Empirical Modeling of Clarity in the Caspian Sea using MERIS Data

Taheri Shahraaini, H.

Empirical Modeling of Clarity in the Caspian Sea using MERIS Data

Author

H. Taheri Shahraaini

Faculty of Civil Engineering, Shahrood University, Shahrood, Iran

Abstract

In this study, univariate linear regression model was developed for monitoring secchi depth in the Caspian Sea using level 1b and level 2 data. The in-situ measurements were carried outduring 25 one-day campaigns in the Caspian Sea. In this study, 25 level 1b MERIS images were utilized and then converted to level 2 data using C2R processor. The ability of univariate linear regression for the extraction of secchi depth from level 1b and level 2 wasinvestigated. The results demonstrated that the level 2 data lead to better performance than level 1b data. The level 2 data are able to retrieve the secchi depth in the Caspian Sea with correlation coefficient and percent of absolute error about 0.86 and 28.6%, respectively. Finally, secchi depth map of Caspian Sea was retrieved from MERIS level 2 images using developed univariate empirical model.

Keywords

Secchi depth

Clarity model

MERIS

Caspian Sea

Univariate regression

Article Title Persian

مدل‌سازی تجربی شفافیت در دریای خزر با استفاده از داده‌های MERIS

Author Persian

حمید ظاهری شهرآئینی

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شاهرود، شاهرود، ایران

Abstract Persian

در این تحقیق مد‌ل‌سازی رگرسیونی خطی تک متغیره به‌منظور پایش عمق سکی در دریای خزر با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای سقف (سطح 1) و کف (سطح 2) اتمسفر انجام می‌شود. اندازه‌گیری‌های میدانی عمق سکی در دریای خزر توسط 25 گشت دریایی انجام شد. در اینتحقیق 25 تصویر سطح یک سنجنده MERISمورد استفاده قرار گرفت که توسط پردازشگر C2Rتبدیل به داده‌های سطح 2 شدند. قابلیت استخراج عمق سکی از داده‌های ماهواره‌ای سطح 1 و سطح 2 توسط رگرسیون خطی تک متغیره بررسی شد. نتایج نشان داد که استفاده از داده‌های سطح 2 بهتر از داده‌های سطح 1 است و با استفاده از داده‌های سطح 2 می‌توان به ترتیب با ضریب همبستگی و درصد خطای مطلق حدود 86/0 و 28/6% عمق شفافیت دریای خزر را تخمین زد.در نهایت نقشةعمق سکی در دریای خزر از تصاویر MERISبه کمک مدل مذکور استخراج شد.

Keywords Persian

عمق سکی

مدل شفافیت

مریس

دریای خزر

رگرسیون تک متغیره

Secchi, P.A., “Relazionedella Esperienzo Fatte A Bordo Della Pontificia Pirocorvetta L’Immacolata Concezione Per Determinare La Transparenze Del Mare” Il Nuovo Cimento, Vol. 20, No. 1, 1864, pp. 205-238.
Lee, G.F., Jones-Lee, A. and Rast, W., Secchi Depth as a Water Quality Parameter, Report of G. Fred Lee & Associates, El-Macero, CA, 1995.
Kratzer, S., Hakansson, B. and Sahlin, C., “Assessing Secchi and Photic Zone Depth in The Baltic Sea from Satellite Data,” AMBIO A Journal of The Human Environment,, Vol. 32, No. 8, 2003, pp. 577-585.
Lindell, T., Pierson, D., Premazzi, G. and Zilioli, E., Manual for Monitoring European Lakes Using Remote Sensing Techniques, Official Publication of The European Communities, Luxembourg, 1999, p. 9.
Ruddick, K., de Cauwer, V., Park, Y., Becu, G. and Blauwe, J-P., “Preliminary Validation of MERIS Water Products for Belgian Coastal Waters”, Proceedings of ENVISAT Validation Workshop, ESA, SP-531, 2002.
Prasad, K. S., Bernstein, R. L., Kahru, M. and Mitchell, B. G., “Ocean Color Algorithms for Estimating Water Clarity (Secchi Depth) from Sea WiFS,” Journal of Advanced Marine Science and Technology Society, Vol. 4, No. 2, 1998, pp. 301−306.
Suresh, T., Naik, P., Bandishte, M., Desa, E., Mascaranahas, A. and Parbhu, S.G., “Secchi Depth Analysis Using Bio-Optical Parameters Measured in The Arabian Sea” SPIE Proceedings Remote Sensing of The Marine Environment, 64, 2006, pp. 66-75.
Chen, Z., Muller-Karger, F., Hu, C., “Remote Sensing of Water Clarity in Tampa Bay,” Remote Sensing of Environment, Vol. 109, 2007, pp. 249–259.
Kratzer, S., Brockmann, C. and Moore, G., “Using MERIS Full Resolution Data to Monitor Coastal Waters - A Case Study from Himmerfjärden, A Fjord-like Bay in The Northwestern Baltic Sea,” Remote Sensing of Environment, Vol. 112, 2007, pp. 2284–2300.
Korshenko, A. N. and Gul, A.G., Pollution of The Caspian Sea, In: The Caspian Sea Environment (Handbook of Environmental Chemistry), Springer, 2005, pp. 109-142.
Zonn, I. S., Environmental Issues of The Caspian, In: The Caspian Sea Environment (Handbook of Environmental Chemistry), Springer, 2005, pp. 223-242.
Zhang, Y., Pulliainen, J., Koponen, S. and Hallikainen, M., “Empirical Algorithms for Secchi Disk Depth Using Optical and Microwave Remote Sensing Data from The Gulf of Finland and The Archipelago Sea,” Boreal Environment Research, Vol. 8, 2003, pp. 251−261.
Park, Y., Cauwer De, V., Nechad, B. and Ruddick, K., “Validation of MERIS Water Products for Belgian Coastal Waters: 2002–2003”, MERIS and AATSR Calibration and Geographical Validation Workshop, Frascatti, Italy, 2003.
Doerffer, R., Schiller, H. and Peters, M., The MERIS Case2 Regional Processor, Version 1.1, 2006, Published 8 November 2006 on http://www.brockmann-consult.de/beam/ html.
Schröder, T., Fernerkundung, von Wasserinhaltsstoffen in Küstengewässernmit MERIS unter Anwendungexpliziter und impliziter Atmosphär enkorrektur verfahren,” (Thesis PhD), Freie Universität Berlin, Berlin, Germany, 2005.