Various methods to detect the phytoplankton/red tide blooms in the oceanic waters have been developed and tested on satellite ocean color imagery since the last two and half decades, but accurate detection of blooms with these methods remains challenging in optically complex turbid waters, mainly because of the eventual interference of absorbing and scattering properties of dissolved organic and particulate inorganic matters with these methods. The present study introduces a new method called Red tide Index (Rl), providing indices which behave as a good measure of detecting red tide algal blooms in high scattering and absorbing waters of the Korean South Sea and Yellow Sea. The effectiveness of this method in identifying and locating red tides is compared with the standard Ocean Chlorophyll 4 (OC4) bio-optical algorithm applied to SeaWiFS ocean imagery, acquired during two bloom episodes on 27 March 2002 and 28 September 2003. The result revealed that OC4 bio-optical algorithm falsely identifies red tide blooms in areas abundance in colored dissolved organic and particulate inorganic matter constituents associated with coastal areas, estuaries and river mouths, whereas red tide index provides improved capability of detecting, predicting and monitoring of these blooms in both clear and turbid waters.
Kim, Yong-Min;Byun, Young-Gi;Song, Woo-Seok;Yu, Ki-Yun
Proceedings of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry, and Cartography Conference
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2007.04a
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pp.131-134
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2007
In this paper, we evaluate a red tide detection possibility of GOCI(Geostationary Ocean Color Imager) which will be launched in 2008. To detect red tide, we use a similar wavelength range of MODIS normalized water-leaving radiance data instead of GOCI data. Supposed to GOCI, red tide detection algorithm is based on MRI(MODIS Red tide Index) and use 667nm band to filter turbid water. The algorithm's effectiveness is verified by detecting large Cochlodinium polykrikoides red tide event that was appeared in Korean coastal waters. The evaluation was done by comparing the result with the update data provided by the NFRDI.
Korea has experienced 10 a Cochlodinium polykrikoides red tide outbreaks during the last 10 years (1993-2002). The monitoring activities at National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI) in Korea have been extended to all the coastal waters after the worst of fish killing by C. polykrikoides blooms in 1995. NFRDI is looking forward to finding out the feasibility of red tide detection around Korean waters using satellite remote sensing of NOAA/AVHRR, Orbview-2/SeaWiFS, IRS-P4/OCM and Terra/MODIS on real time base. In this study, we used several alternative methods including climatological analysis, spectral and optical methods which may offer a potential detection of the major species of red tide in Korean waters. The relationship between the distribution of SST and C. polykrikoides bloom areas was studied. In climatological analysis, NOAA, SeaWiFS, OCM satellite data in 20th and 26th August 2001 were chosen using the known C. polykrikoides red tide bloom area mapped by helicopter reconnaissance and ground observation. The 26th August, 2001 SeaWiFS chlorophyll a anomaly imageries against the imageries of non-occurring red tide for August 20, 2001 showed the areas C. polykrikoides occurred. The anomalies of chlorophyll a concentration from satellite data between before and after red tide outbreaks showed the similar distribution of C. polykrikoides red tide in 26th August, 2001. The distribution of the difference in SST between daytime and nighttime also showed the possibility of red tide detection. We used corrected vegetation index (CVI) to detect floating vegetation and submerged vegetation containing algal blooms. The simple result of optical absorption from C. polykrikoides showed that if we use the optical characteristics of each red tide we will be able to get the feasibility of the red tide detection.
The monitoring activities at the National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI) in Korea have been extended to include all the coastal waters of Korea after the outbreak of Cochlodinium polykrikoides blooms in 1995. We used several alternative methods including climatological analysis, spectral and optical methods which may offer potential detection of the major species of red tide in Korean waters. In the climatological analysis, NOAA, SeaWiFS, OCM satellite data was chosen using the known C. polykrikoides red tide bloom data and the area was mapped by helicopter reconnaissance and ground observation. The relationship between the distribution of sea surface temperature to C. polykrikoides bloom areas was studied. The anomalies of SeaWiFS chlorophyll a imageries against the imageries of non-occurring red tide for August, 2001 showed where the C. polykrikoides occurred. The anomalies of chlorophyll a concentrations from the satellite data during red tide outbreaks showed a similar distribution of C. polykrikoides in the red tide in August, 2001. The distribution between differences in sea surface temperatures during the day and at night also showed a possibility for red tide detection. We used a corrected vegetation index (CVI) to detect floating vegetation and submerged vegetation containing algal blooms. The results of from the optical absorption of C. polykrikoides in the ultraviolet band (340 nm) showed that if we use the optical characteristics from each red tide, we will be able to establish the feasibility of red tide detection.
