Fusing remote sensing data with spatiotemporal in situ samples for red tide (Karenia brevis) detection

水华 遥感 赤潮 环境科学 原位 计算机科学 海洋学 地理 气象学 地质学 浮游植物 生态学 营养物 生物
作者
Ronald Fick,Miles Medina,Christine Angelini,David Kaplan,Paul Gader,Wenchong He,Zhe Jiang,Guangming Zheng
出处
期刊:Integrated Environmental Assessment and Management [Wiley]
卷期号:20 (5): 1432-1446 被引量:1
标识
DOI:10.1002/ieam.4908
摘要

We present a novel method for detecting red tide (Karenia brevis) blooms off the west coast of Florida, driven by a neural network classifier that combines remote sensing data with spatiotemporally distributed in situ sample data. The network detects blooms over a 1-km grid, using seven ocean color features from the MODIS-Aqua satellite platform (2002-2021) and in situ sample data collected by the Florida Fish and Wildlife Conservation Commission and its partners. Model performance was demonstrably enhanced by two key innovations: depth normalization of satellite features and encoding of an in situ feature. The satellite features were normalized to adjust for depth-dependent bottom reflection effects in shallow coastal waters. The in situ data were used to engineer a feature that contextualizes recent nearby ground truth of K. brevis concentrations through a K-nearest neighbor spatiotemporal proximity weighting scheme. A rigorous experimental comparison revealed that our model outperforms existing remote detection methods presented in the literature and applied in practice. This classifier has strong potential to be operationalized to support more efficient monitoring and mitigation of future blooms, more accurate communication about their spatial extent and distribution, and a deeper scientific understanding of bloom dynamics, transport, drivers, and impacts in the region. This approach also has the potential to be adapted for the detection of other algal blooms in coastal waters. Integr Environ Assess Manag 2024;20:1432-1446. © 2024 SETAC.
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