Svedkom zmeny životného prostredia z vesmíru

Svedkom zmeny životného prostredia z vesmíru

Afrika Flores-Anderson. Kredit: Science Friday

Tento článok od Cassie Freund bol pôvodne uverejnený dňa Masívna veda . Príbeh je súčasťou Prelom , antológia krátkych filmov od Science Friday a Howard Hughes Medical Institute (HHMI), ktorá sleduje ženy pracujúce na popredných miestach vo svojom odbore. Zistite viac a pozrite si filmy na BreakthroughFilms.org .


Niektorí vedci sa pozerajú na miniatúrne svety cez mikroskopy a iní majú väčší pohľad na Zem z vesmíru. Afrika Flores-Anderson je jednou z nich: National Geographic Explorer pôvodom z Guatemaly, pracuje pre SERVIR, spoluprácu medzi NASA a USAID ktorá monitoruje našu planétu zo satelitných snímok a práve začína doktorandské štúdium v ​​oblasti obnoviteľných zdrojov na McGill University. Jedným z jej aktívnych výskumných projektov je štúdium vplyvu kvitnutia rias na kvalitu vody jazera Atitlán v Guatemale. S Massive sa rozprávala o svojich vedeckých vášňach, rôznych typoch satelitov, na ktoré sa spolieha, a o tom, ako môžu snímky z diaľkového snímania zásadne zmeniť to, ako vidíme svet.



Cassie Freund: Takže predpokladám, že sa na Zem pozeráte z vesmíru ako na živobytie. Môžete mi o tom povedať trochu viac?

Flores-Anderson sa pozerá na satelitnú snímku jazera Atitlán, kde zažíva rozkvet rias. Kredit: Science Friday

Afrika Flores-Anderson : Na pochopenie našej planéty používame satelitné snímky. Zameriavam sa na monitorovanie životného prostredia, na používanie satelitných snímok pre celý rad rôznych aplikácií, ale najmä na identifikáciu zmien krajinnej pokrývky a monitorovanie kvality vody. A to je miesto, kde som sa veľa sústredil pomocou satelitných údajov na monitorovanie kvality vody v jazere Atitlán.

Existujú dva hlavné zdroje satelitných informácií. Jeden je pasívny. Takže to, čo senzor zaznamenáva, je buď energia, ktorá sa odráža od slnka späť do senzora, alebo energia, ktorú vyžaruje telo, na ktoré sa pozeráme. Takže skrátka senzor nemá vlastný zdroj energie, len meria, čo dostáva, čo sa odráža alebo čo sa vyžaruje. Ďalším typom satelitných údajov je aktívny diaľkový prieskum zeme, kedy snímač vysiela vlastný zdroj energie. LiDAR, Detekcia a meranie svetla , ide do toho a Radar so syntetickou apertúrou (SAR) tiež patrí do tejto kategórie. ( Ed: LiDAR a SAR sú metódy na meranie a mapovanie prvkov na povrchu Zeme pomocou laserov a radarov. ).

Súvisiace video

Prielom: Jazero Sentinel

Je úžasné, ako sa výskum zmenil od úsvitu celej tejto technológie. čo si o tom myslíte?

Myslím si, že sme v jedinečnej ére využívania satelitných údajov. Aj keď som s nimi začal pracovať, čo bolo ako v roku 2006, nemali sme voľne dostupné satelitné snímky. Landsat tam už bol, ale nebol voľne dostupný. Voľne dostupné sa stali v roku 2008 a myslím si, že to úplne zmenilo spôsob, akým dokážeme používať tento typ údajov na rozhodovanie. Pretože Landsat sa stal voľným, čo otvorilo všetko pre ostatné misie na uvoľnenie svojich údajov, aby boli údaje tiež voľne dostupné. Teraz každý rok, ktorý uplynie, mám pocit, že máme viac senzorov, viac údajov, ktoré sú k dispozícii. A nielen pasívne [údaje], ale aj aktívne, pričom ich zverejňuje aj Európska vesmírna agentúra Sentinel 2 ktorý je optický a Sentinel 1 čo je radar so syntetickou apertúrou. To sme ešte nikdy nemali. Myslím si, že budúcnosť vyzerá jasnejšie, pokiaľ ide o údaje, ktoré sú k dispozícii, pretože existuje viac misií, ktoré sa pripravujú a spúšťajú. A myslím, že teraz, viete, v minulosti ste si vystačili len s jedným obrázkom, pretože bolo ťažké získať jeden obrázok. Najprv ste si ho možno museli kúpiť a počítačové prostriedky, ktoré ste potrebovali na jeho spracovanie. A nielenže sprístupňujeme dáta tým, že ich voľne sprístupňujeme, ale zlepšila sa a zväčšila sa aj kapacita počítačov, takže môžeme pracovať s viac ako jedným obrázkom. Teraz môžeme robiť časové analýzy a pozerať sa na zmeny medzi jednotlivými obrázkami v porovnaní s tým, ako sa pozeráme len na jeden obrázok naraz.

