Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)
Термины и сокращения, #термины
Организации: NASA, NOAA, DARPA и другие
Спектральные каналы Landsat 8/9 и Sentinel-2, MODIS
Спектральные сигнатуры

📚Основы дистанционного зондирования Земли, #основы
#индексы (спектральные, вегетационные, ...)
#комбинация каналов
#история ДЗЗ
Научно-популярные лекции по ДЗЗ
Лекции школы молодых учёных (ИКИ РАН): 2015-2017, 2018-2019, 2020-2021, 2022-2023
Рекомендованные практики мониторинга ЧС (UN-SPIDER)
Космическое образование в России: раз, два.

Поиск / Справочная информация
Общий каталог искусственных космических объектов (GCAT)
Спутники и съемочная аппаратура
Российские спутники ДЗЗ, #МВК
Информация о запусках
Орбиты спутников
#наблюдение за спутниками
Где взять научную литературу #книга #журнал
ИИ-поиск, патентный поиск, поиск наборов данных
#справка

Google Earth Engine
📚Учебник по Google Earth Engine
🌍 Список всех данных Google Earth Engine
Проекты и примеры кода
Учебные ресурсы
Полезные ссылки
#GEE

📚🖥 Работа с пространственными данными в R

Спутниковые и другие данные — #данные
Бесплатные спутниковые снимки, в т.ч. высокого разрешения
🛰 Sentinel-1, Радары на GEE
🛰 Sentinel-2
🛰 Landsat Collection 2, снимки Landsat
🛰 CBERS
#LULC — Land Use & Land Cover
#DEM
#границы
#nrt — Земля из космоса в реальном времени
Международная хартия по космосу и крупным катастрофам: список активаций
Погода: фактическая, реанализ, прогнозы
#ЧС

Тематические задачи
#лес, #AGB (надземная биомасса)
#пожары
#вода — водные объекты, наводнения, качество воды
#лед
#погода, #климат
#атмосфера
#археология
#сельхоз
#LST — температура земной поверхности

Типы данных
#гиперспектр
#SAR #InSAR
#лидар
#LST
#GNSSR
#ro
#SIF

Конференции, школы, семинары
#конференции

Конкурсы и чемпионаты
#конкурс

Новости военного ДЗЗ
#война #sigint #SSA

⭐️Все хештеги

FLEX

В декабре прошлого года компания Thales Alenia Space выбрала британский Национальный испытательный комплекс для спутников (National Satellite Test Facility) в Оксфордшире для проведения части работ по сборке и испытаниям спутника FLEX (FLuorescence EXplorer) Европейского космического агентства (ESA).

FLEX предназначен для наблюдения флуоресценции (свечения) хлорофилла*. В ходе фотосинтеза небольшая часть энергии молекулы хлорофилла (3–5 %) рассеивается в виде излучения в диапазоне 650–800 нм (красный – ближний инфракрасный свет). Так как флуоресценция хлорофилла является частью механизма фотосинтеза, то с ее помощью можно более оперативно выявлять влияние на фотосинтез различных стрессовых факторов. Это открывает новые возможности для диагностики функционального состояния растений.

Концепция будущей миссии спутника FLEX была предложена в 2005 году. Подготовительные исследования фазы А проводились с 2006 по 2008 год. Под влиянием проекта FLEX интенсивность исследований в области флуоресценции значительно возросла, постепенно накапливался опыт воздушных и космических наблюдений, появился ряд обобщающих работ, например (Meroni et al., 2009), но сам проект развивался медленно. Лишь в 2015 году ESA приняло решение о запуске FLEX в виде самостоятельной миссии.

Работы по сборке, интеграции и испытаниям спутниковой платформы осуществляет компания Thales Alenia Space. Основной съемочной аппаратурой является спектрометр FLORIS (Fluorescence Imaging Spectrometer), разработанный Leonardo — итальянским оборонным концерном, одним из соучредителей Thales Alenia Space. Предполагается, что пространственное разрешение данных FLORIS составит 300 м, что на порядки лучше имеющихся в настоящее время данных. Запуск FLEX запланирован на 2025 год,

*Точнее, явление называется Solar induced fluorescence (SIF) — солнечно-индуцированная флуоресценция.

