پایش میزان کلروفیل-آ، کربن آلی، شوری و دمای سطح آب در سواحل سیستان و بلوچستان با استفاده از داده‌ های سنجش از دور

پیشینه و هدف دریاها و اقیانوس‌ ها نقش به سزایی در شرایط آب و هوایی و همچنین تغییرات اقلیم ایفا می ‌کنند. علاوه بر این پدیده‌ های فیزیکی و زیستی از مهم‌ ترین عوامل تاثیرگذار بر شیمی و محیط ‌زیست دریا هستند. از همین رو شناخت فرآیندهای فیزیکی حاکم بر دریاها و اقیانوس‌ ها و همچنین همبستگی بین این خصوصیات با خصوصیات زیستی از اهمیت بالایی برخوردار است. الگوریتم ‌های سنجش ‌از دور از محدوده آبی، سبز، زرد، قرمز و مادون ‌قرمز نزدیک استفاده می‌ کنند و بنابراین نظارت بر کلروفیل آ که رنگ‌دانه فیتوپلانگتون آب ‌های اقیانوسی و ساحلی است می ‌تواند با استفاده از فناوری نوین سنجش ‌از دور اندازه‌گیری و ارزیابی شود.مواد و روش ها در این مطالعه از قابلیت روش‌ های سنجش از دور در بررسی وضعیت ویژگی‌های کیفی آب‌های ساحلی استان سیستان و بلوچستان استفاده‌شده است. بدین منظور برای بررسی وضعیت کلروفیل-آ با استفاده از الگوریتم ‌های بیواپتیکی oc3 درenvi  و همچنین قابلیت ‌های پلت فرم گوگل ارث انجین استفاده ‌شده است. گوگل ارث انجین یک پلت فرم تحلیل مکانی و متن‌ باز است که کاربران را قادر می ‌سازد تصاویر ماهواره ‌ای سیاره زمین را تجسم و تجزیه‌ و تحلیل کنند. با استفاده از این سامانه می ‌توان انواع پردازش ‌های طیفی را بر روی پدیده های مختلف سطح زمین با داده‌های ماهواره ‌ای متفاوت انجام داد. همچنین می ‌توان بر روی حجم زیادی از داده ‌ها بدون نیاز به سامانه ‌های پرقدرت، محاسبات را انجام داد. پارامتر شوری از ماهواره smos سنجنده miras در نرم‌افزار snap، بررسی پارامترهای کلروفیل، دما و کربن آلی با استفاده از تصاویر ماهواره مودیس سنجنده terra استفاده شد. زمان مطالعه در تصاویر مورداستفاده و نمونه ‌برداری میدانی اردیبهشت‌ ماه سال 1399 است. به ‌منظور استخراج غلظت کلروفیلآ از الگوریتم‌ های بیواپتیکی مبتنی بر باندهای آبی و سبز (oc3) در نرم‌افزار envi استفاده شد. مدل ‌های بیواپتیک اندازه‌گیری‌ های نوری بازتاب یا تابش را با پارامترهای بیولوژیکی مانند غلظت کلروفیل، کیفیت آب و سایر موارد به هم پیوند می‌دهند. دمای آب یکی از مهم‌ترین عوامل حاکم بر وضعیت زندگی درون دریا است، به ‌طوری ‌که جانوران دریایی تنها در یک بازه مشخصی از دمای آب می ‌توانند زنده بمانند و تولیدمثل کنند.‌ به همین دلیل فیتوپلانگتون ‌ها بسیار به تغییرات دمای آب حساس بوده و واکنش نشان می ‌دهند و دمای سطح آب می‌ تواند تعیین‌کننده فراوانی و پراکنش آن ‌ها باشد. در این پژوهش پروداکت mir_osudp2 ماهواره smos سنجنده miras در تاریخ 3 می 2020 برای منطقه موردمطالعه از سایت https://smosdiss.eo.esa.int استفاده شد.نتایج و بحث در کنار سواحل میزان کلروفیل-آ بیشتر است و ایستگاه ‌های کنارک جود و خور میدانی دارای غلظت بالاتری از کلروفیلآ هستند. خروجی‌ های حاصل از دو روش متفاوت در تخمین میزان کلروفیل-آ در منطقه مورد مطالعه مشابهت دارد. همچنین نتایج نشان داد که در ایستگاه ‌های چابهار، کنارک، جود و گواتر در سال ‌های اخیر میزان کلروفیل-آ افزایش ‌یافته است. در مناطق چابهار و کنارک در طول ده سال این افزایش چشمگیر بوده و افزایش ناگهانی کلروفیل در سال اخیر در ایستگاه‌ های جود و خور میدانی نیاز به مطالعات بیشتری جهت شناخت علل دارد و باید مورد توجه قرار گیرد. نمودار میزان تغییرات کلروفیلآ در طی سال 2019 تا 2020 نشان می ‌دهد که میزان کربن آلی از میزان کلروفیل-آ پیروی می ‌کند و در مناطقی مانند چابهار و کنارک میزان کربن آلی بالاتری را شاهد هستیم.  