Une équipe d'experts en optique océanique, dirigée par Plymouth Marine Laboratory, a évalué la précision des capteurs optiques au-dessus de l'eau, en utilisant un processeur développé par la communauté, pour produire les données de la plus haute qualité pour la validation des couleurs de l'océan satellite et faciliter la surveillance de la santé de nos mers côtières et de nos océanes mondiales.
L'étude est publiée dans la revue Optics Express.
On peut en apprendre beaucoup sur les conditions environnementales marines de la couleur de l'océan. La lumière du soleil interagit avec différents matériaux dans l'eau, comme le phytoplancton, les sédiments et la matière organique dissous, qui absorbe ou disperse les photons légers à différentes longueurs d'onde.
Cette absorption et cette diffusion entraînent des variations spectrales de «couleur», qui peuvent être étudiées par les scientifiques pour déterminer ce qui est présent dans l'eau, sans nécessairement avoir à entreprendre des mesures dans l'eau directe.
Les scientifiques de l'observation de la Terre doivent s'assurer que les instruments mesurant la lumière qui se reflète de l'océan donnent des résultats cohérents, d'autant plus que ceux-ci sont utilisés pour vérifier que les données satellites sont précises.
Pour s'assurer que les mesures environnementales et les données traitées résultant sont de haute qualité et normes, de nombreux laboratoires dans le monde utilisent les mêmes systèmes de gestion de qualité reconnus (ISO) pour les collecter.
Les scientifiques optiques et à télédétection portent cette qualité de données à un niveau supérieur en collectant des «mesures de référence fiduciaires», une norme développée et adoptée par les agences de communauté scientifique et spatiale, telles que la National Aeronautics and Space Administration (NASA), l'agence spatiale européenne (ESA) et l'agence européenne pour l'exploitation des satellites météorologiques (Eumetsat).
Il y a eu un certain nombre d'études au cours des 25 dernières années en comparant la précision des capteurs optiques, et bien que les différences soient dans des gammes raisonnables, les écarts ont souvent été plus importants que souhaité.
Une conclusion importante de ces études était que les différences dans la façon dont les données sont traitées peuvent entraîner des erreurs qui masquent les véritables performances des capteurs, ainsi que la nécessité de nécessiter des estimations détaillées d'incertitude des mesures et une méthode cohérente de traitement des données. La nécessité d'un processeur communautaire open-source à l'échelle de la communauté a également été identifiée.
Méthode et résultats
L'équipe internationale d'étude d'experts mondiaux en optique océanique de l'UE et des États-Unis a effectué un test de 10 jours dans la mer adriatique de certains des capteurs optiques scientifiques les plus populaires (radiomètres) qui sont couramment utilisés aux États-Unis et en Europe: hypersas et triosas de mer de mer. Les données collectées ont ensuite été traitées à l'aide du processeur communautaire open source HyperCP.
L'équipe a utilisé deux approches différentes pour traiter les données et établir des incertitudes associées:
- Traitement spécifique au capteur: Lorsque les caractéristiques uniques de chaque instrument ont été utilisées, les différences entre les systèmes étaient petites; Variation d'environ 2% pour la plupart des mesures optiques et 2,5% pour la mesure spécifique liée à la lumière de la feuille d'eau. L'erreur ou l'incertitude dans ces mesures est restée faible à environ 1,5 à 5%.
- Traitement basé sur la classe: lorsque les caractéristiques d'étalonnage génériques ont été utilisées pour chaque type d'instrument (oiseau de mer ou trios), les différences entre les instruments étaient sensiblement plus grandes.
L'étude suggère que l'utilisation de HyperCP avec des caractéristiques spécifiques au capteur est fortement recommandée pour réduire les incertitudes associées et pour produire les données de la plus haute qualité pour la validation des couleurs des océans satellites. L'adaptation du traitement des données de cette manière rend les mesures globales plus précises et dignes de confiance pour d'autres études et applications en sciences de l'environnement.
Le Dr Gavin Tilstone, auteur principal et océanographe bio-optique au Plymouth Marine Laboratory, a déclaré: « Nous sommes ravis de partager cette approche par étape du traitement des données des capteurs optiques pour la validation des couleurs de l'océan par satellite. pour le changement climatique et les études de qualité de l'eau.
