Publicação

Supporting environmental management and climate change governance with satellite chlorophyll-a estimation from space

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O fitoplâncton desempenha um papel fundamental na regulação do clima global e na manutenção da vida nos ecossistemas aquáticos. Estes organismos microscópicos, que realizam fotossíntese, são responsáveis por cerca de metade da produção de oxigénio do planeta e pela absorção significativa de dióxido de carbono atmosférico. No entanto, as alterações climáticas têm vindo a modificar profundamente as condições dos ecossistemas aquáticos, afetando a composição, distribuição e fenologia das comunidades fitoplanctónicas. Este trabalho de investigação centra-se na monitorização do fitoplâncton como indicador de variabilidade climática, com especial enfoque na concentração de Clorofila-a (Chl-a), um pigmento fotossintético amplamente utilizado como proxy da biomassa fitoplanctónica. A tese propõe o reforço da monitorização do fitoplâncton em regiões particularmente sensíveis às alterações climáticas, como os lagos boreais, onde o degelo sazonal e outras variações geofísicas têm impacto direto na produtividade primária. Através da análise de séries temporais de dados de satélite e de amostragens in situ, foi possível modelar padrões de floração e identificar alterações na fenologia do fitoplâncton ao longo de mais de três décadas. A tese demonstra que é possível utilizar imagens de satélites de alta resolução espacial que não foram concebidas inicialmente com o propósito de detetar Clorofila-a. O caso apresentado refere-se à utilização dos satélites da família Landsat (Landsat 5 e 7), com resolução espacial de 30 metros, onde foi possível estimar padrões sazonais de clorofila em pequenos lagos – porém, com limitações bem definidas devidas, sobretudo, à baixa resolução espectral destes satélites. O primeiro artigo da tese é então um estudo inovador que permitiu superar limitações associadas à baixa resolução de sensores tradicionais de cor do oceano, como o MODIS ou o MERIS, especialmente em corpos de água de pequena dimensão. Os resultados demonstram que é possível estimar com precisão a concentração média de Chl-a em lagos de diferentes estados tróficos, com coeficientes de determinação (R²) superiores a 0.5 em lagos eutróficos. A metodologia adotada envolveu a calibração de modelos empíricos e semi-empíricos de regressão linear multivariada, utilizando bandas espectrais visíveis e infravermelhas dos sensores Landsat, bem como índices espectrais conhecidos como o NDCI (Normalized Difference Chlorophyll Index) e o BRG (Blue-Red-Green index). Estes modelos foram validados com dados de campo recolhidos em lagos da Finlândia, abrangendo diferentes estados tróficos, condições óticas e geofísicas. Os resultados demonstraram que os modelos baseados em dados Landsat conseguem estimar a concentração média de Chl-a com elevada precisão, especialmente em lagos eutróficos, onde a biomassa fitoplanctónica é mais elevada e, consequentemente, o sinal espectral é mais pronunciado.
Autores principais:	Lisboa,Filipe Bernardo da Costa Agostinho Rodrigues
Assunto:	Chlorophyll Climate Change Phenology Environmental Monitoring Remote Sensing Clorofila Alterações Climáticas Fenologia Monitorização Ambiental Deteção Remota
Ano:	2026
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	O fitoplâncton desempenha um papel fundamental na regulação do clima global e na manutenção da vida nos ecossistemas aquáticos. Estes organismos microscópicos, que realizam fotossíntese, são responsáveis por cerca de metade da produção de oxigénio do planeta e pela absorção significativa de dióxido de carbono atmosférico. No entanto, as alterações climáticas têm vindo a modificar profundamente as condições dos ecossistemas aquáticos, afetando a composição, distribuição e fenologia das comunidades fitoplanctónicas. Este trabalho de investigação centra-se na monitorização do fitoplâncton como indicador de variabilidade climática, com especial enfoque na concentração de Clorofila-a (Chl-a), um pigmento fotossintético amplamente utilizado como proxy da biomassa fitoplanctónica. A tese propõe o reforço da monitorização do fitoplâncton em regiões particularmente sensíveis às alterações climáticas, como os lagos boreais, onde o degelo sazonal e outras variações geofísicas têm impacto direto na produtividade primária. Através da análise de séries temporais de dados de satélite e de amostragens in situ, foi possível modelar padrões de floração e identificar alterações na fenologia do fitoplâncton ao longo de mais de três décadas. A tese demonstra que é possível utilizar imagens de satélites de alta resolução espacial que não foram concebidas inicialmente com o propósito de detetar Clorofila-a. O caso apresentado refere-se à utilização dos satélites da família Landsat (Landsat 5 e 7), com resolução espacial de 30 metros, onde foi possível estimar padrões sazonais de clorofila em pequenos lagos – porém, com limitações bem definidas devidas, sobretudo, à baixa resolução espectral destes satélites. O primeiro artigo da tese é então um estudo inovador que permitiu superar limitações associadas à baixa resolução de sensores tradicionais de cor do oceano, como o MODIS ou o MERIS, especialmente em corpos de água de pequena dimensão. Os resultados demonstram que é possível estimar com precisão a concentração média de Chl-a em lagos de diferentes estados tróficos, com coeficientes de determinação (R²) superiores a 0.5 em lagos eutróficos. A metodologia adotada envolveu a calibração de modelos empíricos e semi-empíricos de regressão linear multivariada, utilizando bandas espectrais visíveis e infravermelhas dos sensores Landsat, bem como índices espectrais conhecidos como o NDCI (Normalized Difference Chlorophyll Index) e o BRG (Blue-Red-Green index). Estes modelos foram validados com dados de campo recolhidos em lagos da Finlândia, abrangendo diferentes estados tróficos, condições óticas e geofísicas. Os resultados demonstraram que os modelos baseados em dados Landsat conseguem estimar a concentração média de Chl-a com elevada precisão, especialmente em lagos eutróficos, onde a biomassa fitoplanctónica é mais elevada e, consequentemente, o sinal espectral é mais pronunciado.