Projeto de pesquisa
Parecer da Comissão Científica
Projeto do CEBIMar
Dados do solicitante
Aurea Maria Ciotti
Natureza do projeto
Projeto de docente ou pesquisador
Projeto autônomo
Pesquisadores ou docentes associados
Lino Augusto Sander de Carvalho
Claudio Clemente Faria Barbosa
Ronaldo Adriano Christofoletti
Recursos
2021/13367-6
Fapesp
Descrição do projeto
Variações verticais das propriedades ópticas nas águas costeiras do estado de São Paulo e sua influência no sinal hiperespectral de sensoriamento remoto
01-12-2022
29-11-2024
A observação dos oceanos por sensoriamento remoto provê dados fundamentais sinópticos e sincrônicos sobre a dinâmica física e distribuições da microbiota marinha. A evolução dessa ferramenta prescreve o incremento significativo na quantidade de canais espectrais observados, para que se amplie a compreensão das propriedades ópticas na coluna de água. Essa proposta investigará por medidas in situ e simulações numéricas a variabilidade do campo luminoso hiperespectral subaquático verticalmente na costa do estado de São Paulo, focando nos efeitos de intrusões subsuperficiais da Água Central do Atlântico Sul na cor do oceano superficial e seu impacto na utilização de imagens da cor do oceano para estudos biogeoquímicos. Além disso, a proposta visa construir algoritmos regionais para a estimativa dos componentes opticamente ativos (fitoplâncton, detritos etc.) para sensores sensoriamento remoto multi- e hiperespectrais, atuais e futuros. Os resultados tecnológicos incluirão a construção de um banco de dados de propriedades ópticas e metodologias de simulação numérica do campo de luz subaquático de oceano costeiro da costa de São Paulo, local onde o estabelecimento de programas de monitoramento são urgentes. Os resultados serão reportados tanto cientificamente como para a sociedade civil e tomadores de decisões. Esperamos estabelecer um marco na evolução dos estudos bio- ópticos de águas costeiras, ainda bastante modestos no Brasil.
cor do oceano hiperspectral, sensoriamento remoto, monitoramento da costa de São Paulo, ressurgência da Água Central do Atlântico Sul
As simulações numéricas serão realizadas com a ajuda do método numérico comercializado pelo programa Hydrolight, amplamente empregado pela comunidade cientifica na solução da ETR aplicada à corpos de água costeiros (Chang et al., 2003; Tzortziou et al., 2006) e como referência para novas simulações em desenvolvimento (Holtrop e Van Der Woerd 2021).
As informações in situ, num total de 20, previstas entre setembro de 2023 a fevereiro de 2024, em datas selecionadas conforme o estado do mar e acompanhamento dos ventos e de imagens de satélite da cor do oceano para identificar a ocorrência de pluma de ressurgência na costa de São Paulo. Faremos observações detalhadas verticalmente na coluna de água em uma seção 3 a 5 estações oceanográficas, desde o sul da ilha de São Sebastião até o arquipélago de Alcatrazes. Em cada estação, lançaremos em modo “queda livre” o radiômetro Hiperspectral HyperOCR – Ocean Color Radiometer (Sea-Bird Scientific), medindo a radiância emergente da água (Lu), a irradiância solar descendente (Ed) e a irradiância acima da água (Es) entre 350 a 800 nm e resolução espectral de 3,3 nm, segundo as recomendações de Ruddick et al., (2019). O instrumento conta com sensores acessórios de temperatura, salinidade e coeficientes de retroespalhamento (bb) em 3 bandas (470, 532, e 700 nm, ECO-BB3 (WET Labs). Em cada estação oceanográfica, realizaremos um mínimo de 5 perfis. Complementarmente, serão realizados perfis verticais com um fluorímetro C3 (Turner designs) contendo sensores de pressão, temperatura, e canais de fluorescência para matéria orgânica dissolvida (CDOM), clorofila e ficoeritrina, para auxiliar na delimitação das diferentes camadas ópticas. Em cada camada detectada na vertical será coletada uma amostrada água com garrafas tipo Van Dron (triplicata) para quantificar componentes opticamente ativos (ver abaixo). Os dados serão obtidos e processados segundo recomendações estabelecidas pela comunidade bio-óptica (IOCCG Protocol Series, 2019) utilizando programas disponibilizados pelo fabricante e tratados com rotinas em R e Python.
