Iranian Journal of Geophysics

Iranian Journal of Geophysics

Investigation of chlorophyll-a and sea surface temperature distributions in Oman Sea using MODIS satellite images for the period (2000-2020)

Document Type : Research Article

Authors
1 M.Sc., Faculty of Marine Science and Technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
2 Ph.D. Student, Faculty of Marine Science and Technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
3 Associate Professor, Faculty of Marine Science and Technology, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
Abstract
Sea surface temperature is an important parameter in oceanography and marine measurements. Also, chlorophyll-a is another parameter that affect the biotic and abiotic characteristics of marine areas. The present study was carried out with the aim of investigating changes in sea surface temperature, in relation to the creation, dispersion and distribution of chlorophyll a in Jask port. In order to achieve the mentioned goal, the MODIS satellite images were used during a 21-year period (2000-2020) for different seasons. Average values of both parameters were calculated for 21 years seasonally and annually and for the whole region, and their relationship through Pearson's correlation coefficient. According to the sea surface temperature distribution, the parts near the coast and the western regions of the study area have higher temperatures than other regions, which is probably due to the human activities in the coastal areas. Results also show that the average sea surface temperature changes over time. On the other hand, based on the maps extracted from the chlorophyll a concentration, in terms of spatial distribution, the highest amount of chlorophyll-a is in the coastal and adjacent areas, so that the highest amount of chlorophyll-a is found in the southern coasts of Sistan and Baluchestan province, Chabahar region, and also the western parts of Hormozgan province. The results related to chlorophyll well show the presence of coastal upwelling in the northern part of Makran coast. In general, the distribution of chlorophyll-a in the studied area is higher in cold seasons than in hot and warm seasons. Correlation relationship between changes in sea surface temperature and chlorophyll-a concentration shows that there is negative correlation in autumn and winter and positive correlation in summer and spring. In this study, by examining the maps of chlorophyll-a concentration in different seasons, clockwise circulations of chlorophyll-a changes were observed in the studied area, which can be a proof of the occurrence of upwelling in this area. To investigate the phenomenon of coastal upwelling, it should be noted that the occurrence of this phenomenon is due to wind leading to Ekman transport, and hence, the change in surface water temperature. As a result, a change in sea surface temperature or a change in sea level can be a secondary cause of the upwelling phenomenon. The results showed that in the studied area, fluctuations related to the increase or decrease of SST do not have much effect on the amount of changes in the concentration of chlorophyll-a, and the only observed correlation between SST and chlorophyll-a was observed in the fall season, and this correlation was negative. So that in this season, following the increase in the average SST, the concentration of chlorophyll-a decreases.
 
