A importância de estudos sobre a produção primária (PP) marinha é consenso devido ao seu papel no ciclo do carbono global. Técnicas rápidas e não invasivas para medição de taxas de PP foram desenvolvidas nas últimas décadas para melhorar a resolução espacial e temporal das aquisições de dados, além de suprir as desvantagens e lacunas deixadas pelos métodos clássicos que envolvem a incubação de amostras. Os objetivos deste trabalho são: (1) comparar duas técnicas mais novas, a Bio-óptica (PPabs) e a Fluorescência Ativa Variável (PPFire), com o método clássico de evolução de oxigênio pelo metabolismo da comunidade planctônica que estima a PP bruta (PPB), (2) e determinar a influência de variáveis oceanográficas e como elas podem predizer a PP no canal de São Sebastião ao longo de diferentes períodos amostrais (verões de 2014, 2016 e 2018, inverno de 2014 e primavera de 2015). A PPB variou entre 47,55 e 341,94 mg C m-3 d-1, a PPabs entre 73,7 &#177; 6,9 e 454,9 &#177; 25,8 mg C m-3 d-1 e a PPFire entre 9,0 e 57,8 mg C m-3 d-1 no verão de 2018. As relações entre os métodos foram significativas (PPB vs PPabs, p = 0,007, PPB vs PPFire, p = 0,01 e PPabs vs PPFire, p = 0,01). A partir de uma regressão linear múltipla, vimos que a PPB (p = 0,003) e PPFire (p < 0,001) foram previstas pela temperatura e pela concentração da clorofila-a, já a PPabs (p = 0,007) pelas duas variáveis adicionadas a salinidade. Esses resultados indicam que apesar dos métodos apresentarem magnitudes diferentes, informações adicionais sobre o ambiente são incorporadas por cada técnica. A PPB acrescenta informações quanto a comunidade planctônica como um todo, a PPabs sobre a composição pigmentar e de tamanhos de espécies e a PPFire sobre a fotofisiologia das células fitoplanctônicas. Quanto às condições oceanográficas, as relações com a temperatura e a salinidade indicam que os métodos são sensíveis a alteração de massas d\'água, como a Água Central do Atlântico Sul (ACAS), bem como a entrada de aporte continental por plumas de rios, que são responsáveis pela disponibilidade de luz e nutrientes que afetam a PP no canal. Concluindo, os métodos são complementares e podem variar de diferentes formas conforme a dinâmica local, no entanto, são significativamente proporcionais uns aos outros, o que indica a robustez entre as medidas das duas técnicas mais novas aqui comparadas. / There is a consensus of the importance of primary production (PP) studies due to its role on the global carbon cycle. Fast and non-invasive techniques to measure rates of PP were developed in the last few decades to improve temporal and spatial data acquisition, and to overcome disadvantages and gaps associated with classical methods using incubation of samples. The aim of this work are: (1) compare two newer techniques, Bio-optical (PPabs) and Active Variable Fluorescence (PPFire), to the classical method involving oxygen evolution by the planktonic community metabolism (PPB), and (2) determine the influence of oceanographic variables and investigate how they could predict PP in the São Sebastião channel. PPB varied between 47.55 and 341.94 mg C m-3 d-1, PPabs between 73.7 &#177; 6.9 and 454.9 &#177; 25.8 mg C m-3 d-1 and PPFire between 9.0 and 57.8 mg C m-3 d-1 in the summer of 2018. The relationships between methods were significant (PPB vs PPabs, p = 0.007, PPB vs PPFire, p = 0.01 and PPabs vs PPFire, p = 0.01). After a multiple linear regression test, we found that PPB (p = 0.003) and PPFire (p < 0.001) were predicted by temperature and chlorophyll-a concentration, however, PPabs (p = 0.007) was also predicted by salinity. These results indicate that despite the methods show different magnitudes, each one includes different information about the environment. The PPB adds overall information about the planktonic community, while the PPabs adds pigment composition and species size and the PPFire adds phytoplankton cell photophysiology. We found correlations with the different PPs and temperature and salinity indicating that the three methods are sensitive to water mass changes, as the South Atlantic Central Water (SACW) and the intrusion of river plumes in the channel, both responsible for light and nutrients availability. In conclusion, the three methods are complementary and could vary in different ways due to local dynamics. However, they are proportional to each other, showing strength to the use of the two newest techniques (PPabs and PPFire).