Em laboratório, as amostras de água obtidas serão utilizadas para a determinação da concentração de clorofila-a e dos coeficientes de absorção do material particulado e dissolvido. Para a clorofila-a, cerca de 250 ml das amostras concentrada em filtros de fibra de vidro GF/F, extraídos com uma solução de acetona 90% e óxido de dimetil sulfato (DMSO) 6:4 em volume (Shoaf e Lium 1976). Para os coeficientes de absorção particulada, cerca de 1000 ml das amostras serão concentrados em filtros de fibra de vidro (Whatman GF/F), posteriormente lidos em espectrofotômetro Perkin Elmer UV/VIS LAMBDA 35, equipado com uma esfera integradora (RSA PE 20) segundo o método descrito em (Tassan e Ferrari 1995). Para as curvas de absorção de luz da matéria orgânica dissolvida colorida, ainda a bordo, as amostras de água serão filtradas em filtros de cápsula de nylon (Polycap AS Whatman®, com porosidade de 0.2 µm) e armazenadas em frascos âmbar previamente higienizados e esterilizados. A absorbância será medida entre 320-750 nm no espectrofotômetro WPI UltraPath com caminho óptico de 200 cm (Mannino et al., 2019).
As informações in situ, num total de 20, previstas entre setembro de 2023 a fevereiro de 2024, em datas selecionadas conforme o estado do mar e acompanhamento dos ventos e de imagens de satélite da cor do oceano para identificar a ocorrência de pluma de ressurgência na costa de São Paulo. Faremos observações detalhadas verticalmente na coluna de água em uma seção 3 a 5 estações oceanográficas, desde o sul da ilha de São Sebastião até o arquipélago de Alcatrazes. Em cada estação, lançaremos em modo “queda livre” o radiômetro Hiperspectral HyperOCR – Ocean Color Radiometer (Sea-Bird Scientific), medindo a radiância emergente da água (Lu), a irradiância solar descendente (Ed) e a irradiância acima da água (Es) entre 350 a 800 nm e resolução espectral de 3,3 nm, segundo as recomendações de Ruddick et al., (2019). O instrumento conta com sensores acessórios de temperatura, salinidade e coeficientes de retroespalhamento (bb) em 3 bandas (470, 532, e 700 nm, ECO-BB3 (WET Labs). Em cada estação oceanográfica, realizaremos um mínimo de 5 perfis. Complementarmente, serão realizados perfis verticais com um fluorímetro C3 (Turner designs) contendo sensores de pressão, temperatura, e canais de fluorescência para matéria orgânica dissolvida (CDOM), clorofila e ficoeritrina, para auxiliar na delimitação das diferentes camadas ópticas. Em cada camada detectada na vertical será coletada uma amostrada água com garrafas tipo Van Dron (triplicata) para quantificar componentes opticamente ativos (ver abaixo). Os dados serão obtidos e processados segundo recomendações estabelecidas pela comunidade bio-óptica (IOCCG Protocol Series, 2019) utilizando programas disponibilizados pelo fabricante e tratados com rotinas em R e Python.
Em laboratório, as amostras de água obtidas serão utilizadas para a determinação da concentração de clorofila-a e dos coeficientes de absorção do material particulado e dissolvido. Para a clorofila-a, cerca de 250 ml das amostras concentrada em filtros de fibra de vidro GF/F, extraídos com uma solução de acetona 90% e óxido de dimetil sulfato (DMSO) 6:4 em volume (Shoaf e Lium 1976). Para os coeficientes de absorção particulada, cerca de 1000 ml das amostras serão concentrados em filtros de fibra de vidro (Whatman GF/F), posteriormente lidos em espectrofotômetro Perkin Elmer UV/VIS LAMBDA 35, equipado com uma esfera integradora (RSA PE 20) segundo o método descrito em (Tassan e Ferrari 1995). Para as curvas de absorção de luz da matéria orgânica dissolvida colorida, ainda a bordo, as amostras de água serão filtradas em filtros de cápsula de nylon (Polycap AS Whatman®, com porosidade de 0.2 µm) e armazenadas em frascos âmbar previamente higienizados e esterilizados. A absorbância será medida entre 320-750 nm no espectrofotômetro WPI UltraPath com caminho óptico de 200 cm (Mannino et al., 2019).