Keywords

Subjects


آصف‌جاه، ندا، صدری‌نسب، مسعود، اشتری لرکی، امیر و اکبری‌نسب، محمد. (1397). مطالعه‌ پدیده‌ فراجوشی ساحلی در سواحل ایرانی خلیج عمان با استفاده از داده‌های سنجش از راه دور. دوفصلنامه هیدروفیزیک. 4(2). 1-13.
ادب، حامد، عتباتی، آزاده، امیراحمدی، ابوالقاسم و اسماعیلی، رضا. (1389). پایش زمانی دمای سطح دریا و کلروفیل a با استفاده از تحلیل تصاویر دورسنجی در دریای خزر. مجله زیست شناسی دریا. 2(4). 3-12.
ارشادی فر، حمید، کر، کمال الدین، قاضی لو، امیر، کوچک نژاد، عماد و بسکله، غلام‌رسول. (1402). ارزیابی پارامترهای هیدروشیمی در آب های ساحلی چابهار: تغییرات فصلی و نوسانات روزانه. مجله مطالعات علوم محیط زیست. 8(2). 6456-6468.
اکبرزاده، غلامعلی، دهقانی، رضا، محبی نوذر، لیلی و سراجی، فرشته. (1395). بررسی کیفیت آبهای ساحلی استان هرمزگان با استفاده از روشهای آماری چند متغیره. مجله اقیانوس شناسی، 7(28)، 57-65.
بحری، علی و خسروی، یونس. (1399). بررسی روند بلند مدت تغییرات زمانی-مکانی دمای سطح دریای عمان. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. 20(58). 199-217.
بهزادی، مجتبی، قادری، دانیال و سیوف‌جهرمی، مریم. (1403). تغییرات فصلی ویژگی‌های فیزیکی حوضه آبی مکران. نیوار. پذیرش قطعی. انتشار آنلاین از 11 اردیبهشت 1403.
ثمینی، هاله، اکبری بیدختی، عباسعلی، عظام، مجتبی و ولی‌نسب، تورج. (1400). شبیه‌سازی عددی تغییرات فصلی پلانکتون‌ها و مواد مغذی در شمال دریای عمان با استفاده از مدل جفت‌شده RMOS-NPZD. مجله ژئوفیزیک ایران. 15(2). 71-92.
جلال‌زاده، زهره، ترابی، مسعود و دالکی، احمد. (1387). مقایسه دمای سطحی حاصل از داده های میدانی و ماهواره ای در خزر جنوبی. مجله پژوهش های جغرافیای طبیعی. 0(0). 110-121.
جلیلی، مهشید، صالح، ابوالفضل، فلاحی، مریم، ماشینچیان مرادی، علی و فاطمی، محمدرضا. (1400). بررسی پویایی و ساختار جامعه فیتوپلانکتون خلیج چابهار (در مانسون تابستانه، زمستانه، پیش و پس مانسون). مجله محیط زیست و توسعه فرابخشی. 6(74). 91-105.
خدام، نوشین، عطارچی، سارا، رهنما، مهدی، صحت کاشانی، ساویز و تاج بخش، سحر. (1400). مطالعه میانگین بلندمدت غلظت کلروفیل و ارتباط آن با تغییرات دمای سطح دریا و عمق نوری هواویزها روی دریای عمان و خلیج فارس (2020-2003). مجله نیوار. 45(115-114).117-125.
رامک، حسین، سیوف جهرمی، مریم، اکبری، پرستو. (1400 الف). ردیابی توده آب خلیج‌ فارس با استفاده از ویژگی‌های دما و شوری سطحی. اقیانوس شناسی. ۱۲ (۴۸). ۱۳-۲۸.
رامک، حسین، سیوف جهرمی، مریم، اکبری، پرستو. (1400 ب). استفاده از داده‌های دمای سطحی آب دریای عمان جهت شناسایی آب زیرسطحی خلیج فارس. دوفصلنامه هیدروفیزیک. 7 (2). 93-79.
رامک، حسین، سیوف جهرمی، مریم، اکبری، پرستو. (1401) بررسی شوری و دمای توده آب خلیج فارس با استفاده از مدل FVCOM. اقیانوس شناسی. ۱۳ (۵۲). ۱۰۶-۱۲۰.
ربانی‌ها، مهناز، آیین‌جمشید، خسرو و نیامیمندی، نصیر. مطالعه تغییرات کلروفیل-a در آبهای خلیج فارس و خلیج عمان. (1401). مجله علمی شیلات ایران. 2(31). 13-25.
شهری، الهام، صیادی، محمدحسین و یوسفی، الهام. (1400). پایش میزان کلروفیل-آ، کربن آلی، شوری و دمای سطح آب در سواحل سیستان و بلوچستان با استفاده از داده های سنجش از دور. مجله سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 12(4). 119-134.
غلامعلی فرد، مهدی، احمدی، بنیاد، نوری، پریسا، رنج‌روزی، فاطمه، مظلومی، سهراب و صابر، علی. (1399). پایش سنجش از دوری تغییرپذیری دمای سطحی آب و کلروفیل a در خلیج فارس و دریای عمان: عوامل موثر در تولید خالص اولیه. مجله علوم و فنون شیلات. 9(4). 305-333.
کارمی، هاجر. (1400). مطالعه جریانهای سطحی در دریای عمان با استفاده از داده‌های HYCOM. دوفصلنامه هیدروفیزیک. 7(1). 59-69.
سنجرانی، الهه، احمدی، محمدرضا، کامرانی، احسان، ابراهیمی، محمود و سنجرانی، ملیحه.(1389). شناسایی زئوپلانکتون های سواحل ایرانی دریای عمان و تنگه هرمز و مقایسه آنها در قبل و بعد از مانسون تابستانه با یکدیگر. مجله آبزیان و شیلات. 1(1). 43-54.