Takže je to úplne iné, čo môžeme robiť teraz [v porovnaní] s tým, čo sme mohli robiť v minulosti. A vyzerá to lepšie vo všetkom, pretože teraz sa môžeme pozrieť na rôzne komponenty, rôzne charakteristiky toho istého miesta.

V piatok prispejte vede

Investujte do kvalitnej vedeckej žurnalistiky prispením daru Science Friday.

Porovnanie vedľa seba ukazuje účinky hurikánu Irma, ktorý mení ostrovy v Karibiku do hneda. Kredit: NASA

To je skvelá pointa. Spomenuli ste rozhodovanie, schopnosť aplikovať svoju vedu do politiky alebo ju dať manažérom. Myslíte si, že skutočnosť, že sa zaoberáte obrázkami a obrázkami, má vplyv na ľudí, ktorí sa rozhodujú, ako keby to mohli vidieť na vlastné oči?

Rozhodne áno. Viete, hovorí sa, že jeden obrázok má hodnotu viac ako 1000 slov. To je pravda. V skutočnosti je program, pre ktorý pracujem, SERVIR, spoločnou iniciatívou medzi NASA a USAID. A [SERVIR] začali, pretože používali satelitné snímky na monitorovanie lesa v Petén Guatemale. Pochádzam z Guatemaly. Hranica medzi Mexikom a Guatemalou bola vtedy na satelitných snímkach Landsat veľmi viditeľná, pretože mexická strana bola úplne odlesnená a na guatemalskej strane bolo ešte veľa lesov. A tento obraz [dvoch strán hranice] sa stal kľúčovým a hlavným dôvodom skutočnosti, že bola vytvorená najväčšia chránená oblasť v Guatemale, Biosférická rezervácia Maya . Bolo to kvôli tej satelitnej snímke, ktorá tak jasne ukázala z vesmíru nedotknuté lesy z guatemalskej strany a poľnohospodársku expanziu, odlesňovanie z mexickej strany.

A viete, to malo priamy vplyv na rozhodovanie, a preto bola zriadená aj rada chránených území v Guatemale. Takže to malo veľa dôsledkov. Myslím si však, že satelitné údaje sa stali dôkazom o tom, ako využívame naše prírodné zdroje, a stávajú sa niečím, čo môžeme ukázať tvorcom rozhodnutí a politikom o vplyvoch, ktoré majú ľudia na životné prostredie, [tak, každý môže pochopiť. Je jednoduchšie komunikovať.

To je veľmi zaujímavé. Nikdy som nepočul, že poznáte tento príbeh o vytvorení guatemalských chránených oblastí. To je naozaj skvelé.

Áno, a myslím si, že to je aj príbeh nášho programu, ktorý stojí za tým, ako používať geopriestorové technológie a pozorovania na rozhodovanie, na zlepšenie rozhodovania, na informovanie pri rozhodovaní. Pretože určite, ak sa používa správnym spôsobom, môže mať taký vplyv na zem. Je to ťažké, ale dá sa.

Jazero Atitlan. Kredit: Science Friday

Pracujete momentálne na niečom konkrétnom?

No, pracujem na jazere Atitlán, čo je toto krásne jazero v Guatemale, druhé najnavštevovanejšie miesto v krajine. Je to nádherné jazero obklopené sopkami. A [Pracujem na] grante, ktorý sme získali od National Geographic a Microsoftu na monitorovanie a predpovedanie kvitnutia rias v jazere Atitlán. Používame satelitnú technológiu identifikovať, kedy dochádza k kvitnutiu rias a ako dlho vydržali. Používame však aj iné zdroje satelitných údajov ako premenné, ktoré majú vysvetľujúcu hodnotu o tom, kedy a prečo dochádza k kvitnutiu rias. Na analýzu používame strojové učenie alebo umelú inteligenciu. Niektoré z hlavných výsledkov [sú] to, že odtok a zrážky [majú veľké účinky], pokiaľ ide o to, kedy sa v jazere Atitlán tvoria kvety rias.

To je jedna z vecí, na ktorej [na] pracujem, priamo spojená s mojou krajinou a kde som bol schopný splatiť všetko, čo mi moja krajina dala, ako je vášeň pre štúdium environmentálnych vied a záujem o zachovanie a ochranu našich zdrojov. v krajine. A ďalšia téma, na ktorej som pracoval, je použitie radaru so syntetickou apertúrou na monitorovanie lesa a odhad biomasy. Vydali sme knihu.... minulý rok? 2019? ( smeje sa )Stratil som pojem o čase.

Satelitný pohľad na jazero Atitlán v roku 2009. Kredit: s láskavým dovolením Afrika Flores-Anderson Satelitný pohľad na jazero Atitlán v roku 2019. Kredit: s láskavým dovolením Afrika Flores-Anderson

Na tom pracovalo šesť rôznych odborníkov na radar so syntetickou apertúrou, ktorí sa snažili zhromaždiť všetky metodológie a aplikovať poznatky o tom, ako používať túto technológiu na monitorovanie lesa a odhad biomasy.

Ďalšia vec je, že teraz máme údaje, ktoré môžeme použiť na prevádzkovej báze na používanie SAR, Sentinel-1. SAR existuje už dlho, ale nebola voľne dostupná. Teraz však Európska vesmírna agentúra vytvára tieto údaje zadarmo. NASA tiež pripravuje a chystá sa spustiť novú misiu spolu s indickou vesmírnou agentúrou ISRA. Misia sa volá NISAR a údaje budú voľne dostupné.

Takže sa pripravujeme na túto novú misiu, ktorá bude poskytovať voľne dostupné SAR. Existujú nejaké archívne údaje z ALOS-PALSAR, čo je [od] japonskej vesmírnej agentúry. Je to historické, ale môžeme to použiť aj zadarmo. Existuje veľa zdrojov, ale nie je toľko kapacít, ako používať tento typ technológie na prevádzkovej báze. Takže to sa práve teraz stalo mojím novým záujmom a vášňou – ako ich urobiť použiteľnejšími a pokúsiť sa z týchto nových súborov údajov získať čo najviac informácií.

Znie to ako veľká práca.

Áno. A je nás, samozrejme, veľa. Veľmi sa spolieham na odborníkov, ktorí to robia už dlho. A bola to veľmi pekná a plodná spolupráca.

Takže študujete jazerá, študujete tropické pralesy. Existuje iný typ ekosystému, do ktorého by ste sa nakoniec chceli dostať?

(smiech) Nie, to je veľa. Chcem pokračovať v práci na jazere Atitlán, ale možno niektoré moje výskumy budú smerovať viac k krajinnej pokrývke pre lesy, ale uvidíme. A viem, že sa musím sústrediť na jednu vec. Ale môj mozog vždy funguje...

Súvisiaci článok

Míľa v topánkach vulkanológa

Flores-Anderson a výskumný tím v jazere Atitlán. Kredit: Science Friday

Áno, rozumiem. Stihneš niekedy cestovať? Robíte niekedy prácu v teréne, aby ste potvrdili pravdu, na ktorú sa pozeráte, alebo sa pri tom väčšinou spoliehate na spoluprácu? [ Ed: „Základná pravda“ znamená ísť si pozrieť a osobne potvrdiť niečo, čo ste videli na satelitnej snímke]

Veľmi si zakladáme na spolupráci. Napríklad pri jazere Atitlán veľmi úzko spolupracujeme so subjektmi, ktoré na jazere pracujú, ako je Lake Authority [ Jazerný úrad pre trvalo udržateľný manažment povodia jazera Atitlán a jeho okolia ]. Je tam univerzita, University of the Valley of Guatemala , ktorá má kampus pri jazere. Existujú aj ďalšie skupiny, ktoré zhromažďujú údaje o kvalite vody v okolí jazera a my s nimi spolupracujeme. A tak sme sa dočkali na mieste pozorovania tejto terénnej práce od nich. Niekoľkokrát som bol v teréne, musím sa priznať, že v minulosti som to robil častejšie, ale teraz získavame údaje z terénu väčšinou prostredníctvom spolupráce.

