Estimation of chlorophyll a concentration (CHL) on coastal areas using remote sensing has been mostly performed through multi-spectral satellite image analysis. Recently, various studies using hyperspectral imagery have been attempted. In particular, airborne hyperspectral imagery is composed of hundreds of bands with a narrow band width and high spatial resolution, and thus may be more effective in coastal areas than estimation of CHL through conventional satellite image. In this study, comparative analysis of hyperspectral and satellite-based CHL images was performed to estimate CHL in coastal areas. As a result of analyzing CHL and seawater spectrum data obtained by field survey conducted on the south coast of Korea, the seawater spectrum with high CHL peaked near the wavelength bands of 570 and 680 nm. Using this spectral feature, a new band ratio of 570 / 490 nm for estimating CHL was proposed. Through regression analysis between band ratio and the measured CHL were generated new CHL empirical formula. Validation of new empirical formula using the measured CHL showed valid results, with R2 of 0.70, RMSE of 2.43 mg m-3, and mean bias of 3.46 mg m-3. As a result of applying the new empirical formula to hyperspectral and satellite images, the average RMSE between hyperspectral imagery and the measured CHL was 0.12 mg m-3, making it possible to estimate CHL with higher accuracy than multi-spectral satellite images. Through these results, it is expected that it is possible to provide more accurate and precise spatial distribution information of CHL in coastal areas by utilizing hyperspectral imagery.
Son, Young Baek;Kim, Suk Hyun;Kim, Sang-Hyun;Rho, TaeKeun
Korean Journal of Remote Sensing
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v.33
no.6_1
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pp.917-930
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2017
To understand the temporal and spatial variations of surface chlorophyll-a concentration (Chl-a) distribution in the Indian Ocean ($30^{\circ}E{\sim}120^{\circ}E$, $30^{\circ}S{\sim}30^{\circ}N$) by the Indian Ocean Dipole (IOD), we conducted EOF and K means analyses of monthly satellite-derived Chl-a data in the region during 1998~2016 periods. Chl-a showed low values in the central region of the Indian Ocean and relatively high values in the upwelling region and around the marginal regions of the Indian Ocean. It also had a strong seasonal variation of Chl-a, showing the lowest value in the spring and the highest value in summer due to the change of the monsoon and current system. The EOF analysis showed that Chl-a variation in EOF mode 1 is related to ENSO (El $Ni{\tilde{n}}o$/Southern Oscillation) and that of mode 2 is linked to IOD. Both modes explained spatially opposite trends of Chl-a in the east and west Indian Ocean. From K means analysis, the Chl-a variation in the east and west Indian Ocean, and around India have relatively good relationship with IOD while that in the tropical and middle Indian Ocean closely associated with ENSO. The spatial and temporal distribution of Chl-a also showed distinct spatial and temporal variations depend on the different types of IOD events. IOD classifies two patterns, which occurred during the developing ENSO (First Type IOD) and the year following ENSO event (Second Type IOD). Chl-a variation in the First Type IOD started in summer and peaked in fall around the east and west Indian Ocean. Chl-a variation in the Second Type IOD occurred started in spring, peaked in summer and fall, and disappeared in winter. In the Chl-a variation related to IOD, developing process appearing in the Chl-a difference between the east and west Indian ocean was similar. Chl-a variation in the northern Indian Ocean were opposite trend with changing developing phase of IOD.
Several studies have demonstrated that chlorophyll has many beneficial properties, including anti-inflammatory, anti-tumor, and antioxidant properties. Chlorophyll has been also shown to have an excellent chemopreventive potential against skin tumor. Its preventive mechanism against skin tumor, however, has not been examined in detail. Furthermore, the effects of chlorophyll on UVB-induced cellular responses have not been investigated. Solar UV radiation, in particular its UVB component, is the primary cause of many adverse biological effects, which is responsible for the photoaging and skin cancer. We investigated the preventive effects of chlorophyll a on UVB-mediated responses in human immortalized HaCaT kerationocytes and normal human fibroblast. We found that treatment of chlorophyll a markedly inhibited UVB-induced generation of reactive oxygen species and lipid peroxidation. Chlorophyll a also prevented UVB-induced MMP-1 expression and MMP-2 activation and increased Type I pN collagen synthesis. These results suggest that chlorophyll a is a potent candidate for the prevention and treatment of UVB-induced skin cancer and photoaging.
