A influência da deposição atmosférica da poeira mineral da Patagônia na biomassa fitoplanctônica do setor Atlântico do Oceano Austral

O Oceano Austral é a região oceânica de maior extensão em que os macronutrientes necessários à produção primária permanecem em níveis elevados por todo ano. Essa condição é conhecida como High Nutrient Low Clorophyll (HNLC) e é determinada, em grande parte, pela relativa escassez de micronutrientes, particularmente o ferro. Diversos experimentos comprovaram que a entrada de ferro neste sistema intensifica a produção biológica, aumentando a fixação do carbono e, eventualmente, sua exportação para águas profundas. Este fenômeno recebeu muita atenção nos últimos 20 anos devido a sua possível influencia no clima, via ciclo do carbono. A relação inversa entre concentração de CO2 na atmosfera e o fluxo de poeira mineral observados em registros glaciais da Antártica Central sugere que a deposição atmosférica pode ser uma importante via para o aporte de micronutrientes. Porém, a contribuição da deposição de poeira mineral para a produção primária nesta região permanece para ser demonstrada e seu possível papel no sistema climático ainda não é conclusivo. No caso do setor Atlântico do Oceano Austral, que recebe influência da Patagônia, os baixos fluxos modernos de poeira mineral e a baixa solubilidade do ferro associado à estrutura dos alumíniossilicato levam muitos autores a postular que fontes oceânicas de micronutrientes sejam mais determinantes. Faltam, no entanto, evidências experimentais. Neste trabalho, abordamos o estudo da fertilização do setor Atlântico do Oceano Austral pela poeira da Patagônia utilizando duas ferramentas: (1) o sensoriamento remoto orbital de aerossóis minerais e clorofila-a em escala interanual; e (2) um experimento de fertilização, com poeira da Patagônia, realizado na Passagem de Drake, considerando fluxos estimados para a era moderna e para o último glacial. Após doze dias de bioensaio, os tratamentos de adição de poeira mostraram a elevação da clorofila-a e da abundância de células em níveis acima dos controles. Níveis intermediários e maiores de adição não diferiram entre si na intensidade de resposta biológica, separando-se apenas da menor adição. Esses resultados indicam que a poeira da Patagônia, mesmo nos fluxos atuais, é capaz de prover os micronutrientes escassos na coluna dágua, com potencial para deflagrar aumentos significativos de biomassa. Através da análise por sensoriamento remoto, identificamos uma região de alta correlação entre poeira e clorofila-a, que está localizada entre a Frente Subtropical e a Frente Polar, se estendendo da Argentina ao sul da África. Esta região difere das águas ao sul da Frente Polar pela menor profundidade da camada de mistura, menor concentração de silicatos, baixa biomassa de diatomáceas e, estima-se, maior estresse fisiológico devido à escassez de ferro e menor aporte oceânico deste nutriente. Em conjunto, essas características parecem criar condições que tornam a resposta biológica mais sensível à deposição de poeira mineral. Estes resultados lançam nova luz sobre o controle atual da produção primária na região e sobre a hipótese da regulação climática pelo fitoplâncton no Oceano Austral, mediado pela deposição de poeira da Patagônia.

Contributions to Ensemble Classifiers with Image Analysis Applications

134 p.

Características ambientais e a ocorrência de leishmaniose visceral em Teresina, Piauí: uma aplicação utilizando sensoriamento remoto

