Τηλεπισκόπηση των ανθισμένων φυκιών με αεροσκάφη και δορυφόρους στη λίμνη Erie και στη λίμνη της Utah

Από RemoteSensing Wiki

Αντικείμενο Εφαρμογής: Τηλεπισκόπηση των ανθισμένων φυκιών με αεροσκάφη και δορυφόρους στη λίμνη Erie και στη λίμνη της Utah

Πρωτότυπος Τίτλος: Remote Sensing of Algal Blooms by Aircraft and Satellite in Lake Erie and Utah Lake Συγγραφείς: ALAN E. STRONG

Πηγή:REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 3, 99-107 (1974) [1]

Λέξεις Κλειδιά: Φαινόμενα ευτροφισμού, τηλεπισκόπηση

Περίληψη Στο τέλος του καλοκαιριού, τα επιφανειακά νερά της λίμνης Erie φθάνουν στη μέγιστη θερμοκρασία τους με αποτέλεσμα να ανθίζουν άλγη. Τέτοια φαινόμενα, τα οποία χαρακτηρίζουν τις ευτροφικές συνθήκες, έχουν παρατηρηθεί σε άλλα λίμνες χρησιμοποιώντας τον τεχνολογικό δορυφόρο Earth Resources Technology (ERTS-1. Τα δεδομένα του υποσυστήματος σαρωτή (MSS) της λίμνης Erie χρησιμοποιήθηκαν για την απόκτηση αντιστοίχου θερμικού IR και πρόσθετου πολυζωνικές φωτογραφίες. Η άνθηση της άλγης είναι ιδιαίτερα απορροφητική στα ορατά μήκη κύματος, σε αντίθεση με το περιβάλλον νερό που είναι ορατό στο εγγύς IR. Η απορρόφηση ενέργειας μικρού κύματος θερμαίνει την μάζα των φυκών, παρέχοντας ένα ζεστό επιφανειακό στόχο για τον θερμικό-IR σαρωτή. Μεγάλη άνθιση του Aphanizomenon flos-aquae παρατηρούνται στη λίμνη της Utah μαζί με την πρόσφατη ιστορία της ανθοφορίας στη λίμνη Erie

