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Dec 24, 2023

El aprendizaje profundo ayuda en la estimación global de las concentraciones de pigmentos de fitoplancton

30 de mayo de 2023 Este artículo

30 de mayo de 2023

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por LI Yuan, Academia China de Ciencias

La estructura de la comunidad de fitoplancton puede reflejar cambios en el entorno marino y ayudarnos a comprender los factores impulsores de la evolución ecológica. La cuantificación de la concentración de pigmentos en el fitoplancton es crucial para la evaluación integral de la clasificación taxonómica y la estructura de la comunidad.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Li Xiaofeng del Instituto de Oceanología de la Academia de Ciencias de China (IOCAS) logró avances en la inversión de las concentraciones globales de pigmentos de fitoplancton utilizando algoritmos de aprendizaje profundo. Desarrollaron un modelo basado en el aprendizaje profundo (modelo DL-PPCE) para estimar las concentraciones de 17 pigmentos de fitoplancton diferentes a nivel mundial utilizando datos satelitales.

El estudio fue publicado en Remote Sensing of Environment.

Las entradas del modelo incluyen parámetros de color del océano, parámetros ambientales derivados de satélites y la pendiente de la reflectancia de detección remota sobre la superficie. El modelo se validó con datos de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y se encontró que era ventajoso para analizar la dinámica de la comunidad de fitoplancton en una gran escala espaciotemporal.

Utilizando el modelo DL-PPCE establecido, los investigadores realizaron un análisis de series temporales de las concentraciones globales de pigmentos recuperadas por espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) durante el período de 2003-2021. Descubrieron que el área dominada por procariotas se extendía hacia el este desde 180°E hasta 150°O durante el evento El Niño de 2015/2016. De 2003 a 2021, la abundancia de procariotas se correlacionó positivamente con la intensidad de El Niño, pero se correlacionó negativamente con la abundancia de toda la comunidad de fitoplancton.

La teledetección del color del océano permite recuperar la absorción de fitoplancton, que está directamente relacionada con la concentración de pigmentos. "Sin embargo, la recuperación simultánea de múltiples concentraciones de pigmentos a nivel mundial es un desafío debido a la variabilidad de las propiedades ópticas en el agua de mar y el efecto de empaquetamiento en la absorción del fitoplancton", dijo Li Xiaolong, primer autor del estudio.

"En nuestro estudio, empleamos un enfoque novedoso para estimar las concentraciones globales de pigmentos de fitoplancton", dijo el profesor Li, autor correspondiente del estudio. "Al evitar suposiciones sobre los espectros de absorción de pigmentos y emplear el aprendizaje profundo, establecimos relaciones no lineales entre las variables de detección remota y las concentraciones de pigmentos de fitoplancton. Este enfoque produjo una alta precisión en la estimación de las concentraciones de pigmentos".

Más información: Xiaolong Li et al, Estimación global de las concentraciones de pigmentos de fitoplancton a partir de datos satelitales utilizando un modelo basado en aprendizaje profundo, Detección remota del medio ambiente (2023). DOI: 10.1016/j.rse.2023.113628

Proporcionado por la Academia de Ciencias de China