Vidne til miljøændringer fra rummet

Vidne til miljøændringer fra rummet

Afrika Flores-Anderson. Kredit: Science Friday

Denne artikel af Cassie Freund blev oprindeligt udgivet den Massiv videnskab . Historien er en del af Bryde igennem , en kortfilmantologi fra Science Friday og Howard Hughes Medical Institute (HHMI), der følger kvinder, der arbejder på forkant med deres felter. Lær mere og se filmene på BreakthroughFilms.org .


Nogle videnskabsmænd ser på miniatureverdener gennem mikroskoper, og nogle tager et større billede ved at se på Jorden fra rummet. Afrika Flores-Anderson er en af ​​de sidstnævnte: en National Geographic Explorer oprindeligt fra Guatemala, hun arbejder for SERVIR, et samarbejde mellem NASA og USAID der overvåger vores planet fra satellitbilleder og er netop begyndt på en ph.d. i vedvarende ressourcer ved McGill University. Et af hendes aktive forskningsprojekter er at studere virkningen af ​​algeopblomstring på vandkvaliteten i Atitlán-søen i Guatemala. Hun talte med Massive om hendes videnskabelige passioner, de forskellige typer satellitter, hun er afhængig af, og hvordan fjernregistrerede billeder fundamentalt kan ændre, hvordan vi ser verden.



Cassie Freund: Så jeg forstår, at du ser på Jorden fra rummet for at leve af. Kan du fortælle mig lidt mere om det?

Flores-Anderson ser over et satellitbillede af Atitlán-søen og oplever en algeopblomstring. Kredit: Science Friday

Afrika Flores-Anderson : Vi bruger satellitbilleder til at forstå vores planet. Jeg fokuserer på miljøovervågning, at bruge satellitbilleder til en række forskellige applikationer, men især at identificere ændringer i landdækning og overvågning af vandkvalitet. Og det var der, jeg havde fokuseret meget ved at bruge satellitdata til at overvåge vandkvaliteten i Atitlán-søen.

Der [er] to hovedkilder til satellitinformation. Den ene er passiv. Så det, sensoren optager, er enten den energi, der reflekteres fra solen tilbage til sensoren, eller den energi, der udsendes af den krop, vi ser på. Så kort sagt har sensoren ikke sin egen energikilde, den måler bare hvad den får, hvad der reflekteres eller hvad der udsendes. Den anden type satellitdata er aktiv fjernmåling, når sensoren udsender sin egen energikilde. LiDAR, Lysdetektion og rækkevidde , går ind i det og Syntetisk blænderadar (SAR) passer også ind i den kategori. ( Ed: LiDAR og SAR er begge metoder til at måle og kortlægge funktioner på Jordens overflade ved hjælp af henholdsvis lasere og radar ).

Relateret video

Gennembrud: The Lake Sentinel

Det er utroligt, hvordan forskningen har ændret sig siden begyndelsen af ​​al denne teknologi. Hvad er dine tanker om det?

Nå, jeg tror, ​​at vi er i en unik æra for at bruge satellitdata. Selv da jeg begyndte at arbejde med dem, hvilket var som i 2006, havde vi ikke frit tilgængelige satellitbilleder. Landsat var der allerede, men det var ikke frit tilgængeligt. Det blev frit tilgængeligt i 2008, og jeg tror, ​​at det ændrede fuldstændig, hvordan vi er i stand til at bruge denne type data til beslutningstagning. Fordi Landsat blev gratis, hvilket åbnede alt for, at andre missioner kunne frigive deres data, for også at gøre dataene frit tilgængelige. Nu for hvert år, der går, føler jeg, at vi har flere sensorer, flere data, der er tilgængelige. Og ikke kun passive [data], men også aktive, hvor Den Europæiske Rumorganisation også frigiver Sentinel 2 som er optisk og Sentinel 1 som er syntetisk blænderadar. Det har vi aldrig haft før. Jeg tror, ​​at fremtiden kun ser lysere ud i forhold til de data, der er tilgængelige, fordi der er flere missioner, der er ved at blive forberedt og lanceret. Og jeg tror, ​​at nu, du ved, tidligere har du bare [nøjet] dig med ét billede, fordi det var svært at få ét billede. I starten var du måske nødt til at købe det og de computerressourcer, du havde brug for for at behandle det. Og vi gør ikke kun data mere tilgængelige ved at gøre dem frit tilgængelige, men også computerkapaciteten er blevet forbedret og øget, så vi kan arbejde med mere end ét billede. Nu kan vi lave tidsmæssige analyser og se på ændringer fra billede til billede, sammenlignet med blot at se på et billede ad gangen.

