Plymouth Marine Laboratuvarı liderliğindeki bir okyanus optik uzmanları ekibi, uydu okyanus rengi doğrulaması için en kaliteli verileri üretmek ve kıyı denizlerimizin ve küresel okyanusumuzun sağlığını izlemeyi kolaylaştırmayı kolaylaştırmayı kolaylaştırmayı kolaylaştırmayı kolaylaştıran su üstü optik sensörlerin doğruluğunu değerlendirdi.
Çalışma dergide yayınlandı Optics Express.
Okyanusun renginden deniz çevre koşulları hakkında çok şey öğrenilebilir. Güneş ışığı, fitoplankton, tortular ve çözünmüş organik madde gibi farklı malzemelerle etkileşir, bu da hafif fotonları farklı dalga boylarında emer veya saçar.
Bu emilim ve saçılma, doğrudan su içi ölçümleri yapmak zorunda kalmadan, suda neyin var olduğunu belirlemek için bilim adamları tarafından araştırılabilen “renk” deki spektral varyasyonlarla sonuçlanır.
Dünya gözlem bilimcilerinin okyanusdan yansıtılan ışığı ölçen enstrümanların tutarlı sonuçlar vermelerini sağlamalıdır, özellikle de bunlar uydu verilerinin doğru olduğunu doğrulamak için kullanılır.
Çevresel ölçümlerin ve ortaya çıkan işlenmiş verilerin yüksek kalite ve standartlarda olmasını sağlamak için, dünya çapında birçok laboratuvar bunları toplamak için aynı tanınmış kalite yönetim sistemlerini (ISO) kullanır.
Optik ve uzaktan algılama bilimcileri, Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi (NASA), Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Avrupa Ajansı gibi meteorolojik uydular (Eumetsat) gibi bilimsel topluluk ve uzay ajansları tarafından geliştirilen ve benimsenen bir standart olan “Fiducial Referans Ölçümleri” toplayarak bu veri kalitesini daha yüksek bir seviyeye taşıyorlar.
Son 25 yılda optik sensörlerin doğruluğunu karşılaştıran bir dizi çalışma olmuştur ve farklılıklar makul aralıklar dahilinde olmasına rağmen, tutarsızlıklar genellikle istenenden daha büyük olmuştur.
Bu çalışmalardan önemli bir bulgu, verilerin nasıl işlendiği konusundaki farklılıkların, sensörlerin gerçek performansını maskeleyen hatalara yol açabileceği ve ölçümlerin ayrıntılı belirsizlik tahminlerine olan ihtiyacı ve tutarlı bir veri işleme yöntemini vurgulamasıydı. Topluluk çapında, açık kaynaklı bir topluluk işlemcisine duyulan ihtiyaç da tanımlandı.
Yöntem ve bulgular
AB ve ABD’den Ocean Optics dünya uzmanlarının uluslararası çalışma ekibi, ABD ve Avrupa’da yaygın olarak kullanılan en popüler bilimsel optik sensörlerin (radyometreler) Adriyatik Denizi’nde 10 günlük bir test gerçekleştirdi: deniz kuş hipersas ve trios-ramses. Toplanan veriler daha sonra açık kaynaklı topluluk işlemci hipercp kullanılarak işlendi.
Ekip, verilerin işlenmesi ve ilişkili belirsizlikler oluşturmak için iki farklı yaklaşım kullandı:
- Sensöre özgü işleme: Her cihazın benzersiz özellikleri kullanıldığında, sistemler arasındaki farklar küçüktü; Çoğu optik ölçüm için yaklaşık% 2 varyasyon ve su bırakma ışığı ile ilgili spesifik ölçüm için% 2.5. Bu ölçümlerdeki hata veya belirsizlik%1.5-5 civarında düşük kaldı.
- Sınıfa dayalı işleme: Her enstrüman tipi (deniz kuşu veya trios) için jenerik kalibrasyon özellikleri kullanıldığında, enstrümanlar arasındaki farklar belirgin bir şekilde daha büyüktü.
Çalışma, ilgili belirsizlikleri azaltmak ve uydu okyanus rengi doğrulaması için en yüksek kaliteli verileri üretmek için hipercp’nin sensöre özgü özelliklere sahip kullanılmasının şiddetle tavsiye edildiğini göstermektedir. Veri işlemenin bu şekilde uyarlanması, genel ölçümleri çevre bilimlerinde daha ileri çalışmalar ve uygulama için daha hassas ve güvenilir hale getirir.
Dr. Gavin Tilstone, lead author and Bio-Optical Oceanographer at Plymouth Marine Laboratory, commented, “We are excited to share this step-change approach to optical sensor data processing for satellite ocean color validation. Before this study, we did not have confident uncertainty estimates for some of the most popular radiometers used by the ocean color optics community. The development of this community processor will significantly increase confidence in the data intended for ocean color research, İklim değişikliği ve su kalitesi çalışmaları için çok önemli.
