NASA希望利用免费的卫星数据来绘制高精度浅水海域地图

2021年05月01日 15:40 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

岛屿与大陆架沿线的浅水区域,对于人类活动和海洋生物种群的健康维系都有着重要的意义。但在相关区域不断发展的同时,绘图的难度和时间的密集性都是个挑战。多年来,遥感科学家们一直致力于改变这种状况。庆幸的是,由美国宇航局(NASA)资助的一项新研究,就在探索如何利用免费的卫星数据和云计算来完成这项工作。

几个世纪以来,海洋测量师一直依靠船载工具(测深绳和声呐)来判断海底的深度和形状。不过 1970 年代的美国陆地(Landsat)卫星、以及欧洲近年发射的哨兵(Sentinel)卫星,其中也提供了相当丰富的可用数据。

好消息是,科学家们正努力推动从传统测深法、向基于卫星图像深度信息的方案转型。据悉,不同波长的光可穿透水的深度不同。与波长较短的近红外 / 短波红外相比,较短波长的蓝绿色穿透性更强。

当水体清澈且海底明亮时,科学家便可通过测量卫星观测到的数据、结合对应光线的穿透反射率和距离,对浅海区域的海水深度进行建模估算。

以 NASA 的冰、云、陆地高程 2 号卫星(ICESat-2)上配备的高级地形激光测高仪系统(ATLAS)为例,这套激光雷达方案能够对光子进行计数。

在向地球上的冰面、土地和水体表面发射了激光脉冲之后,便可通过测量光子回弹的时间来测出高度。

2019 年的时候,得克萨斯大学奥斯汀分校的科学家 Lori Magruder、以及俄勒冈州立大学的 Chris Parrish,就曾尝试将 ICESat-2 测量到的数据与船载声呐数据相结合,以证明此举可如何填补空白和提升沿海潜水区域的地图精度。

Bathymetry The Shape of the Seafloor Around Bermuda(via

近日,NASA 戈达德太空飞行中心的 Nathan Thomas、Lola Fatoyinbo、以及来自其它三个国家的同事,借助另一套方法将 ICESat-2 的测量数据与哥白尼前哨 2 号卫星的图像相结合,以得到更高分辨率的测深结果。

在分享的实例中,研究团队比较了佛罗里达州比斯坎湾、克里特岛干尼亚湾、以及百慕大岛周围 26 米(85 英尺)深的浅滩。

通过将 ICESat-2 / Sentinel-2 卫星的新数据与 63 年来的传统地形调查、多波束声呐和航海测深仪等综合资料结合起来,我们可以对比得出更精细的结果。

此前克里特岛的数据精度只有 115 米,佛罗里达和百慕大区域也只有 30 / 90 米,但新数据已经大幅提升到了 10 米。

题图中展示的图像和动画,是由东卡罗莱纳大学的研究合著者 David Lagomasino,根据合并的卫星数据构建而成的。

可视化效果基于 2020 年的观察结果,其中展示了百慕大周围海底的形状。蓝色越亮,海底深度越浅。而黄色、绿色和橙色条纹,则表示 ICESat-2 的一些交错数据。

值得一提的是,这项工作的关键部分,还利用了开源数据、云计算、以及诸如谷歌地图引擎(GEE)之类的工具。对于资金和设备都受限的岛国与沿海地区来说,开源的卫星测深图数据显然更加实用。

毕竟可靠的海图,对于船舶航行、沿海基础设施的开发与保护、水产养殖、以及近岸生态环境的监测都非常重要。此外即便在工业化程度更高的地区,卫星地图也能够更快、更低成本地刷新海底数据。

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