A European Union initiative supported by the IOCCG (International Ocean-Colour
Coordinating Group) and FARO (Fisheries Applications of Remotely-Sensed Ocean
Colour), a GEO Task supported by the Canadian Space Agency.
Handbook of Satellite Remote Sensing ImageInterpretation: Applications for Marine LivingResources Conservation and Management
Edited by:Jesus Morales, Venetia Stuart, Trevor Platt and Shubha Sathyendranath
In conjunction with the EU PRESPO Project for sustainable development of the
artisanal fisheries in the Atlantic area, within the INTERREG IVB Programme (a
Community Initiative to stimulate inter-regional cooperation in the European Union)
This handbook is based on contributions from (in alphabetical order):
J. Acker, S. Alvain, R.J.W. Brewin, R. Cajal-Medrano, M.E. Callejas-Jiménez,
J. Cannizzaro, K.L. Carder, J. Dachs, D. Dagorne, H. Demarcq, L. Duforêt-Gaurier,
L. Escudero, M-H. Forget, C. Fuentes-Yaco, A. González-Silvera, N.J. Hardman-
Mountford, M-X. He, T. Hirata, N. Hoepffner, C. Hu, E. Jurado, T. Kuroyama,
Z. Lee, D. Li, X. Li, J. Liu, Z. Liu, H. Loisel, F. Mélin, R. Millán-Núñez, P.I. Miller,
J. Morales, R. Mugo, F.E. Muller-Karger, A. Nihira, C. Paulino, W.G. Pichel, T. Platt,
A.I. Prados, V. Rivera, A. Rodríguez-Verdugo, S-I. Saitoh, E. Santamaría-del-Ángel,
S. Sathyendranath, R. Simó, I. Soto, V. Stuart and F. Yu.
Published by the EU PRESPO Project and IOCCG (International Ocean-Colour CoordinatingGroup)
©PRESPO and IOCCG 2011
The printing of this handbook was sponsored by the Canadian Space Agency, which isgratefully acknowledged.
Correct citation for this publication:
Morales, J., Stuart, V., Platt, T., Sathyendranath, S. (Eds.) (2011). Handbook of Satellite
Remote Sensing Image Interpretation: Applications for Marine Living Resources
Conservation and Management, EU PRESPO and IOCCG, Dartmouth, Canada.
Contents
Theme: Air/Water Quality 1
1 Remote-Sensing Case Study of the Chesapeake Bay Region 3
1.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Demonstration Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 Detection of Oil Slicks using MODIS and SAR Imagery 21
2.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6 Discussion and Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 Ocean-Atmosphere Exchanges of Persistent Organic Pollutants 35
3.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2 Satellite Data Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 Demonstration Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4 Impacts of European Atmospheric Air Pollution on Water Nutrients 51
4.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Theme: Phytoplankton and Macroalgae 63
i
ii • Handbook of Satellite Remote Sensing Image Interpretation: Marine Applications
5 Observation of Ocean Colour Beyond Chlorophyll-a 65
5.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.3 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.4 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6 Monitoring Phytoplankton Productivity from Satellite 79
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.3 Demonstration: Application to global primary
production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.6 References and further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7 Red Tide Detection in the Eastern Gulf of Mexico Using MODIS Imagery 95
7.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.2 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.3 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.7 Discussion and Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
8 Monitoring Green Tides in Chinese Marginal Seas 111
8.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.2 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
8.3 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
8.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.7 Discussion and Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
9 Detecting Phytoplankton Community Structure from Ocean Colour 125
9.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
9.2 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9.3 Demonstration Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
CONTENTS • iii
9.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.8 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
9.9 References and further reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Theme: Fisheries and Aquaculture 141
10 Use of Night Satellite Imagery to Monitor the Squid Fishery in Peru 143
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
10.2 Study Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.3 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.4 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
10.5 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
11 Spring Algal Bloom and Haddock Larvae Survival 155
11.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
11.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
11.3 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
11.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
11.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
11.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
11.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
12 Applications to Detect Habitat Preferences of Skipjack Tuna 169
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
12.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
12.3 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
12.4 Demonstration Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
12.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
12.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
12.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.8 Glossary of Technical Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
13 Monitoring Oysters Using Remote Sensing Data and Services 187
13.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
13.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
13.3 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
13.4 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
13.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
13.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
13.7 Supplemental Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
iv • Handbook of Satellite Remote Sensing Image Interpretation: Marine Applications
14 Distribution of Peruvian Anchovy Fleets in Relation to
Oceanic Parameters 207
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
14.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
14.3 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
14.4 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
14.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
14.6 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
14.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Theme: Marine Ecosystem Characterization 215
15 Biological Response Associated With a Coastal Upwelling Event 217
15.1 Introduction and Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
15.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
15.3 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
15.4 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
15.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
16 Detection and Visualisation of Oceanic Fronts 229
16.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
16.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
16.3 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
16.4 Training and Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
16.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
16.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
17 Comparison of In Situ and Remotely-Sensed Chl-a Concentrations 241
17.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
17.2 Demonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
17.3 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
17.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
17.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
17.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
18 Characterization of Ecosystems in the Northern Canary Current System 261
18.1 Introduction and Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
18.2 Data and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
18.3 Demonstration: Image Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
18.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
18.5 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
18.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
CONTENTS • v
19 Dynamic Biogeographic Regions using Remote Sensing Data 273
19.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
19.2 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
19.3 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
19.4 Answers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
19.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291