Algenatlas IJsselmeer 2003

Algenatlas IJsselmeer 2003


Colofon Uitgave: Rijkswaterstaat Directie IJsselmeergebied, Meet- en Informatiedienst (RWS-IJG-PAM) Data: SeaWiFS beelden (NASA), MERIS beelden (ESA), in situ data (RWS-IJG-PAM) Tekst & redactie: Marieke Eleveld (VU-IVM), Eva Koster (RWS-IJG-PAM), Pascal Boderie (WL | Delft Hydraulics), Steve Dury (AGI), Reinold Pasterkamp & Hans van der Woerd (VU-IVM), Karen Oostinga & Wil van der Geer (RWS-IJG-PAM). Kaartproductie: Reinold Pasterkamp & Marieke Eleveld en (VU-IVM) en Arjan Wijdeveld & Pascal Boderie (WL|Delft Hydraulics). Vormgeving: Eva Koster (RWS-IJG-PAM) Reproductie: Afdeling Repro RWS-IJG-PAM Voor meer informatie: [email protected] (projectleider & remote sensing) [email protected] (data IJsselmeer) [email protected] (modellen) [email protected] (kwaliteitsborging) IJG rapport 2005-4 ISBN nummer 9036913365 We bedanken Stefan Simis en Herman Gons (NIOO – KNAW) voor hun bijdragen op pagina 57, Jan Vermaat (IVM) voor discussie over de interpretatie van de resultaten en Rob Jordans (AGI) voor hulp bij vertaling. De ontwikkeling van deze atlas is gedeeltelijk gefinancierd door het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR) onder de projectnaam SPatial mapping of Algal Concentrations Lake IJssel (SPAC), GO projectkenmerk 2.1. DE-02.

4


Voorwoord

Executive summary This is an atlas of Lake IJssel (IJsselmeer). With this atlas we will demonstrate the combined use of remote sensing products, in situ measurements and simulation model results. The atlas contains water quality products from SeaWiFS over the year 2003. For the summer, it provides fortnightly median maps for chlorophyll-a. For the winter period, it contains monthly median maps. This data was compared to in situ data and model-simulation results. In the special maps section the capacities of MERIS on monitoring chlorophyll-a are also illustrated. A main objective of the Water Framework Directive is to establish an integrated spatially explicit monitoring and management system for all waters. Information such as presented in this atlas could help in the monitoring and management of Lake IJssel. In addition, this set of measurements and model results for the year 2003, an unusually sunny, hot and dry year, is ideal to start an investigation of the relation between climate change (meteorological conditions, input by the IJssel river) and water quality in Lake IJssel. We ask you, the atlas user, to let us know what you think of this atlas (our e-mail addresses are in the colophon).

Voor u ligt een atlas van het IJsselmeer. Deze atlas geeft een ruimtelijk overzicht van algenconcentraties in het IJsselmeer gedurende 2003. De kaarten zijn gebaseerd zijn op de opnamen van de SeaWiFS en MERIS sensoren en de resultaten van geavanceerde modellen. Het doel van deze atlas is het tonen van de huidige mogelijkheden voor het in kaart brengen van processen vanuit de ruimte en met modellen. Deze algenatlas van het IJsselmeer in 2003 toont kaarten van chlorofyl-a concentraties, als indicator voor de verspreiding van algen. De kaarten bestaan uit tweewekelijkse gemiddelden voor het zomer halfjaar, en maandelijkse gemiddelden voor het winter halfjaar, en worden vergeleken met de resultaten uit waterkwaliteitsmodellen en in situ metingen. Daarnaast is een aantal dagen uitgelicht, om de mogelijkheden van dagelijkse beelden te illustreren. De atlas is gemaakt ter promotie van het gebruik van satelliet- en modeldata, als aanvulling op de huidige in situ gegevens. De hierin gepresenteerde kaarten geven zicht op de mogelijkheden van deze aanvullende gegevensbronnen. Het gebruik van satellietdata neemt toe doordat remote sensing steeds meer gezien wordt als een betrouwbare en operationele bron van informatie over onder andere waterkwaliteit. Graag vragen we u, de gebruiker van deze atlas, om opmerkingen en commentaar (zie e-mail adressen in het colofon). Met uw suggesties kunnen wij de toepassing van remote sensing producten nog verder verbeteren. Wij wensen u veel kijkplezier!

We hope you enjoy the atlas!

5


Spuisluizen bij Den Oever

6


Inhoudsopgave ........................................................................................

1.

INLEIDING ................................................................................................................................................................................................................9

2.

BEELDVORMING ................................................................................................................................................................................................... 13

3.

LEESWIJZER .......................................................................................................................................................................................................... 15

4.

DAGKAARTEN........................................................................................................................................................................................................ 16

5.

GEMIDDELDE-KAARTEN .................................................................................................................................................................................... 18

6.

SPECIALE KAARTEN ............................................................................................................................................................................................ 55

7.

MODEL ACHTERGROND ..................................................................................................................................................................................... 61

8.

DISCUSSIE EN KWALITEITSBORGING ............................................................................................................................................................ 66

7


KORNWERD

DEN OEVER

VROUWEZAND

STEILE BANK

KETELMEER WEST HOUTRIBHOEK

NAP

-6 m. > -6

8


1. Inleiding Het IJsselmeer is met een oppervlakte van 1.100 km2 het grootste meer van Nederland. Het wordt voornamelijk gevoed door de IJssel, die op haar beurt weer gevoed wordt door de Rijn. Dit betekent dat het Rijnwater voor het grootste deel de kwaliteit van het IJsselmeerwater bepaalt. Overtollig water uit het IJsselmeer wordt via de sluizen in de afsluitdijk naar de Waddenzee afgevoerd. Het IJsselmeerwater wordt gebruikt om het waterniveau in de landbouwgebieden in de Noordelijke provincies op peil te houden en voorziet één miljoen Noord-Hollanders van drinkwater. Daarnaast heeft het meer een belangrijke functie voor recreatie, scheepvaartverkeer en ecologie.

1.1

Waterkwaliteit

De verschillende functies van het IJsselmeer stellen eisen aan de waterkwaliteit. De criteria waaraan de waterkwaliteit moet voldoen, zijn vastgelegd in diverse beleidsdocumenten, zoals de Nota Waterhuishouding, het Beheersplan Rijkswateren en de Europese Kaderrichtlijn Water. Eén van de indicatieve parameters voor waterkwaliteit is de chlorofyl-a concentratie. Voor chlorofyl -a is het Maximaal Toelaatbaar Risico (MTR) gesteld op een concentratie van 100 µg/l. Chlorofyl-a is aanwezig in waterplanten en algen. Algen-concentraties zijn onder andere gerelateerd aan het gehalte nutriënten en daarmee aan de eutrofiëringstoestand van het water. Daarnaast bepalen algen mede het doorzicht van het water. Dit doorzicht is bepalend voor de ontwikkelingsmogelijkheden van waterplanten. Vandaar dat algen-concentraties indicatief zijn voor de kwaliteit van het water. Behalve voor bepaling van de waterkwaliteit, is het monitoren van algen-concentraties ook van belang voor de volksgezondheid, 9

onder andere voor het monitoren van de aanwezigheid van blauwalgen en het bepalen van de zwemwaterkwaliteit in recreatiegebieden.

1.2

Monitoring

De belangrijkste doelstelling van de Europese Kaderrichtlijn Water, is het introduceren en toepassen van een geïntegreerd monitorings- en managementsysteem voor alle wateren. Informatie zoals in deze atlas gepresenteerd, kan essentieel worden voor de monitoring en het management van binnenwateren. Algen-concentraties kunnen uit satelliet-data worden afgeleid wat een nieuwe kijk op algen-concentraties oplevert. Hiermee is het namelijk mogelijk om de ontwikkelingen in zowel ruimte als tijd in beeld te brengen, wat gebruikers nieuwe inzichten kan geven in de waterkwaliteit en processen in het IJsselmeer.