کریمیان، مریم، بیرقدار کشکولی، امید، مدرس، رضا و پورمنافی، سعید. (1401). تحلیل روند و تغییرات مکانی و زمانی غلظت کلروفیل a در خلیج فارس و دریای عمان (2018-2003). مجله علوم و فنون شیلات. 11(3). 218-239.
لایقی، بهزاد، علی اکبری بیدختی، عباسعلی، قادر، سرمد و آزادی، مجید. (1398). شبیه سازی عددی مشخصه های اقیانوس شناسی و هواشناسی دریایی خلیج فارس و دریای عمان با استفاده از مدل جفت شده WRF  و RMOS. مجله نیوار. 43(107-106). 50-53.
لشکری، شکیلا، سیوف جهرمی، مریم، حمزه‌ئی، صمد. (1402). تغییرات فصلی توده آب خلیج فارس در خلیج عمان. اقیانوس شناسی. ۱۴ (۵۳). ۱۰۳-۱۲۲.
محمدپور، فرزانه، حمزه‌ئی، صمد، سیوف جهرمی، مریم، (1401). مطالعه زمستانه پایداری و همرفت پخش دوگانه در شرق تنگه هرمز. دوفصلنامه هیدروفیزیک. 8 (2). 33-46.
مهدوی فرد، مصطفی، ولی زاده کامران، خلیل و عطازاده، احسان. (1399). تخمین غلظت کلروفیل-آ بااستفاده از داده های میدانی و پردازش تصاویر ماهواره‌ای سنتینل-2 و لندست-8 (مطالعه موردی: خور تیاب). مجله سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 11(1). 72-83.
Aboobacker V. M., R. Rashmi, P. Vethamony and H. B. Menon,. "On the dominance of preexisting swells over wind seas along the west coast of India". Continental Shelf Research, 31, 1701-1712, 2011a.
Al-Shehhi, Maryam R. (2022). "Uncertainty in satellite sea surface temperature with respect to air temperature, dust level, wind speed and solar position." Regional Studies in Marine Science 53 , 102385.
Blondeau-Patissier, D., Gower, J. F., Dekker, A. G., Phinn, S. R., & Brando, V. E. (2014). A review of ocean color remote sensing methods and statistical techniques for the detection, mapping and analysis of phytoplankton blooms in coastal and open oceans. Progress in oceanography123, 123-144.
Boyce, D. G., Lewis, M. R., & Worm, B. (2010). Global phytoplankton decline over the past century. Nature466(7306), 591-596.
Brown, O. B., Minnett, P. J., Evans, R., Kearns, E., Kilpatrick, K., Kumar, A., and Závody, A. (1999). MODIS infrared sea surface temperature algorithm algorithm theoretical basis document version 2.0. University of Miami31, 098-33.
Brewin, R. J., Sathyendranath, S., Müller, D., Brockmann, C., Deschamps, P. Y., Devred, E., ... & White III, G. N. (2015). The Ocean Colour Climate Change Initiative: III. A round-robin comparison on in-water bio-optical algorithms. Remote Sensing of Environment162, 271-294.
Chaichitehrani N., Allahdadi MN. (2018). Overview of Wind Climatology for Gulf of Oman and Northern  Arabian Sea. American Journal of Fluid Dynamics, 8(1), 1-9.
Dacey, J. W., & Wakeham, S. G. (1986). Oceanic dimethylsulfide: production during zooplankton grazing on phytoplankton. Science233(4770), 1314-1316.
Fauzi, R., Mantoura, C., Law, C. S., Owens, N. J., Burkill, P. H., Woodward, E. M. S., ... & Llewellyn, C. A. (1993). Nitrogen biogeochemical cycling in the northwestern Indian Ocean. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography40(3), 651-671.
Hamzehei, S., Bidokhti, A. A., Mortazavi, M. S., Gheiby, A., Ebrahimi, M., & Saraji, F. (2012). Field study of the 2008-2009 red tide in the northern Strait of Hormuz. Life Science Journal9(4).
He, J., Christakos, G., Cazelles, B., Wu, J., & Leng, J. (2021). Spatiotemporal variation of the association between sea surface temperature and chlorophyll in global ocean during 2002–2019 based on a novel WCA-BME approach. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation105, 102620.
Jeffrey, S. W., Mantoura, R. F., & Wright, S. W. (1997). Phytoplankton pigments in oceanography: guidelines to modern methods.
