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Dec 24, 2023

L’apprendimento profondo aiuta nella stima globale delle concentrazioni di pigmenti di fitoplancton

May 30, 2023 This article

30 maggio 2023

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di LI Yuan, Accademia Cinese delle Scienze

La struttura comunitaria del fitoplancton può riflettere i cambiamenti nell’ambiente marino e aiutarci a comprendere i fattori trainanti dell’evoluzione ecologica. Quantificare la concentrazione di pigmenti nel fitoplancton è fondamentale per una valutazione completa della classificazione tassonomica e della struttura della comunità.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Li Xiaofeng dell’Istituto di Oceanologia dell’Accademia Cinese delle Scienze (IOCAS) ha fatto progressi nell’inversione delle concentrazioni globali di pigmenti di fitoplancton utilizzando algoritmi di deep learning. Hanno sviluppato un modello basato sull’apprendimento profondo (modello DL-PPCE) per stimare le concentrazioni di 17 diversi pigmenti di fitoplancton a livello globale utilizzando dati satellitari.

Lo studio è stato pubblicato su Remote Sensing of Environment.

Gli input del modello includono parametri relativi al colore dell’oceano, parametri ambientali derivati ​​dal satellite e la pendenza della riflettanza del telerilevamento sopra la superficie. Il modello è stato convalidato rispetto ai dati della cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) e si è rivelato vantaggioso per analizzare le dinamiche della comunità del fitoplancton su ampia scala spaziotemporale.

Utilizzando il modello DL-PPCE stabilito, i ricercatori hanno condotto analisi di serie temporali delle concentrazioni globali di pigmenti recuperate dallo spettroradiometro per immagini a risoluzione moderata (MODIS) durante il periodo 2003-2021. Hanno scoperto che l’area dominata dai procarioti si estendeva verso est da 180°E a 150°W durante l’evento El Nino del 2015/2016. Dal 2003 al 2021, l’abbondanza dei procarioti è stata correlata positivamente con l’intensità di El Nino ma negativamente correlata con l’abbondanza dell’intera comunità di fitoplancton.

Il telerilevamento del colore dell’oceano consente il recupero dell’assorbimento del fitoplancton, che è direttamente collegato alla concentrazione dei pigmenti. "Tuttavia, il recupero simultaneo di più concentrazioni di pigmenti a livello globale è impegnativo a causa della variabilità delle proprietà ottiche nell'acqua di mare e dell'effetto di impaccamento sull'assorbimento del fitoplancton", ha affermato Li Xiaolong, primo autore dello studio.

"Nel nostro studio, utilizziamo un nuovo approccio per stimare le concentrazioni globali di pigmenti di fitoplancton", ha affermato il Prof. Li, autore corrispondente dello studio. "Evitando ipotesi sugli spettri di assorbimento dei pigmenti e impiegando il deep learning, abbiamo stabilito relazioni non lineari tra le variabili di telerilevamento e le concentrazioni di pigmenti di fitoplancton. Questo approccio ha prodotto un'elevata precisione nella stima delle concentrazioni di pigmenti."

Maggiori informazioni: Xiaolong Li et al, Stima globale delle concentrazioni di pigmenti di fitoplancton da dati satellitari utilizzando un modello basato sull'apprendimento profondo, Remote Sensing of Environment (2023). DOI: 10.1016/j.rse.2023.113628

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze