Spatiotemporal Variability of Chlorophyll a and Sea Surface Temperature in the Northern South China Sea from 2002 to 2012

Abstract

Eleven-year time series data gathered by the moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) for chlorophyll-a (Chl-a) and sea surface temperature (SST) were collected. Empirical orthogonal function (EOF) decomposition and kriging interpolation were applied to capture the main variations of Chl-a and SST. The results showed that Chl-a and SST exhibited four basic patterns: (i) Chl-a and SST were relatively well correlated (R² = 0.48) and had a converse season cycle. (ii) The coastal regions were characterized by high Chl-a concentrations and low SST, whereas the open sea area had relatively low Chl-a concentrations and high SST. (iii) Chl-a and SST showed a seasonal pattern for almost every category. In summer, Chl-a concentrations were relatively low (<0.2 mg·m⁻³) and SST was high (>27°C); in spring and autumn, Chl-a concentrations and SST were dominated by values of 0.1–0.2 mg·m⁻³ and 25–29°C, respectively; in winter, Chl-a concentrations were relatively high (0.2–0.4 mg·m⁻³), and SST was low (<27°C). (iv) The EOF mode for the variations in Chl-a and SST in the northern South China Sea (SCS) regions accounts for approximately two thirds of the total variance. This study demonstrated that the EOF could provide a preliminary quantification of synoptic Chl-a and SST distributions.

Résumé

Une série chronologique de 11 ans de données de chlorophylle-a (Chl-a) et de températures de surface de la mer (SST) mesurées par le spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS) a été recueillie. La décomposition en fonctions orthogonales empiriques (FOE) et l’interpolation par krigeage ont été appliquées pour identifier les principales variations de la Chl-a et de la SST. Les résultats ont montré que la Chl-a et la SST présentent quatre tendances de base: (1) la Chl-a et la SST étaient relativement bien corrélées (R2 = 0,48) et avaient un cycle saisonnier inverse. (2) Les régions côtières étaient caractérisées par de fortes concentrations de Chl-a et par une SST basse, alors qu’au large on retrouvait des concentrations relativement faibles de Chl-a et une SST haute. (3) La Chl-a et la SST montraient une tendance saisonnière pour presque toutes les catégories. En été, les concentrations de Chl-a étaient relativement faibles (<0,2 mg·m⁻³) et la SST était élevée (>27 °C); au printemps et en automne, les concentrations de Chl-a et la SST étaient dominées par des valeurs de 0,1 à 0,2 mg·m⁻³ et de 25 à 29 °C, respectivement; en hiver, les concentrations de Chl-a étaient relativement élevées (0,2 à 0,4 mg·m⁻³) et la SST était basse (<27 °C). (4) Le mode des FOE pour les variations de la Chl-a et de la SST dans les régions septentrionales de la mer de Chine méridionale représente environ les deux tiers de la variance totale. Cette étude a démontré que les FOE pourraient fournir une quantification préliminaire des distributions synoptiques de la Chl-a et de la SST.

ACKNOWLEDGMENTS

The authors thank the anonymous reviewers for their constructive comments that helped to improve the scholarly quality of the article.