Nas Américas, a leishmaniose visceral (LV) experimenta um processo de urbanização e o cão doméstico é considerado o principal reservatório da doença neste cenário, embora seu papel no ciclo de transmissão não esteja totalmente explicado. Este estudo teve como objetivo investigar, por meio da análise de dados espaciais e imagens de sensoriamento remoto, a relação de fatores ambientais com a ocorrência de infecção canina por Leishmania chagasi e sua correlação espacial com a doença humana na cidade de Teresina (Piauí - Brasil), onde foi relatada a primeira epidemia urbana de LV no Brasil. Os resultados são apresentados na forma de dois manuscritos, nos quais são utilizados dados georreferenciados obtidos por meio de um inquérito sorológico canino realizado durante o ano de 2011, em diferentes bairros com transmissão moderada ou intensa. No primeiro, a regressão logística multinível foi utilizada para correlacionar a prevalência da infecção canina com variáveis ambientais de quadrículas de 900m2 (30mx30m) onde os domicílios estavam localizados, ajustando para as características individuais dos cães (sexo, idade e raça) e da residência. Participaram desta análise 717 cães distribuídos em 494 domicílios e 396 quadrículas. Um percentual >16,5% da área da quadrícula coberta por pavimentação clara (ruas de terra ou asfalto antigo) foi a única variável ambiental associada com a infecção canina por L. chagasi (Odds ratio [OR] = 2,00, intervalo de 95% de confiança [IC95%]: 1,22 - 3,26). Estas áreas provavelmente correspondem àquelas mais pobres e com pior infraestrutura urbana, sugerindo a ocorrência de um padrão de transmissão intra-urbano similar aos padrões rurais e peri-urbanos da LV. No segundo manuscrito, a partir da análise hierárquica do vizinho mais próximo foi verificada a presença de sete clusters de maior concentração de cães soropositivos em relação aos soro negativos em áreas menos urbanizadas e com vegetação pouco densa. Participaram desta análise 322 cães distribuídos em cinco bairros. A relação espacial entre os caninos soropositivos e os casos humanos foi investigada através do método da distância média entre os pontos e analisada por meio do teste t. Foi encontrada uma maior proximidade de casos humanos em relação a cães soropositivos quando comparada à distância em relação aos soro negativos, sugerindo a existência de uma relação espacial entre a LV humana e a soropositividade canina. Os resultados contribuem para uma maior compreensão sobre a dinâmica da doença em meio urbano além de fornecer informações úteis para a prevenção e controle da LV em seres humanos.

A modeling approach to identify optimal habitat and suitable fishing grounds for neon flying squid (Ommastrephes bartramii) in the Northwest Pacific Ocean

We developed a habitat suitability index (HSI) model to understand and identify the optimal habitat and potential fishing grounds for neon f lying squid (Ommastrephes bartramii) in the Northwest Pacific Ocean. Remote sensing data, including sea surface temperature, sea surface salinity, sea surface height, and chlorophyll-a concentrations, as well as fishery data from Chinese mainland squid f leets in the main fishing ground (150–165°E longitude) from August to October, from 1999 to 2004, were used. The HSI model was validated by using fishery data from 2005. The arithmetic mean modeling with three of the environmental variables—sea surface temperature, sea surface height anomaly, and chlorophyll- a concentrations—was defined as the most parsimonious HSI model. In 2005, monthly HSI values >0.6 coincided with productive fishing grounds and high fishing effort from August to October. This result implies that the model can reliably predict potential f ishing grounds for O. bartramii. Because spatially explicit fisheries and environmental data are becoming readily available, it is feasible to develop a dynamic, near real-time habitat model for improving the process of identifying potential fishing areas for and optimal habitats of neon flying squid.

Aspects of quality control of wind profiler measurements in complex topography

It is well known in the scientific community that some remote sensing instruments assume that sample volumes present homogeneous conditions within a defined meteorological profile. At complex topographic sites and under extreme meteorological conditions, this assumption may be fallible depending on the site, and it is more likely to fail in the lower layers of the atmosphere. This piece of work tests the homogeneity of the wind field over a boundary layer wind profiler radar located in complex terrain on the coast under different meteorological conditions. The results reveal the qualitative importance of being aware of deviations in this homogeneity assumption and evaluate its effect on the final product. Patterns of behavior in data have been identified in order to simplify the analysis of the complex signal registered. The quality information obtained from the homogeneity study under different meteorological conditions provides useful indicators for the best alternatives the system can offer to build wind profiles. Finally, the results are also to be considered in order to integrate them in a quality algorithm implemented at the product level.

Gestão Ambiental apoiada por SIG na estrada da Colônia, Ilha Grande (RJ): uma visão do futuro.