Så det er helt anderledes, hvad vi kan gøre nu [i forhold til] hvad vi kunne gøre tidligere. Og det ser bare bedre ud med hensyn til alting, for nu kan vi se på forskellige komponenter, forskellige karakteristika af det samme sted.

Doner til Science Friday

Invester i videnskabsjournalistik af høj kvalitet ved at give en donation til Science Friday.

En side-by-side sammenligning viser virkningerne af orkanen Irma, der gør øer i Caribien brune. Kredit: NASA

Det er en god pointe. Du nævnte beslutningstagning, at kunne anvende din videnskab til politik eller give den til ledere. Tror du, at det faktum, at du har med billeder og billeder at gøre, gør en forskel for de mennesker, der træffer beslutningerne, som at kunne se det med deres egne øjne?

Ja helt sikkert. Du ved, de siger, at ét billede er mere værd end 1.000 ord. Det er sandt. Faktisk er programmet, som jeg arbejder for, SERVIR, et fælles initiativ mellem NASA og USAID. Og [SERVIR] startede, fordi de brugte satellitbilleder til at overvåge skoven i Petén Guatemala. Jeg er oprindeligt fra Guatemala. Grænsen mellem Mexico og Guatemala var meget synlig i Landsat-satellitbillederne på det tidspunkt, fordi den mexicanske side var fuldstændig afskovet, og den guatemalanske side havde stadig en masse skove. Og det billede [af de to sider af grænsen] blev afgørende, og hovedårsagen til, at det største beskyttede område i Guatemala blev skabt, Maya biosfærereservat . Det var på grund af det satellitbillede, der så tydeligt fra et rum viste de intakte skove fra den guatemalanske side og landbrugets ekspansion, skovrydning fra den mexicanske side.

Og du ved, det havde direkte indflydelse på beslutningstagningen, og på grund af det blev rådet for beskyttede områder i Guatemala også oprettet. Så det havde mange konsekvenser. Men jeg tror, ​​at satellitdata er blevet bevis for, hvordan vi bruger vores naturressourcer, og det bliver noget, som vi kan vise beslutningstagere og politiske beslutningstagere om de påvirkninger, som mennesker har på miljøet, [på en måde] alle kan forstå. Det er nemmere at kommunikere.

Det er så interessant. Jeg har aldrig hørt dig kende den historie om oprettelsen af ​​de guatemalanske beskyttede områder. Det er rigtig fedt.

Ja, og jeg tror, ​​at det også er fortællingen om vores program bag, hvordan man bruger geospatial teknologi og observationer til beslutningstagning, til at forbedre beslutningstagning, til at informere beslutningstagning. For bestemt, hvis det bruges på den rigtige måde, kan det have den indflydelse på jorden. Det er svært, men det kan.

Atitlan-søen. Kredit: Science Friday

Arbejder du med noget bestemt i øjeblikket?

Nå, jeg arbejder på Lake Atitlán, som er denne smukke sø i Guatemala, det næstmest besøgte sted i landet. Det er en smuk sø omgivet af vulkaner. Og [jeg arbejder på] en bevilling, som vi fik fra National Geographic og Microsoft til at overvåge og forudsige algeopblomstring i Atitlán-søen. Vi bruger satellitteknologi at identificere, hvornår algeopblomstring forekommer og hvor længe de har varet. Men vi bruger også andre kilder til satellitdata som variabler, der har forklaringsværdi for, hvornår og hvorfor algeopblomstringen sker. Vi bruger maskinlæring eller kunstig intelligens til at lave analysen. Nogle af hovedresultaterne [er] at afstrømning og nedbør [har store effekter] i forhold til hvornår algeopblomstring dannes i Atitlán-søen.

