Variabilidad espaciotemporal de la calidad del agua del Lago Tana derivada del Índice Forel-Ule basado en MODIS: Los roles de los procesos hidrometeorológicos y de superficie
Autores: Abegaz, Nuredin Teshome; Tsidu, Gizaw Mengistu; Arsiso, Bisrat Kifle
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Variabilidad espaciotemporal de la calidad del agua del Lago Tana derivada del Índice Forel-Ule basado en MODIS: Los roles de los procesos hidrometeorológicos y de superficie
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Lago Tana
Fui
Calidad del agua
índice de estado trófico
Clorofila
Hidrometeorológico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
El lago Tana, el mayor cuerpo de agua interior en Etiopía, ha experimentado cambios significativos debido a la urbanización y las actividades socioeconómicas en tiempos recientes. En este estudio, se utilizaron grabaciones de dos décadas del espectroradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) para derivar el índice Forel-Ule (FUI). El FUI, que varía de 1 (agua prístina de color azul oscuro) a 21 (agua contaminada de color marrón amarillento), es importante para comprender completamente la calidad y el estado trófico del lago en las últimas dos décadas. El análisis del FUI durante un período de 22 años (2000-2021) indica que el lago Tana se encuentra en un estado eutrófico, como lo confirman los valores de FUI que oscilan entre 11 y 17. Esto concuerda con el índice de estado trófico (TSI) estimado a partir de las mediciones de clorofila a (Chl) del MERIS diversidad-II para el período superpuesto de 2003-2011. Las puntuaciones de habilidad categórica muestran que la clasificación del estado trófico del agua del lago basada en FUI en relación con el TSI basado en MERIS tiene un alto rendimiento. El FUI tiene una correlación positiva con el TSI, (Chl), turbidez y materia suspendida total (TSM) y relaciones negativas con Chl y TSM (en la costa del lago) y materia orgánica disuelta coloreada. La distribución espacial anual, interanual y estacional del FUI sobre el lago muestra una variación marcada. Los procesos hidro-meteorológicos y de uso del suelo y cobertura terrestre (LULC) modulan la variabilidad espaciotemporal de la calidad del agua dentro del rango de extremos inferiores y superiores del estado eutrófico, como se revela en el análisis compuesto de FUI. Los compuestos de FUI se obtuvieron para los terciles y percentiles extremos de variables que representan procesos hidro-meteorológicos y LULC. Un alto compuesto de FUI (calidad de agua deficiente) se asocia con temperaturas de la capa inferior del lago por encima de lo normal y extremadamente altas (percentil 85), velocidad del viento, precipitación, escorrentía superficial y sequía hidro-meteorológica, como lo captura un alto índice de precipitación-evapotranspiración estandarizado negativo (SPEI). En contraste, se observa un alto compuesto de FUI durante temperaturas de la piel del lago por debajo de lo normal y extremadamente bajas (percentil 15) y evaporación. Por el contrario, se observó buena calidad del agua (es decir, bajo FUI) durante períodos de valores por debajo de lo normal y por encima de lo normal de los dos conjuntos de impulsores mencionados respectivamente. Además, el FUI varía en respuesta a las variabilidades estacionales de NDVI/EVI. La relación entre la calidad del agua y sus impulsores es consistente con los procesos físicos esperados bajo diferentes rangos de los impulsores. Una alta velocidad del viento, por ejemplo, desplaza las floraciones de algas hacia la costa, mientras que la intensa precipitación y el aumento de la escorrentía conducen a altas cargas de sedimentos. El aumento de la temperatura de la piel del lago incrementa la evaporación, disminuyendo así el volumen de agua y aumentando los nutrientes insolubles, mientras que el aumento de la temperatura de la capa inferior del lago incrementa la actividad microbiana, mejorando así la carga de fósforo. Además, durante eventos de sequía, el bajo caudal y la alta temperatura permiten que aumenten las floraciones de algas, Chl y partículas suspendidas, mientras que una alta vegetación conduce a un aumento de las fuentes no puntuales de fósforo total y nitrógeno.
Descripción
El lago Tana, el mayor cuerpo de agua interior en Etiopía, ha experimentado cambios significativos debido a la urbanización y las actividades socioeconómicas en tiempos recientes. En este estudio, se utilizaron grabaciones de dos décadas del espectroradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) para derivar el índice Forel-Ule (FUI). El FUI, que varía de 1 (agua prístina de color azul oscuro) a 21 (agua contaminada de color marrón amarillento), es importante para comprender completamente la calidad y el estado trófico del lago en las últimas dos décadas. El análisis del FUI durante un período de 22 años (2000-2021) indica que el lago Tana se encuentra en un estado eutrófico, como lo confirman los valores de FUI que oscilan entre 11 y 17. Esto concuerda con el índice de estado trófico (TSI) estimado a partir de las mediciones de clorofila a (Chl) del MERIS diversidad-II para el período superpuesto de 2003-2011. Las puntuaciones de habilidad categórica muestran que la clasificación del estado trófico del agua del lago basada en FUI en relación con el TSI basado en MERIS tiene un alto rendimiento. El FUI tiene una correlación positiva con el TSI, (Chl), turbidez y materia suspendida total (TSM) y relaciones negativas con Chl y TSM (en la costa del lago) y materia orgánica disuelta coloreada. La distribución espacial anual, interanual y estacional del FUI sobre el lago muestra una variación marcada. Los procesos hidro-meteorológicos y de uso del suelo y cobertura terrestre (LULC) modulan la variabilidad espaciotemporal de la calidad del agua dentro del rango de extremos inferiores y superiores del estado eutrófico, como se revela en el análisis compuesto de FUI. Los compuestos de FUI se obtuvieron para los terciles y percentiles extremos de variables que representan procesos hidro-meteorológicos y LULC. Un alto compuesto de FUI (calidad de agua deficiente) se asocia con temperaturas de la capa inferior del lago por encima de lo normal y extremadamente altas (percentil 85), velocidad del viento, precipitación, escorrentía superficial y sequía hidro-meteorológica, como lo captura un alto índice de precipitación-evapotranspiración estandarizado negativo (SPEI). En contraste, se observa un alto compuesto de FUI durante temperaturas de la piel del lago por debajo de lo normal y extremadamente bajas (percentil 15) y evaporación. Por el contrario, se observó buena calidad del agua (es decir, bajo FUI) durante períodos de valores por debajo de lo normal y por encima de lo normal de los dos conjuntos de impulsores mencionados respectivamente. Además, el FUI varía en respuesta a las variabilidades estacionales de NDVI/EVI. La relación entre la calidad del agua y sus impulsores es consistente con los procesos físicos esperados bajo diferentes rangos de los impulsores. Una alta velocidad del viento, por ejemplo, desplaza las floraciones de algas hacia la costa, mientras que la intensa precipitación y el aumento de la escorrentía conducen a altas cargas de sedimentos. El aumento de la temperatura de la piel del lago incrementa la evaporación, disminuyendo así el volumen de agua y aumentando los nutrientes insolubles, mientras que el aumento de la temperatura de la capa inferior del lago incrementa la actividad microbiana, mejorando así la carga de fósforo. Además, durante eventos de sequía, el bajo caudal y la alta temperatura permiten que aumenten las floraciones de algas, Chl y partículas suspendidas, mientras que una alta vegetación conduce a un aumento de las fuentes no puntuales de fósforo total y nitrógeno.