Os SIG Sistemas de Informação Geográfica vêm sendo cada vez mais estudados como ferramentas facilitadoras de análises territoriais com o objetivo de subsidiar a gestão ambiental. A Ilha Grande, que pertence ao município de Angra dos Reis, localiza-se na baía de Ilha Grande no sul do estado do Rio de Janeiro e constitui-se no recorte espacial de análise. Apresenta uma dinâmica ambiental complexa que se sobrepõem principalmente aos usos de proteção ambiental e de atividade turística em uma porção do território em que as normatizações legais são difíceis de serem aplicadas, pois são reflexos de interesses que se manifestam em três esferas do poder a municipal, a estadual e a federal. O objetivo principal desta pesquisa é a realização do processamento digital de imagem para auxiliar a gestão territorial da Ilha Grande. Em foco, a estrada Abraão - Dois Rios, que liga Abraão (local de desembarque dos turistas, principal núcleo da Ilha) a Dois Rios (local de visitação por estudantes e pesquisadores, núcleo que abrigava o presídio, atualmente abriga sede do centro de pesquisa e museu da Universidade do Estado do Rio de Janeiro), ambos protegidos por diferentes categorias de unidades de conservação. A metodologia fundamenta-se no processamento digital de imagem através da segmentação e da classificação supervisionada por pixel e por região. O processamento deu-se a partir da segmentação (divisão de uma imagem digital em múltiplas regiões ou objetos, para simplificar e/ou mudar a representação de uma imagem) e dos processos de classificações de imagem, com a utilização de classificação por pixel e classificação por regiões (com a utilização do algoritmo Bhattacharya). As segmentações e classificações foram processadas no sistema computacional SPRING versão 5.1.7 e têm como objetivo auxiliar na análise de uso da Terra e projetar cenários a partir da identificação dos pontos focais de fragilidade encontrados ao longo da estrada Abraão-Dois Rios, propensos a ocorrências de movimentos de massa e que potencializam o efeito de borda da floresta e os impactos ambientais. A metodologia utilizada baseou-se em análise de campo e comparações de tecnologias de classificação de imagens. Essa estrada eixo de ligação entre os dois núcleos tem significativa importância na história da Ilha, nela circulam veículos, pesados e leves, de serviço, pedestres e turistas. Como resultados da presente foram gerados os mapas de classificação por pixel, os mapas de classificação por região, o mapa fuzzy com a intersecção dos mapas de classificação supervisionada por região e os mapas com os locais coletados em campo onde são verificadas ocorrências de movimentos de massa nas imagens ALOS, 2000, IKONOS, 2003 e ortofotografias, 2006. Esses mapas buscam servir de apoio à tomada de decisões por parte dos órgãos locais responsáveis.

Geomática aplicada às medidas preventivas e corretivas para combater danos ambientais: o caso dos incidentes rodoviários com produtos perigosos.

Este trabalho aborda a aplicação da Geomática no apoio às ações de rápida resposta às emergências ambientais passíveis de ocorrência, nas rodovias do País, por incidentes com produtos perigosos. A cadeia logística nacional de infraestrutura de transporte de carga está apoiada, principalmente, no modal rodoviário, que é responsável por cerca de 60% do volume total transportado. Seguindo essa tendência, a maioria dos produtos perigosos também é transportada através de estradas. Nessas operações, apesar de todas as medidas de segurança empregadas, tanto na embalagem quanto no manuseio, há sempre a possibilidade da ocorrência de incidentes com esse tipo de carga, no deslocamento entre o ponto de partida e o destino final. Diante dessas potenciais ameaças, ficam evidentes os riscos à integridade física e patrimonial das populações lindeiras, bem como ao meio ambiente, no tocante à qualidade das águas superficiais e subterrâneas, do solo e do ar. Este trabalho sugere, com base na integração dos recursos tecnológicos do Sensoriamento Remoto, do Sistema de Posicionamento Global-GPS e do Geoprocessamento, implantar um sistema de informações georreferenciadas que proporcione os elementos necessários às ações de rápida resposta a esses eventos. A estrutura proposta, denominada Bureau de Informações Territoriais, está moldada para proporcionar uma solução para os problemas relacionados com o posicionamento na superfície terrestre, e que engloba os conceitos da Geomática, através da aplicação das suas quatro etapas básicas: coleta de dados, análise de dados, distribuição da informação e uso da informação. Assim, atendendo ao princípio da mobilidade, o projeto visa, ainda, a disponibilizar na tela de um laptop as informações necessárias ao planejamento e à execução das ações, no menor tempo possível. Por outro lado, considerando que o Bureau também proporciona às organizações que participam das ações de combate aos incidentes rodoviários com produtos perigosos as informações necessárias, através de uma conexão à Internet, espera-se a maximização dos benefícios do planejamento das ações preventivas e corretivas de resposta aos sinistros, assim como a minimização dos efeitos desse tipo de evento sobre a população, as propriedades e o meio ambiente.

