Környezeti változás szemtanúja az űrből

Környezeti változás szemtanúja az űrből

Afrika Flores-Anderson. Köszönetnyilvánítás: Tudományos péntek

Ez a cikk Cassie Freundtól -án jelent meg eredetileg Masszív tudomány . A történet része Áttörés , a Science Friday és a Howard Hughes Medical Institute (HHMI) rövidfilm-antológiája, amely a szakterületük élvonalában dolgozó nőket követi nyomon. Tudjon meg többet és nézze meg a filmeket BreakthroughFilms.org .


Egyes tudósok mikroszkópon keresztül nézik a miniatűr világokat, mások pedig az űrből nézik a Földet. Afrika Flores-Anderson az utóbbiak közé tartozik: a National Geographic Explorer guatemalai származású, a SERVIR-nek dolgozik. NASA és USAID amely műholdfelvételek alapján figyeli bolygónkat, és éppen most kezdi meg PhD fokozatát megújuló erőforrásokból a McGill Egyetemen. Egyik aktív kutatási projektje az algavirágzások hatását tanulmányozza a guatemalai Atitlán-tó vízminőségére. Beszélt Massive-vel a tudományos szenvedélyeiről, a különféle műholdakról, amelyekre támaszkodik, és arról, hogy a távérzékelt képek alapvetően megváltoztathatják azt, ahogyan a világot látjuk.



Cassie Freund: Szóval úgy gondolom, hogy az űrből nézed a Földet a megélhetésért. Mesélnél erről egy kicsit bővebben?

Flores-Anderson az Atitlán-tó műholdképére néz, ahol algavirágzás tapasztalható. Köszönetnyilvánítás: Tudományos péntek

Afrika Flores-Anderson : Műholdfelvételeket használunk bolygónk megértéséhez. A környezeti monitorozásra összpontosítok, a műholdfelvételek felhasználására különféle alkalmazásokhoz, de különösen a talajborítás változásának azonosítására és a vízminőség monitorozására. És ez az, ahol sokat foglalkoztam, műholdas adatokat használtam az Atitlán-tó vízminőségének nyomon követésére.

A műholdas információnak két fő forrása van. Az egyik passzív. Tehát amit az érzékelő rögzít, az vagy az az energia, amely a napról visszaverődik az érzékelőre, vagy az az energia, amelyet a vizsgált test bocsát ki. Tehát röviden az érzékelőnek nincs saját energiaforrása, csak azt méri, hogy mit kap, mit ver vissza vagy mit bocsát ki. A másik típusú műholdas adat az aktív távérzékelés, amikor az érzékelő saját energiaforrást bocsát ki. LiDAR, Fényérzékelés és hatótávolság , belemegy abba és Szintetikus apertúrás radar (SAR) is ebbe a kategóriába tartozik. ( Szerk.: A LiDAR és a SAR egyaránt módszer a Föld felszíni jellemzőinek mérésére és feltérképezésére lézer és radar segítségével. ).

Kapcsolódó videó

Áttörés: The Lake Sentinel

Elképesztő, hogy a kutatás mennyit változott ennek a technológiának a hajnala óta. Mi a véleményed erről?

Nos, úgy gondolom, hogy a műholdas adatok felhasználásának egyedülálló korszakát éljük. Még amikor elkezdtem velük dolgozni, mint 2006-ban, nem voltak szabadon elérhető műholdképeink. A Landsat már ott volt, de nem volt szabadon elérhető. 2008-ban vált ingyenesen elérhetővé, és úgy gondolom, hogy ez teljesen megváltoztatta azt, ahogyan az ilyen típusú adatokat döntéshozatalhoz tudjuk felhasználni. Mert Landsat szabaddá vált, ami mindent megnyitott más missziók előtt, hogy kiadják adataikat, hogy az adatokat is szabadon hozzáférhetővé tegyék. Most minden évben úgy érzem, hogy több érzékelőnk és több adat áll rendelkezésre. És nem csak passzív [adatok], hanem aktív is, az Európai Űrügynökség is közzétette Sentinel 2 amely optikai és Sentinel 1 amely szintetikus apertúrás radar. Nálunk még sosem volt ilyen. Úgy gondolom, hogy a rendelkezésre álló adatok tekintetében a jövő csak szebbnek tűnik, mert több küldetés készül és indul. És azt hiszem, hogy most, tudod, a múltban csak egy képpel [megértél], mert nehéz volt egy képet szerezni. Először talán meg kellett vásárolnia azt és a feldolgozásához szükséges számítógépes erőforrásokat. És nem csak az adatokat tesszük elérhetőbbé azáltal, hogy szabadon elérhetővé tesszük őket, hanem a számítógép kapacitása is javult és nőtt, így több képpel is dolgozhatunk. Mostantól időbeli elemzéseket készíthetünk, és megnézhetjük a változásokat képről képre, ahhoz képest, hogy egyszerre csak egy képet nézünk.

Tehát teljesen más, amit most megtehetünk [összehasonlítva] azzal, amit a múltban meg tudtunk tenni. És minden szempontból jobban néz ki, mert most már ugyanazon folt különböző összetevőit, különböző jellemzőit nézhetjük meg.

Adományozzon a tudománynak pénteken

Fektessen be a minőségi tudományos újságírásba azáltal, hogy adományoz a Science Friday számára.

Az egymás melletti összehasonlítás az Irma hurrikán hatásait mutatja, amely a Karib-tenger szigeteit barnává változtatta. Hitel: NASA

Ez egy nagyszerű pont. Említette a döntéshozatalt, azt, hogy tudományát alkalmazhatja a politikában, vagy átadhatja a vezetőknek. Gondolja, hogy az a tény, hogy képekkel és képekkel foglalkozik, megváltoztatja azokat az embereket, akik döntéseket hoznak, például, hogy saját szemükkel láthatják?

Igen határozottan. Tudod, azt mondják, hogy egy kép többet ér 1000 szónál. Az igaz. Valójában a program, amelynek dolgozom, a SERVIR, a NASA és az USAID közös kezdeményezése. A [SERVIR] pedig azért indult, mert műholdfelvételeket használtak a Petén Guatemalai erdő megfigyelésére. Eredetileg Guatemalából származom. A Mexikó és Guatemala közötti határ akkoriban nagyon jól látszott a Landsat műholdfelvételein, mert a mexikói oldalon teljesen kiirtották az erdőket, a guatemalai oldalon pedig még mindig sok volt az erdő. És ez a kép [a határ két oldaláról] döntő jelentőségűvé vált, és a fő oka annak, hogy létrejött Guatemala legnagyobb védett területe, a Maya Bioszféra Rezervátum . Ez annak a műholdképnek köszönhető, amely a térből olyan tisztán mutatta a guatemalai oldalról az érintetlen erdőket, a mexikói oldalról pedig a mezőgazdasági terjeszkedést, az erdőirtást.

És tudod, ez közvetlenül befolyásolta a döntéshozatalt, majd ennek köszönhetően jött létre Guatemalában a Védett Területek Tanácsa is. Szóval sok következménye volt. De úgy gondolom, hogy a műholdas adatok bizonyítékokká váltak arra vonatkozóan, hogyan használjuk fel természeti erőforrásainkat, és olyasvalamivé válnak, amit megmutathatunk a döntéshozóknak és a politikai döntéshozóknak az emberek által a környezetre gyakorolt ​​hatásokról, [olyan módon], hogy mindenki megértheti. Könnyebb a kommunikáció.

Ez nagyon érdekes. Soha nem hallottam, hogy ismernéd ezt a történetet a guatemalai védett területek létrehozásáról. Nagyon klassz.

Igen, és azt gondolom, hogy ez a programunk narratívája is, amely mögött a térinformatikai technológiát és a megfigyeléseket a döntéshozatalhoz, a döntéshozatal javításához és a döntéshozatalhoz szükséges információkhoz kell felhasználni. Mert határozottan, ha helyesen használják, akkor ilyen hatással lehet a talajra. Nehéz, de lehet.

Atitlan-tó. Köszönetnyilvánítás: Tudományos péntek

Dolgozol most valami konkréton?

Nos, az Atitlán-tavon dolgozom, amely Guatemalában ez a gyönyörű tó, az ország második leglátogatottabb helyszíne. Ez egy gyönyörű tó, amelyet vulkánok vesznek körül. És [dolgozom] egy támogatáson, amelyet a National Geographictól és a Microsofttól kaptunk az Atitlán-tó algavirágzásának megfigyelésére és előrejelzésére. Műholdas technológiát használunk az algavirágzás azonosítására és mennyi ideig tartottak. De más műholdadat-forrásokat is használunk változóként, amelyek magyarázó értékűek arra vonatkozóan, hogy mikor és miért történik az algavirágzás. Az elemzéshez gépi tanulást vagy mesterséges intelligenciát használunk. A fő eredmények közül néhány az, hogy a lefolyásnak és a csapadéknak [nagy hatással van] az algavirágzás kialakulását illetően az Atitlán-tóban.

Ez az egyik olyan dolog, amin dolgozom, amely közvetlenül kapcsolódik az országomhoz, és ahol vissza tudtam fizetni mindent, amit a hazám adott, például a környezettudományok tanulmányozása iránti szenvedélyt és az erőforrásaink megőrzése és védelme iránti érdeklődést. az országban. A másik téma pedig, amin dolgoztam, a szintetikus apertúrás radar használata erdőmonitorozáshoz és biomassza becsléshez. Kiadtunk egy könyvet… tavaly? 2019? ( nevet )Elvesztettem az időérzékem.

Az Atitlán-tó műholdképe 2009-ben. Köszönetnyilvánítás: Afrika Flores-Anderson jóvoltából Műholdas kép az Atitlán-tóról 2019-ben. Köszönetnyilvánítás: Afrika Flores-Anderson jóvoltából

Ezen hat különböző, szintetikus apertúrájú radar szakértő dolgozott, megpróbálva összegyűjteni az összes módszert, és alkalmazni az ismereteket arról, hogyan lehet ezt a technológiát erdőfigyelésre és biomassza-becslésre használni.

A másik dolog, hogy most már olyan adatokkal rendelkezünk, amelyeket működési alapon felhasználhatunk a SAR, Sentinel-1 használatához. A SAR már régóta létezik, de nem volt szabadon elérhető. De most az Európai Űrügynökség ingyen állítja elő ezeket az adatokat. A NASA az Indiai Űrügynökséggel, az ISRA-val közösen új küldetésre készül, és hamarosan elindul. A küldetést úgy hívják NISAR és az adatok szabadon hozzáférhetők lesznek.

Felkészülünk tehát erre az új küldetésre, amely szabadon elérhető SAR-t fog biztosítani. Vannak archív adatok az ALOS-PALSAR-tól, amely [a] japán űrügynökségtől származik. Ez történelmi, de ingyen is használhatjuk. Rengeteg erőforrás áll rendelkezésre, de nincs akkora kapacitás az ilyen típusú technológiának az operatív alapon történő felhasználására. Így most ez lett az új érdeklődési köröm és szenvedélyem: hogyan tegyem ezeket használhatóbbá, és próbáljam meg a lehető legtöbb információt kinyerni ezekből az új adatkészletekből.

Nagy munkának hangzik.

Igen. És persze egy csomóan vagyunk. Nagyon bízom a szakértőkre, akik ezt már régóta csinálják. És ez egy nagyon szép és gyümölcsöző együttműködés volt.

Tehát a tavakat, a trópusi erdőket tanulmányozod. Van egy másik típusú ökoszisztéma, amelybe végül be szeretne jutni?

(Nevetés) Nem, ez sok. Szeretnék tovább dolgozni az Atitlán-tavon, de lehet, hogy a kutatásaim egy része inkább az erdők talajborítására irányul, de majd meglátjuk. És tudom, hogy egy dologra kell koncentrálnom. De az agyam mindig dolgozik…

Kapcsolódó cikk

Egy mérföld egy vulkanológus cipőjében

Flores-Anderson és az Atitlán-tó kutatócsoportja. Köszönetnyilvánítás: Tudományos péntek

Igen, értem. Szoktál valaha utazni? Szokott-e terepmunkát végezni annak érdekében, hogy megalapozza az igazságot, amit néz, vagy leginkább az együttműködésekre támaszkodik? [ Szerk.: Az „alap igazság” azt jelenti, hogy megnézünk és személyesen megerősítünk valamit, amit a műholdfelvételen látott]

Nagyon támaszkodunk az együttműködésekre. Például az Atitlán-tó esetében nagyon szorosan együttműködünk olyan szervezetekkel, amelyek a tavon dolgoznak, mint például a Lake Authority [ az Atitlán-tó medencéjének és környezetének fenntartható kezeléséért felelős Tóhatóság ]. Van egyetem, Guatemalai Völgy Egyetem , amelynek van egy campusa a tó közelében. Vannak más csoportok is, amelyek vízminőségi adatokat gyűjtenek a tó körül, és együttműködünk velük. És így jutottunk helyben e terület megfigyelései tőlük dolgoznak. Néhányszor elmentem terepre, be kell vallanom, hogy régebben inkább ezt csináltam, de most leginkább együttműködések révén jutunk a terepi adatokhoz.