📸 Художественное изображение аппарата FLEX

#SIF

Солнечно-индуцированная флуоресценция хлорофилла

Флуоресценция хлорофилла — явление свечения хлорофилла при поглощении им света. Каждый квант света, поглощенный молекулой хлорофилла, переводит электрон из основного в возбужденное состояние. В ходе фотосинтеза молекула хлорофилла из возбужденного состояния переходит в основное, при этом небольшая часть энергии возбуждения (3–5 % в нормальных условиях) рассеивается в виде излучения в диапазоне 650–800 нм.* Флуоресценция хлорофилла, возникающая под действием солнечного света, называется солнечно-индуцированной флуоресценцией (СИФ; англ.: Solar induced fluorescence, SIF).

Фактически, излучение света в виде флуоресценции конкурирует с фотосинтезом, и поэтому флуоресценция может позволить более точно оценить ассимиляцию углерода и раньше обнаружить стресс, чем это возможно на основе одних только данных об отражательной способности. Это делает СИФ весьма перспективным методом оперативной оценки состояния растений.

Действительно, современные методы оптического ДЗЗ опираются на данные о спектрах отражения солнечного излучения. Эти методы позволяют оценить состояние растений, связанное со структурными или биохимическими свойствами, такими как индекс листовой поверхности или содержание хлорофилла. Однако фотосинтез растений является активно регулируемым процессом, так как эта биофизическая/биохимическая реакция постоянно приспосабливается к условиям окружающей среды путем изменения или перестановки пигментов в листьях без каких-либо заметных структурных изменений. Таким образом, по изменению фотосинтеза можно выявить реакцию растения на внешнее воздействие (например, на недостаток влаги), еще до того, как в растении произойдут структурные изменения, наблюдаемые обычными оптическими методами ДЗЗ.

Сигнал флуоресценции хлорофилла получается в основном за счет флуоресцентного излучения хлорофилла растительности, тогда как почва и облака подобных сигналов не дают. Таким образом, продукты спутниковой СИФ менее “зашумлены” облачным и почвенным фоном по сравнению с традиционными спутниковыми вегетационными индексами.

Это не значит, что с СИФ все легко и просто. Метод основан на довольно слабом эффекте ⬇️. Перевод данных флуоресценции в фотосинтез не является тривиальным. Флуоресценция меняется с возрастом листьев. Если этого не учитывать, легко принять старение листьев за патологические изменения, вызванные внешними неблагоприятными факторамм.

Применяется СИФ для мониторинга реакции сельскохозяйственных культур на стрессовые факторы (Yang et al., 2023). СИФ является хорошим предиктором урожая (Ping et al., 2023). С его помощью оценивают валовую первичную продукцию суши — количественный эквивалент общего количества углерода, усвоенного растительностью в процессе фотосинтеза (Lagutin et al., 2022).

* Помимо фотосинтеза и флуоресценции, часть энергии возбужденного электрона рассеивается в виде тепла. Это так называемое нефотохимическое тушение, защищающее фотосинтезирующий аппарат от перегрева.

#SIF

Спектр солнечно-индуцированной флуоресценции (СИФ) хлорофилла и кривая отражательной способности листа сахарной свеклы. A): Спектр СИФ в области между 650 нм и 800 нм (максимумы: 690 нм и 740 нм). B): Чистая отражательная способность (черная кривая) и видимая отражательная способность (красная кривая), равная отношению общей интенсивности потоков восходящего (отражение + флуоресценция) и падающего излучения. Укрупненные фрагменты графика показывают вклад флуоресценции (Meroni et al., 2009).