Det er en af ​​de ting, jeg arbejder [på] direkte knyttet til mit land, og hvor jeg har været i stand til at betale tilbage alt, hvad mit land har givet mig, såsom passionen for at studere miljøvidenskab og interessen for at bevare og beskytte vores ressourcer i landet. Og det andet emne, jeg har arbejdet på, er at bruge syntetisk blænderadar til skovovervågning og biomasseestimering. Vi udgav en bog.... sidste år? 2019? ( griner )Jeg mistede tidsfornemmelsen.

En satellitvisning af Atitlán-søen i 2009. Kredit: høflighed Afrika Flores-Anderson En satellitvisning af Atitlán-søen i 2019. Kredit: høflighed Afrika Flores-Anderson

Det blev arbejdet [på] af seks forskellige eksperter i syntetisk blænderadar, der forsøgte at indsamle alle metoderne og anvende viden om, hvordan man bruger denne teknologi til skovovervågning og biomasseestimering.

Den anden ting er, at nu har vi data, som vi kan bruge på [et] operationelt grundlag til at bruge SAR, Sentinel-1. SAR har eksisteret i lang tid, men det var ikke frit tilgængeligt. Men nu producerer Den Europæiske Rumorganisation disse data gratis. NASA forbereder sig også på at starte en ny mission sammen med den indiske rumfartsorganisation, ISRA. Missionen hedder NISAR og dataene vil være frit tilgængelige.

Så vi forbereder os selv på denne nye mission, der vil give frit tilgængelig SAR. Der er nogle arkivdata fra ALOS-PALSAR, som er [fra] det japanske rumagentur. Det er historisk, men vi kan også bruge det gratis. Der er mange ressourcer, men der er ikke så meget kapacitet i, hvordan man bruger denne type teknologi på et operationelt grundlag. Så det er blevet min nye interesse og passion lige nu – hvordan man gør disse mere anvendelige og forsøger at udtrække så meget information som muligt [fra] disse nye datasæt.

Det lyder som et stort arbejde.

Ja. Og det er en flok af os, selvfølgelig. Jeg stoler så meget på eksperter, der har gjort dette i lang tid. Og det har været et rigtig fint og frugtbart samarbejde.

Så du studerer søer, du studerer tropiske skove. Er der en anden type økosystem, som du i sidste ende gerne vil komme ind i?

(griner) Nej, det er meget. Jeg vil fortsætte med at arbejde på Atitlán-søen, men måske vil noget af min forskning gå mere i retning af arealdækning for skove, men vi får se. Og jeg ved, at jeg skal fokusere på én ting. Men min hjerne arbejder altid...

Relateret artikel

En mil i skoene af en vulkanolog

Flores-Anderson og forskerholdet i Atitlán-søen. Kredit: Science Friday

Ja, jeg forstår. Kommer du nogensinde til at rejse? Laver du nogensinde feltarbejde for at skabe sandhed, hvad du ser på, eller er du mest afhængig af samarbejder for at gøre det? [ Ed: 'Grund sandhed' betyder at gå og se på og bekræfte noget personligt, som du så på et satellitbillede]

Vi er meget afhængige af samarbejder. For eksempel for Lake Atitlán arbejder vi meget tæt sammen med enheder, der arbejder på søen som Lake Authority [ sømyndigheden for bæredygtig forvaltning af søen Atitlán-bassinet og dets omgivelser ]. Der er et universitet, Universitetet i Guatemala-dalen , der har et campus nær søen. Der er også andre grupper, der indsamler data om vandkvaliteten omkring søen, og vi samarbejder med dem. Og det har vi fået på side observationer af dette feltarbejde fra dem. Jeg har været et par gange i marken, jeg må indrømme, at det gjorde jeg mere tidligere, men nu er det mest gennem samarbejder, vi får markdataene.

