Nye natlyskort åbner op for mulige realtidsapplikationer

NASA-forskere udgiver nye globale kort over Jorden om natten, giver det klareste, men alligevel sammensatte billede af mønstrene for menneskelig bosættelse på tværs af vores planet.

Satellitbilleder af Jorden om natten - ofte omtalt som "natlys" - har været en nørd nysgerrighed for offentligheden og et værktøj til grundforskning i næsten 25 år. De har givet en bred, smukt billede, viser, hvordan mennesker har formet planeten og lyst mørket op. Produceret hvert årti eller deromkring, sådanne kort har affødt hundredvis af popkulturbrug og snesevis af økonomiske, samfundsvidenskabelige og miljøforskningsprojekter.

Men hvad ville der ske, hvis billeder af natlys kunne opdateres årligt, månedligt eller endda dagligt? Et forskerhold ledet af jordforsker Miguel Román fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, planlægger at finde ud af det i år.

I årene siden 2011-lanceringen af ​​NASA-NOAA Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) satellit, Román og kolleger har analyseret natlysdata og udviklet ny software og algoritmer for at gøre natlysbilleder klarere, mere præcis og let tilgængelig. De er nu på nippet til at levere dagligt, høj opløsning af Jorden om natten, og sigter mod udgivelsen af ​​sådanne data til videnskabssamfundet senere i år.

Siden kolleger fra National Oceanic and Atmospheric Administration og NASA udgav et nyt Earth at night-kort i 2012, Román og holdkammerater ved NASA's Earth Observing Satellite Data and Information System (EOSDIS) har arbejdet på at integrere nattedata i NASA's Global Imagery Browse Services (GIBS) og Worldview-kortlægningsværktøjer. Frit tilgængelig for videnskabssamfundet og offentligheden via internettet, GIBS og Worldview giver brugerne mulighed for at se naturlige og falske farver af Jorden inden for få timer efter satellitoptagelse.

I dag udgiver de et nyt globalt sammensat kort over natlys som observeret i 2016, samt en revideret version af 2012-kortet (8 MB jpg | 265 MB jpg). NASA-gruppen har undersøgt de forskellige måder, lys udstråles på, spredt og reflekteret af land, atmosfæriske og havoverflader. Den største udfordring ved natlig satellitbilleddannelse er at tage højde for månens faser, som konstant varierer mængden af ​​lys, der skinner på Jorden, dog på forudsigelige måder. Ligeledes, sæsonbestemt vegetation, skyer, aerosoler, sne og isdække, og selv svage atmosfæriske emissioner (såsom luftglød og nordlys) ændrer den måde, lys observeres i forskellige dele af verden. De nye kort blev produceret med data fra alle måneder af hvert år. Holdet skrev kode, der valgte de klareste natvisninger hver måned, i sidste ende at kombinere måneskinsfri og måneskinskorrigerede data.

Román og kolleger har bygget fjernmålingsteknikker til at filtrere disse kilder til fremmed lys fra, at samle et bedre og mere konsekvent signal om, hvordan menneskedrevne mønstre og processer ændrer sig. Den forbedrede behandling flytter Suomi NPP tættere på sit fulde potentiale for at observere svagt lys ned til skalaen af ​​en isoleret motorvejslampe eller en fiskerbåd. Satellittens arbejdshestinstrument er Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), som registrerer fotoner af lys reflekteret fra Jordens overflade og atmosfære i 22 forskellige bølgelængder. VIIRS er det første satellitinstrument, der foretager kvantitative målinger af lysemissioner og refleksioner, som giver forskerne mulighed for at skelne intensiteten, typer og kilderne til natlys gennem flere år.

Suomi NPP observerer næsten alle steder på Jorden omkring kl. 13.30. og 01:30 (lokal tid) hver dag, observere planeten i lodrette 3000 kilometer lange strimler fra pol til pol. VIIRS inkluderer et særligt "dag-nat-band, " en lavlyssensor, der kan skelne natlys med seks gange bedre rumlig opløsning og 250 gange bedre opløsning af lysniveauer (dynamisk rækkevidde) end tidligere natobservationssatellitter. Og fordi Suomi NPP er en civil videnskabelig satellit, dataene er frit tilgængelige for videnskabsmænd inden for få minutter til timer efter erhvervelsen.

Bevæbnet med mere nøjagtige miljøprodukter om natten, NASA-teamet automatiserer nu behandlingen, så brugerne vil være i stand til at se nattebilleder inden for få timer efter optagelsen. Dette har potentiale til at hjælpe med kortsigtede vejrudsigter og katastrofeberedskab.

"Tak til VIIRS, vi kan nu overvåge kortsigtede ændringer forårsaget af forstyrrelser i strømforsyningen, såsom konflikter, storme, jordskælv og brownouts, " sagde Román. "Vi kan overvåge cykliske ændringer drevet af tilbagevendende menneskelige aktiviteter såsom feriebelysning og sæsonbestemte migrationer. Vi kan også overvåge gradvise ændringer drevet af urbanisering, udvandring, økonomiske ændringer, og elektrificering. Det faktum, at vi kan spore alle disse forskellige aspekter i hjertet af, hvad der definerer en by, er simpelthen forbløffende."

For eksempel, VIIRS opdagede strømafbrydelser i kølvandet på orkanen Matthew, en stor storm, der ramte det nordøstlige Caribien og det sydøstlige USA i slutningen af ​​september 2016. NASA's Disasters Response-team leverede dataene til kolleger ved Federal Emergency Management Agency; i fremtiden, NASA, FEMA og Department of Energy håber på at udvikle kort over strømafbrydelser og integrere oplysningerne i genopretningsbestræbelser fra førstehjælpere.

NASA-holdet forestiller sig mange andre potentielle anvendelser af forskning, meteorologiske og borgerlige grupper. For eksempel, daglige nattebilleder kunne bruges til at overvåge ureguleret eller urapporteret fiskeri. Det kan også bidrage til bestræbelser på at spore havis bevægelser og koncentrationer. Forskere i Puerto Rico har til hensigt at bruge datasættet til at reducere lysforurening og hjælpe med at beskytte tropiske skove og kystområder, der understøtter skrøbelige økosystemer. Og et hold i FN har allerede brugt natlysdata til at overvåge virkningerne af krig på elektrisk strøm og bevægelsen af ​​fordrevne befolkninger i det krigshærgede Syrien.

I en separat, langsigtet projekt, Román arbejder sammen med kolleger fra hele verden for at forbedre globale og regionale estimater af kuldioxidemissioner. Holdet på NASA's Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) kombinerer natlys, data om byareal, og statistiske og modelfremskrivninger af menneskeskabte emissioner på måder, der burde gøre estimater af kilder meget mere præcise.