#SIF

Данные измерений солнечно-индуцированной флуоресценции из космоса

Для наблюдения за солнечно-индуцированной флуоресценцией (СИФ) наземной растительности использовались космические сенсоры SCIAMACHY, GOME-2, GOSAT, GOSAT-2, OCO-2, OCO-3 и TROPOMI. Миссия SCIAMACHY давно завершена. TROPOMI прекратил измерять СИФ. Все архивные данные СИФ, собранные спутниковыми миссиями до 2020 года, находятся здесь. Кроме спутниковых данных, есть данные наблюдений с воздуха и с наземных башен.

Данные OCO-2, -3, GOSAT, GOSAT-2 — это оперативные данные, низкого разрешения с несплошным покрытием. Данные GOME-2 — сверхнизкого разрешения, со сплошным покрытием.

Пространственное разрешение СИФ, наблюдаемой со спутника, является достаточно грубым. Естественно, возникает задача увеличения пространственного разрешения этих данных путем объединения с дополнительными данными различных платформ ДЗЗ (даунскейлинг). Ссылки на продукты даунскейлинга СИФ собраны здесь. Все они имеют более высокое пространственное разрешение (0,05 градуса или около 5 км), различную периодичность, и существенно уступают оригинальным данным в оперативности.

Среди них выделяются данные GOSIF (Global, OCO-2 based SIF product), в первую очередь, благодаря регулярным обновлениям.

Набор данных GOSIF имеет пространственное разрешение 0.05° (5 км), периодичность 8 суток, временное покрытие: 2000–2022 гг. Данные публикуются ежегодно, с задержкой около 4–5 месяцев (в апреле следующего года).

Скачать GOSIF можно здесь или здесь.

Важно, что для указанных выше спутниковых приборов измерение СИФ не является основной задачей — все они разработаны для чего-то другого. Первым космическим аппаратом, специально предназначенным для наблюдения СИФ должен стать FLuorescence EXplorer (FLEX), который мы ждем с 2005 года ESA собирается запустить в 2025 году.

И в заключении:

* Большой обзор: Mohammed G. H. et al. (2019). Remote sensing of solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) in vegetation: 50 years of progress. Remote Sensing of Environment, 231, 111177. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.04.030
* Курс ARSET Use of Solar Induced Fluorescence and LIDAR to Assess Vegetation Change and Vulnerability, состоящий из четырех видеолекций, с презентациями, тестовыми материалами и кодом.
* Григорьев И. Н. Опыты с ультрафиолетовым излучением ч. 2. Видео простых опытов по флуоресценции хлорофилла под действием ультрафиолетового и солнечного света.

А есть еще и лазерно-индуцированная флуоресценция…

#SIF

Зарубежные миссии по наблюдению Земли с МКС

Международная космическая станция (МКС) — это уникальная лаборатория, позволяющая наблюдать и исследовать Землю из космоса. Многочисленные приборы, установленные снаружи и управляемые изнутри станции, используются для сбора данных об океанах, атмосфере и поверхности Земли.

Список зарубежных миссий (экспериментов) по наблюдению Земли с МКС приведен здесь.

Вот некоторые из действующих миссий:

🌡 Прибор Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) позволяет измерять температуру земной поверхности. Его данные обладают лучшим пространственным разрешением среди общедоступных данных такого рода.

🌳 Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) — лидар, позволяющий наблюдать трехмерную структуру растительного покрова Земли. Он применяется, в частности, для измерения высоты леса.

🌏 Orbiting Carbon Observatory-3 (OCO-3) измеряет содержание углекислого газа а атмосфере и солнечно-индуцированную флуоресценцию хлорофилла.

🏭 Гиперспектрометр Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT) помогает выяснить, как пыль из пустынных регионов влияет на баланс солнечной энергии на планете, и служит для выявления источников выбросов парниковых газов.

💨 Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE) — серия приборов, разработанных NASA для наблюдения за стратосферным озоном, аэрозолями и водяным паром из космоса. Сейчас на МКС работает SAGE III-ISS — четвертый и самый современный прибор серии.

🌩 Данные прибора Lightning Imaging Sensor (LIS) позволяют изучить распределение и изменчивость общего количества молний, возникающих в тропических и субтропических регионах Земли. LIS проводит измерения как днем, так и ночью и его данные используются для обнаружения и анализа сильных штормов.