1.3

Meetvaartuigen

Traditioneel worden voor de monitoring van algen meetvaartuigen ingezet. Vanaf deze schepen worden watermonsters genomen worden voor het bepalen van chlorofyl-a concentraties. Deze gegevens worden maandelijks op verschillende locaties ingewonnen en in een laboratorium geanalyseerd. Om processen die op een kortere termijn spelen te onderzoeken zijn aanvullende metingen nodig, bijvoorbeeld met meetboeien en andere instrumenten, die continu op een vaste plek meten.


© NASA

10


1.4

Remote sensing

Het gebruik van satelliet- en vliegtuigbeelden voor onderzoek en ter ondersteuning van beleid en beheer is volop in ontwikkeling. Remote sensing komt steeds beter in beeld als een onafhankelijke en unieke bron van informatie. Omdat remote sensing nieuwe mogelijkheden biedt voor de vergaring van ruimtelijke informatie, heeft Rijkswaterstaat een aantal initiatieven ontplooid om deze techniek in de praktijk te gebruiken. Met name in combinatie met bijvoorbeeld in situ metingen en model uitkomsten blijkt informatie uit remote sensing tot zijn recht te komen. Remote sensing maakt het mogelijk om op korte termijn informatie over het gehele IJsselmeer te vergaren. De vergelijking van meerdere beelden geeft vervolgens informatie over de ontwikkelingen en processen in de tijd. Daarnaast kan de methode wellicht ingezet worden voor optimalisatie en reductie van de in situ metingen. Ook voor het monitoren van plotselinge en slecht voorspelbare gebeurtenissen, zoals bijvoorbeeld blauwalgen bloei, biedt het gebruik van remote sensing een uitkomst.

1.5

toename van de rekencapaciteit van computers. Zo is de resolutie verhoogd, waardoor ruimtelijke verspreidingspatronen van stoffen beter beschreven kunnen worden. Door meer detaillering in de diepte is ook de beschrijving van het lichtklimaat onder water verbeterd. Een waterkwaliteitsmodel wordt gevoed met meteorologische gegevens, in situ metingen van de afvoer van de IJssel en de spuisluizen en concentraties van stoffen in de IJssel. Als het model eenmaal draait, zijn voor alle gewenste locaties in het meer op elk gewenst tijdstip voor een breed scala aan stoffen concentraties beschikbaar. Modellen zijn daarmee bij uitstek geschikt om gegevens te genereren op dagen en op locaties waar remote sensing en in situ metingen niet beschikbaar zijn.

Waterkwaliteitsmodel

Voor het vinden van oorzaken van algenbloei is een waterkwaliteitsmodel geschikt. In een waterkwaliteitsmodel is proceskennis over algengroei opgenomen, die in proefopstellingen in het laboratorium en in het veld is vastgesteld. Het model legt oorzakelijke verbanden tussen factoren die algengroei bepalen, zoals watertemperatuur, hoeveelheid licht onder water en voedingsstoffen zoals stikstof, fosfaat en silicium. Daarmee is een model ook geschikt voor het maken van voorspellingen als gevolg van veranderende omstandigheden, zoals bijvoorbeeld klimaatsveranderingen. Sinds de eerste toepassing van het waterkwaliteitsmodel op het IJsselmeer en Markermeer in 1997 is het model sterk verbeterd door 11


12


Tot slot, ondergaan de beelden nog een geometrische correctie, zodat gemiddelde-kaarten berekend kunnen worden en in een Geografisch Informatiesysteem (GIS) kunnen worden ondergebracht.

2. Beeldvorming De kaarten in deze atlas zijn niet gelijk aan de oorspronkelijke satellietbeelden. Remote sensing beelden moeten eerst worden bewerkt, voordat ze informatie over chlorofyl-a kunnen geven. De beelden die gebruikt zijn voor de gemiddelde kaarten, zijn afkomstig van SeaWiFS, sensor die in opdracht van NASA is ontwikkeld. Het bedrijf Orbimage exploiteert de opnames. Voor onderzoeksdoeleinden zijn de beelden twee weken nadat de opnames gemaakt tegen lage kosten beschikbaar. Omdat de software voor de bewerking van de beelden niets kost, is het instrument in korte tijd zeer populair geworden.

2.1

Bewerking

Hoewel SeaWiFS in eerste instantie is bedoeld voor de monitoring van oceanen, kan het instrument ook voor binnenwateren zoals het IJsselmeer worden gebruikt. Een speciale bewerking van het ruwe materiaal is dan wel noodzakelijk. De beelden geven een meting weer van de kleur (het spectrum) van het water en de tussenliggende atmosfeer. In een aantal stappen wordt deze kleur bewerkt om de chlorofyl-a concentratie te bepalen. Eerst wordt voor atmosferische invloeden gecorrigeerd met behulp van een speciaal voor kust- en binnenwateren ontwikkeld model. Dit levert zogenaamde reflectantie-waarden op, een genormaliseerde maat voor de kleur van water. Een algoritme dat ontwikkeld is op basis van een optisch model voor IJsselmeer-water, berekent aan de hand van deze reflectantie de chlorofyl -a concentratie, waarvan de kaarten worden gemaakt.

13

2.2

Nauwkeurigheid

Voor deze atlas hebben we alle SeaWiFS beelden die het IJsselmeer bedekken voor het jaar 2003, bewerkt tot chlorofyl-a en zwevend stof kaarten. Dit zijn 483 beelden; gemiddeld dus iets meer dan één beeld per dag. Deze beelden zijn echter vaak wel (gedeeltelijk) bewolkt. In de gehele dataset zitten gemiddeld ongeveer 100 waarnemingen van chlorofyl-a en zwevend stof per pixel (raster cel). Hier wordt in hoofdstuk 8 ‘Discussie en kwaliteitsborging’ verder op ingegaan. Voor het berekenen van de totale chlorofyl-a concentratie is het Vos 2-Staps algoritme gebruikt. Dit algoritme berekent in de eerste stap zwevend stof en in de tweede stap totaal chlorofyl concentraties. Bij de in situ chlorofyl bepalingen wordt chlorofyl-a gemeten en ook in de modellen wordt hiermee gerekend. Op basis van veldmetingen in het IJsselmeer in 1999 is een vaste conversiefactor van 0,73 tussen totaal chlorofyl en chlorofyl-a aangenomen. Op de prestaties van het algoritme wordt in hoofdstuk 6.1 terug gekomen.

2.3

Modelleren

Voor het zomerseizoen (april t/m september) worden op de linker pagina’s ook model resultaten gepresenteerd. In hoofdstuk 7 is beschreven hoe de figuren uit het model tot stand zijn gekomen. Algenatlas IJsselmeer 2003

Chlorofyl-a mediaan kaart van de zomer van 2003 (april t/m september)

Watertemperatuur voor 2003 In situ metingen en gemodelleerde waarden 30

Watertemperatuur ( °C )

25

20

15

10

5

0 maart

april MODEL

mei Ketelmeer West

juni

juli Vrouwezand

augustus

september

Den Oever

oktober Kornwerderzand

14


3. Leeswijzer 3.1

3.4

Legenda

Voor de legenda wordt gebruik gemaakt van een regenboog kleurenschaal, lopend van donkerblauw tot rood. Voor de dagkaarten, die getoond worden op pagina 18 en 19, is deze schaal continu. De schaal voor de zomerse tweewekelijkse en winterse maandelijkse mediaan-kaarten is opgedeeld in elf klassen. De legenda van de mediaan-kaarten is overigens niet volledig lineair, op deze manier worden de verschillen in concentratie zo goed mogelijk in beeld gebracht. Op sommige plaatsen wordt het water aan het oog van de satelliet onttrokken door bewolking, die met wit is aangegeven. Met grijs is alle nietIJsselmeerwater aangegeven en land heeft een beige kleur.