« Étant donné que le processeur communautaire est open-source, cela signifie qu'il est largement disponible pour les pays, les petites organisations et les jeunes scientifiques qui n'avaient peut-être pas les connaissances, l'expertise technique et la capacité de traitement pour traiter les données optiques à ces normes élevées. »
Le Dr Tom Jordan, co-auteur et scientifique de l'observation de la Terre en Ocean Optics au Plymouth Marine Laboratory, commente: « Un aspect important de l'étude était qu'il démontrait la cohérence entre les incertitudes calculées par Hypercp et la variabilité des mesures par différents capteurs dans le domaine. À l'avenir, cela donne une meilleure confiance que nous pouvons combiner des capteurs multiples et des déplacements de champ pour fournir une référence fidèle pour la valorisation des couleurs SATellite ». «
Un large éventail de groupes d'utilisateurs et de particuliers utilisent déjà le processeur communautaire amélioré et les chercheurs en début de carrière dans de nombreux pays apprennent à l'utiliser grâce à des événements de formation spécifiques.
Standardiser les données dans le monde
Pour que les données soient acceptées pour une utilisation par des agences telles que la NASA, l'ESA et l'EUMETSAT, elles doivent être de la qualité de la « mesure de référence fiduciale », qui est la norme acceptée de la plus haute qualité pour les principales données radiométriques utilisées pour valider et soutenir les missions de couleurs de l'océan satellite. Pour atteindre ce niveau de qualité, quatre critères doivent être satisfaits:
- Les protocoles reconnus pour la validation des satellites sont suivis.
- Des normes traditionables du système international d'unités (SI) sont appliquées.
- Les estimations de l'incertitude des mesures sont incluses.
- Tous les capteurs sont évalués par des intercomparmisations internationales sur le terrain.
Le Dr Dirk Aurin, co-auteur et chercheur principal au NASA Goddard Space Flight Center, résume l'histoire de la standardisation du traitement des couleurs des océans satellite et de la manière dont cette étude aide à faire progresser les solutions à la question de la normalisation: « La normalisation du traitement des couleurs de l'océan satellite à la NASA a commencé avec SEAWIFS dans les années 1990, la plus usée dans le développement de la couleur internationale.
« However, the processing of in situ radiometry used to validate these orbital missions was not similarly standardized until the release of the community processor, HyperCP. HyperCP has evolved from its roots at NASA in 2019, during the latest overhaul of the protocols for satellite validation by the International Ocean Colour Coordinating Group (IOCCG), to an international collaboration including space agencies in the US and Europe, academic institutes, and le secteur privé.
« La campagne sur le terrain soulignée dans cet article représente la première application publiée de HYPERCP dans le but de minimiser les incertitudes et les écarts sur plusieurs plateformes radiométriques en collocated in situ de différents fabricants gérés par différents laboratoires, et démontre la capacité de la radiométrie sur le terrain avec des instruments commerciaux de la qualité des couleurs océans Métrologie de mesure. «
Le Dr Riho Vendt, co-auteur et professeur agrégé à l'Université de Tartu, a continué: «Les mesures de comparaison de routine sont essentielles pour valider les données d'observation de la Terre. Cette dernière comparaison introduit un traitement des données harmonisé en utilisant le processeur communautaire hypercp open source. Produits de données d'observation. «
Les prochaines étapes consistent à intégrer des capteurs nouveaux et supplémentaires avec des estimations d'incertitude dans le processeur communautaire afin de continuer à améliorer la confiance dans les données des satellites des couleurs océaniques.
L'étude faisait partie des mesures de référence fiduciaires pour le projet de phase 2 de la couleur de l'océan satellite (FRM4SOC). Le développement de Hypercp a été lancé par Hyperinspace de la NASA et les packages de traitement de logiciels Pyscidon de l'Université de Victoria, et est actuellement mené par une équipe internationale d'experts scientifiques d'institutions telles que la NASA, le NPL, la NOAA, l'Eumetsat, le PML et d'autres.