🛰 Hyperspectral Imager Suite (HISUI), разработанный Министерством экономики, торговли и промышленности Японии, а также DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer Mission), разработанный Немецким центром авиации и космонавтики (DLR) — это космические системы гиперспектральной съемки Земли.

Данные миссий NASA открыты и доступны на Earthdata Search, кроме данных LIS, которые находятся здесь.

#МКС #SIF #LST #гиперспектр #GHG #атмосфера

⭐️ СТРАНЫ / КОМПАНИИ / СПУТНИКИ

Страны: #австралия #германия #индия #иран #испания #канада #китай #португалия #россия #США #япония и т. п.
Но:
#корея обозначает Северную и Южную Кореи
#РБ — Республика Беларусь
#UK — Великобритания

Компании: #planet #maxar

Спутники: #landsat #sentinel1 #sentinel2

⭐️ ДЗЗ

Методы и приборы
#альтиметр
#гиперспектр — гиперспектральная оптическая съемка
#лидар
#оптика — мультиспектральная оптическая съемка
#радиометр — микроволновой радиометр
#dnb — ночная съёмка (day / night band)
#SIF — солнечно-индуцированная флуоресценция хлорофилла
#ro — радиозатменный метод
#SAR — радарная съемка
#InSAR — радарная интерферометрия
#LST — съемка в тепловом инфракрасном диапазоне
#GNSSR — ГНСС-рефлектометрия
#sigint — радиоэлектронная разведка

Виды орбит: #ГСО — геостационарная, #VLEO — сверхнизкая

#основы — обучающие материалы по ДЗЗ
#обучение курсы, обучающие сервисы и т. п.
#история — в основном, история ДЗЗ
#индексы — спектральные индексы
#комбинация — комбинации каналов

Данные
#данные — коллекции данных ДЗЗ, наземных данных, карты и т.п.
#датасет — набор данных для машинного обучения
Дополнительные хештеги, описывающие данные:
#LULC — Land Use & Land Cover
#осадки
#SST — Sea Surface Temperature
#nrt — (near real time) изображения, получаемые в режиме, близком к реальном времени
#debris — космический мусор
#границы — административные границы
#DEM — цифровая модель рельефа (ЦМР)
#keyhole — рассекреченные снимки разведспутников

Литература, справочная информация
#справка — спектральные каналы, орбиты спутников, поиск данных и т.п.
#обзор
#книга — текст книги прикреплён к сообщению.
#журнал — статьи по ДЗЗ, опубликованные в выпуске журнала
Дополнительные хештеги:
#наблюдение — ресурсы для наблюдения спутников и орбиты спутников
#космодромы

#конференции — анонс конференций/семинаров/школ, посвященных ДЗЗ и анализ их материалов.
#конкурсы — анонс конкурсов/чемпионатов/олимпиад.
#МВК — материалы заседаний Межведомственной комиссии (МВК) по использованию результатов космической деятельности.

#снимки — поучительные (хоть в чем-то интересные) снимки, первые снимки

Программные инструменты / Языки
#нейронки #софт #GEE #R #tool #python #ГИС
#ИИ #FM — Foundation Model (Remote Sensing Foundation Model)

⭐️ ОТРАСЛИ / ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

#археология #атмосфера #вода #война #засуха #климат #лед #лес #нефть #океан #оползни #наводнение #пожары #почва #растительность #севморпуть #сельхоз #снег
#AGB — надземная биомасса
#ЧС — мониторинг стихийных бедствий и катастроф
#GHG — парниковые газы
Отдельные газы: #CO2 #NO2
#энергетика — космическая энергетика
#SSA — Space Situational Awareness

Солнечно-индуцированная флуоресценция хлорофилла для заблаговременного предупреждения о засухах

Внезапные засухи (flash drought) характеризуются быстрым высыханием почвы, могут продолжаться в течение нескольких недель и их трудно предсказать. (Parazoo et al., 2024) смогли обнаружить признаки внезапной засухи примерно за три месяца до её начала. В будущем такое заблаговременное предупреждение поможет в борьбе с последствиями засух.

