5.2. Evidence for and against high CDOMabsorption per unit chlorophyll in
the Red Sea
Results from our analysis suggest that standard empirical oceancolour
algorithms, based either on a band-ratio (OC4) or banddifference
(OCI), overestimate chlorophyll in the Red Sea, possibly due
to an excess of CDOM absorption per unit chlorophyll. Knowledge on
the sources and sinks of CDOM in the Red Sea remain elusive. An
argument thatwould contradict our hypothesis is that there is very little
riverine input in the Red Sea (Patzert, 1974), such that any additional
CDOM is unlikely to come from terrestrial sources. A further argument
against high CDOM is that the Red Sea is close to the tropics, and
exposed to intense surface irradiance. Therefore, any CDOM produced
would be expected to undergo rapid degradation fromphoto-bleaching
(Nelson & Siegel, 2013; Vodacek et al., 1997). As discussed in the previous
sections, there are also other reasons that may explain an overestimation
in chlorophyll from standard satellite algorithms, such as
uncertainty in the performance of atmospheric-correction algorithms
and effects of aeolian dust deposition on the optical properties of the
water (Claustre et al., 2002).
Despite these arguments, there is some evidence that may support
the hypothesis of higher CDOM absorption than average in the Red
Sea. Firstly, the results do not imply the Red Sea is rich in CDOM, but
simply that CDOM is higher than in the average oligotrophic–mesotrophic
environment (i.e. for a given chlorophyll concentration). Using satellite
and in situ data, Morel and Gentili (2009a) found that CDOM
absorption in the nearby Mediterranean Sea is twice that observed at
the same latitude in the Atlantic Ocean. Nearby to the Red Sea, the
Mediterranean Sea is also a semi-enclosed basin. It is possible that a refractory
component of CDOMmight have built up over time that is resistant
to degradation fromphoto-bleaching. The Red Sea is also home to a
vast number of coral reefs that sustain a huge amount of biological productivity
and fisheries (Munday, Jones, Pratchett, & Williams, 2008).
Red Sea coral reefs produce large amounts of dissolved organic matter
(DOC, see van Duyl & Gast, 2001;Wild, Niggl, Naumann, & Hass, 2010;
Yahel, Sharp, Marie, Häse, & Genin, 2003), and it may be that a component
of this DOC is correlatedwith CDOM. Boss and Zaneveld (2003) observed
enhanced concentrations of CDOM near coral reefs and near
seagrass beds. It may be that benthic processes in basins with a high
amount of area at boundaries relative to total area (such as the Red
Sea and theMediterranean), could influence CDOMmore than in basins
such as the Atlantic and Pacific.
Higher CDOM per unit chlorophyll may also be related to a positive
relationship between enhanced metabolic processes and temperature
(Taucher & Oschlies, 2011). The Red Sea is among the warmest seas
on the planet, changes in microbial-loop activity with temperature
(Behrenfeld, 2011) may alter production and degradation of CDOM.
The Red Sea is also subject to high irradiance. In high light environments
changes in the ratio of phytoplankton carbon to chlorophyll may result
in modifications in the ratio of chlorophyll to CDOM, without any
change in the ratio of phytoplankton carbon to CDOM. Ultimately,
additional datasets are required to verify if the Red Sea has elevated
CDOM absorption per unit chlorophyll.
6. Summary
Using an objective classification, and a dataset of satellite (OC-CCI
products) and in situ chlorophyll match-up data, we tested the performance
of two standard ocean-colour empirical chlorophyll algorithms
(one based on a blue to green band-ratio, OC4, and the other a banddifference,
OCI), a semi-analytical algorithm, and an empirical algorithm
that accounts for the influence of CDOMon the remotely-sensed chlorophyll
estimates.We found that the two empirical algorithms (OC4 and
OCI) had the highest performance, but systematically overestimated
chlorophyll when compared with the in situ data.
By developing a Red Sea ocean-colour model, parameterised where
possible to data from the Red Sea, we adjusted the two ocean-colour
empirical algorithms for chlorophyll estimation and the systematic
overestimation in chlorophyll originally observedwas removed. The relationships
of particulate absorption and particulate backscatteringwith
chlorophyll that are used in the Red Sea model, are similar to
established global relationships, but the amount of CDOM absorption
per unit chlorophyll concentration in the model is higher than standard
global relationships. An enhanced amount of CDOMabsorption per unit
chlorophyll in the Red Sea was found to explain the overestimation in
chlorophyll originally observed for the OCI and OC4 algorithms. A series
of algorithms adjusted for the Red Sea have been proposed, designed
for a range of ocean-colour sensors, and are now available for further
testing. Given the unique and understudied marine and atmospheric
environment of the region, uncertainties in the in situ data, and the potential
influence of aeolian dust on atmospheric correction, additional
information is required to scrutinise our findings.