“Topluluk işlemcisi açık kaynaklı olduğundan, bu, optik verileri bu yüksek standartlara göre işlemek için daha önce bilgi, teknik uzmanlık ve işleme yeteneğine sahip olmayan ülkeler, daha küçük kuruluşlar ve genç bilim adamları için yaygın olarak mevcut olduğu anlamına gelir.”
Tom Jordan, Plymouth Deniz Laboratuvarı’ndaki okyanus optiklerinde ortak yazar ve Dünya Gözlem Bilimcisi Dr. Tom Jordan, “Çalışmanın önemli bir yönü, hipercp tarafından hesaplanan belirsizlikler ile alandaki farklı sensörler tarafından ölçümlerin değişkenliği arasında tutarlılık göstermesidir.
Çok çeşitli kullanıcı grupları ve bireyler zaten gelişmiş topluluk işlemcisini kullanıyor ve çok sayıda ülkedeki erken kariyer araştırmacılarına belirli eğitim etkinlikleri aracılığıyla nasıl kullanılacağı öğretiliyor.
Dünyadaki verileri standartlaştırmak
NASA, ESA ve EumetSat gibi ajanslar tarafından kullanılmak üzere kabul edilmesi için, uydu okyanus renk görevlerini doğrulamak ve desteklemek için kullanılan ana radyometrik veriler için en yüksek kalite olan “Fiducial Referans Ölçümü” kalitesi olması gerekir. Bu kalite seviyesine ulaşmak için dört kriterin karşılanması gerekir:
- Uydu validasyonu için tanınan protokoller izlenir.
- İzlenebilir Uluslararası Birim Sistemi (SI) Standartları uygulanır.
- Ölçümlerin belirsizlik tahminleri dahil edilmiştir.
- Tüm sensörler uluslararası alanlar arası komparizasyonlar aracılığıyla değerlendirilir.
NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde ortak yazar ve kıdemli araştırma bilimcisi Dr. Dirk Aurin, uydu okyanus renk işleme standardizasyonunun tarihini ve bu çalışmanın standartlaştırma konusuna çözümlerin ilerlemesine nasıl yardımcı olduğu: “NASA’daki renklerin standardizasyonu, 1990’larda SeaWifs ile birlikte, uluslararası yazılımlarda, uluslararası en fazla ulusun uygulanmasına başladı.
“Bununla birlikte, bu yörünge görevlerini doğrulamak için kullanılan situ radyometrisinin işlenmesi, topluluk işlemcisinin serbest bırakılmasına kadar benzer şekilde standartlaştırılmadı, Hypercp 2019’da NASA’daki köklerinden gelişti, uydu doğrulaması için uydu doğrulaması için, uluslararası okyanus renk koordinasyonu grubu tarafından uzman bir işbirliği (uluslararası işbirliği (uluslararası işbirliği) ve uluslararası işbirliği dahil olmak üzere, uluslararası işbirliği dahil olmak üzere, uluslararası işbirliği dahil, uluslararası işbirliği dahil, uluslararası işbirliği dahil olmak üzere, uluslararası işbirliği de dahil olmak üzere, uluslararası işbirliği ve sektör.
“Bu makalede vurgulanan saha kampanyası, farklı laboratuvarlar tarafından yönetilen farklı üreticilerden yerinde radyometrik platformlarda toplanan belirsizlikleri ve tutarsızlıkları en aza indirmek amacıyla ilk yayınlanmış HyperCP uygulamasını temsil etmektedir ve portatif, refah dışı ticari bir şekilde korunma için yeterli reklam artışı ile alan radyometrisini toplama yeteneğini göstermektedir. Metroloji. “
TARTU Üniversitesi’nde ortak yazar ve doçent olan Dr. Riho Vendt, “Rutin karşılaştırma ölçümleri, Dünya gözlem verilerini doğrulamak için gereklidir. Bu son karşılaştırma, açık kaynaklı hipercp topluluk işlemcisi kullanarak uyumlu veri işlemeyi getirerek, geniş kabul gören işleme standartlarına göre en iyi şekilde ilerlemeye izin vererek, en iyi şekilde ilerlemeye izin verir. ürünler.”
Sonraki adımlar, okyanus rengi uydu verilerine olan güveni artırmaya devam etmek için yeni ve ek sensörleri belirsizlik tahminleriyle topluluk işlemcisine dahil etmektir.
Çalışma, Uydu Okyanusu Renk (FRM4SOC) Faz-2 projesi için fiducial referans ölçümlerinin bir parçasıydı. HyperCP’nin gelişimi NASA’nın Hyperinspace ve Victoria Üniversitesi Pyscidon yazılım işleme paketleri tarafından başlatıldı ve şu anda NASA, NPL, NOAA, Eumetsat, PML ve diğerleri gibi kurumlardan uluslararası bir uzman bilim adamı ekibi tarafından yürütülüyor.
