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Publicação
Three-dimensional mapping of ocean variables and marine ecosystems characterization on the Portuguese coast
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 17.29 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The oceans are a persistent topic on the international agenda, either because of the vital
importance of marine ecosystems for human life or because their preservation and sustainability
are in jeopardy. The United Nations Decade of Ocean Science for Sustainable Development
(2021-2030) embodies this mission to improve and extend ocean knowledge towards effective
policies and actions. One of its major challenges is ocean digitalization.
The aim of this work is to map, in three dimensions, the physical and chemical properties of
seawater and to characterize ecological marine units on the Portuguese coast. We used data
from project AQUIMAR, collected in-situ along four campaigns, on two areas: B, on the
northwestern coast, from Aveiro to Figueira da Foz; and E, on the south coast, from Sagres to
Tavira. We selected eight ocean variables: temperature, salinity, dissolved oxygen, nutrients
(phosphate, total oxidized nitrogen, and silicate), chlorophyll a, and pH. Digital representations
of their distribution in the water column were created by spatial interpolation using the
Empirical Bayesian Kriging 3D method, which had reliable performance as an automated
interpolator. Marine ecosystems were characterized through K-means cluster analysis,
independently for each of the four campaigns. The results were exported as NetCDF files and
voxel layers and published on the web, on the ArcGIS Online infrastructure, and on a ncWMS
server.
This study improved the knowledge of the spatial distribution and evolution of ocean variables
and ecological marine units in the two areas of the Portuguese coast. Based on marine data
observations, we produced multidimensional surfaces and shared them in standardized formats,
suited for further exploration and analysis by stakeholders. These ocean state base maps are
essential for ocean preservation, sustainability, and governance, and for effectively creating
digital twins of the ocean.
Os oceanos são um tema constante na agenda internacional, quer pela importância vital dos ecossistemas marinhos para a vida humana, quer porque a sua preservação e sustentabilidade se encontram em risco. A Década da Ciência Oceânica para o Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (2021-2030) materializa esta missão de melhorar e ampliar o conhecimento do mar, conduzindo a políticas e ações eficazes. Um dos seus principais desafios é a digitalização dos oceanos. O objetivo deste trabalho é mapear, em três dimensões, as propriedades físicas e químicas da água do mar e caracterizar os ecossistemas marinhos na costa portuguesa. Foram utilizados dados do projeto AQUIMAR, recolhidos in situ ao longo de quatro campanhas, em duas áreas: B, na costa noroeste, entre Aveiro e a Figueira da Foz; e, na costa sul, entre Sagres e Tavira. Foram selecionadas oito variáveis oceânicas: temperatura, salinidade, oxigénio dissolvido, nutrientes (fosfato, nitrato+nitrito e silicato), clorofila a e pH. As representações digitais da sua distribuição na coluna de água foram criadas através de interpolação espacial, utilizando o método Empirical Bayesian Kriging 3D, que evidenciou um desempenho fiável, enquanto interpolador automatizado. Os ecossistemas marinhos foram caracterizados independentemente para cada uma das quatro campanhas, através de análise de clusters com recurso ao método K-means. Os resultados foram exportados para ficheiros NetCDF e camadas voxel e publicados na web, na infraestrutura ArcGIS Online e num servidor ncWMS. Este estudo reforçou o conhecimento acerca da distribuição espacial e evolução das variáveis oceânicas e ecossistemas marinhos nas duas áreas da costa portuguesa. Com base em observações de dados marinhos, foram produzidas superfícies multidimensionais e partilhadas em formatos padronizados, adequados para exploração e análise futuras por parte dos utilizadores. Estes mapas de base do estado do oceano são essenciais para a sua preservação, sustentabilidade e governança, bem como para a criação eficaz de gémeos digitais do oceano.
Os oceanos são um tema constante na agenda internacional, quer pela importância vital dos ecossistemas marinhos para a vida humana, quer porque a sua preservação e sustentabilidade se encontram em risco. A Década da Ciência Oceânica para o Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (2021-2030) materializa esta missão de melhorar e ampliar o conhecimento do mar, conduzindo a políticas e ações eficazes. Um dos seus principais desafios é a digitalização dos oceanos. O objetivo deste trabalho é mapear, em três dimensões, as propriedades físicas e químicas da água do mar e caracterizar os ecossistemas marinhos na costa portuguesa. Foram utilizados dados do projeto AQUIMAR, recolhidos in situ ao longo de quatro campanhas, em duas áreas: B, na costa noroeste, entre Aveiro e a Figueira da Foz; e, na costa sul, entre Sagres e Tavira. Foram selecionadas oito variáveis oceânicas: temperatura, salinidade, oxigénio dissolvido, nutrientes (fosfato, nitrato+nitrito e silicato), clorofila a e pH. As representações digitais da sua distribuição na coluna de água foram criadas através de interpolação espacial, utilizando o método Empirical Bayesian Kriging 3D, que evidenciou um desempenho fiável, enquanto interpolador automatizado. Os ecossistemas marinhos foram caracterizados independentemente para cada uma das quatro campanhas, através de análise de clusters com recurso ao método K-means. Os resultados foram exportados para ficheiros NetCDF e camadas voxel e publicados na web, na infraestrutura ArcGIS Online e num servidor ncWMS. Este estudo reforçou o conhecimento acerca da distribuição espacial e evolução das variáveis oceânicas e ecossistemas marinhos nas duas áreas da costa portuguesa. Com base em observações de dados marinhos, foram produzidas superfícies multidimensionais e partilhadas em formatos padronizados, adequados para exploração e análise futuras por parte dos utilizadores. Estes mapas de base do estado do oceano são essenciais para a sua preservação, sustentabilidade e governança, bem como para a criação eficaz de gémeos digitais do oceano.
Descrição
Dissertation presented as the partial requirement for obtaining a Master's degree in Geographic Information Systems and Science
Project AQUIMAR – Marine Knowledge Supporting Aquaculture (MAR-02.01.01-FEAMP-0107), funded by the MAR 2020 Operational Program
Project AQUIMAR – Marine Knowledge Supporting Aquaculture (MAR-02.01.01-FEAMP-0107), funded by the MAR 2020 Operational Program
Palavras-chave
Cluster analysis Marine ecosystem Ocean variable Three-dimensional interpolation Voxel layer Análise de clusters Camada voxel Ecossistema marinho Interpolação tridimensional Variável oceânica SDG 14 - Vida na água SDG 14 - Life below water