Azmp / pmza

Different species of phytoplankton bloom during different periods of the year in the northwest Atlantic. Diatoms in particular are responsible for strong spring blooms on the continental shelf off Nova Scotia.These blooms then move toward the north. Many studies have shown that the optical absorption properties of diatoms are different from those of other phytoplankton populations and that these differences in the absorption characteristics of the oceanic environment can induce a bias in the estimation of chlorophyll a as measured by spaceborne remote sensing.These differences in optical properties have been exploited to allow the spaceborn remote sensing identification of diatom populations in the marine environment. In this paper we present the algorithm that was developed and applied to the SeaWiFS data and we show how the results obtained compare with data from in situ HPLC analyses performed on samples taken during missions of the Atlantic Zone Monitoring Program. Introduction La multiplication des capteurs satellitaires de la couleur de l’eau permet l’observation des océans d’une manière globale et quotidienne. Actuellement, la NASA fournit à la communauté scientifique les données du capteur SeaWiFS ainsi qu’un logiciel de traitement et d’interprétation des données (SeaDAS). Après avoir effectué les corrections atmosphériques afin d’obtenir les luminances marines ascendantes, l’algorithme OC4 de la NASA (O’Reilly et al. 1998) permet d’estimer les concentrations en chlorophylle a et de produire des cartes de répartition à l’échelle globale des océans. La chlorophylle a peut alors être utilisée pour estimer la production primaire qui peut ensuite être inclue dans des modèles biogéochimiques du cycle du carbone, ou encore être utilisée à des fins de prévision pour les pêches. Toutefois, il a été démontré que l’algorithme OC4 de la NASA a des performances limitées lorsqu’il est appliqué à une échelle locale (Reynolds et al. 2001, Gohin et al. 2002, Sathyendranath et al. 2004) et dans ce cas précis, un algorithme régional lui sera préféré. 41 Summary I used TOPEX/Poseidon (T/P) altimeter data from 1992 to 2002 to investigate the Labrador Current variability over the Newfoundland Slope. Cross-track geostrophic surface current anomalies were derived from along-track sea surface slopes. Absolute surface currents were approximated by the sum of altimetric current anomalies and annual mean model currents.The T/P results revealed strong variability at various temporal and spatial scales.Near the Tail of the Grand Bank, the along-isobath flow can reach 70 cm s equatorward but features frequent reversals (poleward).Typical RMS variability of the cross-track current anomalies is 10-20 cm s over the SW and NE slopes and 20-30 cm s over the SE Slope.The transport index calculated between the 200 to 3000 m isobaths and for the top 200 m was stronger in fall and weaker in spring.The seasonal range amounts to 10-20 cm s.On the interannual scale,the Labrador Current seemed to be strongest in 199697.The study demonstrates the ability of satellite altimetry to monitor the seasonal and interannual variability of the Labrador Current.The present work is being expanded to include heat and chlorophyll indices of the Labrador Current by combining satellite altimetry with satellite-derived sea-surface temperature and ocean colour. Acknowledgements I thank J. Li for assistance in data analysis.The project was funded through the Government Research Initiative Program by the Canadian Space Agency. T/P data were obtained from NASA’s Jet Propulsion Lab and Pathfinder Project. References Benada, R. 1997. Merged GDR (TOPEX/Poseidon) User Handbook, JPL D-11007. Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California. DeTracey, B.M., Tang, C.L., and Smith, P.C. 1996. Lowfrequency currents at the northern shelf edge of the Grand Banks. J. Geophys. Res. 101(C6): 14,223-14,236. Han, G., 2002. Interannual sea level variations in the ScotiaMaine region in the 1990s. Can. J. Remote Sensing, 28(4): 581-587. Han, G. 2003. Circulation over the Newfoundland and Labrador Shelf: a modelling study. In Program and Abstracts, 37th CMOS Congress, Ottawa, p. 164. Han, G., and Tang, C.L. 1999.Velocity and transport of the Labrador Current determined from altimetric, hydrographic, and wind data. J. Geophys. Res. 104: 18,047-18,057. 