3.2

Interpretatie

Om zoveel mogelijk informatie uit de kaarten te halen, kunnen de kaarten het best met elkaar vergeleken worden. Uit een lange serie van beelden kan vervolgens worden vastgesteld wat de normale patronen in chlorofyl-a concentraties zijn en tevens wanneer er uitzonderlijke gebeurtenissen plaatsvinden.

3.3

Locatie

De locaties van gebieden die frequent genoemd worden in de atlas, staan in het kaartje op pagina 8.

15

Integratie

Voor interpretatie van remote sensing beelden en voor het maken van de modellen heeft het voordelen de data te combineren met andere gegevens. In deze atlas staan gegevens over windsnelheid en windrichting van meetstation De Kooy (bron KNMI). De windsnelheid en -richting zijn belangrijk omdat het drijvende krachten zijn voor de verplaatsingen van algen. De wind stuwt watermassa’s in bepaalde richtingen op en golven woelen bodemdeeltjes en voedingsstoffen op, die pas naar verloop van tijd weer bezinken.

3.5

Meteorologie

Meteorologisch gezien, was 2003 een record zonnig, warm en droog jaar. Het aantal zonuren bedroeg in De Bilt 2022 tegen 1524 uren normaal. Niet eerder sinds het begin van de waarnemingen in 1901 telde een jaar zoveel zonuren. Dit had ook effect op de luchttemperaturen; met een gemiddelde temperatuur van 10,3 °C tegen 9,8 °C als langjarig gemiddelde was 2003 warm. Tijdens de zomer (juni, juli, augustus) bedroeg de gemiddelde temperatuur 18,6 °C tegen 16,6 °C normaal. Het jaar was droog met gemiddeld over het land 631 mm neerslag vergeleken met 797 mm normaal. De watertemperaturen voor 2003 staan weergeven in de figuur op de linkerpagina, waarbij zowel in situ metingen als modelresultaten worden getoond. Zware stormen met een gemiddelde van windkracht 10, kwamen dit jaar niet voor. Op 21 december raasde wel een storm (kracht 9) over Nederland. Zware windstoten, soms veroorzaakt door onweer, kwamen voor op 25 april, 2 mei, 2 juni, 4 juni en 8 juni (bron KNMI).


4. Dagkaarten 15 april

31 mei

16


7 augustus

16 juli

17


5. Gemiddelde-kaarten

Windsnelheid (m/s)

12 NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10%

6

5%

W

4

O

0%

WZW

2

OZO ZW

31-jan

26-jan

21-jan

16-jan

11-jan

6-jan

1-jan

0

ZO ZZW

ZZO Z

In deze maand kwamen redelijk hoge windsnelheden voor, waarbij de wind voornamelijk uit het zuidwesten afkomstig was. De hierdoor veroorzaakte golven, woelen organisch materiaal op van de ondiepe IJsselmeerbodem.

3000

Instraling en PAR

2500

Het gedeelte van het zonlicht dat van belang is voor fotosynthese (groene planten, algen) wordt PAR genoemd (Photosynthetically Active Radiation) en bedraagt zo’n 40 à 50% van het totale spectrum. PAR kan worden gemeten als energie (W.m-2) of als het aantal deeltjes, fotonen (µmol.m-2.s-1). De verhouding tussen beide eenheden is aan het aardoppervlak niet constant: 1 J.s-1 is ongeveer 4,6-5,0 µmol.s-1. Chlorofyl absorbeert delen van het zichtbare licht (400-700 nm). Onder water verandert het lichtspectrum; omdat langgolvige kleuren sneller uitdoven wordt water met toenemende diepte groen en later blauw.

2000 1500 1000 500

31-Jan

26-Jan

21-Jan

16-Jan

11-Jan

6-Jan

0 1-Jan

Instraling (J/cm2)

In januari is de instraling nog laag, beneden de 500 J/cm2. Dit houdt in dat de watertemperatuur ook laag is, met zeer lage concentraties chlorofyl-a als gevolg.

N

18


Januari 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

19


N

10 Windsnelheid (m/s)

NNW

8

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

6

ONO

10% 5%

4

W

2

WZW

O

0%

OZO ZW

ZO ZZW

26-feb

21-feb

16-feb

11-feb

6-feb

1-feb

0

ZZO Z

Voor februari gelden vrijwel dezelfde omstandigheden als in januari: lage instraling, en redelijk stormachtig weer. Dit geeft dan ook een vergelijkbaar chlorofyl-a beeld met de vorige maand. Opvallend is wel dat in februari de windrichting gedraaid is, en dat deze nu voornamelijk uit het oosten kwam. Effecten hiervan zijn echter niet terug te vinden in de mediaan chlorofyl-a concentraties van deze maand, wat gezien de lage concentraties ook niet verwonderlijk is.

3000

2000 1500 1000 500

26-Feb

21-Feb

16-Feb

11-Feb

6-Feb

0 1-Feb

Instraling (J/cm2)

2500

Wind en patronen in algenconcentraties Informatie over de windkracht en –richting kan voor een deel de waargenomen patronen in chlorofyl-a concentraties verklaren. De wind is echter veranderlijk en komt vaak maar relatief kort met een bepaalde sterkte uit een bepaalde richting, bijvoorbeeld gedurende een dag of hooguit een aantal dagen. De kaarten op basis van remote sensing beelden (en het model) zijn tijdcomposieten van een maand of twee weken, dus een eventueel wind-effect kan wat vertroebeld zijn.

20


Februari 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

21


N

12 Windsnellheid (m/s)

NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10% 5%

6 W

O

0%

4 WZW

2

OZO ZW

ZO ZZW

31-mrt

26-mrt

21-mrt

16-mrt

11-mrt

6-mrt

1-mrt

0

ZZO Z

3000

2000 1500 1000 500

31-Mar

26-Mar

21-Mar

16-Mar

11-Mar

6-Mar

0

1-Mar

Instraling (J/cm2)

2500

22


In maart is de instraling inmiddels opgelopen tot rond de 1000 – 1500 J/cm2. Het effect hiervan is dan ook herkenbaar in de chlorofyl-a concentraties, waarin een initiële algenbloei zichtbaar wordt.

Maart 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

23


NNW

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

ONO

10% 5%

W

15-apr

13-apr

11-apr

9-apr

7-apr

5-apr

3-apr

OZO ZW

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

15-Apr

13-Apr

11-Apr

9-Apr

7-Apr

5-Apr

3-Apr

0 1-Apr

Instraling (J/cm2)

2500

24

Het effect van de toenemende instraling, en de stijgende watertemperatuur (zie de figuur met watertemperaturen op pagina 14), komt tot uitdrukking in hogere chlorofyl-a waarden in de eerste helft van april.

O

0%

WZW

1-apr

Windsnelheid (m/s)

N

14 12 10 8 6 4 2 0


Hieronder staat de model-uitkomst voor april. In de rondjes worden de in situ gemeten puntwaarden weergegeven. De in situ data toont een momentopname als dagwaarde (zie hoofdstuk 8), terwijl het model en de satelliet-data respectievelijk gemiddelde- en mediaan-waarden laten zien. Model en remote sensing vertonen voor wat betreft concentratie niveau redelijk goede overeenkomst. De patronen kloppen ook aardig, hogere concentraties in het zuiden en langs de randen van het IJsselmeer.

