Landsat satellitdata advarer om skadelig algeopblomstring

kom sommer, Utahns vil strømme til statens søer og reservoirer for at sejle, svømme og picnic langs kysten. Og hver uge, hvis ikke hver dag, videnskabsmænd som Kate Fickas fra Utah State University i Logan vil bruge satellitbilleder og andre data til at overvåge rekreative steder for at tjekke for hurtig vækst af alger til en opblomstring, og sørg for, at vandet er sikkert for mennesker og kæledyr.

Fra rummets udsigtspunkt, satellitter, inklusive NASA og U.S. Geological Survey (USGS) Landsat 8, kan hjælpe forskere med at identificere søer, hvor der er dannet en opblomstring. Det er en kompliceret dataanalyseproces, men en, som forskere automatiserer for at hjælpe ressourceforvaltere med at identificere potentielle problemer.

"Jeg voksede op med at svømme i Willamette River i Oregon, og dykning i søer om sommeren, " sagde Fickas. "Så det betyder meget for mig, at jeg ikke kun er i stand til at hjælpe med at udvikle algoritmer til overvågning af cyanobakterieopblomstringer, hvilket er interessant i sig selv, men for at være i stand til at tage det næste skridt og beskytte offentligheden, og give dem mulighed for sikkert at genskabe og nyde vandet, som jeg gør."

Blomster består af naturligt forekommende alger, planteplankton, og cyanobakterier, der eksploderer i antal under de rigtige forhold:varme temperaturer, masser af næringsstoffer, og stille vand. Mange vandområder i Utah opfylder disse betingelser, Fickas sagde, især med opvarmning af temperaturer på grund af klimaændringer, samt næringsrig afstrømning fra landbrugsmarker og andre kilder.

Satellitter inklusive Landsat 8 og ESA's (European Space Agency) Sentinel-3 kan registrere, når en sø ændrer farve på grund af måtterne af grønlige organismer - hvilket giver forskere som Fickas mulighed for at fortælle vandforvaltere, hvor de skal teste for at se, om vandet er skadeligt eller ej . De to satellitter har forskellige styrker:Sentinel-3 indsamler data om individuelle søer hyppigere og måler bølgelængder af lys, der er mere indikativ for fytoplankton, men Landsat 8 har en højere rumlig opløsning, så den kan observere mindre søer og identificere specifikke problemområder inden for en større sø.

Landsat satellitbaseret påvisning af en blomst i 2017 i Lake Utah hjalp med at spare anslået $370, 000 i sundhedspleje og relaterede omkostninger for området, ifølge en undersøgelse fra 2020 offentliggjort i tidsskriftet GeoHealth. Casestudiet bygger på et større multi-agentur-projekt for at spore algeopblomstring.

Når Landsat 8 måler en blomst, det påviser klorofyl-a, et grønt pigment fundet i planteplankton, sagde Nima Pahlevan, en videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Vand er en vanskelig ting for Landsat-satellitter at måle, da det er mørkt sammenlignet med stærkt reflekterende træer, bygninger, og andre landskaber. Men Landsat 8 er mere følsom end sine forgængere, i stand til at skelne mellem mange flere lysintensiteter, i det væsentlige opdage flere nuancer af grønt.

"Ethvert øget niveau af klorofyl-a over normen kunne være alarmerende, og det er det, vi leder efter fra satellitdataene, " han sagde.

Nima og hans team har udviklet en algoritme til at tage data indsamlet af Landsat 8 over søer, analysere det, og skabe et produkt, der fortæller lokale vand- eller rekreationsledere, hvor denne stigning i klorofyl-a kan være. For at komme fra rådata til det brugbare produkt involverer flere trin, herunder at tage højde for atmosfæriske partikler og gasser, der ellers kunne skævvride resultaterne.

"Ikke alle har adgang til computerkraften til at kunne behandle satellitbilleder, eller tiden eller ekspertisen, " sagde Pahlevan. "At have disse produkter let tilgængelige for samfundet vil markant øge antallet af mennesker, der kan bruge satellitdataprodukterne."

Disse Landsat akvatiske reflekterende produkter er stadig provisoriske, understregede han, men de er nyligt tilgængelige fra USGS, som giver alle Landsat-data samt andre dataprodukter gratis.

Selvom dette dataprodukt kan hjælpe beslutningstagere med at spotte potentielle problemområder for sejlere og svømmere, andre Landsat-dataprodukter måler ting som skovområder, brændte områder, og snedække.

"Dataprodukter konverterer de komplekse observationer foretaget af instrumentet til den slags information, folk har brug for, " sagde Jeff Masek fra NASA Goddard, projektforsker for den kommende Landsat 9-satellit. "De giver mulighed for, at folk, der ikke er så fortrolige med fjernmålingskompleksiteter, kan gøre brug af dataene."

Landsat 9, som efter planen lanceres i september 2021, har alle egenskaberne fra Landsat 8, der gør det muligt at kvantificere klorofyl-a, og vil have tilføjede evner til at skelne mellem endnu flere intensiteter af lys, der reflekteres fra vandområder og andre overflader. Forskere ser også frem til fremtidige satellitter. Landsat næste, satellitten efter Landsat 9, kunne have yderligere kapaciteter, der gør det muligt bedre at opdage de specifikke organismer, der forårsager skadelige opblomstringer, og ikke kun godartet planteplanktonvækst, der ikke frigiver nogen toksiner.

"Vi ser flere problemer med vandkvaliteten rundt om i verden, Masek sagde, "det er derfor, vi er så interesserede i evnen til at overvåge dem."