Several planktonic dinoflagellates, including Cochlodinium polykrikoides (p), are known to produce red tides responsible for massive fish kills and serious economic loss in turbid Northwest Pacific (Korean and neighboring) coastal waters during summer and fall seasons. In order to mitigate the impacts of these red tides, it is therefore very essential to detect, monitor and forecast their development and movement using currently available remote sensing technology because traditional ship-based field sampling and analysis are very limited in both space and temporal frequency. Satellite ocean color sensors, such as Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS), are ideal instruments for detecting and monitoring these blooms because they provide relatively high frequency synoptic information over large areas. Thus, the present study attempts to evaluate the red tide index methods (previously developed by Ahn and Shanmugam et al., 2006) to identify potential areas of red tides from SeaWiFS imagery in Korean and neighboring waters. Findings revealed that the standard spectral ratio algorithms (OC4 and LCA) applied to SeaWiFS imagery yielded large errors in Chl retrievals for coastal areas, besides providing false information about the encountered red tides in the focused waters. On the contrary, the RI coupled with the standard spectral ratios yielded comprehensive information about various ranges of algal blooms, while RCA Chl showing a good agreement with in-situ data led to enhanced understanding of the spatial and temporal variability of the recent red tide occurrences in high scattering and absorbing waters off the Korean and Chinese coasts. The results suggest that the red tide index methods for the early detection of red tides blooms can provide state managers with accurate identification of the extent and location of blooms as a management tool.
Red tide, causes aquaculture industry the damages in Korea every summer, was usually detected by using satellite, aquaculture information was difficult to detect by using satellite. Therefore, we suggests the method for detecting the red tide using the coastal observation and the product from the unmanned aerial Vehicle. As a result, we obtained the high resolution unmanned aerial Vehicle images, detected the red tide by using the unsupervised classification from the true color images and the simple algorithm from the RGB color images. Compared the previous color images, unmanned aerial Vehicle images were clearly classified the ocean color, we were able to identify the red tide distribution in sea surface. These methods were determined to accurately monitor the red tide distribution on the aquaculture fields in the coastal waters where is established the aquaculture.
This study propose a new method to detect Cochlodinium polykrikoides red tide occurring in South Sea of Korea using Water-leaving Radiance data and Absorption Coefficients data of Geostationary Ocean Color Imager (GOCI). C. polykrikoides were analyzed and the irradiance and light emission characteristics of the wavelength range from 412 nm to 555 nm were confirmed. The detection technique proposed in this study detects the red tide occurring in the optically complex South Sea. Based on these results, it can be used for future red tide prevention.
The present study investigated the survival rate, respiration rate, plasma stress index, and histological changes according to exposure time of cultured red seabream (Pagrus major) and olive flounder (Paralichthys olivaceus) exposed to Cochlodinium polykrikoides red tide. Fish cultured in natural seawater were used as the control group. Cochlodinium polykrikoides density was set to 5,500±200 cells·ml-1 in the experimental groups. All red seabreams died within 1 hour of exposure to red tide, whereas all olive flounders died within 5 hours of exposure. Analysis of physiological response revealed that in red seabream, plasma glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), glutamic pyruvic transaminase (GPT), catalase (CAT), and glutathione peroxidase (GPx) concentrations were increased; plasma glucose and superoxide dismutase (SOD) concentration were decreased. Meanwhile, in olive flounders, plasma cortisol, GOT, and GPT concentrations were increased; plasma glucose concentrations were increased during the first hour of exposure, followed by decrease after 5 hours; and plasma SOD, CAT, and GPx concentrations decreased during the first hour of exposure. Histological analysis revealed structural damage to the gills of both red seabream and olive flounder. In conclusion, the exposure of red seabream and olive flounder to Cochlodinium polykrikoides red tide at the density of 5,500 cells·ml-1 induces oxidative stress, which activates antioxidant defense mechanisms, ultimately leading to liver and gill damage.
This study was performed to understand the morphological and ecological characteristics of Peridinium bipes var. occultatum Lindem., which is the organism responsible for freshwater red tides in Sangsa dam and Miryang dam reservoirs. The samples were collected from April to July 2004 when the freshwater red tides occurred. In the study, we were able to differentiate P. bipes var. occultatum from P. bipes, a closely related species, by its smaller antapical horn size. In Miryang dam reservoir the red tide occurred only within the area of the upstream, but it was well developed in all of the water area in Sangsa dam reservoir. In 2004 average LTSI (Lake Trophic Status Index; Yang and Dickman, 1993) of Miryang dam reservoir was 3.53 of mesotrophic state and Sangsa dam reservoir was 8.59 of eutrophic state. It was determined, through culture experiments under various conditions that vitamins, trace elements, phosphorus and nitrogen were important contributing factors to the growth of P. bipes var. occultatum. A rapid toxic effect of P. bipes var. occultatum on aquatic organisms such of Daphnia magna and Oryzias latipes was not identified in this study.
Recently, aquaculture farm sites have been increased with demand of the expensive fish species and sea food like as seaweed, laver and oyster. Therefore coastal water quality have been deteriorated by organic contamination from marine aquaculture farm sites. For protecting of coastal environment, we need to control the location of aquaculture sites. The purpose of this study is to detect the laver aquaculture sites using multispectral remotely sensed data with autodetection algorithm. In order to detect the aquaculture sites, density slice and contour and vegetation index methods were applied with SPOT and IKONOS data of Shinan area. The marine aquaculture farm sites were extracted by density slice and contour methods with one band digital number(DN) carrying 65% accuracy. However, vegetation index algorithm carried out 75% accuracy using near-infra red and red bands. Extraction of the laver aquaculture site using remotely sensed data will provide the efficient digital map for coastal water management strategies and red tide GIS management system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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