Calibration and validation of algorithms for the estimation of chlorophyll-a concentration and Secchi depth in inland waters with Sentinel-2

espanolLa concentracion de clorofila-a y la profundidad del disco de Secchi son dos de los parametros biofisicos mas importantes utilizados para evaluar la calidad del agua y determinar el estado ecologico en aguas continentales. Los algoritmos Ocean Color 2 y triple banda de Dall’Olmo fueron aplicados para la estimacion de la concentracion de la clorofila-a. El ratio 490/705 nm se uso para producir un algoritmo para la estimacion de la profundidad del disco de Secchi. Esos algoritmos han sido calibrados para el Instrumento Multiespectral de Sentinel 2 (S2-MSI) y validados usando medidas in situ de la clorofila-a, profundidad del disco de Secchi y radiometria. Estos datos se tomaron en los embalses de la region de Valencia en el contexto del proyecto Estado Ecologico de los Sistemas Acuaticos con Satelites Sentinel (ESAQS). Los resultados muestran que para la estimacion de la concentracion de la clorofila-a es mejor aplicar previamente una clasificacion basada en su estado trofico. Para aguas eutroficas e hipertroficas, el algoritmo triple banda de Dall’Olmo tuvo un error de 23 mg/m3 sobre un rango de concentracion de clorofila-a entre 10 a 169 mg/m3. Para aguas ultraoligotroficas a mesotroficas el mejor algoritmo fue el OC2_490, con el cual se obtuvo un error de 0.9 mg/m3 sobre un rango de concentracion de clorofila-a entre 0.54 a 5.8 mg/m3. Para la estimacion de la transparencia del agua mediante la profundidad del disco de Secchi, hemos obtenido buenos resultados con el ratio 490/705 nm, con un error igual a 0.88 m sobre un rango de profundidad de disco de Secchi entre 0.26 a 8.1 m. Estos algoritmos han sido aplicados a imagenes S2-MSI obteniendo resultados satisfactorios en diferentes embalses en la region de Valencia (Espana). EnglishChlorophyll-a concentration and Secchi disk depth are two of the most important biophysical parameters used to assess water quality and determine the ecological state of inland waters. The Ocean Color 2 and Dall'Olmo three-band algorithms were used to estimate chlorophyll-a concentration and the calibration of the ratio 490/705 nm was used to produce an algorithm for estimating Secchi disk depth. These algorithms have been calibrated for the Sentinel 2-Multispectral Instrument (S2-MSI) and validated using in situ measurements of chlorophyll-a, Secchi disk depth and radiometry. This data was taken in the Valencia region reservoirs as part of the project Ecological Status of Aquatic Systems with Sentinel Satellites (ESAQS). The results show that for estimating chlorophyll-a concentration, it is better to apply a prior classification based on their trophic status. For eutrophic and hypertrophic waters, the TBDO algorithm had an error of 23 mg/m3 over a chlorophyll-a concentration range of between 10 to 169 mg/m3. For ultraoligotrophic to mesotrophic waters, the better algorithm was OC2_490, which resulted in an error equal to 0.9 mg/m3 over a chlorophyll-a concentration range of between 0.54 to 5.8 mg/m3. For the estimation of water transparency by Secchi disk depth, we have obtained good results with the ratio 490/705 nm, with an error equal to 0.88 m over a Secchi disk depth range of between 0.26 to 8.1 m. These algorithms have been applied to S2-MSI images and satisfactory results have been obtained for different reservoirs in the Valencia region (Spain).