Desarrollo y validación de un modelo bio-óptico para la teledetección del fitoplancton en aguas continentales
- Autores: Antonio Ruiz Verdú
- Directores de la Tesis: José Moreno Méndez (dir. tes.), Jesús Delegido (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Número de páginas: 211
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ricardo Diaz Delgado Hernandez (presid.), Ana Belén Ruescas Orient (secret.), Ana Silió Calzada (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Teledetección por la Universitat de València (Estudi General)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
La tesis presenta los resultados del desarrollo y validación de un modelo bio-óptico para la teledetección del fitoplancton en aguas continentales, denominado PHYBOM (PHYtoplankton-Based Optical Model).
El modelo bio-óptico simula la interacción de la luz solar con los componentes ópticamente activos (OAC) de las masas de agua continentales, haciendo énfasis en la descripción detallada de las propiedades ópticas del fitoplancton. Se ha desarrollado a partir de modelos físicos que describen la interacción de las partículas en suspensión y sustancias disueltas en el medio acuático, así como aproximaciones empíricas a las relaciones entre la concentración de los OAC y sus propiedades ópticas inherentes (IOP), asumiendo hipótesis realistas sobre la forma, índices de refracción y funciones de distribución de las poblaciones de partículas en aguas naturales (Particle Size Distributions).
La absorción del fitoplancton, componente central del modelo PHYBOM se ha simulado a partir de su composición pigmentaria detallada, bien por simulación directa o a través de relaciones quimiotaxonómicas entre los cocientes de pigmentos con la Clorofila-a y la abundancia relativa de las principales clases taxonómicas de fitoplancton presentes en aguas continentales. En la generación de los espectros del fitoplancton se han incluido los efectos de empaquetamiento. En cuanto a sus propiedades dispersivas, se han simulado mediante un modelo bicapa con dos tipos de células (eucariotas y cianobacterias), basado en la Aproximación de la Difracción Anómala (ADA) a la Teoría de Mie. Para el resto de los OAC; detritus; materia organica disuelta colora (CDOM) y Partículas No Algales se ha seguido una aproximación semejante, combinando modelos físicos con relaciones empíricas, verificadas en el desarrollo del modelo con datos experimentales.
El modelo se ha validado con los datos de una extensa y detallada campaña de medidas ópticas y limnológicas realizada sobre una muestra de 36 embalses y lagos españoles, representativo de un amplio gradiente de condiciones ambientales. Los resultados obtenidos en la validación de la reflectividad del agua han conseguido errores relativos (RRMSE) inferiores al 10% en el espectro visible en la mayoría de los 72 puntos de validación, reproduciendo la forma espectral observada debida a cambios en la composición de las poblaciones naturales de fitoplancton, así como el espectro de emisión de fluorescencia, determinado por primera vez en vivo con una combinación de simulación bioóptica y datos in situ.
PHYBOM es una herramienta versatil de simulación, que permite generar bases de datos sintéticas de gran tamaño, para el desarrollo de algoritmos de obtención de variables de calidad del agua por teledetección hiperespectral, simular los efectos de la fotoaclimatación y los cambios en la reflectividad y en la emisión de fluorescencia debidos a la composición taxonómica y pigmentaria del fitoplancton.
