science >> Wetenschap >  >> Natuur

Tool die oceaankleurgegevens efficiënter analyseert, wordt onderdeel van het NASA-programma

Het doel van OC-SMART is het verbeteren van de kwaliteit van wereldwijde oceaankleurproducten die worden verkregen uit satellietsensoren, vooral onder complexe omgevingsomstandigheden. De bovenste afbeelding toont de prestaties van OC-SMART bij het oppakken van chlorofylproducten in vergelijking met eerdere technologie, onderste afbeelding. Krediet:Stevens Institute of Technology

Onderzoekers van het Stevens Institute of Technology hebben een nieuw door machine learning aangedreven platform ontwikkeld, bekend als OC-SMART, die oceaankleur in satellietbeelden 10 keer sneller kan verwerken dan 's werelds toonaangevende platform. Het werk, die door NASA zal worden aangenomen, is een van de eerste op machine learning gebaseerde platforms voor oceaankleuranalyse die zowel kust- als open oceaanregio's wereldwijd kan verwerken om gegevens over de gezondheid van de zee en de impact van klimaatverandering te onthullen.

Het werk, onder leiding van Knut Stamnes, een natuurkunde professor aan Stevens, en onder leiding van Yongzhen Fan Ph.D. '16, een bezoekende natuurkundestudent in het lab van Stamnes, lost een 30 jaar oud probleem op bij het ophalen van gegevens uit zowel kustgebieden als open oceaangebieden. Al decenia, NASA's SeaDAS-platform blonk uit in het analyseren van oceaankleur van open oceaan met schone lucht, maar het kreeg vaak onnauwkeurige resultaten van kustgebieden en binnenwateren zoals de Grote Meren, waar de complexe wisselwerking tussen de atmosfeer, zee, licht, reflecties, en luchtdeeltjes maakten analyse moeilijk.

"Het is van vitaal belang om kustgebieden en binnenwateren te bestuderen, zei Stamnes, een expert op het gebied van stralingsoverdracht wiens werk verschijnt in het decembernummer van 2020 Remote sensing van de omgeving . "Hoewel deze gebieden qua massa maar een klein deel van de wereld uitmaken, het is waar we leven en waar alle biologische activiteit plaatsvindt."

Het OC-SMART-platform, of Ocean Color-Gelijktijdige Marine en Aerosol Retrieval Tool, draagt ​​bij aan de mogelijkheden van SeaDAS door gegevens van satellietbeelden te nemen en deze te verwerken via speciale algoritmen, die zijn gebaseerd op krachtige machine learning-technieken en uitgebreide simulaties van stralingsoverdracht. In dit project, stralingsoverdracht wordt gedefinieerd als de complexe stroom van elektromagnetische energie tussen de oceaan en de atmosfeer. Dit proces heeft invloed op hoe de kleur van de oceaan wordt waargenomen en geanalyseerd door SeaDAS, al tientallen jaren 's werelds toonaangevende platform voor het verwerken van oceaankleur van satellietbeelden.

De OC-SMART-software wordt nu geïntegreerd in het SeaDAS-platform van NASA. Eindproducten van de software zijn onder meer nuttige gegevens over chlorofylconcentraties en de aanwezigheid van fytoplankton en vervuiling, allemaal nuttige indicatoren van de toestand van de oceaan. Opmerkelijk, Stamnes zei, OC-SMART zal worden aangepast aan de aanstaande NASA PACE-missie die in 2023 wordt gelanceerd. Plankton, Aërosol, Wolk, oceaan ecosysteem, of TEMPO, is een NASA-aardobservatiesatellietmissie die observaties van de wereldwijde oceaankleur zal voortzetten en bevorderen, biogeochemie, en ecologie, evenals de koolstofcyclus, aërosolen en wolken.

"OC-SMART is een algemene, voor alle doeleinden, makkelijk te gebruiken platform, " zei Wei Li, een natuurkundige bij Stevens die aan het project heeft gewerkt en met wie verschillende onderzoekers in andere landen contact hebben opgenomen sinds de software voor het publiek beschikbaar kwam.

De European Space Agency heeft een platform vergelijkbaar met OC-SMART, maar het richt zich vooral op Europese kustgebieden en niet wereldwijd. Er was behoefte aan een tool die zowel kustgebieden als open oceaangebieden wereldwijd kon verwerken, zei Nan Chen, een natuurkundige bij Stevens die ook bij het project betrokken was.

"Voor jaren, wetenschappers hadden moeite met het verwerken van de kleur van de oceaan in kustgebieden en op plaatsen met zware vervuiling of andere luchtdeeltjes zoals zandstormen, " Fan, de hoofdauteur, toegevoegd. "Daarom hebben we OC-SMART ontwikkeld om deze problemen op te lossen."

De OC-SMART komt op een moment dat er een groeiende belangstelling is voor het analyseren van de kleur van de oceaan in kustgebieden, zei Stamnes. OC-SMART is ook een van de eerste tools in de analyse van oceaankleuren die gebruikmaakt van machine learning, die nog maar pas doorgedrongen is in de oceanografie.

"Er zijn nu satellieten in een baan om de aarde die ons meer informatie geven over wat er gebeurt rond de kusten en op plaatsen zoals de grote meren, "zei Stamnes. "Dus, dit opent nieuwe onderzoeksgebieden. En met machinaal leren, het is een heel nieuw spel."