Pre kvalitu vody sú kľúčové pozorovania v teréne, pretože to je spôsob, akým kalibrujeme a overujeme našu analýzu pomocou satelitných údajov. Najlepší spôsob [získania meraní] bol doteraz prostredníctvom týchto spoluprác, ale aj s pokrokom technológie teraz môžeme na získanie týchto údajov použiť údaje s vysokým rozlíšením. na mieste pozorovania, najmä keď hovoríme o krajinnej pokrývke, pretože to je celkom ľahké identifikovať s údajmi s vysokým rozlíšením, ak poznáte krajinu. Takže, viete, budem sa cítiť veľmi pohodlne, keď urobím nejaký zber údajov o Guatemale na zmenu krajinnej pokrývky a využívania pôdy, pokiaľ budem mať na to údaje vo vysokom rozlíšení. Veľa z tohto sveta sa stalo veľmi sedavým ( smeje sa ). Pretože technologický pokrok bol veľmi významný, máme tieto rôzne zdroje údajov s vysokým rozlíšením, ktoré sa vzhľadom na obmedzenia ceny alebo dostupnosti nemusia použiť na vytvorenie samotnej mapy. Môžeme ich však použiť na kalibráciu a validáciu. Sme len zaplavení informáciami, údajmi. Ktoré je dobré. Je to dobrý problém mať.

'Myslím si, že už len vidieť, ako vyzerá povrch Zeme s inými šošovkami, je krásne.'

To je pravda. Vždy ste sa zaujímali o tvorbu máp?

Odkedy som sa naučil geografické informačné systémy [GIS]. Áno. Bol to voliteľný kurz na mojom bakalárskom štúdiu, keď som študoval v Guatemale. Bol to len GIS a veľmi sa mi to páčilo, a potom som bol v skupine, ktorá robila mapy, a zostal som s tým pracovať, pretože bolo také zaujímavé a pekné vidieť informácie, ktoré sme nazbierali v teréne ( v tej chvíli som robil veľa terénnych prác) v dvojrozmernej rovine a vidieť to na mape. Bolo to veľmi, veľmi pekné. A odvtedy som zostal robiť analýzu geografických informácií.

Kredit: Science Friday

Mám na vás ešte jednu otázku: Zaujímalo by ma, či viete opísať to najkrajšie, čo ste kedy videli na satelitnej snímke.

Oh, to je zaujímavé. Dovoľ mi pozrieť sa. Je tam veľa veľmi pekných...jeden obrázok sa mi veľmi páči. Zameriava sa na to, ako znázorniť veci, ktoré nevidíme našimi očami, pretože, viete, zhromažďujeme informácie v rôznych častiach elektromagnetického spektra. To, čo môžeme vidieť, je len vo viditeľnej časti spektra. To je dôvod, prečo môžeme vidieť obrázky v RGB [červená-zelená-modrá, obvyklá farebná schéma na fotografiách], ktoré sú veľmi kompatibilné s tým, čo vidíme na zemi. A to veľmi uľahčuje interpretáciu: toto je voda, toto je les, toto je pôda.

Ale tiež zhromažďujeme informácie v iných častiach elektromagnetického spektra, ako je blízke infračervené. A SVIEŤ (krátkovlnné infračervené) a to očami nevidíme. A keď skombinujeme všetky tieto informácie, vytvoríte nádherné obrázky vo falošných farbách, ktoré niečo znamenajú – napríklad vegetácia sa veľa odráža v blízkej infračervenej oblasti. Zdravá vegetácia je super jasná farba a my to očami nevidíme. Takže mať to pochopenie a mať tie informácie, vizualizovať si to je veľmi pekné. Existuje pekný obrázok, falošný farebný obrázok pre jazero Atitlán, ktorý jednoducho vyzerá nádherne. Jazero bolo momentálne čisté a v povodí okolo jazera môžete vidieť hory, lesy, poľnohospodárstvo v rôznych farbách – nie je to prirodzený farebný obraz, je to falošný farebný obraz. Ale vyzerá to tak, tak krásne.

A myslím si, že už len vidieť, ako vyzerá povrch Zeme s inými objektívmi, je krásne. A to už niečo znamená! Keď idete do tých kapiel a poviete si, ach, je to jasné, pretože možno má viac chlorofylu alebo má menej chlorofylu, alebo pretože má túto zložku a nie túto. Dáva to veľký zmysel, keď sa dostanete aj do detailov. Takže pre mňa je veľmi, veľmi zaujímavé vidieť to, čo moje oči nevidia.

To bola úžasná odpoveď.

Takýchto veľmi krásnych obrázkov je veľa. A vytvárame ich pomocou týchto ďalších pásov, týchto obrazov vo falošných farbách a vyzerajú úžasne a niektoré v RGB, len v prirodzenej farbe, tiež vyzerajú nádherne. Ale Zem je krásna, úprimne.