Acknowledgements
The authorswould like to thank the captains and the crews of the
R/V “Aegaeo” of the Hellenic Centre for Marine Research (HCMR), and
of the R/V “Oceanus” from the Woods Hole Oceanographic Institution
(WHOI), who made the data collection possible.We thank in particular
Leah Trafford and Amy Bower for their assistance on the cruise data
used in this study. The authors are grateful to the Italian Scientific Committee
for Antarctica (CSNA) for hosting the researchers and boarding
the instruments in the RV Italica, and P. Povero and V. Saggiomo for
organising theMIPOT oceanographic campaign, to Fiorani Luca for making
the data available via the NASA SeaBASS website, and to NASA for
archiving the MIPOT data on the SeaBASS website.
We thank staff at the Goddard Space Flight Center Ocean Ecology
Laboratory for their support and J. Loftin, S. Searson, H. Le Goff, and S.
Kandels for their handling of the AC-S during Tara Oceans. We thank
the following people, institutions, and sponsors whomade the Tara expedition
possible: CNRS, EMBL, Genoscope/CEA, UPMC VIB, Stazione
Zoologica Anton Dohm, UNIMIB, ANR, FWO, BIO5, Biosphere 2, agnes
b., the Veolia Environment Foundation, Region Bretagne,World Courier,
Cap L'Orient, the Foundation EDF Diversiterre, FRB, the Prince Albert II
de Monaco Foundation, Etienne Bourgois, and the Tara Foundation
teams and crew. Tara Oceans could not have happened without the
support of the Tara Foundation and the Tara Consortium. This is contribution
no. 27 of the Tara Oceans Expedition 2009–2012. Funding for the
collection and processing of the AC-S dataset was provided by NASA
Ocean Biology and Biogeochemistry Program under grants
NNX11AQ14G and NNX09AU43G to the University of Maine. We also
thank Alison Chase for comments on the HyperPro and HPLC data collected
on the Tara cruise.We thank the editor and two anonymous reviewers
for useful comments on the manuscript.
This research was supported by the King Abdullah University for
Science and Technology (KAUST), Kingdom of Saudi Arabia, by a grant
from the Changing Earth Science Network initiative funded by the
STSE programme of the European Space Agency (ESA), by the UK
National Centre for Earth Observation and by the Ocean Colour Climate
Change Initiative of ESA.
5.2 การหลักฐานสำหรับ และ CDOMabsorption สูงต่อหน่วยคลอโรฟิลล์ในทะเลแดงผลจากการวิเคราะห์ของเราแนะนำ oceancolour ประจักษ์ที่มาตรฐานอัลกอริทึม ใช้ ในวงอัตราส่วน (OC4) หรือ banddifference(OCI), overestimate คลอโรฟิลล์ในทะเลแดง อาจครบกำหนดให้เกินกว่าที่การดูดซึม CDOM ต่อหน่วยคลอโรฟิลล์ ความรู้ในแหล่งที่มาและเก็บ CDOM ในทะเลแดงยังคงเปรียว มีอาร์กิวเมนต์ thatwould ขัดแย้งกับสมมติฐานของเราคือมีน้อยมากริเวอร์ไรน์ใส่เข้าไปในทะเลแดง (Patzert, 1974), เช่นให้เพิ่มเติมCDOM ไม่น่าจะมาจากแหล่งที่ภาคพื้น อาร์กิวเมนต์เพิ่มเติมกับ CDOM สูงคือทะเลแดงใกล้เขตร้อน และสัมผัสกับผิว irradiance รุนแรง