Oil spill and newly formed sea ice detection, characterization, and mapping in the Barents Sea using remote sensing by SAR

Dette er et prosjekt som blev til gjennom en felles innsats mellom UiT Norges arktiske universitet og P.P. Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science i Moskva og deres respektive partnere. Prosjektet kobles til et økt fokus på miljøovervåking i Barentshavet, og da særlig marin forurensning relatert til petroleumsindustri og shipping. Resultatene fra prosjektet sees å være direkte relevant for satellittbaserte tjenesteleverandører og organisasjoner som ivaretar oljevernberedskap i marine miljø. Den overordnede målsettingen til prosjektet var å bidra til forbedret miljøovervåking fra satellitt over hav. Oljesøl og nyfrosen is gir samme type av lav tilbake spredning til radar, men siden miljøovervåkning trenger å separere disse har vi innenfor prosjektet sammenlignet observasjoner av disse fra flybåren og satellittbåren radar for å undersøke evnen for separasjon. Vi fant at det finnes polarimetrisk informasjon i radar bildene der vi kan skille disse to, men at den flybårne L-band radaren grunnet det gode signal til støy forholdet var å foretrekke. Innvirkningen av støy på polarimetrisk parameters var også undersøkt, slik at vi kunde sette søkelys på parameterer som var funnet å ha lav sensitivitet til støy og innfallsvinkel. Sammen med de russiske partnerne har vi også funnet at mineralske olje, plantolje og nyfrosen gir forskjell i dampingen av små bølger innenfor radar teorien. Vi har utviklet en deteksjonsmetode for å kunne kartlegge mørke overflatefilmer i Barentshavet i medium oppløst data fra Sentinel -1A og -1B satellittene. Vi kan nå detektere disse områdene på havoverflaten automatisk i et stort datasett av Sentinel-1 bilder, og sammen med våre Russiske partnere og Istjenesten arbeider vi nå med å etablere en metode som korrekt identifiserer forskjellige mørke overflatefilmer. Det er etablert et godt samarbeid med energiselskap og satellittbasert tjenestetilbyder i delprosjektet som omhandler studier av produsert vann fra oljerigger. Vi analyserte både høyoppløst flerpolarimetrisk syntetisk apertur radar og laveoppløst fritt tilgjengelig Sentinel-1 data. For de høyoppløste dataen er det et begrenset antall bilder, men som er spesial bestilt over to oljerigger på norsk sokkel i løpet av 3 år, og fra Sentinel-1 er data fra 2 år analysert. Resultatene er også sammenlignet med optisk data fra Seninel-2 fra samme to åren. Satellitt deteksjonene av produsert vann er analysert sammen med informasjon om volum og konsentrasjon av produsert vann som er samlet inn på oljeriggene. Gitt dette har vi identifisert begrensninger og muligheter for å bruke den fritt tilgjengelige Sentinel-1 data for miljøovervåkning utslipp med lav oljekonsentrasjon.

Within the project we investigated the satellite signatures of produced water slicks. To carry out this work collaboration with two oil companies were established and resulted in increased collaboration with the Norwegian Clean Seas Association for Operating Companies and the oil spill detection service at KSAT. The work is presently being extended to the mapping of naturally occurring thin oil seeps in the Barents Sea through national interdisciplinary collaboration at UiT, and their drift patterns is being explored through at UiT/Met Norway collaborative PhD student. Collaboration with researchers from JPL/NASA (USA) in how to separate a mineral oil spill from newly formed sea ice in an Arctic Ocean was carried out. Such a method has a societal benefit should an accidental spill occur. The outcome from this was also highlighted in the Nansen Legacy Annual report for 2020.

This project is a joint effort between UiT The Arctic University of Norway and P. P. Shirshov Institute of Oceanology Russian Academy of Science, and their respective partners. It addresses the urgent need of environmental monitoring of the Barents Sea, with a particular focus on marine pollution from the petroleum industry & shipping and its look-alikes. The aim of this project is to contribute to improvement of the environmental monitoring capability by satellite of marine pollution in the Barents Sea. This shall be achieved through development of advanced algorithms for analysis of synthetic aperture radar data and mapping of the occurrences of oil spills and their look-alikes. The main challenges are to distinguish mineral oil pollution from its look-alikes and to detect and characterize abnormal releases of produced water from oil rigs. The outcome of this project has a clear value and use for satellite service providers, such as Kongsberg Satellite Services, and for end users represented by organisations such as The Norwegian Clean Seas Association for Operating Companies. Satellite service providers can directly utilize the scientific and technical outcome of this project in their synthetic aperture radar oil spill monitoring service to provide enhanced information retrieval from satellite remote sensing of marine pollution.