1 - 15 April 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

25


N NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10%

6

5%

W

4 2

O

0%

WZW

OZO ZW

30-apr

28-apr

26-apr

24-apr

22-apr

20-apr

18-apr

0 16-apr

Windsnelheid (m/s)

12

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

30-Apr

28-Apr

26-Apr

24-Apr

22-Apr

20-Apr

18-Apr

0 16-Apr

Instraling (J/cm2)

2500

26


In de tweede helft van april is de instraling vrij constant rond 2000 J/cm2. Desondanks neemt ook in de tweede helft van deze maand de concentratie chlorofyl-a toe. Dit kan het gevolg zijn van een stijgende watertemperatuur (pagina 14). Door de forse stijging van de berekende watertemperatuur berekent ook het model een erg sterke stijging van de chlorofylconcentraties.

16 – 30 April 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

27


N

Windsnelheid (m/s)

12

NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10%

6

5%

W

4

O

0%

WZW

2

ZW

15-mei

13-mei

11-mei

9-mei

7-mei

5-mei

3-mei

1-mei

0

OZO ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

2500 2000 1500 1000 500 15-May

13-May

11-May

9-May

7-May

5-May

3-May

0 1-May

Instraling (J/cm2)

3000

28


Begin mei wordt gekenmerkt door een lappendeken-patroon in chlorofyl-a concentraties. Voor deze periode zijn er vrij weinig wolkenvrije opnamen in het zuidelijk gedeelte van het IJsselmeer (nl. 1-4 beelden, zie ook pagina 67). Het was begin mei minder zonnig dan in andere jaren en er traden kortstondig krachtige winden op. Zie de instralings- en windsnelheid figuren en de beschijving van de meteorologie op pagina 15. Het niet volledig ingeregelde model overschat de chlorofyl concentraties. Zie ook paragraaf 8.5.

1 – 15 Mei 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

29


N NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10%

6

5%

W

4 2

O

0%

WZW

OZO ZW

30-mei

28-mei

26-mei

24-mei

22-mei

20-mei

18-mei

0 16-mei

Windsnelheid (m/s)

12

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

30-May

28-May

26-May

24-May

22-May

20-May

18-May

0 16-May

Instraling (J/cm2)

2500

30


De laatste helft van mei laat het begin van de algenbloei zien met chlorofyl-a waarden van rond de 60 mg/m3. In de oevergebieden zien we zelfs hogere waarden, maar deze kunnen enigszins verstoord zijn door onder andere overstraling vanaf het land. Voor de tweede helft van mei waren door een storing aan de satelliet overigens iets minder beelden beschikbaar dan voor begin mei en juni. Model en remote sensing vertonen een mooie overeenkomst: iets hogere chlorofyl-a concentraties in het zuiden en centrale deel van het meer.

16 – 31 Mei 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

31


8 7 6 5 4 3 2 1 0

NNW

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

ONO

10% 5%

W

OZO

15-jun

13-jun

11-jun

9-jun

7-jun

5-jun

3-jun

ZW

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

15-Jun

13-Jun

11-Jun

9-Jun

7-Jun

5-Jun

3-Jun

0 1-Jun

Instraling (J/cm2)

2500

32

In de eerste helft van juni lijken de concentraties weer wat af te nemen. Hogere concentraties in het oosten van het IJsselmeer zijn wellicht een gevolg van de frequent voorkomende west-zuidwesten wind. Begin juni kwamen er ook enkele zware windstoten voor.

O

0%

WZW

1-jun

Windsnelheid (m/s)

N


Model en remote sensing komen niet erg overeen dat hoeft ook niet want ze zijn voor deze periode onvergelijkbaar. Er zijn per celletje gemiddeld minder dan 5 onbewolkte remote sensing beelden beschikbaar en blijkbaar zijn deze opnamen gemaakt tijdens dagen met westenwind. Het model vertegenwoordigt het tweewekelijks gemiddelde waarin geen dominant patroon van wind herkenbaar is omdat de wind uit wisselende richtingen kwam.

1 – 15 Juni 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

33


N

12 NNW

Windsnelheid (m/s)

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10% 5%

6 W

O

0%

4 WZW

2

OZO ZW

ZO ZZW

28-jun

26-jun

24-jun

22-jun

20-jun

18-jun

16-jun

0

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500 30-Jun

28-Jun

26-Jun

24-Jun

22-Jun

20-Jun

18-Jun

0 16-Jun

Instraling (J/cm2)

2500

34


Eind juni is de chlorofyl-a concentratie uniformer over het IJsselmeer verdeeld. De waarden zijn lokaal iets hoger dan in begin juni. De modelresultaten zijn voor 2e helft juni ongeveer gelijk aan 1e helft juli.

16 – 30 Juni 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

35


N

W in d sn elh eid (m /s)

10

NNW

8

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

6

ONO

10% 5%

4

W

2

WZW

O

0%

OZO ZW

15-jul

13-jul

11-jul

9-jul

7-jul

5-jul

3-jul

1-jul

0

ZO ZZW

ZZO Z

Het model kent hogere concentraties in de zuidelijke helft. De concentratieniveaus stemmen goed overeen met die van de remote sensing, die voor deze periode door een groter aantal opnamen beter vergelijkbaar zijn met het model. Model resultaten

3000 2500 2000 1500 1000 500

15-Jul

13-Jul

11-Jul

9-Jul

7-Jul

5-Jul

3-Jul

0 1-Jul

Instraling (J/cm2)

Begin juli nemen de concentraties iets af. De daling van het chlorofyl gehalte in de 1e helft van juli wordt mede veroorzaakt door afkoeling, de watertemperatuur is onder de 20°C gezakt. Wel worden de hogere concentraties uit de remote sensing beelden wederom in de oostelijke helft van het IJsselmeer aangetroffen. Dit zou samen kunnen hangen met de overwegend westnoordwestelijke windrichting.

36


1 – 15 Juli 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

37


NNW

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

ONO

10% 5%

W

O

0%

WZW

OZO

30-jul

28-jul

26-jul

24-jul

22-jul

20-jul

18-jul

ZW

16-jul

Windsnelheid (m/s)

N

8 7 6 5 4 3 2 1 0

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

30-Jul

28-Jul

26-Jul

24-Jul

22-Jul

20-Jul

18-Jul

0 16-Jul

Instraling (J/cm2)

2500

38


Eind juli is er een ophoping van hogere concentraties in het noordoosten, mogelijk als gevolg van zuidwesten en zuid-zuidwesten wind. Daarnaast vinden we hoge concentraties in het zuiden. Remote sensing, model en in situ monsters komen heel aardig overeen in deze periode waarin veel remote sensing opnamen beschikbaar zijn, voor grote delen van het IJsselmeer tussen de 5 en 9 beelden.

16 – 31 Juli 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

39


N NNW

NNO

25% 20%

NW

8

NO

15%

WNW

6

ONO

10% 5%

4

W

2

O

0%

WZW

OZO ZW

15-aug

13-aug

11-aug

9-aug

7-aug

5-aug

3-aug

0

1-aug

Windsnelheid (m /s)

10

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

15-Aug

13-Aug

11-Aug

9-Aug

7-Aug

5-Aug

3-Aug

0 1-Aug

Instraling (J/cm2)

2500

40


Begin augustus is de instraling op zijn hoogst, bovendien was er in deze periode officieel een hittegolf. Met dit in het achterhoofd zijn de gevonden chlorofyl-a concentraties relatief laag, bovendien zijn ze tamelijk uniform over het IJsselmeer verdeeld. Het model toont twee vlekken met verhoogde concentraties, mogelijk als gevolg van de twee dominante windrichtingen in deze periode.

1 – 15 Augustus 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

41


NNW

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

ONO

10% 5%

W

O

0%

OZO ZW

30-aug

28-aug

26-aug

24-aug

22-aug

20-aug

18-aug

WZW

16-aug

Windsnelheid (m/s)

N

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500

30-Aug

28-Aug

26-Aug

24-Aug

22-Aug

20-Aug

18-Aug

0

16-Aug

Instraling (J/cm2)

2500

42


Eind augustus beginnen de instraling en daarmee de chlorofyl-a concentraties ietwat af te nemen. In deze periode wordt IJsselmeer-water gebruikt om droogteproblemen in Noord-, Midden- en WestNederland te verlichten. Remote sensing, model en in situ data komen goed overeen in deze periode.

16 – 31 Augustus 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

43


N

Windsnelheid (m/s)

8

NNW

7

20%

NW

6

NNO

25%

NO

15%

5

WNW

ONO

10%

4

5%

W

3 2

O

0%

WZW

1 0

OZO

15-sep

13-sep

11-sep

9-sep

7-sep

5-sep

3-sep

1-sep

ZW

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

2500 2000 1500 1000 500

15-Sep

13-Sep

11-Sep

9-Sep

7-Sep

5-Sep

3-Sep

0

1-Sep

Instraling (J/cm2)

De afname in chlorofyl-a concentraties van eind augustus, zet zich in de eerste helft van september voort. Deze trend is minder duidelijk zichtbaar in de in situ metingen.

44


De algen-concentraties zijn alleen nog hoog in de buurt van de instroom van IJsselwater omdat daarin nog voldoende nutriënten voorhanden zijn.

1 – 15 September 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

45


N NNW

10

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

8

WNW

ONO

10%

6

5%

W

4 2

O

0%

WZW

OZO ZW

30-sep

28-sep

26-sep

24-sep

22-sep

20-sep

18-sep

0 16-sep

Windsnelheid (m/s)

12

ZO ZZW

ZZO Z

Model resultaten

3000

2000 1500 1000 500 30-Sep

28-Sep

26-Sep

24-Sep

22-Sep

20-Sep

18-Sep

0 16-Sep

Instraling (J/cm2)

2500

46


De instraling is eind september onder de 1500 en later zelfs onder de 1000 J/cm2. De mediane chlorofyl-a concentratie blijft volgens verwachting afnemen. De algen populaties zullen mede door de sterk afnemende watertemperatuur, weldra instorten.

16 – 30 September 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

47


Windsnelheid (m/s)

NNW

12

NNO

25% 20%

NW

10

NO

15%

WNW

8

ONO

10% 5%

6

W

O

0%

4 WZW

2 0

OZO

11-okt

16-okt

21-okt

26-okt

31-okt

11-Oct

16-Oct

21-Oct

26-Oct

31-Oct

6-okt

1-okt

ZW

ZO ZZW

ZZO Z

3000 2500 2000 1500 1000 500

6-Oct

0 1-Oct

Instraling (J/cm2)

Vanaf oktober vinden we lage chlorofyl-a waarden in het gehele IJsselmeer. De in situ bepalingen geven hogere waarden.

N

14

48


Oktober 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

49


NNW

NNO

25% 20%

NW

NO

15%

WNW

ONO

10% 5%

W

O

0%

WZW

OZO

21-nov

26-nov

21-Nov

26-Nov

16-nov

11-nov

6-nov

ZW

1-nov

Windsnelheid (m/s)

N

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

ZO ZZW

ZZO Z

3000

2000 1500 1000

16-Nov

11-Nov

0

6-Nov

500

1-Nov

Instraling (J/cm2)

2500

50


In november ligt de instraling gemiddeld onder de 500 J/cm2. Dit is er samen met de relatief lage water temperatuur voor verantwoordelijk dat er relatief weinig algen in het IJsselmeer zijn.

November 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

51


N

14 NNW

Windsnelheid (m/s)

12

NNO

25% 20%

NW

10

NO

15%

WNW

8

ONO

10% 5%

6

W

O

0%

4 WZW

2

OZO ZW

26-dec

26-Dec

ZO ZZW

31-dec

21-dec

21-Dec

16-dec

11-dec

6-dec

1-dec

0

ZZO Z

3000

2000 1500 1000 500

31-Dec

16-Dec

11-Dec

6-Dec

0 1-Dec

Instraling (J/cm2)

2500

52


De lage waarden voor de instraling van december zijn vergelijkbaar met de lage waarden in januari; de watertemperatuur en chlorofyl-a concentratie zijn bij gevolg ook relatief laag.

December 2003 – Mediaan Chlorofyl-a concentratie

53


MERIS-FR 14-07-2003 10:29:18 Gons-algoritme

SeaWiFS 14-07-2003 12:49:11 Vos 2-Staps algoritme

54


gevoeligheidsanalyse hiernaar wordt beschreven in paragraaf 8.4. Tot slot, bestaan er grote verschillen in de wijze waarop chlorofyla concentraties in situ en met behulp van remote sensing bepaald worden. Er zullen dan uiteraard ook onnauwkeurigheden in de in situ metingen zitten, die de verschillen voor een deel kunnen verklaren.

6. Speciale kaarten 6.1

Chlorofyl-a op 14 juli 2003: SeaWiFS, MERIS en modelresultaten

Op de linkerpagina staan twee beelden van dezelfde dag, maar gemaakt met verschillende sensors en algoritmen. Het MERIS-Full Resolution beeld is opgebouwd uit rastercellen van 300 bij 300 meter en biedt duidelijk meer detail dan het SeaWiFS beeld met cellen van 1 bij 1 kilometer. Het georefereren en plaatsen van het land masker van MERIS is ook nauwkeuriger. Omdat MERIS bovendien metingen verricht in bepaalde extra golflengten, die van belang zijn voor de bepaling van chlorofyl- a concentraties (vandaar ook het gebruik van een ander algoritme), biedt deze sensor duidelijk hoop voor de toekomst.

Op de volgende pagina (56), wordt voor 14 juli het modelresultaat getoond. Dit resultaat is te vergelijken met de resultaten van het MERIS beeld door de pagina dubbel te klappen. Voorafgaand aan 14 juli is de overheersende windrichting oostelijk, de windsnelheid is matig (4 m/s). Uit het MERIS beeld blijkt dat de algen richting het westelijk deel van het IJsselmeer gestuwd worden. Het model berekent stroomsnelheden van de toplaag die deze opstuwing verklaren. De door het model berekende chlorofyla concentraties stemmen redelijk goed overeen met die in het MERIS beeld en zijn wat hoger dan in het SeaWiFS beeld.

Op basis van vergelijkingen met in situ metingen, wordt vermoed dat SeaWiFS en het Vos 2-Staps algoritme de concentraties in de herfst iets hebben onderschat, wat ook bij dit beeld het geval kan zijn. Dit specifieke SeaWiFS beeld geeft overigens de laagste waarde voor station Vrouwezand (33 mg/m3) voor de hele maand juli; het is dus een uitzondering. De onderschatting in de herfst kan onder andere samenhangen met de gebruikte invoerparameters voor het model dat de spectrale karakteristieken (de kleur) van het IJsselmeer-water relateert aan de concentratie van algen en zwevend stof, omdat deze gebaseerd zijn op metingen in juni. Aangezien er in de herfst andere algensoorten (meer groenalgen en blauwalgen i.p.v. diatomeeën) met andere spectrale karakteristieken dominant zijn in het IJsselmeer, zouden de invoer parameters aangepast kunnen worden, wat nu niet is gebeurd. Daarnaast is het resultaat afhankelijk van de nauwkeurigheid van de atmosferische correctie. Een

De patronen van het model lijken qua vlekkerigheid op het MERIS beeld maar de patronen komen lang niet overal goed overeen. De resolutie van het model is nog net geschikt om in de toekomst patroonvergelijking met MERIS beelden mogelijk te maken. Een verfijning van het rooster met een factor 2 à 3 is daarvoor nodig.