ดังนั้น CDOM การผลิตจะคาดว่าจะผ่านการย่อยสลายอย่างรวดเร็ว fromphoto ฟอกสี(เนลสัน & Siegel, 2013 Vodacek และ al., 1997) ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้าส่วน นอกจากนี้ยังมีเหตุผลอื่น ๆ ที่อาจอธิบายการ overestimationในคลอโรฟิลล์จากมาตรฐานดาวเทียมอัลกอริทึม เช่นความไม่แน่นอนในการทำงานของอัลกอริทึมการแก้ไขบรรยากาศผลของการสะสมฝุ่น aeolian ในคุณสมบัติของแสงและการน้ำ (Claustre et al., 2002)แม้ มีอาร์กิวเมนต์เหล่านี้ มีหลักฐานบางอย่างที่อาจสนับสนุนสมมติฐานของสูง CDOM ดูดซึมมากกว่าค่าเฉลี่ยในสีแดงทะเล ประการแรก ผลไม่ได้เป็นทะเลแดงจะอุดมไปด้วย CDOM แต่แค่นั้น CDOM จะสูงกว่าในการเฉลี่ย oligotrophic – mesotrophicสิ่งแวดล้อม (เช่นการกำหนดให้คลอโรฟิลล์เข้มข้น) ใช้ดาวเทียมและ ข้อมูลใน situ ริกโมเรลและ Gentili (2009a) พบว่า CDOMดูดซึมในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนใกล้เคียงเป็นสองเท่าที่สังเกตที่ละติจูดเดียวกันในมหาสมุทรแอตแลนติก ถึงทะเลแดง การทะเลเมดิเตอร์เรเนียนเป็นอ่างกึ่งควบ เป็นไปได้ที่การทนไฟส่วนประกอบของ CDOMmight ได้สร้างช่วงเวลาที่จะทนการสลายตัวที่ fromphoto ฟอกสี ทะเลแดงเป็นบ้านเพื่อการจำนวนปะการังที่รักษาเป็นจำนวนมากของผลผลิตทางชีวภาพและประมง (มันเดย์ โจนส์ Pratchett และวิ ลเลียมส์ 2008)ปะการังทะเลแดงผลิตอินทรีย์ละลายจำนวนมาก(เอกสาร ดูรถตู้ Duyl และ Gast, 2001 ป่า Niggl นัว & Hass, 2010Yahel ชาร์ป มารี Häse และ Genin, 2003), และอาจเป็นได้ว่าส่วนประกอบของเอกสารนี้คือ correlatedwith CDOM เจ้านายและ Zaneveld (2003) สังเกตเพิ่มความเข้มข้นของ CDOM ใกล้ปะการัง และใกล้เตียงหญ้าทะเล มันอาจจะเป็นธรรมชาติที่กระบวนการในอ่างล่างหน้ามีมากจำนวนพื้นที่ในขอบเขตที่สัมพันธ์กับพื้นที่ทั้งหมด (เช่นสีแดงทะเลและ theMediterranean), สามารถมีอิทธิพลต่อ CDOMmore กว่าในอ่างล่างหน้าแอตแลนติกและแปซิฟิกCDOM สูงต่อหน่วยคลอโรฟิลล์อาจยังเกี่ยวข้องกับการบวกความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการเผาผลาญเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิ(Taucher & Oschlies, 2011) ทะเลแดงเป็นทะเลอบอุ่นบนดาวเคราะห์ การเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมวนจุลินทรีย์กับอุณหภูมิ(Behrenfeld, 2011) อาจเปลี่ยนแปลงผลิตและการสลายตัวของ CDOMทะเลแดงได้ยัง มี irradiance สูง ในสภาพแวดล้อมแสงสูงผลการเปลี่ยนแปลงในอัตราส่วนของคาร์บอน phytoplankton กับคลอโรฟิลล์ในการปรับเปลี่ยนในอัตราส่วนของคลอโรฟิลล์ CDOM โดยไม่ต้องมีเปลี่ยนอัตราส่วนของคาร์บอน phytoplankton เป็น CDOM ในที่สุดdatasets เพิ่มเติมจะต้องตรวจสอบหาก มีการยกระดับทะเลแดงดูดซึม CDOM ต่อหน่วยคลอโรฟิลล์6. สรุปใช้การจัดประเภทวัตถุประสงค์ และชุดข้อมูลของดาวเทียม (CCI องศาเซลเซียสผลิตภัณฑ์) และซิคลอโรฟิลล์ตรงสายข้อมูล เราได้ทดสอบประสิทธิภาพการทำงานของอัลกอริทึมคลอโรฟิลล์รวมมหาสมุทรสีมาตรฐานที่สอง(หนึ่งตามสีฟ้าสีเขียววงอัตรา OC4 และอื่น ๆ banddifferenceOCI), อัลกอริทึมแบบกึ่งวิเคราะห์ และอัลกอริทึมการประจักษ์ที่บัญชีสำหรับอิทธิพลของ CDOMon คลอโรฟิลล์เหตุการณ์จากระยะไกลประเมิน เราพบว่าอัลกอริทึมสองประจักษ์ (OC4 และOCI) มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่ระบบ overestimatedคลอโรฟิลล์เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลใน situโดยการพัฒนาแบบทะเลสีแดงทะเล parameterised ที่ไปได้ข้อมูลจากทะเลแดง เราปรับสองทะเลสีอัลกอริทึมประจักษ์ประมาณคลอโรฟิลล์และที่ระบบoverestimation ในคลอโรฟิลล์เดิม observedwas ลบ ความสัมพันธ์ดูดซับฝุ่นและฝุ่น backscatteringwithคลอโรฟิลล์ที่ใช้ในแบบจำลองทะเลแดง จะคล้ายกับสร้างความสัมพันธ์ทั่วโลก แต่จำนวน CDOM ดูดซึมต่อหน่วยคลอโรฟิลล์ เข้มข้นในรูปแบบมีสูงกว่ามาตรฐานความสัมพันธ์ระดับโลก เพิ่มขึ้นจำนวน CDOMabsorption ต่อหน่วยคลอโรฟิลล์ในทะเลแดงพบอธิบาย overestimation ในคลอโรฟิลล์ที่พบครั้งแรก สำหรับอัลกอริทึม OCI และ OC4 ชุดของกระบวนการปรับปรุงสำหรับทะเลแดงได้ถูกนำเสนอ ออกแบบสำหรับเซนเซอร์สีโอเชี่ยน และจะพร้อมใช้งานทันทีสำหรับเพิ่มเติมทดสอบ กำหนดเอกลักษณ์ และ understudied ทางทะเล และบรรยากาศสภาพแวดล้อมของภูมิภาค ความไม่แน่นอนในข้อมูลใน situ และศักยภาพอิทธิพลของฝุ่น aeolian บรรยากาศแก้ไข เพิ่มเติมข้อมูลจะต้องค้นพบของเรา scrutiniseถาม-ตอบAuthorswould อยากขอบคุณแคบเทินส์และหน้าที่ของการR/V "Aegaeo" ของศูนย์วิจัยทางทะเล (HCMR), Hellenic และของ R/V "โอเชียนัส" จากสถาบัน Oceanographic รูไม้(WHOI), ซึ่งได้รวบรวมข้อมูลได้ เราขอขอบคุณโดยเฉพาะแทร็ฟฟอร์ดลีอาห์และ Bower มีการขอความช่วยเหลือข้อมูลครูใช้ในการศึกษานี้ ผู้เขียนจะขอบคุณคณะกรรมการวิทยาศาสตร์อิตาลีในทวีปแอนตาร์กติกา (CSNA) สำหรับพื้นที่ที่นักวิจัย และขึ้นเครื่องมือใน RV Italica, P. Povero และ Saggiomo V. สำหรับจัดระเบียบ theMIPOT oceanographic แคมเปญ ลูกา Fiorani สำหรับทำมีผ่าน ทางเว็บไซต์ปลากะพง NASA และ NASA สำหรับข้อมูลเก็บข้อมูล MIPOT บนเว็บไซต์ปลากะพงเราขอขอบคุณพนักงานที่ศูนย์อวกาศก็อดเดิร์ดบินมหาสมุทรระบบนิเวศห้องปฏิบัติการสำหรับการสนับสนุน และ J. Loftin, S. Searson, H. เลอกอฟฟ์ และ s ได้Kandels สำหรับการจัดการของ AC-S ระหว่างมหาสมุทรธารา เราขอขอบคุณต่อบุคคล สถาบัน และผู้สนับสนุน whomade เร่งธาราเป็นไปได้: CNRS, EMBL, Genoscope/CEA, UPMC VIB, StazioneZoologica แอ Dohm, UNIMIB เอ็น FWO, BIO5 ชีวบริเวณ 2 แอกเนสบี มูลนิธิสิ่งแวดล้อม Veolia ภูมิภาค Bretagne, Courier โลกฝา L'Orient, Diversiterre EDF มูลนิธิ FRB เจ้าชายอัลเบิร์ตทูเดอโมนาโกมูลนิธิ Etienne Bourgois และมูลนิธิธาราคนและลูกเรือ ธารามหาสมุทรอาจไม่เกิดขึ้นโดยไม่มีการการสนับสนุนของมูลนิธิธาราและสมาคมธารา เป็นสัดส่วนหมายเลข 27 ธารามหาสมุทรเร่ง 2009-2012 เงินทุนสำหรับการรวบรวมและการประมวลผลชุดข้อมูล AC-S ให้ โดยองค์การนาซ่าทะเลชีววิทยาทางชีวธรณีเคมีโปรแกรมภายใต้ทุนNNX11AQ14G และ NNX09AU43G เพื่อมหาวิทยาลัยเมน เรายังอลิสันเชสขอขอบคุณสำหรับข้อคิดเห็นข้อมูล HyperPro และ HPLC ที่รวบรวมในการล่องเรือธารา เราขอขอบคุณบรรณาธิการและผู้ตรวจทานที่ไม่ระบุชื่อสองสำหรับความเห็นที่เป็นประโยชน์บนต้นฉบับงานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุน โดยมหาวิทยาลัยคิงอับดุลสำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (KAUST), ราชอาณาจักรของซาอุดีอาระเบีย โดยให้จากการริเริ่มเปลี่ยนเครือข่ายวิทยาศาสตร์โลกที่สนับสนุนโดยโปรแกรม STSE ของยุโรปพื้นที่แทน (ประเทศ), โดยสหราชอาณาจักรศูนย์แห่งชาติ สำหรับการสังเกตโลก และสภาพภูมิอากาศสีโอเชี่ยนเปลี่ยนความคิดริเริ่มของประเทศ
การแปล กรุณารอสักครู่..
