Решение ключевых проблем наблюдений для отслеживания мелкомасштабных изменений нашей планеты из космоса
Наша планета переживает быстрые изменения окружающей среды, тесно связанные с деятельностью человека. Спутниковое дистанционное зондирование предоставляет количественные средства для мониторинга таких изменений, но часто ограничено грубым пространственным или временным разрешением. Лишь недавно с появлением спутников Dove компании Planet — созвездия из более чем 190 кубсатов, обеспечивающих ежедневное глобальное покрытие с разрешением 3 метра — появилась возможность для детального мониторинга поверхности Земли.
Однако наблюдения с кубсатов имеют несколько проблем, ограничивающих их широкое применение: 1) частые облака и тени от облаков искажают спутниковый сигнал, 2) данные поступают с более чем 190 датчиков с разными углами освещения, что вызывает проблемы несогласованности, и 3) отсутствует точная биофизическая интерпретация спутникового сигнала.
Доктор Цзинь У и доктор Цзин Ван из Лаборатории глобальной экологии и дистанционного зондирования (GEARS) Школы биологических наук Гонконгского университета провели исследование для решения этих проблем, разработав новые методы наблюдений, повышающие точность отслеживания мелкомасштабных изменений из космоса.
Например, команда недавно разработала автоматический метод скрининга облаков и теней для данных кубсатов, использующий пространственную и временную информацию спектральных каналов. Продемонстрировано, что он обеспечивает наивысшую точность и наименьшую чувствительность к типу земного покрова. Этот результат улучшает мониторинг атмосферной облачности и оценку качества данных для наблюдения за поверхностью и извлечения биофизических параметров. Исследование недавно опубликовано в журнале Remote Sensing of Environment (RSE).
Команда также разработала строгий метод перекрёстной калибровки данных кубсатов до уровня более стабильного спутникового сенсора MODIS (спектрорадиометра среднего разрешения), что улучшает согласованность данных в пространстве и времени. Для прямой и точной биофизической интерпретации предложен спектральный метод разделения смесей, эффективно классифицирующий лесной полог на фенологические фазы «с листьями» и «без листьев», что позволяет детально отслеживать фенологию тропических лесов. Интеграция данных съёмки с дронов и кубсатов продемонстрировала возможность мониторинга фенологии растений на уровне отдельных крон деревьев.
«Наше исследование внесло значительный наблюдательный вклад, чтобы в полной мере использовать данные спутников нового поколения и, в конечном итоге, облегчить мониторинг изменений окружающей среды Земли, особенно быстрых и мелкомасштабных», — сказала доктор Цзин Ван, ведущий автор двух статей в RSE.
«Наша работа — это не просто ещё одна публикация на похожую тему в RSE, а новая попытка исследовать возможность мониторинга фенологии на уровне крон с помощью спутниковых технологий. Это представляет собой передний край исследований и открывает мир возможностей для индивидуально-ориентированных экологических исследований с использованием спутниковых методов», — добавил доктор Цзинь У, руководитель лаборатории GEARS.
Благодаря этим достижениям лаборатория GEARS стремится использовать кубсаты и другие геопространственные технологии для содействия исследованиям в таких областях, как принципы экологического масштабирования, биоразнообразие, рост и здоровье лесов, оценка воздействия изменения климата и стратегии смягчения его последствий, а также природоориентированные решения для достижения углеродной нейтральности.