A vízminőség szempontjából kulcsfontosságúak a terepi megfigyelések, mert így kalibráljuk és validáljuk a műholdadatok segítségével végzett elemzésünket. A legjobb módszer [a mérések megszerzésére] eddig ezek az együttműködések voltak, de a technológia fejlődésével most már nagy felbontású adatokat is felhasználhatunk ezek megszerzésére. helyben megfigyeléseket, különösen, ha a talajborításról beszélünk, mert ezt meglehetősen könnyű azonosítani nagy felbontású adatokkal, ha ismeri a tájat. Szóval, nagyon kényelmesen fogom érezni magam, ha Guatemala felett adatokat gyűjtök a földborításról és a földhasználat változásáról, mindaddig, amíg rendelkezem a megfelelő nagy felbontású adatokkal. A világ nagy része nagyon ülőké vált ( nevet ). Mivel a technológiai fejlődés nagyon jelentős volt, a nagy felbontású adatok különböző forrásai állnak rendelkezésünkre, amelyek az ár vagy a hozzáférhetőség korlátai miatt nem használhatók fel magának a térképnek a létrehozására. De használhatjuk őket a kalibráláshoz és az érvényesítéshez. Csak elárasztanak minket az információk, adatok. Ami jó. Ez egy jó probléma.

'Szerintem gyönyörű dolog látni, hogyan néz ki a Föld felszíne más lencsékkel.'

Ez igaz. Mindig is érdekelt a térképkészítés?

Mióta megtanultam a földrajzi információs rendszereket [GIS]. Igen. Ez egy választható kurzus volt az alapképzésemben, amikor Guatemalában tanultam. Ez csak GIS volt, és nagyon tetszett, aztán én voltam a csoportban, aki a térképeket készítette, és továbbra is dolgoztam vele, mert olyan érdekes és jó volt látni a terepen összegyűjtött információkat ( abban a pillanatban sok terepmunkát végeztem) kétdimenziós síkban, és látni a térképen. Nagyon-nagyon szép volt. Azóta pedig a földrajzi információelemzéssel foglalkozom.

Köszönetnyilvánítás: Tudományos péntek

Csak még egy kérdésem lenne hozzád: Érdeklődnék, hogy le tudnád-e írni a legszebb dolgot, amit valaha láttál műholdképen.

Ó, ez érdekes. Hadd lássam. Nagyon sok szép van… van egy kép, ami nagyon tetszik. [Arra összpontosít], hogyan ábrázoljuk azokat a dolgokat, amelyeket a szemünkkel nem látunk, mert tudod, az elektromágneses spektrum különböző részein gyűjtünk információkat. Amit látunk, az csak a spektrum látható részén található. Ezért láthatunk olyan képeket RGB-ben [vörös-zöld-kék, a szokásos színséma a fényképeken], amelyek nagyon kompatibilisek azzal, amit a földön látunk. Ez pedig nagyon megkönnyíti az értelmezést: ez a víz, ez az erdő, ez a talaj.

De információkat gyűjtünk az elektromágneses spektrum más részein is, például a közeli infravörösről. És SWIR (rövidhullámú infravörös), és ezt a szemünkkel nem láthatjuk. És ha ezeket az információkat egyesítjük, gyönyörű hamis színes képeket hoz létre, amelyek jelentenek valamit – például a növényzet sokat visszaver a közeli infravörösből. Az egészséges növényzet rendkívül élénk színű, és ezt a szemünkkel nem láthatjuk. Tehát nagyon szép, ha megértés és információ birtokában van, és vizualizálni is lehet. Van egy szép kép, egy hamis színes kép az Atitlán-tóról, ami egyszerűen gyönyörű. A tó pillanatnyilag tiszta volt, a tó körüli medencében a hegyek, az erdő, a mezőgazdaság látható, különböző színekkel – ez nem természetes színkép, hanem hamis színkép. De olyan gyönyörűen néz ki.

És szerintem gyönyörű dolog látni, hogyan néz ki a Föld felszíne más lencsékkel. És ez jelent valamit! Amikor odamész azokhoz a sávokhoz, és azt mondod: Ó, ez világos, mert lehet, hogy több klorofill van, vagy kevesebb klorofill, vagy mert ez az alkotóeleme van, és nem ez. Annyi értelme van, ha belemegyünk a részletekbe is. Szóval számomra nagyon-nagyon érdekes látni, amit a szemem nem lát.

Ez csodálatos válasz volt.

Nagyon sok ilyen szép kép van. És ezeket a többi sávot felhasználva hozzuk létre ezeket a hamis színes képeket, és csodálatosan néznek ki, és néhány RGB-ben, csak a természetes színben, szintén gyönyörűek. De a Föld gyönyörű, őszintén.