PICES Press, Vol. 20, No. 1, Winter 2012

•2011 PICES Science: A Note from the Science Board Chairman (pp. 1-6) •2011 PICES Awards (pp. 7-9) •Beyond the Terrible Disaster of the Great East Japan Earthquake (pp. 10-12) •A New Era of PICES-ICES Scientific Cooperation (p. 13) •New PICES Jellyfish Working Group Formed (pp. 14-15) •PICES Working Group on North Pacific Climate Variability (pp. 16-18) •Final U.S. GLOBEC Symposium and Celebration (pp. 19-25) •2011 PICES Rapid Assessment Survey (pp. 26-29) •Introduction to Rapid Assessment Survey Methodologies for Detecting Non-indigenous Marine Species (pp. 30-31) •The 7th International Conference on Marine Bioinvasions (pp. 32-33) •NOWPAP/PICES/WESTPAC Training Course on Remote Sensing Data Analysis (pp. 34-36) •PICES-2011 Workshop on “Trends in Marine Contaminants and their Effects in a Changing Ocean” (pp. 37-39) •The State of the Western North Pacific in the First Half of 2011 (pp. 40-42) •Yeosu Symposium theme sessions (p. 42) •The Bering Sea: Current Status and Recent Events (pp. 43-44) •News of the Northeast Pacific Ocean (pp. 45-47) •Recent and Upcoming PICES Publications (p. 47) •New leadership for the PICES Fishery Science Committee (p. 48)

Seabed classification for trawlability determined with a multibeam echo sounder on Snakehead Bank in the Gulf of Alaska

Rockfishes (Sebastes spp.) tend to aggregate near rocky, cobble, or generally rugged areas that are difficult to survey with bottom trawls, and evidence indicates that assemblages of rockfish species may differ between areas accessible to trawling and those areas that are not. Consequently, it is important to determine grounds that are trawlable or untrawlable so that the areas where trawl survey results should be applied are accurately identified. To this end, we used multibeam echosounder data to generate metrics that describe the seafloor: backscatter strength at normal and oblique incidence angles, the variation of the angle-dependent backscatter strength within 10° of normal incidence, the scintillation of the acoustic intensity scattered from the seafloor, and the seafloor rugosity. We used these metrics to develop a binary classification scheme to estimate where the seafloor is expected to be trawlable. The multibeam echosounder data were verified through analyses of video and still images collected with a stereo drop camera and a remotely operated vehicle in a study at Snakehead Bank, ~100 km south of Kodiak Island in the Gulf of Alaska. Comparisons of different combinations of metrics derived from the multibeam data indicated that the oblique-incidence backscatter strength was the most accurate estimator of trawlability at Snakehead Bank and that the addition of other metrics provided only marginal improvements. If successful on a wider scale in the Gulf of Alaska, this acoustic remote-sensing technique, or a similar one, could help improve the accuracy of rockfish stock assessments.

Majuro Atoll, Republic of the Marshall Islands coral reef ecosystems mapping report

Digital maps of the coral reef ecosystem (<~30m deep) of Majuro Atoll, Republic of the Marshall Islands, were created through visual interpretation of remote sensing imagery. Digital Globe’s Quickbird II satellite images were acquired between 2004 and 2006 and georeferenced to within 1.6 m of their true positions. Reef ecosystem features were digitized directly into a GIS at a display scale of 1:4000 using a minimum feature size of 1000 square meters. Benthic features were categorized according to a classification scheme with attributes including zone (location, such as lagoon or forereef, etc.), structure (bottom type, such as sand or patch reef, etc.) and percent hard bottom. Ground validation of habitat features was conducted at 311 sites in 2009. Resulting maps consisted of 1829 features covering 366 square kilometers. Results demonstrate that reef zones occurred in a typical progression of narrow bands from offshore, though forereef, reef flat, shoreline, land, backreef, and lagoon habitats. Lagoon was the largest zone mapped and covered nearly 80% of the atoll, although much of it was too deep to have structures identified from the satellite imagery. Dominant habitat structures by area were pavement and aggregate reef, which covered 29% and 18% of the mapped structures, respectively. Based on the number of features, individual and aggregated patch reefs comprised over 40% of the features mapped. Products include GIS based maps, field videos and pictures, satellite imagery, PDF atlas, and this summary report. Maps and associated data can be used to support science and management activities on Majuro reef ecosystems including inventory, monitoring, conservation, and sustainable development applications.

