Reconstruction of SeaWiFS chlorophyll data for the Black Sea

Abstract

SeaWiFS 1997'den beri deniz rengi verisi toplamaktadır. Bu on yılı aşan klorofil-a verisi demektir. SeaWiFS klorofil-a verisi Karadeniz için tasdiklenmiş oluğundan bu veri analizler için kullanılabilirdir. Yine de bulut etkisinden dolayı veri bütünlüğü yoktur. Bu çalışmanın temel amaçlarından biri Karadeniz için bütünlüklü ve eksiksiz bir klorofil-a veri setinin oluşturulmasıdır. Bu amaçla DINEOF metodu kullanılmıştır. EOF analizi bu metodun bir yan ürünüdür ve sonuçları zamansal ve bölgesel klorofil-a davranışlarının özetlenmesi için kullanılmıştır. Bazı ana bulgular şunlardır: Göreceli düşük klorofile sahip, basenin genel düşük üretim dönemi ilkbahar başında başlayıp sonbahar başında sona ermektedir. Yüksek klorofil döneminin yaz sonu başladığı 1999 yılı buna tezattır. Klorofil-a konsantrasyonunda kış ve ilkbaharda doğuya doğru aşamalı bir artış gözlenmektedir. Güneye doğru olmak üzere benzer bir durum ise ilkbahar ve yaz mevsimlerinde mevcuttur. Zamansal analizler sonucuna göre her yıl tekrarlanan tipik bir yıllık seyir mevcut değildir. Bunun yerine, kayda değer yıllar arası bir değişkenlik vardır. Bazı yıllarda en yüksek konsantrasyon ilkbahar ve yazın olmakta, hatta bu değer kış ve sonbahar basen ortalamasının da üzerinde olmaktadır. Bazı yıllarda ise belirgin bir ilkbahar ? yaz maksimumu oluşmamaktadır. Bir diğer ana bulgu, uzun dönem klorofil ortalaması dağılımının iç basende neredeyse birörnek yatay bir dağılımla 1.0 mg/m3 civarında, dar kıyı şeridinde 1.5 mg/m3 civarında ve batı kıyıları bölgesi boyunca 3 mg/m3'ün üzerinde oluşudur. İlkbahar ve yaz aylarında iç basendeki konsantrasyonda bir düşüş olmakta (0.5 mg/m3'e kadar) ve bu basen genelinde daha belirgin bir kıyı ? açık deniz farkına yol açmaktadır.Bu çalışmanın bir başka temel amacı ise Karadeniz baseninin klorofil-a muhteviyatına göre bölgelere ayrılmasıdır. Klorofil-a birincil üretimin bir göstergesi olduğundan, belirlenen bölgeler tez boyunca biomlar olarak da adlandırılacaktır. Şimdiye kadar deniz rengi (klorofil-a) kullanılarak denizlerin biomlara ayrılması çeşitli denizlere uygulanmıştır. Yine de, Karadeniz'i içeren çalışmalar baseni tek bir bölge olarak tanımlamışlardır. Bu çalışmanın esas motivasyonunu budur. On yılı aşkın bir veri kullanılarak, klorofil-a muhteviyatına göre Karadeniz dokuz bölgeye ayrılmıştır. Buna rağmen ana referans olan bölgesel haritada sadece altı bölge yer almaktadır. Önemli bir diğer sonuç ise iç basenin tek bir bölgeden oluşmasıdır, ki bu, akıntı dinamiklerinde mevcut olan iki ayrı döngü bölgesine ters bir bulgudur.

SeaWiFS was collecting ocean color data since 1997. This means chlorophyll-a data for more than ten years. Since, SeaWiFS Chl-a data is validated for Black Sea this data set can be used for analysis. Nevertheless, the data is not gap free due to cloud effect. One of the main objectives of this work is to obtain a gap free, complete Chl-a data set for the Black Sea. For this purpose DINEOF method will be used. EOF analysis is a by-product of this method and the results are used to summarize some temporal and spatial Chl-a behavior for the time period of data set. Some major findings are: General low productive phase with relatively low chlorophyll concentrations over the basin starts by the beginning of spring season and ends by the beginning of autumn except year 1999, in which high chlorophyll period begins by the end of summer. There is a gradual increase of Chl-a concentration towards east in winter and spring, and a similar change towards south in spring and summer. According to temporal analysis, there is an absence of a typical annual pattern repeating every year. Instead, there are appreciable interannual variability with some years having maximum concentrations in spring and summer, that may be even higher than the basin averaged values of winter and autumn seasons, whereas some years possess no definitive spring ? summer maximum. Another major finding is that, the long-term mean chlorophyll distribution reveals an almost horizontally uniform interior basin with concentrations of about 1.0 mg/m3 that increases to 1.5 mg/m3 range along a narrow coastal band and exceeds 3 mg/m3 along the western coastal zone. A switch to lower concentrations (up to 0.5 mg/m3) within the interior basin takes place in the spring and summer months, thus giving rise to more pronounced onshore-offshore gradients around the basin.The other main objective of this study is to regionalize the Black Sea basin according to its Chl-a content. The determined provinces will also be stated as bioms throughout the thesis, since, Chl-a is an indicator of primary production. Separating the oceans into its bioms using ocean color (Chl-a) data is applied to various seas so far. Though, the studies that include Black Sea, define the basin as a single province. This is the main motivation for the objective. By using more than ten years of data, the Black Sea is separated into nine provinces according to its Chl-a content. Nevertheless, the main reference region map includes only six provinces. A major outcome is that, the interior basin is formed by one composite cell contrary to the two separated gyres for the case of circulation dynamics.