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Differentiating phytoplankton taxa in lakes using hyperspectral in situ reflectance and imaging microscopy

Maire, Loé und Gege, Peter und Damm, Alexander und Odermatt, Daniel (2025) Differentiating phytoplankton taxa in lakes using hyperspectral in situ reflectance and imaging microscopy. Science of the Total Environment, 1003, Seite 180718. Elsevier. doi: 10.1016/j.scitotenv.2025.180718. ISSN 0048-9697.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Kurzfassung

Phytoplankton play a central role in aquatic ecosystems, influencing biogeochemical cycles, food web dynamics, and overall water quality. Monitoring their composition is essential for assessing water ecosystem health and detecting environmental changes. Chlorophyll-a concentration is widely used as a proxy for phytoplankton abundance in inland waters. Together with colored dissolved organic matter and total suspended matter, these parameters can be retrieved from remote sensing reflectance data. However, identifying the detailed taxonomic composition of phytoplankton in lakes remains a major challenge. Spectral matching algorithms offer promising solutions to overcome this limitation. In this study, we investigated the potential of retrieving phytoplankton taxa composition from high-resolution in situ spectroscopy measurements by applying radiative transfer inver­ sion and validating the results against phytoplankton abundance data obtained from an imaging microscope. First, we assessed the performance of our approach in retrieving four phytoplankton taxa under cloud-free conditions. Then, we extended the analysis to two seasons, covering multiple consecutive blooms using data acquired independently of cloudiness. The high agreement between the imaging microscopy results and those obtained from in situ spectroscopy indicates that remote sensing with radiative transfer inversions can track the evolution of phytoplankton blooms. The results suggest that low phytoplankton concentrations and the lack of unique spectral features for some taxa may prevent the accurate identification of phytoplankton composition

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217878/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Differentiating phytoplankton taxa in lakes using hyperspectral in situ reflectance and imaging microscopy
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Maire, LoéSwiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Department of Surface WatersNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gege, Peterpeter.gege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0939-5267NICHT SPEZIFIZIERT
Damm, AlexanderUniversity of Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Odermatt, DanielSwiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Department of Surface WatersNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Oktober 2025
Erschienen in:Science of the Total Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:1003
DOI:10.1016/j.scitotenv.2025.180718
Seitenbereich:Seite 180718
Verlag:Elsevier
ISSN:0048-9697
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Phytoplankton taxonomic groups, Hyperspectral data, Remote sensing reflectance, Inland waters, Radiative transfer modeling, Bio-optical modeling
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Optische Fernerkundung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Abbildende Spektroskopie
Hinterlegt von: Gege, Dr.rer.nat. Peter
Hinterlegt am:30 Okt 2025 11:28
Letzte Änderung:03 Nov 2025 11:59

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