55


Modelresultaat van de chorofyl-a concentratie op 14 juli 2003

Stroomsnelheid van de toplaag op 14 juli 2003

56


Chlorofyl-a op 9 september 2004

Fycocyanine op 9 september 2004

Medemblik z

Medemblik z

6.2

Chlorofyl-a en blauwalgen

In de figuren hierboven worden links de chlorofyl-a concentratie en rechts de concentratie fycocyanine weergegeven. Fycocyanine is het belangrijkste pigment in blauwalgen (cyanobacteriën), welke een gevaar kunnen zijn voor de volksgezondheid. Voor het creëren van deze kaarten zijn voor de chlorofyl-a kaart het Gonsalgoritme, en voor de fycocyanine-kaart het Simis-algoritme, gebruikt. 57

Voor de kust bij Medemblik bevond zich een hoge dichtheid blauwalgen. De hoge concentraties worden veroorzaakt doordat de algen door het kalme weer dicht aan het wateroppervlak zaten, maar het effect van enige stroming en wind is wel zichtbaar. De kaarten laten grofweg dezelfde structuur zien doordat de blauwalgen het beeld op dat moment domineren. Algenatlas IJsselmeer 2003

Driehoeksmossel-dichtheid uit de in situ metingen

Geschiktheid voor mossel-groei volgens het HABITAT model

58


6.3

resultaten kunnen in de toekomst echter bijzonder behulpzaam bij het afregelen van een waterkwaliteitsmodel.

Driehoeksmosselen

De driehoeksmossel voedt zich door voedingstoffen en algen uit het water te filteren. Vanwege deze natuurlijke waterzuivering kunnen mosselen ingezet worden als beheersmiddel. Driehoeksmosselen beïnvloeden dus ook de hoeveelheid algen in het IJsselmeer en om die reden worden mosselen in het waterkwaliteitsmodel beschouwd. Rijkswaterstaat voert periodiek inventarisaties uit naar de aanwezige mosselstand. De geïnventariseerde dichtheden voor 1999 (links) worden in het model omgerekend naar filtratiecapaciteit en algenconsumptie. Zonder mosselen zijn de berekende algenconcentraties aanzienlijk hoger, met name in het zuidelijk deel van het IJsselmeer. Als alternatief voor bewerkelijke veldmetingen van het voorkomen van mosselen is gekeken of het toepassen van het HABITAT model als alternatief kan dienen. Dit model maakt het mogelijk op grond van GIS kaarten een analyse uit te voeren naar de kwaliteit en aanwezigheid van habitats voor specifieke soorten, gebruikmakend van soortspecifieke kennisregels. De relatieve geschiktheid van het IJsselmeer voor mosselen is rechts weergeven. In gebieden met een lage geschiktheid worden geen mosselen gevonden. Anderzijds is een hoge geschiktheid, zoals bijvoorbeeld in het noordoosten van het meer, geen garantie dat mosselen daar ook werkelijk voorkomen. Dat kan komen omdat de driehoeksmossel gegeten wordt door kuifeenden. Habitat geschiktheid kan dus niet zondermeer vertaald worden in algenconsumptie ten behoeve het waterkwaliteitsmodel. HABITAT 59


Waterbalans IJsselmeer 2003 0

150E+6

-5 -10 -15

50E+6

-20 -25

000E+0

-35 -40

-100E+6

-150E+6

-30

2

-50E+6

1 Jan

Feb verdamping

Maart

-45

April

Mei

spuisluizen

Juni

neerslag

60

Juli IJssel


Aug

Sept

Markermeer

Okt

Nov

Friesland

Dec Peil

-50

Water Peil (cm -NAP)

Water volume (miljoen m3)

100E+6

7. Model achtergrond De basis van een waterbewegingsmodel is de waterbalans. De waterbalans van het IJsselmeer kent de IJssel en neerslag als belangrijkste aanvoerbronnen van water, deze posten zijn in de figuur afgebeeld aan de bovenkant van de horizontale as. Onder de as staan posten die water afvoeren zoals verdamping, de spuisluizen en de inlaten naar het Markermeer en Friesland. In de balans is goed te zien dat de IJssel vooral in het voorjaar grote hoeveelheden water aanvoert. Wanneer er meer water aangevoerd wordt dan er afgevoerd wordt, stijgt het waterpeil in het meer, zie (1). In het voorjaar doet de beheerder van het IJsselmeer dat bewust, door minder water uit te laten bij de spuisluizen wordt de watervoorraad in het meer vergroot om ‘s zomers voldoende water te garanderen. Het streefpeil voor de zomer is 20cm -NAP, in de winter 40cm -NAP. De zomer van 2003 was erg warm. In augustus heeft het zo goed als niet geregend en de aanvoer van IJsselwater werd steeds kleiner. Daardoor zakte het waterpeil in het IJsselmeer die maand meer dan 5 cm, in die periode werd er geen water meer richting Waddenzee gespuid. In plaats daarvan werd water in het Markermeer en Friesland ingelaten, zie (2).

61


Grid waterkwaliteitssmodel – cel grootte 300 – 500 m

Grid waterbewegingsmodel – cel grootte 30 – 50 m

5.7

x 10

5

5.6

distance (m) (m) Afstand →

5.5

5.4

5.3

5.2

5.1

5 1.3

1.4

1.5

1.6 1.7 1.8 distance (m) →

Afstand (m)

62


1.9

2

2.1 x 10

5

7.1

Grids hydrodynamic grid 01-Feb-1999 00:00:00

Het waterbewegingsmodel (Delft3D) maakt gebruik van een grid dat de contouren van het IJsselmeer volgt. Het bestaat uit meer dan 150000 cellen met een gemiddelde grootte van 30 à 50 m. Om de rekentijd te beperken is het Ketelmeer voor deze studie minder fijn geschematiseerd. Een goed ontworpen grid is “glad” hetgeen wil zeggen dat de cellen min of meer gelijkvormig zijn en op korte afstand niet veel qua afmeting van elkaar verschillen.

Het grid van het waterkwaliteitsmodel kent 10 lagen in de diepte (rechts). Het grid volgt ook de ligging van de bodem. Vanaf het sluiten van de afsluitdijk (1927-1932) is de morfologie van het IJsselmeer min of meer stabiel en gekenmerkt door oude getijdengeulen die op de dieptekaart op pagina 8 en op deze doorsneden zichtbaar zijn. De dikte van de lagen varieert omdat telkens de dikte van een laag een vast percentage van de totale waterdiepte is. Zo is toplaag altijd 4% van de totale diepte en varieert ruwweg van 10 tot 30 cm.

63

-1 -2 -3

Hoogte elevation(m) (m) →

Het grid van het waterkwaliteitsmodel is afgeleid uit het grid van de waterbeweging (links). Door telkens 3x3 cellen samen te voegen is een grid van ongeveer 1500 cellen per laag gemaakt met een gemiddelde grootte van 300 à 500 m.

0

-4 -5 -6 -7 -8 -9

0

0.5

1

1.5

2 2.5 distance (m) →

Afstand (m)


3

3.5

4 x 10

4

Resultaten waterbewegingsmodel op 3 juli 2003

64


7.2

Wind-effecten

Grote relatief platte watervolumes, zoals het IJsselmeer, kunnen in perioden met sterke wind het verschijnsel van scheefstand vertonen. Daardoor wordt het peil in één hoek van het meer verhoogd terwijl in de tegenoverliggende hoek verlaagd. Verschillen kunnen gedurende lange tijd, soms dagen, aanhouden en de waterstandsverschillen kunnen groot worden. In het geval van het IJsselmeer wordt de opstuwing bij de instroom van de IJssel versterkt door trechtervorm van het meer. Ook in perioden met hoge rivierafvoer kunnen afwijkingen ten opzichte van het streefpeil plaatsvinden. Voor het peilbeheer is hierdoor met name het winterstreefpeil moeilijk te handhaven. Dit is mede de reden geweest voor de uitbreiding van de spuimogelijkheden. Ook in de zomer komt opstuwing van het water voor. De figuur toont resultaten van het waterbewegingsmodel op 3 juli 2003. Het waait dan al een dag hard (10-12 m/s) uit het noordwesten. Te zien is dat de toplaag van het water met snelheden van meer dan 5 cm/s naar het zuiden stroomt en dat dit geleid heeft tot een opstuwing van zo’n 10 cm. Het model berekent voor op hetzelfde moment een retour waterstroom aan de bodem in noordoostelijke richting (deze is niet afgebeeld).