Εισαγωγή Καθώς πραγματοποιούνταν πτήσεις αεροσκαφών πάνω από τη λίμνη Erie στις 15 Οκτωβρίου 1972, με την Τεχνολογία δορυφορικών πόρων (ERTS-1), παρατηρήθηκε σκοτεινή ταινία μεταξύ Kelleys και Νησιά South Bass και ακτογραμμή του Οχάιο. Αν και ήταν γνωστό ότι η πολυφασματική ERTS-1 υπομονάδα σαρωτή (MSS) κάλυπταν 100 μίλια ευρεία ζώνη ακριβώς ανατολικά του (NASA, 1971), το μοτίβο πτήσης του αεροσκάφους τροποποιήθηκε επειγόντως για να παρασχεθεί επαρκής κάλυψη αυτού του υδατοειδούς υλικού. Παρατηρήσεις και αποτελέσματα Το αεροσκάφος NOAA Buffalo DeHavilland I ήταν εξοπλισμένο με τέσσερις ζώνες Spectral Data Corporation σύστημα κάμερας για τη φασματική προσομοίωση του ERTS MSS "4". Επικάλυψη φωτογραφίας, μέσω της φωτογραφικής μηχανής, είδε ένα πλάτος πλάτους 4,6 km κάτω από το αεροσκάφη από υψόμετρο 5.8 χλμ. Ο σκοπός της φωτογραφίας υψηλής ανάλυσης ήταν να αποφευχθεί τυχόν ερμηνευτικές δυσκολίες που μπορεί να προέκυπταν κατά την εξέταση του ψηφίσματος των 100 μέτρων ERTS-1. Ένας θερμικός σαρωτής Daedalus διπλού καναλιού ήταν επίσης ενσωματωμένο στο πακέτο πτήσης του αεροσκάφους. Τα δύο θερμικά υπέρυθρα κανάλια κάλυπταν το 3.5-5.0 μm και 8-13 μm. Αυτή η εικόνα έχει επικεντρωθεί ακριβώς κάτω από το αεροσκάφη. Η θερμική υπέρυθρη απεικόνιση με περαιτέρω πληροφορίες για την επιφάνειας λίμνης σχετίζονται με τα χρωματικά μοτίβα που παρατηρούνται τόσο από το αεροσκάφη όσο και από τους δορυφορικούς αισθητήρες. Δεδομένου ότι οι κύριες πράξεις στην επιφάνεια ήταν που διεξάγονταν κατά μήκος της καναδικής ακτής της λίμνης Erie, δεν ελήφθησαν ποσοτικές μετρήσεις για την περιοχή έξω από το Port Clinton, Ohio. Η θερμοκρασία των επιφανειακών νερών στο Lorain, Ohio ήταν 14,5 ° C και θεωρείται αντιπροσωπευτική για μεγάλο μέρος της νότιας ακτής. Οι παρατηρήσεις της κάμερας πολλαπλών ζωνών παρουσιάζεται στην εικόνα 1. Εικόνα 1: Αεροπλάνα πολυπυρηνικής φωτογραφίας που αποκτήθηκε σε υψόμετρο 5.8 χλμ. Εύρος ζώνης 0.5-0.6, Το υλικό που απορροφά την βραχυκυκλική ενέργεια στο τα ορατά μήκη κύματος αντικατοπτρίζουν την προσπίπτουσα ακτινοβολία στο μήκη κύματος IR. Λόγω της ισχυρής ηλιακής ενέργειας που απορροφάτε στο ορατό μήκος κύματος, δεν θα εξέπληττε να βρεθεί μια σχετική υψηλότερη επιφάνεια θερμοκρασία που προκύπτει στα θερμικά-IR δεδομένα. Ένα μέρος των ψηφιακών δεδομένων ERTS-1 MSS ήταν ότι επανεμφανίστηκε σε μια συσκευή ψηφιακής μουσικής (DMD) στην Εθνική Δορυφορική Υπηρεσία Περιβάλλοντος. Το DMD χρησιμοποιεί φωτισμό υψηλής έντασης πηγή για τη δημιουργία διαφανειών υψηλής ποιότητας από μια ψηφιακή είσοδο. Η χρήση του DMD το κάνει είναι δυνατόν να ενισχυθεί το χαρακτηριστικό των κατώτερων ακτινοβολιών από νερό. Μέσω της χρήσης του DMD, σημαντικές πληροφορίες μπορούν συχνά να εξαχθούν από τα δεδομένα MSS που εμφανίζονται ως ενιαία μαύρο τόνο στο αρχικό μη ενισχυμένο ERTS εικόνες. Η μεγάλη ανακλαστική περιοχή εμφανίζεται στο MSS-6 στα ανατολικά του νησιού Pelee. Υποψιάζεται ότι αυτό αντιπροσωπεύει μια μικρή συγκεντρώση των φυκών, διότι δεν υπάρχουν παρόμοια σχέδια παρατηρήθηκε στο MSS-5. Είναι γνωστό ότι το καλοκαίρι υπάρχει μεγάλη ανθοφορία που εμφανίζεται τακτικά στη λίμνη Erie, ειδικά στην περιοχή γύρω από τα νησιά (Casper, 1965). Στις 9 Σεπτεμβρίου 1972, λίγο περισσότερο από ένα μήνα πριν από την παρατήρηση του Οκτωβρίου, οι εικόνες ERTS έδειξαν άλλη ύποπτη κατανομή φυκών στη λίμνη Erie. Μια ράβδος από φύκια φαίνεται να προέρχεται αμέσως ανατολικά του νησιού Pelee. Η λωρίδα εκτείνεται περίπου 46 χλμ. και δείχνει πλάτη που κυμαίνονται από 0,2 έως 2 χλμ. Μια πολύ μεγαλύτερη παρατήρηση ERTS αλγών ς αποκτήθηκε πάνω από τη λίμνη της Utah το Σεπτέμβριο 12, 1972. Ο ίδιος ο γύρος καλύπτει ένα μεγάλο ποσοστό επιφάνειας αυτής της λίμνης, η οποία έχει έκταση επιφάνειας περίπου 375 χλμ. Η λίμνη Utah είναι γνωστή για την υψηλή της θολερότητα πράγμα που δείχνει ότι το καλοκαίρι τα φύκια ανθίζουν.

