Operational nowcasting of algal blooms in the Baltic Sea using MERIS and MODIS


Algblomningar i Östersjön under sommaren är ett vanligt och naturligt förekommande fenomen. Under senare år har dock intensiva och storskaliga algblomningar skapat oro på grund av dess stora påverkan på våra kustområden samt att blomningar kan innehålla potentiellt giftiga alger.

Sedan 2002 har Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI) dagligen övervakat algblomningar i Östersjön under sommaren med hjälp av satellitdata. Analysen har i huvudsak varit baserad på data från AVHRR sensorn som finns ombord på meteorologiska satelliter. Detektionen av algblomningar har varit tillförlitlig men grov på grund av sensorns rumsliga och radiometriska upplösning. I projektet har en ny metodik utvecklats som kombinerar data från två satelliter sensorer: MERIS-ENVISAT och MODIS-AQUA. Dessa sensorer lämpar sig bättre för detektion av algblomningar då de erbjuder bättre upplösning samt mäter i våglängdsområden anpassade för observationer av havets yta. Metodiken för detektion av algblomningar fanns redan utvecklad för MODIS data och bygger på att man använder tröskelvärden för MODIS band 555 och 670nm för att detektera algblomningar. Inom projektet har dessa tröskelvärden använts och kombinerats med motsvarande MERIS band 560 och 665nm. Generellt stämmer resultaten från två sensorerna bra överens och skillnader beror ofta på att data flaggats olika i de två dataseten.

Den nya metoden användes operationellt under sommaren 2010 och för att kunna utvärdera resultaten genomfördes motsvarande övervakning med AVHRR parallellt. Resultaten från projektet visar att detektionen av algblomningar har blivit bättre. Den nya metodiken ger en mer detaljerad bild av hur algblomningar och ytansamlingar formas på havsytan och även molnens negativa inverkan på övervakningen har minskat jämför med AVHRR. Områden där data helt saknas har dock ökat jämfört med den AVHRR baserade metodiken. Detta beror på att både MERIS och MODIS har en längre återkomst tid samt att data genereras från ett mindre område. Detta problem minimeras genom att data från de två sensorerna kombineras vilket medför att den operationella övervakningen enbart påverkas några enstaka dagar under en sommar. 

Projektets utvärdering av regionala processorer för MERIS visar att Improved Contrast between Land and Ocean (ICOL) processor kan användas för att förbättra detektionen i kustområden vilket annars oftast maskas bort. Analysen visar också att Maximum Chlorophyll Index (MCI) är en robust metod för detektion av kraftiga ytansamlingar som skulle kunna användas både som komplement inom den operationella övervakningen men också för att kopplas samman den tidsserie baserad på AVHRR-data som finns från 1997-2009 med den nya metodiken som tagits fram för MERIS och MODIS inom projektet.    

Att använda radar data från satellit (SAR) för detektion av algblomning är möjlig och skulle kunna vara ett komplement till optiska sensorer vid molnig förhållanden. Men att operationellt använda SAR data är förknippas med flera svårigheter; bildanalysen är komplicerad, data distribution kan vara ett problem och att höga vindhastigheter påverkar detektionen.

Framtida arbete kommer att fokusera på datatillgänglighet och nya sensorer då både MERIS och MODIS redan uppnått sin tekniska livslängd, harmonisering av vilka flaggor som används, utvärdering av sensor unika tröskelvärden och att inkludera ICOL och MCI i den operationella övervakningen.  

Kontaktpersoner:

Martin Hansson & Bertil Håkansson, SMHIs Oceanografiska enhet.
Email: Martin.Hansson@smhi.se, Bertil.Hakansson@smhi.se

 

Senast uppdaterad: 1 februari 2011