophysis cf. acuminata bloom hit the southern Brazilian coast causing damage to the local mariculture along its trajectory. In order to observe its passage and evolution, we performed weekly sampling cruises in estuarine and inner shelf of Paraná. Remote sensing reflectance (Rrs) data were performed with FieldSpec ASD, along with environmental parameters (water temperature, salinity, Secchi depths, chlorophyll fluorescence and particulate matter concentration). Images from MODIS and OLI were used to quantify the magnitude of the HAB. During its peak, the bloom reached an area of 201km2 along the Paraná coast with abundances of 6,850,000 cells.L-1, the highest cells density ever recorded for this species. The event was associated with low salinity and temperature from a nutrient plume coming from La Plata river. The in situ Rrs was grouped by hierarchical clustering, separating the spectral signature of the Dinophysis bloom through principal component analysis. The same spectral shape was observed in the K-means clustering of both MODIS and OLI images, attesting the suitability of the method. We provide the first characterization of this Dinophysis bloom, which can contribute for a better understanding of the spectral response on this toxic dinoflagellate and optimize the algorithms detection of HABs. Monitoring harmful algae bloom from space is a powerful tool to mitigate the health risk associated with these ecological phenomena.