Divulgaremos nossos resultados em artigos científicos, apresentações em congressos e em postagens nos canais de mídia e redes sociais do CEBIMar, INPE e UFRJ, com o envolvimento de nossa(o)s aluna(o)s, integrando parte de suas dissertações e monografias
As simulações numéricas visam explorar a variabilidade óptica e identificar possíveis padrões de variação da luz subaquática, possíveis efeitos de sinais do fundo e distância das ilhas. Os cenários simulados buscarão compreender o impacto da ACAS no campo de luz e para tanto mapearemos a presença dessa massa de água com um modelo hidrodinâmico (https://pam.dhn.mar.mil.br/ssib.html), da Rede de Modelagem e Observação Oceanográfica.
As concentrações e tipos de materiais coloridos são estimadas por modelos empíricos e semi-analíticos aplicados em imagens de satelite, e esses poderão ser validados e ajustados com a presente proposta, e em seguida serem integrados a plataforma MAPAQUALI, hoje disponibilizado no sítio http://www.dpi.inpe.br/labisa/project/mapaquali/. Esta plataforma propõe-se a gerar e disponibilizar, para os sistemas aquáticos, séries temporais da distribuição espacial da Clorofila-a, Sólidos Suspensos, Matéria Orgânica Colorida Dissolvida (CDOM) além de prover alertas de eventos de florações de algas. A plataforma é mantida pelo LabISA/INPE (http://www.dpi.inpe.br/labisa/) e colaboradores. A base de dados será também disponibilizada pelo sistema da Pró-Reitoria de Pesquisa da Universidade de São Paulo (https://prpi.usp.br/gestao-de-dados-cientificos/).
Para além da comunidade acadêmica, os dados do projeto serão utilizados para popularização da ciência para estudantes e educadores do ensino básico. A temática ‘cor do oceano e a vida na Terra’ será disponibilizada para escolas do Programa Escola Azul Brasil, https://escolaazul.maredeciencia.com.br/, UNIFESP-MCTI) para que possam integrar esta temática em seus projetos escolares, além dos programas regulares de educação ambiental do CEBIMar (http://cebimar.usp.br/pt/extensao). As escolas do litoral paulista interessadas terão como suporte encontros virtuais com a equipe para debater o tema entre estudantes, professores e pesquisadores. Os pesquisadores fornecerão matérias, conteúdos e dados. Os produtos, sejam podcasts, vídeos, ou intervenções, coproduzidos com a equipe do projeto, serão disponibilizados para as demais escolas para utilização futura no repositório de materiais didáticos do Programa Maré de Ciência (https://maredeciencia.com.br/conteudos/).
Um outro produto deste projeto será desenvolvido para tomadores de decisões, alinhada ao resultado esperado “Um oceano acessível” da Década das Nações Unidas da Ciência Oceânica para o Desenvolvimento Sustentável (2021-2030), onde o conhecimento sobre o oceano terá livre acesso. Esperamos realizar duas oficinas virtuais de interação entre tomadores de decisões e pesquisadores do projeto. A primeira, a ser realizada no primeiro semestre do projeto, apresentará a proposta para sensibilização dos parceiros e mapear demandas e sugestões dos tomadores de decisões, discutindo metas conjuntas para as quais lacunas de conhecimento para tomada de decisão possam ser incorporadas no projeto sem prejuízo ao já aprovado. A segunda oficina fará um mapeamento de possíveis aplicações dos resultados obtidos neste projeto, por maio da produção de um documento com indicativos para a tomada de decisão, com linguagem e formato apropriados para o público-alvo.