Effect of physical processes on the surface distributions of chlorophyll-a and nutrients was investigated in the southern sea of Korea during summer season. The northwestern area of Cheju Island had higher concentrations of the chlorophyll-a and nutrients than its southeastern area. A nutrient-rich patch was observed in the western area of Cheju Island and the northern area of $34^{\circ}N$ respectively. It seems that the patch in the western area of Cheju Island is formed by horizontal extension of the low-saline Coastal Water of China Contiental(CWCC), while the patch in the northern area of $34^{\circ}N$ by vertical mixing. Also, the high chlorophyll-a in the vicinity of Cheju Island appears to be ascribed to sufficient supply of nutrient from bottom water by coastal upwelling.
Kim, Sang-Woo;Go, Woo-Jin;Kim, Seong-Soo;Jeong, Hee-Dong;Yamada, Keiko
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.16
no.4
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pp.345-352
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2010
The objective of this paper is to explore the short-term variability of water temperature and chlorophyll a (Chl-a) derived from in-situ and satellite data (NOAA, Sea WiFS and QuikScat) in the upwelling region of the southeastern part of Korean Peninsula in June and August, 2007. Particularly we focused on the spatial variability of sea surface temperature(SST) and Chl-a in the East Korean Warm Current region. In the results of the in-situ data, the peaks of Chl-a in june was shown at a depth of 50m The peaks of Chl-a in August was shown at a depth of 10m at the stations 4 and 5 near the land, and a depth of 30m at the other stations. The Chl-a concentrations in August were also lower than those in june except for station 5. As a result, the peaks of Chl-a in August occurred at a depth of 20~40 m shallower than those of Chl-a in june. This indicates that the nutrient-rich water within the mixed layer depth may be immediately supplied by the coastal upwelling, which is due to the southerly component of wind. The relationship between SST and Chl-a showed a negative correlation, and the high concentration of Chl-a occurred in the cold water area. The southerly wind and the East Korean Warm Current influenced a remarkable offshore movement of the cold water and Chl-a near the coastal area.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.14
no.2
s.36
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pp.63-68
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2006
Although it is more recommended to use satellite images for an accurate understanding of the natural environment over a large area, what should proceed obtaining such satellite images is to make basic model equations based firmly upon the on-land experiments and field experiments. It may be more accurate and objective to investigate correlations between satellite images and actual water quality factors obtained for the same area. Thus, this study was conducted in order to determined which band of Landsat ETM+ images is appropriate to estimate the density of chlorophyll-a in a closed laboratory without atmospheric interference, using pure water and sea water. As a result of this study, it was found that the best band that exhibited the highest degree of correlations among the compounded bands rated (B3-B4)/B2 in pure water and (B2+B4)/B3 in sea water. The correlation coefficient here is 0.9747 and 0.9892 respectively. Thus, compounding this band ran be quite useful for estimation density of Chlorophyll-a using Landsat ETM+ image data.
1997년에 발사된 해색센서 Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS)의 클로로필-a 자료는 많은 연구자들에게 전 지구 규모나 지역 규모에 대한 해양표층의 식물 플랑크톤 증식을 연구하는데 널리 활용되고 있다. 그런데 NASA로부터 제공되는 동해의 SeaWiFS Level-3 클로로필 자료에는 비정상적으로 높은 농도 값이 스펙클 형태로 분포한다. 본 연구에서는 1998년부터 2007까지 전구의 SeaWiFS 자료를 이용하여 SeaWiFS 클로로필-a 농도가 가지는 스펙클 오차의 분포 특성에 관해 조사하였다. 10년간의 월별 자료로부터 각 화소의 최댓값을 분석한 결과 정상적 농도 범위에서 벗어난 높은 농도 값이 스펙클 형태로 출현하였다. 이런 특성은 북반구에서 전구의 80% 이상 높게 나타났으며, 특히 $40-75^{\circ}N$의 중위도 영역에 집중분포하였다. 또한 스펙클들은 연안 가까이에서 매우 높게 나타난 반면 연안과 멀리 떨어진 외해에서도 $10-80mg/m^3$정도의 높은 값을 가지고 산발적으로 분포하였다. 스펙클들은 해마다 상당한 연 변동을 보였으며, 해역별로 크게 분포하는 시기가 다르게 나타났다. 북태평양에서는 봄철에 크게 나타난 반면 북대서양에서는 봄철과 가을철에 고르게 분포하였다. 2009년의 SeaWiFS 재처리 이후에 스펙클 오차 보정에 대한 처리가 이루어졌으며, 상당량 줄어든 분포를 보였으나 여전히 자료 안에서 매우 높은 농도로 분포하며 자료에 오차를 유발하고 있다. 따라서 본 연구는 전구에서 나타나는 스펙클 오차 분포 특성을 분석함으로 해색자료가 가지는 오차에 관한 문제점을 제기하였으며, 이를 통해 좀 더 신뢰도 있는 자료를 해양 연구에 사용해야함을 제시한다.