A biogeographic assessment of the Samoan Archipelago

This report examines the marine biogeography of the Samoan Archipelago (~14º S latitude along the international date-line) with a focus on regional ocean climate, connectivity among islands due to larval transport, distributions of reef fish and coral communities, and the extent of existing marine protected areas. Management decisions and prior assessments in the archipelago have typically been split along the international political boundary between the islands of Samoa and those of American Samoa despite their close proximity and shared resources. A key goal in this assessment was to compile data from both jurisdictions and to conduct the characterization across the entire archipelago. The report builds upon earlier assessments by re-analyzing and interpreting many pre-existing datasets, adding more recent biogeographic data sources, and by combining earlier findings into a multidisciplinary summary of marine biogeography. The assessment is divided into 5 chapters and supporting appendices. Each chapter was written and reviewed in collaboration with subject matter specialists and local experts. In Chapter 1, a short introduction to the overall scope and approach of the report is provided. In Chapter 2, regional ocean climate is characterized using remote sensing datasets and discussed in the context of local observations. In Chapter 3, regional ocean currents and transport of coral and fish larvae are investigated among the islands of the archipelago and surrounding island nations. In Chapter 4, distinct reef fish and coral communities across the archipelago are quantified on the basis of overall biodiversity, abundance, and community structure. In Chapter 5, the existing network of MPAs in American Samoa is evaluated based on the habitats, reef fish, and coral communities that are encompassed. Appendices provide analytical details omitted from some chapters for brevity as well as supplemental datasets needed as inputs for the main chapters in the assessment. Appendices include an inventory of regional seamounts, a description of shore to shelf edge benthic maps produced for Tutuila, analytical details of reef fish and coral datasets, and supplemental information on the many marine protected areas in American Samoa.

Quantifying seascape structure: extending terrestrial spatial pattern metrics to the marine realm

Spatial pattern metrics have routinely been applied to characterize and quantify structural features of terrestrial landscapes and have demonstrated great utility in landscape ecology and conservation planning. The important role of spatial structure in ecology and management is now commonly recognized, and recent advances in marine remote sensing technology have facilitated the application of spatial pattern metrics to the marine environment. However, it is not yet clear whether concepts, metrics, and statistical techniques developed for terrestrial ecosystems are relevant for marine species and seascapes. To address this gap in our knowledge, we reviewed, synthesized, and evaluated the utility and application of spatial pattern metrics in the marine science literature over the past 30 yr (1980 to 2010). In total, 23 studies characterized seascape structure, of which 17 quantified spatial patterns using a 2-dimensional patch-mosaic model and 5 used a continuously varying 3-dimensional surface model. Most seascape studies followed terrestrial-based studies in their search for ecological patterns and applied or modified existing metrics. Only 1 truly unique metric was found (hydrodynamic aperture applied to Pacific atolls). While there are still relatively few studies using spatial pattern metrics in the marine environment, they have suffered from similar misuse as reported for terrestrial studies, such as the lack of a priori considerations or the problem of collinearity between metrics. Spatial pattern metrics offer great potential for ecological research and environmental management in marine systems, and future studies should focus on (1) the dynamic boundary between the land and sea; (2) quantifying 3-dimensional spatial patterns; and (3) assessing and monitoring seascape change.

Atlas of the shallow-water benthic habitats of Majuro Atoll, Republic of the Marshall Islands

Digital maps of the shallow (<~30m deep) coral reef ecosystems of Majuro Atoll, Republic of the Marshall Islands, were created through visual interpretation of remote sensing imagery acquired between 2004 and 2006. Reef ecosystem features were digitized directly into a Geographic Information System. Benthic features were categorized according to a classification scheme with attributes including zone (location such as lagoon or forereef, etc.), structure (bottom type such as sand or patch reef, etc.) and percent hard bottom. This atlas consists of 27 detailed maps displaying reef zone and structure of coral ecosystems around Majuro. Adjacent maps in the atlas overlap slightly to ensure complete coverage. Maps and associated products can be used to support science and management activities on Majuro reef ecosystems including inventory, monitoring, conservation, and sustainable development applications. Maps are not to be used for navigation.