Para estimar a distribuição das diferentes classes de tamanho do fitoplâncton através de imagens de sensoriamento remoto e as propriedades bio-ópticas esse trabalho foi realizado em duas regiões. Durante o inverno de 2007 foi feito o cruzeiro com 58 estações hidrográficas sobre Banco de Abrolhos e adjacências e em 2009 o cruzeiro hidrográfico a longo do Atlântico Sul entre as plataformas continentais do Brasil e da África, limitado pelas latitudes 20ºS e 30ºS. Os valores de clorofila_a total mostraram que a região do Banco de Abrolhos é oligotrófica, com baixa produtividade primária e sustenta pelas células do picoplâncton que são influenciadas diretamente pela disponibilidade de fosfato. A matéria orgânica dissolvida (cdom) foi o constituinte bio-óptico com os maiores valores. Sobre a plataforma Africana, a presença da Corrente de Bengala influenciou diretamente nas altas concentrações da clorofila_a e nos tamanhos das células do fitoplâncton. A biomassa dessa região de ressurgência é sustentada por células principalmente do nanoplâncton. As propriedades bio-ópticas da plataforma continental da África são diferentes tanto em valores como nas contribuições relativas das observadas na costa do Brasil. Sobre a plataforma Africana a absorção do fitoplâncton foi o constituinte que prevaleceu sobre os demais (adetritos e cdom). / The distribution of different classes of size phytoplankton are estimated using remote sensing and the bio-optical properties this work was carried out in two regions. During the winter of 2007 the cruisers was done with 58 hydrographic stations on Abrolhos Bank and adjacencies and in 2009 the hydrographic cruise of South Atlantic between the continental shelf of Brazil and Africa, limited by the latitudes 20ºS and 30ºS. The values of chlorophyll a showed that the region of the Bank is oligotrophic area, with low primary productivity and supports for cells of picoplankton that are influenced straightly by the availability phosphate. The organic dissolved matter (cdom) was the constituent bio-optical with the highest values. On the African continental shelf, the presence of Benguela Current influenced straightly the high concentrations of chlorophyll a and the sizes of phytoplankton cells. The upwelling biomass of this region is supported by nanoplankton. The bio-optical properties of continental shelf of Africa are different from Brazilian shelf, the values and in the relative contributions the phytoplankton absorption was prevailed over the others constitute (adetritos and cdom).

