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