Jiménez-Muñoz, J. C., & Sobrino, J. A. (2008). Split-window coefficients for land surface temperature retrieval from low-resolution thermal infrared sensors. IEEE geoscience and remote sensing letters5(4), 806-809.
Jönsson, B. F., Salisbury, J., Atwood, E. C., Sathyendranath, S., & Mahadevan, A. (2023). Dominant timescales of variability in global satellite chlorophyll and SST revealed with a MOving Standard deviation Saturation (MOSS) approach. Remote Sensing of Environment286, 113404.
Kessler, A., Goris, N., & Lauvset, S. K. (2022). Observation-based Sea surface temperature trends in Atlantic large marine ecosystems. Progress in Oceanography208, 102902.
Layeghi, B., Bidokhti, A., Ghader, S., & Azadi, M. (2019). Numerical simulations of oceanographic characteristics of the Persian Gulf and Sea of Oman using ROMS model.
Moisan, T. A., Sathyendranath, S., & Bouman, H. A. (2012). Ocean color remote sensing of phytoplankton functional types. Remote sensing of biomass–principles and applications. Intech, Rijeka, Croatia, 101-122.
Murty, T., & El-Sabh, M. (1984). Cyclones and strom surges in the Arabian Sea: a brief review. Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers, 31(6-8), 665-670.
Neetu, S., Shetye, S.R., & Chandramohan, P. (2006). Impact of sea-breeze on wind-seas off Goa, west coast of India. Journal of Earth System Science, 115 (2), 229–234.
Pous, S. P., Carton, X., & Lazure, P. (2004). Hydrology and circulation in the Strait of Hormuz and the Gulf of Oman—Results from the GOGP99 Experiment: 2. Gulf of Oman. Journal of Geophysical Research: Oceans109(C12).
Ramak, H., Soyuf Jahromi, M., & Akbari, P. (2023). Investigating the downwelling of Persian Gulf Water in the Gulf of Oman. International Journal Of Coastal, Offshore And Environmental Engineering(ijcoe)8(1), 1-9.
Reynolds, R. M. (1993). Physical oceanography of the Gulf, Strait of Hormuz, and the Gulf of Oman—Results from the Mt Mitchell expedition. Marine pollution bulletin27, 35-59.
ROPME. 2012. Oceanographic Cruise – winter 2006. Technical Report Series Technical Report: No. 4. Spatial Distribution of Chlorophyll-a in the ROPME Sea Area. Regional Organization for the Protection of the Marine Environment. 59.
Sobrino, J. A., Julien, Y., Jiménez-Muñoz, J. C., Skokovic, D., & Sòria, G. (2020). Near real-time estimation of Sea and Land surface temperature for MSG SEVIRI sensors. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation89, 102096.
Sun, D., Hu, C., Qiu, Z., Cannizzaro, J. P., & Barnes, B. B. (2014). Influence of a red band-based water classification approach on chlorophyll algorithms for optically complex estuaries. Remote sensing of environment155, 289-302.
Uiboupin, R., Laanemets, J., Sipelgas, L., Raag, L., Lips, I., & Buhhalko, N. (2012). Monitoring the effect of upwelling on the chlorophyll a distribution in the Gulf of Finland (Baltic Sea) using remote sensing and in situ data. Oceanologia54(3), 395-419.
Van De Poll, W. H., Kulk, G., Timmermans, K. R., Brussaard, C. P. D., Van Der Woerd, H. J., Kehoe, M. J., Mojica, K. D. A., Visser, R. J. W., Rozema, P. D., & Buma, A. G. J. (2013). Phytoplankton chlorophyll a biomass, composition, and productivity along a temperature and stratification gradient in the northeast Atlantic Ocean. Biogeosciences10(6), 4227-4240.
Yao, F., & Johns, W. E. (2010). A HYCOM modeling study of the Persian Gulf: 2. Formation and export of Persian Gulf Water. Journal of Geophysical Research: Oceans, 115(C11).