동해의 SeaWiFS 클로로필-$\alpha$에서 나타나는 스펙클(speckle) 오차를 제거하고 Level-2에서 Level-3로의 자료합성을 실시하였다. 1998년부터 2007년까지 10년간 클로로필-$\alpha$의 시공간 변동성을 고려하여, 월 평균값으로 표준화된 공간적 표준 편차가 $7mg/m^3$ 이상 될 때를 경계 값으로 스펙클 제거기준을 설정하였다. 농도경사가 큰 전선지역과 연안으로부터 10-50 km 이내 지역은 제거 기준을 $12mg/m^3$ 이상으로 알고리즘을 구성하였다. 스펙클 제거 결과, 자료는 그대로 보존되고 스펙클이 존재하는 화소의 값만 줄어들었다. 특히 스펙클이 자주 발생하는 겨울철 클로로필 자료의 농도변화가 크게 나타났으며 스펙클이 많이 나타나는 시기에는 $5^{\circ}\times5^{\circ}$영역의 평균값이 10%이상 감소하는 결과를 보였다.
Climate change has been accelerating in coastal waters recently; therefore, the importance of coastal environmental monitoring is also increasing. Chlorophyll-a concentration, an important marine variable, in the surface layer of the global ocean has been retrieved for decades through various ocean color satellites and utilized in various research fields. However, the commonly used chlorophyll-a concentration algorithm is only suitable for application in clear water and cannot be applied to turbid waters because significant errors are caused by differences in their distinct components and optical properties. In addition, designing a standard algorithm for coastal waters is difficult because of differences in various optical characteristics depending on the coastal area. To overcome this problem, various algorithms have been developed and used considering the components and the variations in the optical properties of coastal waters with high turbidity. Chlorophyll-a concentration retrieval algorithms can be categorized into empirical algorithms, semi-analytic algorithms, and machine learning algorithms. These algorithms mainly use the blue-green band ratio based on the reflective spectrum of sea water as the basic form. In constrast, algorithms developed for turbid water utilizes the green-red band ratio, the red-near-infrared band ratio, and the inherent optical properties to compensate for the effect of dissolved organisms and suspended sediments in coastal area. Reliable retrieval of satellite chlorophyll-a concentration from turbid waters is essential for monitoring the coastal environment and understanding changes in the marine ecosystem. Therefore, this study summarizes the pre-existing algorithms that have been utilized for monitoring turbid Case 2 water and presents the problems associated with the mornitoring and study of seas around the Korean Peninsula. We also summarize the prospective for future ocean color satellites, which can yield more accurate and diverse results regarding the ecological environment with the development of multi-spectral and hyperspectral sensors.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.34
no.1
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pp.99-106
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2005
Skin is continously exposed to ultraviolet (UV) radiation, the major cause of skin disorders including skin aging. Chlorophylls were well known as photosensitizer initiating subsequent chemical reactions such as photooxidative deterioration of cellular structures. This experiment was designed to elucidate the effects of $\beta$-carotene and ascorbic acid with chlorophylls on UVB-induced photooxidation in linoleic acid emulsion model system and skin homogenate of ICR mouse. In linoleic acid emulsion model system, the addition of chlorophyll and $\beta$-carotene accelerated the photooxidation, while high concentration of ascorbic acid prevented. The combination of chlorophylls, $\beta$-carotene and ascorbic acid, which concentrations are simplified from mustard leaf kimchi, prevented UVB-induced photooxidation. Although single treatment of $\beta$-caretene accelerated photooxidaiton, $\beta$-caretene acted as antioxidant in the combination with ascorbic acid. Similarly the addition of individual chlorophylls and $\beta$-carotene accelerated the UVB-induced photooxidation in skin homogenate of ICR mouse. 50 ppm of ascorbic acid did not show the any preventive effect, however 500 ppm of ascorbic acid effectively prevented the oxidation. Photooxidation was prevented in the combination of chlorophylls and $\beta$-carotene with 500 ppm of ascorbic acid and concentration rate of ascorbic acid plays an important role in the prevention of UVB-induced photooxidation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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