Mar Menor lagoon (SE Spain) chlorophyll-a and turbidity estimation with Sentinel-2

• Autores: Y. Zhan, Jesús Delegido, M. Erena, Juan M. Soria, Antonio Ruiz Verdú, Esther Patricia Urrego, Xavier Sòria Perpinyà, Eduardo Vicente Pedrós, José Moreno Méndez
• Localización: Limnetica, ISSN 0213-8409, Vol. 41, Nº. 2, 2022, págs. 305-323
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estimación del contenido de clorofila-a y turbidez del Mar Menor con Sentinel 2
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• Resumen
  • español

    El Mar Menor es un lago costero Mediterráneo con un alto valor medioambiental y social, pero que ha sufrido importantes episodios de contaminación en los últimos años a causa de fuertes lluvias, arrastre de sedimentos y sustancias contaminantes principalmente de la agricultura y la entrada de residuos mineros provocando un aumento de la eutrofización. La concen- tración de clorofila-a [Chl-a] y la turbidez son parámetros de calidad del agua que, por sus propiedades ópticas, pueden ser estudiadas con técnicas de teledetección. En este trabajo se propone una metodología para monitorizar el contenido en [Chl-a] y turbidez del Mar Menor usando imágenes de Sentinel-2. Para ello se ha utilizado una extensa base de datos, que cuenta con ambos parámetros, [Chl-a] y turbidez, medidos en diferentes fechas entre el año 2016 y 2019 en 12 puntos sobre el Mar Menor. Las imágenes fueron corregidas atmosféricamente con la versión para aguas turbias (C2X) del procesador Case 2 Regional Coast Colour Processor (C2RCC), para obtener los valores de reflectividad. A continuación, se analizaron las relaciones aritméticas entre las reflectividades de las bandas utilizadas en la bibliografía para el estudio de la [Chl-a] y la turbidez. Comparando cada una de esas relaciones con los datos in situ se obtuvo que el mejor índice para la [Chl-a] es la relación (R560+R705)/(R560+R665) con un RMSE = 2.6 mg/m3 y un NRMSE = 9.1 %, para la turbidez R705*R705/R490 con un RMSE = 1.5 NTU y un NRMSE = 10.9 %. Finalmente se muestran mapas de [Chl-a] y turbidez del Mar Menor, aplicando estas relaciones en fechas distintas, una de ellas días después de las lluvias torrenciales de septiembre de 2019, donde se ob- serva como la concentración de [Chl-a] y la turbidez aumentan considerablemente.

  • English

    Mar Menor is a Mediterranean Coastal lagoon with high environmental and social value, but has suffered important episodes of contamination in recent years due to heavy rains, sediment dragging and polluting substances mainly from agriculture as well as the entry of mining waste, causing an increase in eutrophication. Water quality variables such as chlorophyll-a concentration [Chl-a] and turbidity, can be studied through its optical properties by remote sensing techniques. In this work, a methodology is proposed for monitoring [Chl-a] and the turbidity of the Mar Menor using Sentinel-2 images. For this purpose, an extensive database of both variables was used consisting of data taken on different dates between 2016 and 2019 at 12 points of Mar Menor. The images were atmospherically corrected using Case 2 Regional Coast Color Processor (C2RCC) version for tur- bid waters (C2X) to obtain the water surface reflectance. Then several arithmetic relations between database and reflectance bands used in the bibliography for [Chl-a] and turbidity were analyzed. Comparing the results of each one of these relations with the in situ data, decided that the best index for [Chl-a] estimation is the relation (R560 + R705)/ (R560 + R665) with an RMSE = 2.6 mg/m3 and a NRMSE = 9.1 % and for turbidity R705*R705/R490 with an RMSE = 1.5 NTU and a NRMSE= 10.9 %.

    Finally, by applying these relationships on different dates, thematic maps of [Chl-a] and turbidity of Mar Menor were obtained.

    One of these images was some days after September 2019 torrential rains, in which a considerable [Chl-a] and turbidity in- crease was observed.