65


8. Discussie en kwaliteitsborging

Aantal waarnemingen per pixel zomer 2003

Aantal waarnemingen per pixel 1 – 15 augustus 2003

66


Aantal waarnemingen per pixel maart 2003

8.1

Aantal waarnemingen per pixel oktober 2003

Aantal waarnemingen

De resultaten uit remote sensing die in deze atlas gepresenteerd zijn, kunnen monitoring ondersteunen door hun hoge 2D ruimtelijke en temporele dekking. In de dataset zitten gemiddeld 100 goede chlorofyl-a en totaal zwevend stof waarnemingen per pixel, op een totaal van 483 bewerkte beelden voor 2003.

67

Er zijn minder waarden beschikbaar voor het water in de nabijheid van de oevers, omdat deze cellen bij de verwerking niet goed genoeg werden bevonden. De wolkenbedekking is hoger in de winter dan in de zomer, en de zonnestand is lager in de winter, wat resulteert in een vergelijkbaar aantal waarnemingen per pixel in twee zomerweken en in één wintermaand.


Locatie Vrouwezand Vergelijking tussen in SeaWiFS en in situ chlorofyl- a concentraties

In situ chlorofyl-a metingen op de vijf meetlocaties in 2003

100

140 130

90

120

80

110

VROUWZD

80

HOUTRK DENOVR

70

KORNWD

60

STEILBK

50

chlorofyl-A, mg/l

70

90

60 SeaWiFS

50

In situ

40

40

30

30

20

20

10

10 0

68


1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-2

1-1

1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-2

0 1-1

chlorofyl-A, mg/l

100

8.2

8.3

In situ gegevens

De figuur op de linker pagina illustreert de seizoensgebonden trend op vijf meetlocaties. De ligging van deze in situ meetlocaties is weergegeven in de figuur op pagina 8. Vrouwezand heeft de meest volledige dekking gedurende het jaar. De algemene trend op alle locaties is een verhoging van chlorofyl- a in de loop van het jaar. Verder is er een bloei in Juni/Juli bij Steile Bank, maar niet bij Houtribhoek. Deze waarden zijn vergeleken met gegevens die uit de vakliteratuur beschikbaar zijn. De gemiddelde chlorofyl verdeling voor de zomer, uit interpolatie van 23 jaar in situ gegevens (19721995), toont alleen een chlorofyl-maximum in het noordoostelijke deel van het meer; de concentraties in het zuidoosten zijn veel lager. De in situ gegevens van 2003 stemmen gedeeltelijk overeen met deze lange termijn trend. De hoogste concentratie wordt bij Steile Bank in het oostelijke, centrale deel van het meer geregistreerd. Houtribhoek is de meest zuidoostelijke plaats, en toont de laagste chlorofyl- a concentratie tijdens de zomermaanden. Eerder onderzoek met reeksen SeaWiFS-beelden uit 2000 liet ook zien dat in februari en april de chlorofyl concentratie in het noorden hoger is dan in het zuiden. In augustus en september 2000 waren de algen in het noordoostelijke (Kornwerd)of zuidoostelijke (Houtribhoek) deel van het meer het meest uitbundig. SeaWiFS-beelden uit 1999 gaven hetzelfde beeld.

69

Vergelijking van in situ data en remote sensing

Omdat Vrouwezand het centrum van het IJsselmeer benadert en ver van het land ligt, is het de betrouwbaarste plaats voor vergelijking van in situ metingen en SeaWiFS gegevens. Door deze ligging wordt het gemeten signaal minder door terugstraling van het land beïnvloed. Bovendien heeft deze plaats het grootste aantal in situ metingen. De figuur links toont de vergelijking tussen chlorofyl-a concentraties uit SeaWiFS en uit in situ metingen voor de meetlocatie Vrouwezand. De twee bronnen komen redelijk overeen, behalve aan het eind van het jaar (21 oktober en 16 december) wanneer hoge in situ metingen (respectievelijk 57 µg/l en 70 µg/l) niet overeenkomen met de SeaWiFS gegevens. De waarde van 70 µg/l voor 16 december, is verrassend hoog. Een mogelijke verklaring zou nietrepresentatieve of onnauwkeurige in situ data kunnen zijn. De figuren op pagina 70 tonen de vergelijkingen voor chlorofyl- a concentraties uit situ en SeaWiFS data, voor respectievelijk Den Oever, Kornwerd, Steile Bank en Houtribhoek. Hoewel allen een redelijke overeenkomst tussen in situ en satelliet gegevens tonen zouden ze met enige terughoudendheid moeten worden bekeken vanwege hun ligging in de nabijheid van land. De trend op de locaties Vrouwezand, Den Oever, en Kornwerd lijkt het of de satelliet data chlorofyl-a in de lente enigszins overschat, en in de herfst enigszins onderschat. (Dit zou mogelijkerwijs gedeeltelijk verklaard kunnen worden door de atmosferische correctie – zie paragraaf 8.4). Bij Kornwerd, Steile Bank en Houtribhoek, wordt één enkele hoge chlorofyl-a concentratie (respectievelijk 125 µg/l op 31 mei, 160 µg/l op 16 maart, en 170 µg/l op 10 Augustus) in de satellietgegevens geïdentificeerd die niet in de in situ gegevens is terug te vinden. Voor deze voorbeelden was geen in situ meting beschikbaar binnen 2 weken na de satellietopnamen, daardoor is het moeilijk om te verifiëren of deze werkelijk bloeiperioden vertegenwoordigen. Algenatlas IJsselmeer 2003

Locatie Den Oever Vergelijking tussen in SeaWiFs en in situ chlorofyl-a concentraties

Locatie Kornwerd Vergelijking tussen in SeaWiFs en in situ chlorofyl-a concentraties

100

140 130

90

120

80

110 100 90

60

chlorofyl, mg/l

SeaWiFS 50

in situ

40 30

SeaWiFS

70

in situ

60 50 40 30

20

20

10

10 1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-1

Locatie Steil Bank Vergelijking tussen in SeaWiFs en in situ chlorofyl-a concentraties

1-2

0

1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-2

1-1

0

Locatie Houtribhoek Vergelijking tussen in SeaWiFs en in situ chlorofyl-a concentraties 180

170

170

160

160

150

150 140

130

130

120

120

110

110

100 90

SeaWiFS

80

in situ

70

chlorofyl, mg/l

140

100

SeaWiFS

90

in situ

80 70

60

60

50

50

40

40

30

30 20

20

70

10

10 2003 Algenatlas IJsselmeer 1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-2

1-2

0

0 1-1

chlorofyl, mg/l

80

1-1

chlorofyl, mg/l

70

8.4

70

Remote sensing: Invloed van atmosferische correctie

60

zwevende stof, mg/l

50

40

SeaWiFS In situ

30

20

10

1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

1-7

1-6

1-5

1-4

1-3

1-2

1-1

0

De figuur hierboven toont de vergelijking tussen SeaWiFS en in situ metingen van zwevend stof voor Vrouwezand. De twee bronnen komen redelijk overeen met uitzondering van één hoge in situ meting (62,1 µg/l, op 11 maart) tijdens een storm, die niet af te leiden was uit de satellietgegevens. Voor dit station, zijn echter pas twee dagen later gegevens beschikbaar. Het is goed mogelijk dat het water binnen deze periode tot rust gekomen is met als gevolg een vermindering van de troebelheid.

