Spatiotemporal temperature and chlorophyll-a mapping and modeling in the Gulf of Corinth using Landsat satellite imagery

Abstract

The effluent from a vertically integrated alumina and aluminum production and (since the late 2000s) thermal electric power production plant located on Antikyra bay in the Gulf of Corinth is being examined. This study processes satellite sea surface temperature and chlorophyll-a data and examines the possibility of thermal pollution from the aluminum processing plant considering the local geomorphology. The sea surface temperatures were derived from 58 Landsat 5 and 7 images from July 2009 until December 2016. Respectively, the Chl-a concentrations were retrieved using reflectance data of 6 Landsat OLI images from April 2014 until October 2015 in order to statistically correlate the various combinations of Landsat bands with in-situ measurements and to quantify algorithms that best describe this relationship and calculate accurately the concentration of chlorophyll-a. A polynomial model employing the band ratio B4/B1 was found to be the most efficient algorithm for the chlorophyll-a estimation of the Antikyra Bay with a maximum correlation coefficient of R2 = 0.99. Based on the correlation coefficients, the most sufficient local algorithm was found to be chl-a= 59.423x(b4/b1)2-22.687x(b4/b1)+2.174. The results confirmed the suitability of the method for assessing the concentration of chlorophyll-a in the Gulf of Corinth with statistically accuracy. Furthermore, the atmosphere influences on the sea surface temperature variation were indicated using air-sea heat flux data.

Η μεταπτυχιακή εργασία εξετάσει την θερμική επιρροή ενός εργοστασίου επεξεργασίας αλουμινίου στον κόλπο των Αντικύρων του Κορινθιακού Κόλπου. Συγκεκριμένα αναλύονται δορυφορικά δεδομένα επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας και χλωροφύλλης-α με λαμβάνοντας υπόψη την τοπική γεωμορφολογία. Τα δεδομένα επιφανειακής θερμοκρασίας λήφθηκαν από 58 δορυφορικές εικόνες του αισθητήρα Landsat 5 και 7 για την χρονική περίοδο Ιουλίου του 2009 μέχρι Δεκέμβριο του 2016. Αντίστοιχα, τα δεδομένα Chl-a ανακτήθηκαν χρησιμοποιώντας τιμές ανακλαστικότητας από 6 δορυφορικές εικόνες του αισθητήρα Landsat 8 από τον Απρίλιο του 2014 έως τον Οκτώβριο του 2015, προκειμένου να συσχετιστούν στατιστικά οι τιμές ανακλαστικότητας από πολλαπλούς συνδυασμούς μπαντών με in-situ μετρήσεις και να αναπτυχθεί τοπικός υψηλής ανάλυσης αλγορίθμος εκτίμησης της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης-α. Διαπιστώθηκε ότι ο καλύτερος συνδυασμός των μπαντών για αυτό το σκοπό αποτελεί η αναλογία των μπαντών Β4/Β1 με τον μέγιστο συντελεστή συσχέτισης να ισούται με R2=0.99. Ο αποτελεσματικότερος, αντίστοιχα αλγόριθμος βρέθηκε ότι είναι chl-a=59.423x(b4/b1)2-22.687x(b4/b1)+2.174. Επιπλέον εξετάστηκαν οι επιδράσεις της ατμόσφαιρας στις διακυμάνσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας αναλύοντας δεδομένα ροής θερμότητας από το Εθνικό Κέντρο Ατμοσφαιρικής Πρόγνωσης (NCEP) και το Εθνικό Κέντρο Έρευνας της Ατμόσφαιρας (NCAR).