بیشترین افزایش دما در تمامی سه دوره مورد بررسی در بخش‌ های بندر چابهار و کنارک بوده است، که فعالیت ‌های انسانی یکی از عوامل اصلی آن است. با بررسی روند ده‌ساله تغییرات افزایشی دما در بندرهای خور میدانی و جود نیز قابل‌مشاهده است. روند کلی دما همان ‌گونه که انتظار می ‌رود به سمت شرق کاهشی است زیرا به آب ‌های آزاد نزدیک‌تر است. فصولی که دمای آب کمتر است میزان کلروفیل-آ بالاتر بوده است. نتایج نقشه ‌های کلروفیل-آ توسط نرم ‌افزارهای envi و پلت فرم گوگل ارث انجین، غلظت کلروفیل-آ در فصل پاییز و زمستان نسبت به بهار و تابستان بیشتر بوده است، بالا بودن مقدار غلظت کلروفیل-آ در فصول سرد آب ‌های گرمسیری و نیمه گرمسیری رایج است. همچنین غلظت کلروفیلآ در مناطق مورد بررسی در امتداد ساحل بیشتر از مناطق دور از ساحل است که این ویژگی در ارتباط با الگوریتم برداشت کلروفیل-آ در آب ‌های نوع یک است؛ به ‌عبارت‌ دیگر، مناطق ساحلی به دلیل عمق کم، بالا بودن کدورت و رسوبات معلق نسبت به مناطق دور از ساحل دارای مقدار بیشتری است. چون در این منطقه تخلیه رودخانه ‌ای وجود ندارد، این مناطق بیشتر تحت تاثیر فرآیندهای هیدرودینامیکی مانند جهت وزش باد و جریان‌های دریایی هستند. حداقل میزان غلظت کلروفیل-آ در منطقه در ماه می تا سپتامبر مشاهده شد که این تغییرات مخالف نوسانات دمای سطحی آب بود، که می ‌تواند به دلیل جریانات بالارونده باشد. میزان کربن آلی از مهم‌ ترین عوامل کلیدی برای ارزیابی کارکرد بوم ‌سازگان آبی محسوب می ‌شود که موجب تعیین توان پتانسیل بوم‌سازگان برای فرآورده‌های شیلاتی می ‌شود؛ نتایج حاصل از بررسی میزان کربن آلی نشان داد که مقدار کربن آلی همانند کلروفیل-آ در دو فصل پاییز و زمستان بیشتر از بهار و تابستان بود به ‌طوری ‌که، روند تغییرات کربن آلی نیز از روند تغییرات کلروفیل-آ تبعیت داشت.  بین نوسانات دما و میزان کلروفیل-آ همبستگی وجود دارد، این ‌همبستگی ‌نشان دهنده اهمیت دمای سطح آب در تغییرات میزان رشد فیتوپلانگتون‌ ها به‌عنوان یکی از عوامل اقلیمی است و باعث شده است مهم ‌ترین پارامتر تاثیرگذار روی کلروفیل-آ، دمای سطحی آب باشد. بر اساس نتایج به‌ دست ‌آمده روند تغییرات دما در ده سال اخیر افزایشی و گرم ‌ترین ایستگاه ‌ها ایستگاه‌ های چابهار و کنارک هستند. ازلحاظ شوری نیز مناطقی که شوری کمتری را داشتند دارای میزان کلروفیل-آ بالاتری بودند. مقایسه داده ‌های حاصل از این تحقیق با موارد فوق گویای آن است که دامنه نوسانات ثبت ‌شده پارامترهای کیفی مورد بررسی در محدوده طبیعی آب ‌های منطقه با مطالعات مشابه در منطقه موردمطالعه توسط سایر متخصصین مطابقت دارد.نتیجه گیری نتایج این پژوهش نشان‌ دهنده دقت قابل‌قبول نتایج حاصل در مقایسه با داده ‌های پژوهش‌ های مشابه برکنار سرعت و سهولت روش کار است. بنابراین می‌ توان با کمک گرفتن از علم سنجش از دور با پایش به‌موقع پارامترهای کیفی پهنه ‌های آبی از ایجاد بحران ‌های بزرگ پیشگیری و در هزینه و زمان صرفه‌جویی کرد، مشکلاتی که ممکن است در صورت وقوع برگشت‌ناپذیر باشند.