O cronograma desenhado inclui coletas mensais entre agosto de 2023 a março de 2024.
As simulações numéricas visam explorar a variabilidade óptica e identificar possíveis padrões de variação da luz subaquática, possíveis efeitos de sinais do fundo e distância das ilhas. Os cenários simulados buscarão compreender o impacto da ACAS no campo de luz e para tanto mapearemos a presença dessa massa de água com um modelo hidrodinâmico (https://pam.dhn.mar.mil.br/ssib.html), da Rede de Modelagem e Observação Oceanográfica.
As concentrações e tipos de materiais coloridos são estimadas por modelos empíricos e semi-analíticos aplicados em imagens de satelite, e esses poderão ser validados e ajustados com a presente proposta, e em seguida serem integrados a plataforma MAPAQUALI, hoje disponibilizado no sítio http://www.dpi.inpe.br/labisa/project/mapaquali/. Esta plataforma propõe-se a gerar e disponibilizar, para os sistemas aquáticos, séries temporais da distribuição espacial da Clorofila-a, Sólidos Suspensos, Matéria Orgânica Colorida Dissolvida (CDOM) além de prover alertas de eventos de florações de algas. A plataforma é mantida pelo LabISA/INPE (http://www.dpi.inpe.br/labisa/) e colaboradores. A base de dados será também disponibilizada pelo sistema da Pró-Reitoria de Pesquisa da Universidade de São Paulo (https://prpi.usp.br/gestao-de-dados-cientificos/).
Para além da comunidade acadêmica, os dados do projeto serão utilizados para popularização da ciência para estudantes e educadores do ensino básico. A temática ‘cor do oceano e a vida na Terra’ será disponibilizada para escolas do Programa Escola Azul Brasil, https://escolaazul.maredeciencia.com.br/, UNIFESP-MCTI) para que possam integrar esta temática em seus projetos escolares, além dos programas regulares de educação ambiental do CEBIMar (http://cebimar.usp.br/pt/extensao). As escolas do litoral paulista interessadas terão como suporte encontros virtuais com a equipe para debater o tema entre estudantes, professores e pesquisadores. Os pesquisadores fornecerão matérias, conteúdos e dados. Os produtos, sejam podcasts, vídeos, ou intervenções, coproduzidos com a equipe do projeto, serão disponibilizados para as demais escolas para utilização futura no repositório de materiais didáticos do Programa Maré de Ciência (https://maredeciencia.com.br/conteudos/).
Um outro produto deste projeto será desenvolvido para tomadores de decisões, alinhada ao resultado esperado “Um oceano acessível” da Década das Nações Unidas da Ciência Oceânica para o Desenvolvimento Sustentável (2021-2030), onde o conhecimento sobre o oceano terá livre acesso. Esperamos realizar duas oficinas virtuais de interação entre tomadores de decisões e pesquisadores do projeto. A primeira, a ser realizada no primeiro semestre do projeto, apresentará a proposta para sensibilização dos parceiros e mapear demandas e sugestões dos tomadores de decisões, discutindo metas conjuntas para as quais lacunas de conhecimento para tomada de decisão possam ser incorporadas no projeto sem prejuízo ao já aprovado. A segunda oficina fará um mapeamento de possíveis aplicações dos resultados obtidos neste projeto, por maio da produção de um documento com indicativos para a tomada de decisão, com linguagem e formato apropriados para o público-alvo.
O cronograma desenhado inclui coletas mensais entre agosto de 2023 a março de 2024.
Solicitações
Tudo será executado nos laboratorios Aquarela, visitas periodicas de pesquisadores do INPE e UFRJ para auxilio nas coletas.
Laboratorio de preparações e agua ultra pura
plancton (garrafas e rede)
Canal de São Seabstião e Arquipelago de Alcatrazes (esse ultimo com embarcações alugadas)
Sim, mar calmo e ventos moderados
- Auxílio técnico para coleta de organismos ou observações de campo
- Utilização de embarcação do CEBIMar
- Janeiro
- Fevereiro
- Março
- Abril
- Agosto
- Setembro
- Outubro
- Novembro
- Dezembro
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