Satellite Remote Sensing of Atmosphere-Surface Systems and Ground Truth Measurements

Feltarbeid er utført i landområder på Svalbard, i havområder i Lofoten og i Bohai Sea i Kina og i Lake Namtso i Tibet for å samle inn data som skal brukes til å lage optiske modeller for kystvann og innsjøer, aerosoler, snø- og iskrystaller og bakkealbedo. I havområder i Lofoten og i Bohai Sea i Kina, samt i Lake Namtso i Tibet er feltarbeid utført for å samle inn data om vannets optiske egenskaper og innhold av ulike marine substanser i form av alger, gulstoff og uorganiske partikler. Arbeid er utført hvor disse data brukes til å lage bio-optiske modeller for kystvann i Nord-Norge og i Kina og Lake Namtso i Tibet. Disse bio-optiske modellene gir en matematisk sammenheng mellom de ulike marine substanser og vannets optiske egenskaper, som forteller oss i hvilken grad lys absorberes og spres ved ulike bølgelengder, og hvilken vinkelfordeling det spredte lyset har. De optiske egenskaper er input til en strålingstransportmodell, som brukes til å beregne transport av lys i et koblet atmosfære-hav-system. Spesielt kan man beregne hvor mye tilbakespredt sollys et satellitt-instrument vil måle ved forskjellige bølgelengder når informasjon om aerosoler og marine substanser er kjent. Videre kan strålingstransportmodellen brukes til å gjenvinne informasjon om aerosoler og marine substanser ved at den kjøres mange ganger med ulike verdier av aerosol- og vannparametere for å finne de verdier som gir best samsvar mellom simulerte resultater for lysradians på toppen av atmosfæren og tilsvarende satellittdata. I landområder på Svalbard er feltarbeid utført for å samle inn data som skal brukes til å lage optiske modeller for aerosoler, snø- og iskrystaller og bakkealbedo. Arbeid er i gang med å bruke disse data til å lage bio-optiske modeller for aerosoler og overflatens egenskaper. Disse bio-optiske modellene gir en matematisk sammenheng mellom aerosol- og overflateparametere og optiske egenskaper (absorpsjons- og spredningskoeffisienter ved ulike bølgelengder og spredningens vinkelfordeling). Som i tilfellet ovenfor, vil de optiske egenskaper være input til en strålingstransportmodell, som kan brukes til å beregne transport av lys i et koblet atmosfære-overflate-system, og spesielt til å beregne hvor mye tilbakespredt sollys et satellitt-instrument vil måle ved forskjellige bølgelengder når informasjon om aerosoler og overflatens egenskaper er kjent. Videre kan strålingstransportmodellen brukes til å gjenvinne informasjon om aerosoler og overflatens egenskaper ved at den kjøres mange ganger med ulike verdier av aerosol- og overflateparametere for å finne de verdier som gir best samsvar mellom simulerte resultater for lysradians på toppen av atmosfæren og tilsvarende satellittdata.

The objective is to collect data for construction of bio-optical models for coastal waters, snow-ice optical property models, surface albedo models, and aerosol optical property models, and to use these models in radiative transfer models (RTMs) for coupl ed atmosphere-surface systems. These RTMs will then be employed to develop improved satellite remote sensing tools for simultaneous and accurate retrieval of atmosphere and surface parameters that can be used to retrieve important information about the Ea rth System for inclusion in and improvement of Earth System Models (ESMs). Snow and ice covered surfaces are areas at which early signs of climate change occur, and therefore important for inclusion in and improvement of ESMs. Reliable satellite monitorin g of highly productive aquatic ecosystems is currently lacking, and tools to provide such monitoring will be important for obtaining improved ESMs that can aid decision makers in their efforts to facilitate the adaptation of ecosystems to climate change, and to mitigate negative impacts on managed and natural terrestrial, coastal-water, and freshwater ecosystems. The accuracy and consistency of combining atmosphere-surface radiative coupling with simultaneous retrieval of atmosphere-surface parameters fro m all available satellite data, as proposed in this project, will constitute the basis for future research, both in atmosphere-surface remote sensing and climate change studies. The validity of this approach in remote sensing of coastal waters will be tes ted against ground truth measurements.