Para estimar a distribuição das diferentes classes de tamanho do fitoplâncton através de imagens de sensoriamento remoto e as propriedades bio-ópticas esse trabalho foi realizado em duas regiões. Durante o inverno de 2007 foi feito o cruzeiro com 58 estações hidrográficas sobre Banco de Abrolhos e adjacências e em 2009 o cruzeiro hidrográfico a longo do Atlântico Sul entre as plataformas continentais do Brasil e da África, limitado pelas latitudes 20ºS e 30ºS. Os valores de clorofila_a total mostraram que a região do Banco de Abrolhos é oligotrófica, com baixa produtividade primária e sustenta pelas células do picoplâncton que são influenciadas diretamente pela disponibilidade de fosfato. A matéria orgânica dissolvida (cdom) foi o constituinte bio-óptico com os maiores valores. Sobre a plataforma Africana, a presença da Corrente de Bengala influenciou diretamente nas altas concentrações da clorofila_a e nos tamanhos das células do fitoplâncton. A biomassa dessa região de ressurgência é sustentada por células principalmente do nanoplâncton. As propriedades bio-ópticas da plataforma continental da África são diferentes tanto em valores como nas contribuições relativas das observadas na costa do Brasil. Sobre a plataforma Africana a absorção do fitoplâncton foi o constituinte que prevaleceu sobre os demais (adetritos e cdom). / The distribution of different classes of size phytoplankton are estimated using remote sensing and the bio-optical properties this work was carried out in two regions. During the winter of 2007 the cruisers was done with 58 hydrographic stations on Abrolhos Bank and adjacencies and in 2009 the hydrographic cruise of South Atlantic between the continental shelf of Brazil and Africa, limited by the latitudes 20ºS and 30ºS. The values of chlorophyll a showed that the region of the Bank is oligotrophic area, with low primary productivity and supports for cells of picoplankton that are influenced straightly by the availability phosphate. The organic dissolved matter (cdom) was the constituent bio-optical with the highest values. On the African continental shelf, the presence of Benguela Current influenced straightly the high concentrations of chlorophyll a and the sizes of phytoplankton cells. The upwelling biomass of this region is supported by nanoplankton. The bio-optical properties of continental shelf of Africa are different from Brazilian shelf, the values and in the relative contributions the phytoplankton absorption was prevailed over the others constitute (adetritos and cdom).

Submitted by Fernanda Sayuri Yoshino Watanabe null (fernandasyw@yahoo.com.br) on 2016-04-28T12:54:41Z No. of bitstreams: 1 Watanabe_tese.pdf: 3879331 bytes, checksum: f393ffe1bbc36d214f1bed6945d9dedd (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-02T12:36:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 watanabe_fsy_dr_prud.pdf: 3879331 bytes, checksum: f393ffe1bbc36d214f1bed6945d9dedd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-02T12:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 watanabe_fsy_dr_prud.pdf: 3879331 bytes, checksum: f393ffe1bbc36d214f1bed6945d9dedd (MD5) Previous issue date: 2016-03-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The aim of this research was to parameterize and calibrate models based on remote sensing data in order to estimate accurately the chlorophyll-a concentration, [Chl-a], in a tropical eutrophic reservoir. Firstly, a bio-optical characterization was conducted to identify particularities in the study area. Thus, existing empirical models and quasi-analytical algorithms (QAA) were tested and, after, parameterized and calibrated for the investigated environment. Such models derive [Chl-a] and inherent optical properties (IOPs), respectively, from remote sensing reflectance (Rrs). This research was developed in the Barra Bonita hydroelectric reservoir (BBHR), lies in Tietê River (Brazil). Reservoirs are artificial environments which change severely the hydrodynamic of rivers and the biogeochemical balance of aquatic systems. Such alterations can lead to unique bio-optical status and, consequently, models developed for rivers and lakes are not suitable to explain the processes which happen in reservoirs. The trophic state is an important water quality parameter and can be determined based on Chl-a concentration, photosynthetically active pigment present in all the phytoplankton species and detected by remote sensors. Therefore, the use of orbital and aerial images is a viable alternative to monitoring of trophic state in these environments. Results showed that bio-optical status in BBHR is remarkable different compared to other