Monitoring of chlorophyllA, organic carbon, salinity and water surface temperature off the coast of Sistan and Baluchestan using remote sensing data

Background and Objective The seas and oceans play an important role in climate conditions as well as climate change. In addition, physical and biological phenomena are among the most important factors affecting the chemistry and environment of the sea. Therefore, it is important to know the physical processes that govern the seas and oceans, as well as the correlation between these properties and biological properties. Remote sensing algorithms use a close range of blue, green, yellow, red, and infrared, so monitoring of chlorophyllA, the phytoplankton pigment of oceanic and coastal waters, can be measured and evaluated using stateoftheart remote sensing technology.Materials and Methods In this study, the capability of remote sensing methods has been used to investigate the status of coastal water quality characteristics of Sistan and Baluchestan provinces. For this purpose, the status of chlorophyllA has been used using OC3 biooptical algorithms in ENVI as well as the predecessors of the Google Earth Engine platform. Google Earth Engine is an opensource spatial analysis platform that enables users to visualize and analyze planetary satellite images. Using this system, various spectral processes can be performed on different surface phenomena with different satellite data. It is also possible to perform calculations on large volumes of data without the need for highpower systems. The salinity parameter of MIRAS’s SMOS satellite was used in SNAP software to investigate the parameters of chlorophyll, temperature, and organic carbon using Terra’s MODIS satellite images. The time to be studied in the images used and field sampling is May 2020. In order to extract the concentration of chlorophyllA, biooptical algorithms based on blue and green bands (OC3) were used in ENVI software. Biooptical models combine optical measurements of reflection or radiation with biological parameters such as chlorophyll concentration, water quality, and more. Water temperature is one of the most important factors in the life of the sea, so those marine animals can survive and reproduce only in a certain range of water temperatures. Therefore, phytoplankton is very sensitive to changes in water temperature and react to temperature. Water level can determine their frequency and distribution. In this study, the product MIR_OSUDP2 of the SMOS satellite of MIRAS on 3rd of May 2020, for the study area from  https://smosdiss.eo.esa.int/ was used.Results and Discussion The results showed that the amount of chlorophyllA is higher along the shores and the stations near Joud and the estuary has a higher concentration of chlorophyllA. The results showed the outputs of two different methods for estimating chlorophyllA in the study area are similar. Also, according to the results, it is clear that the amount of chlorophyllA has increased in Chabahar, Konarak, Jude, and Goater stations in recent years. In Chabahar and Konarak regions, this increase has been significant for ten years, and the sudden increase in chlorophyll in recent years in field stations requires more studies to identify the causes and should be considered. The chart below shows the rate of change in chlorophyllA from 2019 to 2020. According to the results, the amount of organic carbon follows the amount of chlorophyllA and in areas such as Chabahar and Konarak we see higher levels of organic carbon. Also, the highest increase in temperature in all three periods studied was in Chabahar and Konarak ports, of which human activities are one of the main factors. Also, by examining the tenyear trend, increasing temperature changes can be seen in the ports of Maidan and Jude. The general trend of temperature is decreasing to the east as expected because it is closer to open waters. Seasons when water temperatures are lower, chlorophyllA levels are higher. ChlorophyllA map output results by ENVI software and Google Earth Engine platform, chlorophyllA concentrations were higher in autumn and winter than in spring and summer, high chlorophyllAconcentrations are common in cold tropical and subtropical seasons. Also, the concentration of chlorophyllA in the study areas along the coast is higher than the offshore areas, which is related to the chlorophyllA harvesting algorithm in type 1 waters; In other words, coastal areas have more value than offshore areas due to shallow depth, high turbidity and suspended sediments. Because there is no river discharge in this area, these areas are mostly affected by hydrodynamic processes such as wind direction and sea currents. The lowest chlorophyllA concentrations were observed in the region from May to September, which was contrary to fluctuations in water surface temperature, which could be due to rising currents. The amount of organic carbon is one of the most important factors for evaluating the performance of aquatic ecosystems, which determines the potential of ecosystems for fishery products; The results of the study of organic carbon showed that the amount of organic carbon as chlorophyllA in the two seasons of autumn and winter was higher than spring and summer so that the trend of changes in organic carbon also followed the trend of changes in chlorophyllA. There is a correlation between temperature fluctuations and chlorophyllA, this correlation indicates the importance of water surface temperature in changes in the growth rate of phytoplankton as one of the climatic factors and has made the most important parameter affecting chlorophyllA, water surface temperature. According to the obtained results, the trend of temperature changes in the last ten years is increasing and the hottest stations are Chabahar and Konarak stations. In terms of salinity, areas with lower salinity had higher chlorophyllA levels. Comparison of the data obtained from this study with the above indicates that the range of recorded fluctuations of the quality parameters studied in the natural waters of the region and is consistent with similar studies in the study area by other experts.Conclusion The results of this study show the acceptable accuracy of the results compared to the data of similar researchers in addition to the speed and ease of the method. Therefore, with the help of remote sensing science, timely monitoring of the quality parameters of water areas can prevent major crises and save time and money, problems that may be irreversible if they occur.