Kom zomer, Utahns zullen naar de meren en stuwmeren van de staat trekken om te varen, zwemmen en picknicken langs de kust. En elke week, zo niet elke dag, wetenschappers zoals Kate Fickas van de Utah State University in Logan zullen satellietbeelden en andere gegevens gebruiken om recreatiesites te monitoren om te controleren op snelle groei van algen tot een bloei, en zorg ervoor dat het water veilig is voor mensen en huisdieren.

Vanuit het uitkijkpunt van de ruimte, satellieten, inclusief de NASA en U.S. Geological Survey's (USGS) Landsat 8, kan wetenschappers helpen bij het identificeren van meren waar zich een bloei heeft gevormd. Het is een ingewikkeld data-analyseproces, maar een die onderzoekers automatiseren om resourcemanagers te helpen bij het identificeren van potentiële problemen.

"Ik ben opgegroeid met zwemmen in de Willamette-rivier in Oregon, en duiken in meren in de zomer, "zei Fickas. "Dus het betekent veel voor mij dat ik niet alleen kan helpen bij het ontwikkelen van algoritmen voor het monitoren van de bloei van cyanobacteriën, wat op zich al interessant is, maar om die volgende stap te kunnen zetten en het publiek veilig te houden, en laat ze veilig recreëren en genieten van het water zoals ik dat doe."

Bloei bestaat uit natuurlijk voorkomende algen, fytoplankton, en cyanobacteriën die in aantal exploderen onder de juiste omstandigheden:warme temperaturen, veel voedingsstoffen, en kalme wateren. Veel waterlichamen in Utah voldoen aan die voorwaarden, Fickas zei, vooral met opwarmtemperaturen als gevolg van klimaatverandering, evenals voedselrijke afvoer van landbouwvelden en andere bronnen.

Satellieten, waaronder Landsat 8 en ESA's (de European Space Agency) Sentinel-3 kunnen detecteren wanneer een meer van kleur verandert als gevolg van de matten van groenachtige organismen - waardoor wetenschappers zoals Fickas waterbeheerders kunnen vertellen waar ze moeten testen om te zien of het water schadelijk is of niet . De twee satellieten hebben verschillende sterktes:Sentinel-3 verzamelt vaker gegevens over individuele meren en meet golflengten van licht die meer indicatief zijn voor fytoplankton, maar Landsat 8 heeft een hogere ruimtelijke resolutie, zodat het kleinere meren kan observeren en specifieke probleemgebieden binnen een groter meer kan identificeren.

Landsat-satellietdetectie van een bloei in 2017 in Lake Utah heeft naar schatting $ 370 bespaard, 000 in de gezondheidszorg en aanverwante kosten voor het gebied, volgens een studie uit 2020 gepubliceerd in het tijdschrift GeoHealth. De casestudy bouwt voort op een groter project van meerdere instanties om algenbloei te volgen.

Wanneer Landsat 8 een bloei meet, het detecteert chlorofyl-a, een groen pigment dat voorkomt in fytoplankton, zei Nima Pahlevan, een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Water is een lastige zaak voor Landsat-satellieten om te meten, omdat het donker is in vergelijking met helder reflecterende bomen, gebouwen, en andere landschappen. Maar Landsat 8 is gevoeliger dan zijn voorgangers, onderscheid kunnen maken tussen veel meer lichtintensiteiten, in wezen detecteren van meer tinten groen.

"Elk verhoogd niveau van chlorofyl-a boven de norm kan alarmerend zijn, en dat zoeken we uit de satellietgegevens, " hij zei.

Nima en zijn team hebben een algoritme ontwikkeld om de door Landsat 8 verzamelde gegevens over meren te brengen, analyseer het, en maak een product dat lokale water- of recreatiemanagers vertelt waar die toename van chlorofyl-a zou kunnen zijn. Om van de onbewerkte gegevens naar het bruikbare product te komen, zijn meerdere stappen nodig, inclusief rekening houden met atmosferische deeltjes en gassen die anders de resultaten zouden kunnen vertekenen.

"Niet iedereen heeft de beschikking over de rekenkracht om satellietbeelden te kunnen verwerken, of de tijd of expertise, "Zei Pahlevan. "Als deze producten direct beschikbaar zijn voor de gemeenschap, zal het aantal mensen dat de satellietgegevensproducten kan gebruiken aanzienlijk toenemen."

Deze aquatische reflectieproducten van Landsat zijn nog voorlopig, hij benadrukte, maar ze zijn nieuw verkrijgbaar bij de USGS, die alle Landsat-gegevens en andere gegevensproducten gratis levert.

Hoewel dit gegevensproduct besluitvormers kan helpen potentiële probleemgebieden voor watersporters en zwemmers te ontdekken, andere Landsat-dataproducten meten zaken als beboste gebieden, verbrande gebieden, en sneeuwdek.

"Dataproducten zetten de complexe waarnemingen van het instrument om in het soort informatie dat mensen nodig hebben, " zei Jeff Masek van NASA Goddard, projectwetenschapper voor de aankomende Landsat 9-satelliet. "Ze stellen mensen in staat die niet zo bekend zijn met de complexiteit van remote sensing, gebruik te maken van de gegevens."

Landsat 9, die naar verwachting in september 2021 van start gaat, heeft alle kenmerken van Landsat 8 waarmee het chlorofyl-a kan kwantificeren, en zal extra mogelijkheden hebben om onderscheid te maken tussen nog meer intensiteiten van licht dat wordt gereflecteerd door waterlichamen en andere oppervlakken. Wetenschappers kijken ook uit naar toekomstige satellieten. Landsat Volgende, de satelliet na Landsat 9, zou extra capaciteiten kunnen hebben waarmee het de specifieke organismen die schadelijke bloei veroorzaken, beter kan detecteren, en niet alleen goedaardige groei van fytoplankton die geen gifstoffen afgeeft.

"Over de hele wereld zien we meer problemen met de waterkwaliteit, " zei Masek, "daarom zijn we zo geïnteresseerd in de mogelijkheid om ze te monitoren."