Συζήτηση Η συζήτηση για τους ωκεανογράφους και τους λιμνολόγους έχει παρατηρηθεί ότι οι εικόνες ERTS-1 παρέχουν πολλές λεπτομέρειες στις ζώνες 4 και 5, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με κυκλοφορίας, βιομάζας και θολερότητας. Οι Charnell και Maul (1973) έχουν διαπίστωσαν τη διείσδυση του φωτός που αναμενόταν για τα καθαρά νερού στα τέσσερα κανάλια ERTS MSS. Παρατηρήθηκαν ακτινοβολίες σε συνάρτηση της απορρόφησης και της σκέδασης στο νερό, που είναι αισθητά ανεξάρτητα από το μήκος κύματος. Σε καθαρό νερό, η μετάδοση του φωτός είναι 50%. Έχει παρατηρηθεί σε βάθος 10 μέτρων από το MSS-4, 2,5 m από MSS-5, 0,5 m από MSS-6 και 0,2 m από το MSS-7. Στον "πραγματικό κόσμο" του θολού νερού αυτά τα βάθη μειώνονται αισθητά. Αυτά τα χαρακτηριστικά μειώνονται στα κοντινά υπέρυθρα (MSS-6 και MSS-7) όποτε καλύπτονται από ένα λεπτό στρώμα νερού. Για παράδειγμα, ένα προφανής η μείωση της ανάκλασης όταν το λεπτό στρώμα ύδατος καλύπτεται από πάγο. Η ανίχνευση χλωροφύλλης στις καλλιεργήσιμες εκτάσεις είναι εξαιρετικά Χρήσιμο . Χρησιμοποιώντας πολυφασματικές τεχνικές, μπορεί να συναγάγει τέτοιες ιδιότητες όπως η τάση υγρασίας και η ασθένεια. Η ανάκλαση κοντά στο υπέρυθρο αυξάνονται ταχέως μεταξύ των μηκών κύματος 0.70 και 0.75 / μm. Το MSS-6 στο ERTS είναι κατάλληλο για ανίχνευση επιφανειακών φυκών. Αν η ανθοφορία είναι μεγάλη παρέχει αρκετή πλευστότητα και η ανακλαστικότητα είναι επαρκής έντονη που παρατηρείται και στις εικόνες MSS-7.

Τελικές παρατηρήσεις Επειδή η ανίχνευση ERTS MSS ήταν επιτυχής, παρατηρήθηκε η ισχυρή ανάκλαση της χλωροφύλλης στην λίμνη Utah είναιαρκετά σίγουρο ότι παρατηρούνται παρόμοιες εικόνες και πάνω από τη λίμνη Erie πράγμα που υποδηλώνει την ύπαρξη ανθοφορίας. Παρόλο που δεν έχουν ακόμη βρεθεί δεδομένα για την επιφάνειας επιβεβαιώνουν αυτό το συμπέρασμα, που δείχνει ότι στο παρελθόν υπήρχε άφθονη άνθιση. Η ανάπτυξη μιας βιομάζας φυκών είναι πλούσια σε χλωροφύλλη και αντανακλά έντονα την ακτινοβολούμενη ενέργεια στο εγγύς IR. Το σκούρο πράσινο ή καφέ χρώμα αυτού του φαινομένου είναι πιθανό να προκαλέσει την εμφάνιση της επιφάνειας των αλγών με πιο σκούρα χρώματα σε ορατά μήκη μπορεί να αναμένεται ανθοφορία των φυκών που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια περιόδων χαμηλών επιφανειακών ανέμων, ζεστές συνθήκες ύδατος και ουσιαστική ηλιοφάνεια. Αυτές οι συνθήκες προηγήθηκαν τόσο στης λίμνης Erie όσο και στης λίμνης Utah. Αν και το μεγαλύτερο μέρος των αλγών της λίμνης μπορεί να είναι σε κλίμακα που μόλις επιλύθηκε από το σύστημα ERTS, με προσεκτική ερμηνεία και μερικούς υπολογιστές επεξεργασίας και βελτίωσης εικόνας με σκοπό την αποκάλυψη της κατάστασης των ανθών που διαφορετικά θα παρέμεναν απαρατήρητες. Παρακολούθηση αυτών των ανθών παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα του νερού αλλά και πολύτιμες πληροφορίες για την κυκλοφορία του νερού που υποστηρίζει αυτήν την πλούσια βιομάζα.