Состояние растительности оценивали по данным солнечно-индуцированной флуоресценции хлорофилла, то есть свечения хлорофилла в ближнем инфракрасном диапазоне, которое сопровождает процесс фотосинтеза. Для этого использовали измерения спутника OCO-2 (Orbiting Carbon Obsevatory-2) и данные GOSIF. Для оценки влажности почвы использовались данные спутника SMAP.

Исследователи сравнили многолетние данные о флуоресценции с данными о вспышках засухи, которые происходили в США в период с мая по июль с 2015 по 2020 год. Они обнаружили эффект домино: в течение недель и месяцев, предшествующих внезапной засухе, растительность бурно росла в тёплых и сухих условиях. При этом растения излучали необычно сильный для этого времени года флуоресцентный сигнал. Параллельно они постепенно истощали запасы воды в почве, так что когда наступили экстремальные высокие температуры, и без того низкий уровень почвенной влаги резко упал и в течение нескольких дней развилась внезапная засуха.

Оказалось, что аномально сильная флуоресценция очень хорошо коррелирует с потерями влаги в почве в течение шести-двенадцати недель перед внезапной засухой. Последовательная картина проявилась в различных ландшафтах на территории США.

Растения, испытывающие тепловой стресс, поглощают меньше углекислого газа из атмосферы, поэтому исследователи ожидали обнаружить больше свободного углерода. Вместо этого они обнаружили баланс.

Тёплая погода предшествовавшая наступлению внезапной засухи, побуждала растения увеличить поглощение углерода по сравнению с обычными условиями. Этого аномального поглощения было, в среднем, достаточно, чтобы полностью компенсировать снижение поглощения углерода после наступления засухи.

Популярное изложение статьи на Phys.org

#SIF #засуха

Взгляд на хлорофилл из космоса

Источник: Наука и жизнь, 2007, №12.

Состояние растительного покрова Земли удобно исследовать из космоса с помощью аппаратуры, установленной на спутниках. Обычно для этого спектральными методами измеряют отражение света земной растительностью.

Однако недавно появилась новая идея — использовать при дистанционном исследовании способность хлорофилла под действием солнечного света флуоресцировать на длине волны 662–669 нанометров. Между уровнем флуоресцентного излучения и фотосинтезом растений существует непосредственная связь. Сам же фотосинтез (образование органического вещества из углекислого газа и воды под действием света при участии хлорофилла) — основа жизнедеятельности растений. Использовать флуоресцентные картинки в качестве индикатора жизнедеятельности растений предложили специалисты из Центральной лаборатории солнечно-земных взаимодействий Болгарской академии наук.

Для того чтобы изучить особенности флуоресцентных изображений растительного покрова, болгарские исследователи разработали специальную биокамеру. В ней можно имитировать различные неблагоприятные воздействия, подобные тем, с которыми приходится сталкиваться растениям в их повседневной земной жизни: недостаток влаги, нарушения температурного режима, воздействие кислотных дождей. Некоторые эксперименты, проводившиеся в биокамере, включали действие сразу нескольких вредных факторов, например резкое повышение температуры (высокотемпературный стресс) в сочетании с неблагоприятным углом падения света (имитация изменений высоты Солнца над горизонтом).

Как оказалось, флуоресцентные картинки позволяют получать информацию о скорости фотосинтеза растений и пространственном распределении повреждений фотосинтетического аппарата задолго до видимых изменений растительных тканей. Это дает возможность вовремя обнаружить стрессовую ситуацию и принять соответствующие меры до наступления необратимых последствий.

Биологи также провели сравнительные эксперименты, позволяющие сопоставить традиционные спектральные и флуоресцентные изображения и сравнить их чувствительность к внешним неблагоприятным факторам. Исследователи пришли к выводу, что флуориметрия — отличный инструмент для подтверждения и дополнения спектральных данных о состоянии растений.