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Un tel algorithme régional, basé sur la théorie du transfert radiatif, a été développé à l’institut océanographique de Bedford (Sathyendranath et Platt 1997, 1998). Cet algorithme est particulièrement adapté à la partie nord-ouest de l’océan Atlantique car il utilise les propriétés bio-optiques des populations de phytoplancton que l’on retrouve dans cette région échantillonnée depuis plusieurs années lors des campagnes de mesures du Programme de Monitorage de la Zone Atlantique (PMZA). Plusieurs travaux ont montré que les coefficients d’absorption spécifique du phytoplancton (coefficient d’absorption normalisé à la concentration en chlorophylle) varient avec la taille des cellules (effet d’enveloppe), mais aussi avec leur composition en pigments accessoires (Hoepffner and Sathyendranath 1991, Fujiki et Tagushi 2002, Lohrenz et al. 2003).Ainsi, les cellules de plus grandes tailles ont une absorption spécifique inférieure aux cellules de plus petites tailles. Les diatomées ont, en général, une taille supérieure à 20 μm et sont donc répertoriées comme cellules de grandes tailles. Ce groupe de cellules phytoplanctoniques peut également être identifié grâce à son contenu en pigments auxiliaires puisque qu’il est le seul à contenir le pigment fucoxanthine en quantité suffisante pour en permettre la mesure par chromatographie haute performance en phase liquide (CHPL). Ces caractéristiques ont été utilisées pour développer un algorithme d’identification des diatomées. Celui-ce a été appliqué aux données SeaWiFS et les résultats obtenus ont été comparés avec succès avec des mesures in situ. Matériel et méthode À une profondeur et une longueur d’onde donnée, la réflectance se définie comme suit : où R(λ,z) représente la réflectance à la longueur d’onde λ et la profondeur z, et Eu et Ed représentent respectivement les éclairements ascendants et descendant aux mêmes longueur d’onde et profondeur. Sathyendranath et Platt (1997, 1998) ont développé un modèle pour exprimer la réflectance ascendante au niveau de la surface de l’eau. Ce modèle, modifié par la suite par Sathyendranath et al. (2001), relie la réflectance à la surface de l’eau aux propriétés optiques d’absorption et rétrodiffusion des composantes océaniques (eau de mer pure, phytoplancton et produits dégradés associés). Il se défini comme suit : où R(λ) représente la réflectance à la longueur d’onde λ, a(λ) et bb(λ) représentent respectivement l’absorption et la rétrodiffusion à la longueur d’onde λ, et r est un facteur de proportionnalité. Pour une concentration donnée en phytoplancton, la réflectance océanique est calculée aux longueurs d’onde du capteur SeaWiFS dans la partie visible du spectre soit à 412, 443, 490, 510, 555 et 670 nm. Des tables de correspondance ont été crées pour chacune des concentrations en phytoplancton variant entre 0.01 et 40 mg m ainsi que pour les réflectances associées. L’absorption du phytoplancton varie d’une manière non uniforme avec la concentration en phytoplancton. Le model utilisé pour modéliser l’absorption est celui de Sathyendranath et al. (2001). Pour cette étude, 222 échantillons ont été prélevés dans le nord-ouest de l’Atlantique durant les campagnes de mesures du PMZA entre 1996 et 1998 pour le développement du modèle, et entre 1999 et 2000 pour sa validation.Les échantillons furent analysés par CPHL et séparés en deux groupes selon leur composition pigmentaire soit un groupe dominé par des populations de diatomées et un autre groupe dominé par des populations mélangées. Les valeurs pour les propriétés optiques des autres composantes océaniques, principalement l’eau de mer et la rétrodiffusion du phytoplancton, proviennent de la littérature. Le modèle d’absorption fut appliqué à chacun des deux groupes et les résultats furent inclus dans le modèle de réflectance pour ainsi créer deux tables de correspondance reliant la concentration du phytoplancton à la réflectance océanique ascendante aux longueurs d’onde mentionnées plus haut. Plusieurs rapports de réflectance océanique furent examinés afin d’optimiser la relation entre la concentration en phytoplancton et les rapports de réflectance. Il est apparu que les courtes longueurs d’ondes (412 et 443 nm) n’étaient pas exploitables dû à l’impossibilité d’effectuer des corrections atmosphériques lors du calcul du signal océanique à partir du signal au sommet de l’atmosphère. Finalement, les rapports de réflectance sélectionnés furent 510/555 et 490/670. La figure 1 illustre les variations de la réflectance avec la concentration en chlorophylle a pour chacun des deux groupes. L’application aux images satellitaires s’est effectuée pixel par pixel. Pour chaque pixel d’une image, la concentration en Fig.1 Rapport de réf