Værktøj, der mere effektivt analyserer havfarvedata, bliver en del af NASA-programmet

Forskere ved Stevens Institute of Technology har udviklet en ny maskinlæringsdrevet platform, kendt som OC-SMART, der kan behandle havfarver i satellitbilleder 10 gange hurtigere end verdens førende platform. Arbejdet, som vil blive vedtaget af NASA, er en af ​​de første maskinlæringsbaserede platforme inden for havfarveanalyse, der kan behandle både kystnære og åbne havområder globalt for at afsløre data om havets sundhed og virkningen af ​​klimaændringer.

Arbejdet, ledet af Knut Stamnes, en fysikprofessor ved Stevens, og ledet af Yongzhen Fan Ph.D. '16, en gæstende fysikforsker i Stamnes' laboratorium, løser et 30 år gammelt problem med at hente data fra både kystområder og åbne havområder. I årtier, NASAs SeaDAS-platform udmærkede sig ved at analysere havfarver fra åbent hav med ren luft, men den genfandt ofte unøjagtige resultater fra kystområder og indre farvande såsom De Store Søer, hvor det komplekse samspil mellem atmosfæren, hav, lys, refleksioner, og luftpartikler gjorde analysen vanskelig.

"Det er afgørende at studere kystområder og indre farvande, sagde Stamnes, en ekspert i strålingsoverførsel, hvis arbejde vises i december 2020-udgaven af Fjernmåling af miljø . "Selvom disse områder udgør en lille del af verden i form af masse, det er der, vi bor, og hvor al den biologiske aktivitet finder sted."

OC-SMART platformen, eller Ocean Color-Simultaneous Marine and Aerosol Retrieval Tool, tilføjer til SeaDAS' muligheder ved at tage data fra satellitbilleder og behandle dem gennem specielle algoritmer, som er bygget på kraftfulde maskinlæringsteknikker og omfattende simuleringer af strålingsoverførsel. I dette projekt, strålingsoverførsel er defineret som den komplekse strøm af elektromagnetisk energi mellem havet og atmosfæren. Denne proces påvirker, hvordan havets farve opfattes og analyseres af SeaDAS, verdens førende platform til behandling af havfarver fra satellitbilleder i årtier.

OC-SMART-softwaren vil nu blive indarbejdet i NASAs SeaDAS-platform. Slutprodukter af softwaren omfatter nyttige data om klorofylkoncentrationer og tilstedeværelsen af ​​fytoplankton og forurening, alle nyttige indikatorer for havets tilstand. Især Stamnes sagde, OC-SMART vil blive tilpasset den kommende NASA PACE-mission, der er planlagt til at lancere i 2023. Plankton, Aerosol, Sky, havets økosystem, eller PACE, er en NASA-jordobservationssatellitmission, der vil fortsætte og fremme observationer af globale havfarver, biogeokemi, og økologi, samt kulstofkredsløbet, aerosoler og skyer.

"OC-SMART er en general, alle formål, nem at bruge platform, " sagde Wei Li, en fysiker hos Stevens, der arbejdede på projektet og er blevet kontaktet af flere forskere i andre lande, siden softwaren blev offentligt tilgængelig.

Den Europæiske Rumorganisation har en platform, der ligner OC-SMART, men det fokuserer hovedsageligt på europæiske kystområder og ikke på verdensplan. Der var brug for et værktøj, der kunne behandle kystnære såvel som åbne havregioner globalt, sagde Nan Chen, en fysiker hos Stevens, som også var involveret i projektet.

"Årevis, forskere havde svært ved at behandle havets farve i kystområder og steder, der oplever kraftig forurening eller andre luftpartikler såsom sandstorme, "Fan, hovedforfatteren, tilføjet. "Det er derfor, vi udviklede OC-SMART for at løse disse problemer."

OC-SMART kommer på et tidspunkt, hvor der er stigende interesse for at analysere havfarver i kystområder, sagde Stamnes. OC-SMART er også et af de første værktøjer inden for havfarveanalyse til at bruge maskinlæring, som kun er begyndt at gøre indtog i oceanografien.

"Der er satellitter i kredsløb nu, som giver os mere information om, hvad der foregår omkring kysterne og på steder som de store søer, sagde Stamnes. dette åbner nye forskningsområder. Og med maskinlæring, det er et helt nyt spil."