For vandkvaliteten er feltobservationerne nøglen, fordi det er den måde, vi kalibrerer og validerer vores analyse ved hjælp af satellitdata. Den bedste måde [at opnå målingerne] hidtil har været gennem disse samarbejder, men også med teknologiens fremskridt, nu kan vi bruge højopløsningsdata til at opnå disse på side observationer, især når vi taler om jorddækning, fordi det er ret nemt at identificere med højopløsningsdata, hvis du kender landskabet. Så jeg vil føle mig meget godt tilpas, du ved, at indsamle data over Guatemala for jorddække og ændringer i arealanvendelsen, så længe jeg har data i høj opløsning til at gøre det. Meget af denne verden er blevet meget stillesiddende ( griner ). Fordi de teknologiske fremskridt har været meget betydelige, har vi disse forskellige kilder til højopløsningsdata, som på grund af begrænsningerne for pris eller tilgængelighed muligvis ikke bruges til at skabe selve kortet. Men vi kan bruge dem til kalibrering og validering. Vi er bare oversvømmet med information, med data. Hvilket er godt. Det er et godt problem at have.

'Jeg synes, det er smukt at se, hvordan Jordens overflade ser ud med andre linser.'

Det er rigtigt. Har du altid været interesseret i at lave kort?

Siden jeg lærte geografiske informationssystemer [GIS]. Ja. Det var et valgfag i min bachelor, da jeg studerede i Guatemala. Det var bare GIS, og jeg kunne rigtig godt lide det, og så var det mig i gruppen, der lavede kortene, og jeg blev ved med at arbejde med det, fordi det var så interessant og rart at kunne se den information, vi havde indsamlet i marken ( i det øjeblik lavede jeg en masse feltarbejde) i et todimensionalt plan og for at se det på kortet. Det var meget, meget rart. Og siden blev jeg ved med at lave Geografisk Informationsanalyse.

Kredit: Science Friday

Jeg har lige et spørgsmål mere til dig: Jeg spekulerer på, om du kan beskrive det smukkeste, du nogensinde har set på et satellitbillede.

Åh, det er interessant. Lad mig se. Der er mange meget fine…der er et billede, som jeg virkelig godt kan lide. [Den fokuserer på] hvordan man repræsenterer de ting, som vi ikke kan se med vores øjne, fordi, du ved, vi indsamler information i forskellige dele af det elektromagnetiske spektrum. Det, vi kan se, er kun i den synlige del af spektret. Så det er derfor, vi kan se billeder i RGB [rød-grøn-blå, det sædvanlige farveskema i fotografier], som er meget kompatible med det, vi ser på jorden. Og det gør fortolkningen meget let: dette er vand, det er skov, det er jord.

Men vi indsamler også information i andre dele af det elektromagnetiske spektrum som det nære infrarøde. Og SWIR (kortbølget infrarød), og det kan vi ikke se med vores øjne. Og når vi kombinerer al den information, skaber du smukke falske farvebilleder, der betyder noget - for eksempel afspejler vegetation meget i det nære infrarøde. Sund vegetation er en super lys farve, og det kan vi ikke se med vores øjne. Så at have den forståelse og have den information, at visualisere det er meget rart. Der er et flot billede, et falsk farvebillede for Atitlán-søen, der bare ser smukt ud. Søen var ren i øjeblikket, og man kan se bjergene, skoven, landbruget rundt omkring i bassinet omkring søen, med forskellige farver - det er ikke et naturligt farvebillede, det er et falsk farvebillede. Men det ser bare så smukt ud.

Og jeg synes, det er smukt bare at se, hvordan Jordens overflade ser ud med andre linser. Og det betyder noget! Når du går til de bånd, og du siger, åh, det er lyst, fordi det måske har mere klorofyl eller det har mindre klorofyl, eller fordi det har denne bestanddel og ikke denne. Det giver så meget mening, når man også kommer ind i detaljerne. Så for mig er det meget, meget interessant at se, hvad mine øjne ikke kan se.

Det var et vidunderligt svar.

Der er mange meget smukke billeder af den slags. Og vi skaber dem ved hjælp af disse andre bånd, disse falske farvebilleder, og de ser fantastiske ud, og nogle i RGB, bare i den naturlige farve, ser de også smukke ud. Men jorden er smuk, ærligt talt.