Не исключено, что разработка болгарских ученых в недалеком будущем найдет свое место на одном из космических аппаратов дистанционного мониторинга Земли.

#история #SIF #основы

Запущены 15 китайских спутников

11 ноября 2024 года в 04:03 всемирного времени с площадки № 130 космодрома Цзюцюань выполнен пуск ракеты-носителя 📸 “Лицзянь-1” (Lijian-1 Yao-5) с 15-ю спутниками:

🔹 Shiyan-26A—C 试验二十六号A—C
🔹 Jilin-1 Gaofen 05B 吉林一号高分05B
🔹 Jilin-1 Pintai 02A03 (Yiyatong) 平台02A03（天智二号C）
🔹 Yunyao-1 31—36 (один из них — Tianzhi-2C) 云遥一号31星—36（其一为怡亚通号）
🔹 Xiguang-1 04 (Quehua-1) 西光壹号04（鹊华一号）
🔹 Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 西光壹号05（天仙配号）
🔹 Aman Zhineng Yaogan-1 阿曼智能遥感一号
🔹 Tianyan-24 (Liangping-1) 天雁24（梁平一号）

Космические аппараты успешно выведены на околоземную орбиту. Вот информация о некоторых из них:

🛰 Tianzhi-2C на платформе Jilin-1 02A03, разработан совместно Институтом программного обеспечения Китайской академии наук и компанией Changguang Satellite Technology Co, Ltd. Это спутник оптического наблюдения Земли высокого пространственного разрешения с интеллектуальной обработкой данных на борту и возможностью автономного планирования задач. В качестве “мозга” спутника используется недавно разработанная суперкомпьютерная микросистема Tianzhi.

Tianzhi-2C предназначен для проверки возможности автономного планирования задач на основе бортовой обработки снимков и распознавания целей. Предполагается, что спутник будет поддерживать такие сложные приложения, как интеллектуальное принятие решений на борту и многоспутниковое взаимодействие в условиях будущей крупномасштабной группировки [🔗ссылка].

🛰 Xiguang-1 04 — первый в Китае коммерческий спутник для мониторинга выбросов метана от точечных источников. Сообщается, что спутник оснащен камерами для наблюдения за выбросами метана и солнечно-индуцированной флуоресценции хлорофилла (СИФ), а также мультиспектральной камерой. Сообщается также о высоком пространственном и спектральном разрешениях данных: пространственное разрешение достигает 25 метров, а спектральное — 0,1 нанометра (!). Оператором спутника является компания Zhongke Xingrui [🔗ссылка].

Хотелось бы узнать подробности о “хлорофилльной” камере. Европейский спутник FLuorescence EXplorer (FLEX) планируют запустить в следующем году. Возможно, Xiguang-1 04 — первый спутник, специально предназначенный для мониторинга СИФ.

🛰 Xiguang-1 05 оснащен гиперспектральной камерой высокого разрешения и панхроматической камерой, что позволяет решать такие задачи, как идентификация сельскохозяйственных культур, выявление вредителей и болезней, а также предупреждение о рисках. Предполагается, что спутник будет предоставлять разнообразные услуги, включая сельскохозяйственный мониторинг, разведку полезных ископаемых и экологический мониторинг для провинции Аньхой на востоке Китая [🔗ссылка].

Серия спутников Xiguang-1 разработана компанией Xi'an Zhongke Xiguang Aerospace Technology Co, Ltd.

🛰 Liangping-1 — спутник, разработанный компанией Beijing Juntian Aerospace Technology Co. (далее — Juntian Aerospace). Аппарат предназначен для отработки технологий ДЗЗ и обработки данных на орбите. Он оснащен двумя оптическими камерами высокого разрешения, в том числе, для гиперспектральной съемки. Juntian Aerospace планирует создать на основе Liangping-1 новое поколение недорогих модульных спутников [🔗ссылка].

#SIF #гиперспектр #CH4 #onboard #оптика #китай