aquatic systems found in literature, corroborated by inaccurate performance of models proposed to other areas. The parameterization and calibration proposed in this research estimated accurately Chl-a concentration, mainly, adopting absorption coefficients derived by QAA. The fitted models can be used in mapping trophic state and frequent monitoring of water quality in BBHR by environmental agency and hydroelectric plant managers. In addition, it is likely that the parameters proposed in this research are suitable for other inland waters. / O objetivo do presente trabalho foi parametrizar e calibrar modelos baseado em dados de sensoriamento remoto para estimar acuradamente a concentração da clorofila-a, [Chl-a], em um reservatório tropical e eutrofizado. Primeiramente, uma caracterização bio-óptica da área estudo foi realizada para identificar particularidades do ambiente. Então, modelos empíricos e algoritmos quase-analíticos (QAA) existentes foram testados e, posteriormente parametrizados e calibrados para o ambiente investigado. Tais modelos derivam a [Chl-a] e propriedades ópticas inerentes (POIs), respectivamente, a partir da reflectância de sensoriamento remoto (Rrs). Esta pesquisa foi desenvolvida no reservatório da hidroelétrica de Barra Bonita (RHBB), localizado no Rio Tietê (Brasil). Reservatórios são ambientes artificiais que modificam severamente a hidrodinâmica de rios e o equilíbrio biogeoquímico do ecossistema aquático. Tais alterações podem proporcionar características bio-ópticas únicas ao ambiente e modelos para rios e lagos podem não ser adequados para explicar os processos que ocorrem em reservatórios. O grau de eutrofização é um importante parâmetro de qualidade da água e pode ser determinado com base na [Chl-a], pigmento fotossiteticamente ativo presente em todas as espécies de fitoplâncton, detectado por sensores remotos. Portanto, o uso de imagens orbitais e aerotransportadas é uma alternativa viável para o monitoramento do estado trófico desses ambientes. Resultados mostram que as características bio-ópticas em RHBB são consideravelmente diferentes de outros ambientes pesquisados na literatura, corroborado com desempenho não acurado de modelos propostos para outros ambientes. A parametrização e calibração propostas nesta pesquisa estimaram acuradamente a [Chl-a], principalmente, adotando os coeficientes de absorção derivados do QAA. Os modelos ajustados podem ser utilizados no mapeamento do estado trófico e monitoramento periódico da qualidade da água em RHBB por agências ambientes e gestores de usinas hidroelétricas. Além disso, é provável que os parâmetros propostos nesta pesquisa sejam adequados para outras águas continentais. / CNPq: 200157/2015-9

Submitted by THANAN WALESZA PEQUENO RODRIGUES null (twalesza@gmail.com) on 2017-04-18T13:46:33Z No. of bitstreams: 1 Tese_Final2017.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho teve como objetivo realizar um levantamento detalhado das características bio-ópticas nos reservatórios de Barra Bonita (BB) e Nova Avanhandava (Nav) com o intuito de avaliar o desempenho de uma única abordagem voltada para a estimativa das propriedades ópticas inerentes (POIs), assim como, a concentração de totais sólidos suspensos (TSS). A investigação foi realizada utilizando dados coletados no campo entre 2014 e 2016, incluindo, as POIs, componentes opticamente significativos (COSs) e reflectância de sensoriamento remoto (R_rs). Os dados apresentados dos COSs confirmaram que BB é um ambiente mais túrbido que Nav por apresentar maior produção fitoplanctônica em função do recebimento de altas cargas de nutrientes provenientes da bacia de drenagem. Por outro lado, Nav é um ambiente mais transparente e com maior influência de material inorgânico, o que favorece o surgimento de macrófitas submersas. A concentração de clorofila-a (Chl-a) em BB alcançou máximo de 797.8 µg l-1 em outubro/2014, enquanto Nav apresentou máximo de 38.6 µg l-1 em maio/2016. A variabilidade nos COS esteve altamente vinculada a frequência de chuvas, sendo que no ano de 2014, ocorreu um evento extremo de seca alterando as características biogeoquímicas dos ambientes. BB reagiu de forma mais abrupta que Nav por apresentar um sistema de operação do tipo acumulação e por estar mais próxima das regiões potencialmente poluidoras, diferente de Nav que apresenta um sistema fio-d’água em que não há acumulação e sim fluxo constante da água. Além disso, no âmbito óptico, a absorção em Nav apresentou maior influência do particulado não-algal (NAP) enquanto que em BB, a absorção foi dominada por fitoplâncton. Com base nesses resultados pode-se concluir que os dois ambientes apresentam