Een belangrijke uitdaging voor het succesvolle gebruik van remote sensing waarnemingen van de waterkleur is het verwijderen van de invloed van de atmosfeer. De atmosfeer vermindert de door de satelliet gedetecteerde reflectantie (waterkleur) door absorptie, maar verhoogt de gedetecteerde reflectantie ook door lichtreflectie uit de omgeving in de sensor. Deze twee effecten hebben tot gevolg dat, rond 440 nm, de atmosferische component ongeveer 95% van de totaal waargenomen straling beslaat; daardoor maakt de reflectentie slechts een zeer klein deel van de door de sensor gemeten straling uit. Het toepassen van een geschikte atmosferische correctie is daarom belangrijk. De standaard atmosferische correctie die voor SeaWiFS wordt gebruikt, veronderstelt een te verwaarlozen reflectantie in het nabijgelegen infrarode deel van het spectrum, om de aërosolen te kenmerken. Hierbij worden vervolgens vergelijkingstabellen gebruikt om het aërosolsignaal naar de zichtbare golflengten te extrapoleren. Deze veronderstelling is echter niet correct voor troebele kustwateren en het IJsselmeer, waar het nabij-infrarode watersignaal niet te verwaarlozen is. De samenstelling van troebel water (bijvoorbeeld zwevend stof) en bodemreflectie kan significante bijdragen aan de straling in de nabij-infrarode atmosferische correctiebanden. Het toepassen van de standaard atmosferische correctie zou daarom in een verkeerde reflectantie resulteren en als gevolg tot verkeerde chlorofyl-a schattingen leiden. Om dit probleem te vermijden is er een eenvoudige uitbreiding voorzien aan het standaard SeaWiFS atmosferische correctie algoritme. Hierin wordt de veronderstelling van geen

71


Vergelijking van in situ metingen met de uit SeaWiFS afgeleide chlorofyl-a metingen, op basis van het empirische algoritme (OC4v4), voor een reeks van epsilon (eps) waarden op Vrouwezand.

80

80

70

70

60

60

72


1-12

1-11

1-10

eps=1.15

1-1

1-12

1-11

1-10

1-9

1-8

0 1-7

0 1-6

10

1-5

10

1-4

20

1-3

20

1-2

eps=1.10

30

1-9

eps=1.15

1-8

30

eps=1.05

1-7

eps=1.10

eps=1.0

40

1-6

eps=1.05

1-5

40

eps=0.95

1-4

eps=1.0

In situ_CHL

50

1-3

eps=0.95

1-2

In situ

50

1-1

chlorofyl-A, mg/l

Vergelijking van in situ metingen met de uit SeaWiFS afgeleidde chlorofyl-a metingen, op basis van het 2-Staps algoritme dat in deze atlas wordt gebruikt, voor een reeks van epsilon (eps) waarden op Vrouwezand.

reflectantie in nabij-infrarood vervangen door de veronderstelling dat de nabij-infrarode aërosolreflectieverhouding ruimtelijk homogeen is en als kalibratieparameter kan dienen. Deze verhouding, epsilon genoemd, wordt per beeld beoordeeld op basis van de Rayleigh-gecorrigeerde reflectiecoëfficiënten bij 765 nm en 865 nm. Voor een nauwkeurige schatting van deze verhouding is het noodzakelijk om een groot gebied met niet troebel water binnen ieder beeld te hebben. Een eerdere studie (het RALLY project) toonde aan dat voor sommige beelden de aërosol optische dikte boven het IJsselmeer veel hoger is dan boven de Noordzee. Hierdoor is de extrapolatie van de Noordzee naar het IJsselmeer niet altijd betrouwbaar. Dit maakt een nauwkeurige bepaling van epsilon moeilijk. Voor deze atlas werd dezelfde procedure gevolgd als in het RALLY project, namelijk het gebruik van een constante epsilon van 1,05. Om de gevoeligheid van de bepaling van clorofyl- a / zwevend stof te onderzoeken, is een aantal beelden verwerkt met een reeks aan epsilons. De resultaten hiervan worden getoond in figuren hiernaast. De linker figuur is een vergelijking van in situ metingen met uit SeaWiFS afgeleide chlorofyl-a metingen voor een reeks van epsilon waarden in Vrouwezand. Het effect van het verhogen van epsilon leidt tot een daling van afgeleide chlorofyl-a waarden. Bovendien is het duidelijk dat het gebruik van lagere epsilons voor de drie steekproefgegevens uit de laatste helft van het jaar tot een betere overeenkomst met de in situ gegevens zou leiden. Misschien zou chlorofyl-a beter dus bepaald kunnen worden als epsilon nauwkeuriger vastgesteld kan worden.

chlorofyl-a algoritmen. Om te onderzoeken of dit met het gebruikte Vos 2-Staps algoritme te maken heeft is dezelfde vergelijking uitgevoerd met een empirisch chlorofyl-a algoritme (OC4v4). De resultaten staan in de rechter figuur. In dit geval komt inderdaad het omgekeerde voor: de verkregen chlorofyl-a concentraties nemen toe met stijgende epsilon waarden. Op 4 augustus en 28 oktober zijn de chlorofyl-a concentraties bij bepaalde lage epsilonwaarden zo hoog dat ze, binnen de software (SeaDAS), als verdacht worden gemarkeerd, aangezien ze groter zijn dan 70 µg/m3. Dit is het verwachte scenario. De hoge epsilonwaarden benaderen de standaard atmosferische correctie, welke kan leiden tot het frequent voorkomen van negatieve of zeer lage reflectantie bij korte golflengten. Dit komt voort uit een overschatting van de atmosferische component, welke op zijn beurt leidt tot overschatting van chlorofyl-a, die in dit geval toe te schrijven is aan verlaagde OC4v4 (blauwgroene) verhoudingen. Het lijkt erop dat het Vos 2-Staps algoritme dit effect compenseert wat in een omgekeerd resultaat resulteert.

De daling van de verkregen chlorofyl-a bij verhoging van epsilon zoals hierboven aangegeven was tegengesteld aan de verwachting. Andere studies hebben namelijk het omgekeerde aangetoond, met het gebruik van zowel analytische als empirische 73


5

150

4

120

3

90

2

60

1

30

0

Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

silicium

Jul

Aug

Sep

Oct

chlorofyl

74


Nov

Dec

Jan

0

Chlorofyl-a (ug/l)

Silicium (mg/l)

In situ data voor chlorofyl-a en silicium (Vrouwezand)

8.5

Het waterkwaliteitsmodel

Het waterkwaliteitsmodel is een gedeeltelijk verbeterde versie van het model dat gebruikt is in de MERIJS studie. Het model is verbeterd voor wat betreft het rekengrid en de waterbeweging en dient nog te worden afgeregeld voor wat betreft de modellering van zwevende stof, gloeirest en humus, componenten die van belang zijn bij het berekenen van het lichtklimaat onder water. Het waterkwaliteitsmodel heeft gerekend vanaf 1 april tot en met 30 september 2003. De tweede helft van maart is echter al relatief warm en kent hoge instraling. Op 11 maart wordt een in situ monster op locatie Vrouwezand genomen waarin 130 µg/l chlorofyl zit, de hoogst gemeten algenconcentratie voor 2003 (zie figuur). Deze hoge waarde gaat samen met een silicium concentratie die nagenoeg gelijk aan nul is. Dat betekent dat de hoeveelheid silicium van 4 à 4,5 mg/l die in februari aanwezig was, is omgezet in 130 µg/l chlorofyl (diatomeeën). Deze verhouding chlorofyl-silicium is normaal voor diatomeeën. Een sterke daling van silicium in het voorjaar gaat altijd samen met een sterke stijging van chlorofyl, meestal vindt dat echter pas begin april plaats. Doordat het model pas in april begint te rekenen voorspelt het model de voorjaarspiek in de 2 e helft van april hetgeen voor 2003 te laat is.

75


Algenatlas IJsselmeer 2003

Recommend Documents