não só diferenças na qualidade da água, mas também nas propriedades ópticas, o que leva a afirmação de que um modelo único baseado nos dois ambientes pode não ter um bom resultado quando se pretende utilizar uma abordagem empírica. Um algoritmo quase-analítico (QAA) parametrizado para as condições de Nav (QAAOMR) apresentou resultados significativos com erros (erro médio percentual absoluto – MAPE) inferiores a 17% para o coeficiente de absorção total (a_t), 19% para o coeficiente de absorção orgânico detrital (a_CDM) e 47% para o coeficiente de absorção do fitoplâncton (a_ϕ). O respectivo modelo foi utilizado para verificar seu desempenho em um ambiente eutrofizado como BB e a versão parametrizada por Watanabe et al. (2016) e denominada QAABBHR foi aplicada aos dados de Nav. Como resultado, observamos que as duas versões foram adequadas para estimar a_t com erros inferiores a 40%, no entanto, existe ainda a necessidade de melhorar as etapas para estimativa de a_CDM e a_ϕ. No caso de se aplicar um modelo empírico de única abordagem para estimar concentração de TSS para ambos os reservatórios, observamos que essa abordagem não apresentou resultados satisfatórios, portanto, modelos específicos baseados na banda do vermelho do MODIS foram utilizados para mapear TSS em cada um dos reservatórios. Pode-se concluir então, que o conhecimento acerca das propriedades ópticas da água se mostrou determinante para a modelagem bio-óptica, principalmente no que diz respeito aos ambientes altamente contrastantes como BB e Nav. / The objective of the present work was to perform a detailed survey of the bio-optical characteristics of the reservoirs of Barra Bonita (BB) and Nova Avanhandava (Nav) in order to evaluate the performance of a single approach aimed at estimating the inherent optical properties (IOPs), as well as the concentration of total suspended solids (TSS). The research was carried out using data collected in the field between 2014 and 2016, including the IOPs, optically significant components (OSCs) and remote sensing reflectance (R_rs). The data presented from the OSCs confirmed that BB is more turbid than Nav because it presents higher phytoplankton production due to the input of high nutrient loads from the drainage basin. On the other hand, Nav is more transparent with greater influence of inorganic matter, which favors the appearance of submerged macrophytes. The concentration of chlorophyll-a (Chl-a) in BB reached a maximum of 797.8 μg l-1 in October/2014, while Nav presented a maximum of 38.6 μg l-1 in May/2016. The variability in the COS was highly related to the frequency of rainfall, in the year 2014, an extreme drought event occurred, altering the biogeochemical characteristics. BB reacted more abruptly than Nav because it presented an accumulation type operation system and because it is closer to the potentially polluting region. Nav presents a water system in which there is no accumulation but constant flow of water. In addition, in the optical context, the absorption in Nav presented greater influence of the non-algal particulate (NAP) while in BB, the absorption was dominated by phytoplankton. Based on these results, it can be concluded that the two environments present not only differences in water quality but also in optical properties, which leads to the assertion that a single model based on the two environments may not have a good result when it is intended to use empirical approach. A quasi-analytical algorithm (QAA) parameterized for Nav conditions (QAAOMR) presented significant results with errors (mean absolute percentage error - MAPE) lower than 17% for the total absorption coefficient (a_t), 19% for the carbon detrital matter absorption coefficient (a_CDM) and 47% for the absorption coefficient of phytoplankton (a_ϕ). The respective model was used to verify its performance in a eutrophic environment such as BB and the version parameterized by Watanabe et al. (2016) and named QAABBHR was applied to the Nav data. Thus, we note that the two versions were suitable for estimating a_t with errors (MAPE) less than 40%, however, improvements must be carried out for estimating a_CDM and a_ϕ. In the case of applying a single empirical model to estimate TSS concentration for both reservoirs, we observed that it did not present satisfactory results, so specific models based on the MODIS red band were used to map TSS in each of the reservoirs. It can be concluded, therefore, that knowledge about the optical properties of water has proved to be determinant for the bio-optical modeling, especially with respect to highly contrasting environments such as BB and Nav. / CNPq: 200152/2015-7