Nye bilder av Norge hver femte dag

Sentinel-2 (2)- Foto ESA_cropped.jpg

Sentinel-2 består av to satellitter, Sentinel-2A og 2B. Sentinel-2A ble skutt opp 23. juni i 2015 og Sentinel 2B ble skutt opp i mars i år. Til sammen gir de to sentinellene nye bilder av jordas overflate hver femte dag – og enda oftere i Norge, siden vi ligger så langt nord. Foto ESA.

De nye Sentinel-satellittene gir Norge flere og bedre bilder av både jord og skog. Dette kan gi økt matproduksjon, bedre utnyttelse av skogressursene og mindre forurensing.

- Dette er en drøm som har blitt til virkelighet. Det nye er at vi får satellittbilder, om ikke daglig, så flere ganger i uka. Det gir oss bedre muligheter til å overvåke vegetasjonen gjennom vekstsesongen, forteller forsker Arnt Kristian Gjertsen ved NIBIO.

Det er ESA, det europeisk e romfartsamarbeidet, der også Norge er medlem, som står bak oppskytingen av de nye Sentinel-satellittene.

- Særlig Sentinel-2A og 2B blir av stor betydning for alle som er opptatt av naturressurser på land. Det blir mange gode satellittbilder over Norge. Nå gjelder det å gjøre de nye bildene lett tilgjengelig for nåværende og nye brukere, forteller Gjertsen.

Sentinel-2B_liftoff - Foto ESA.jpg
Fra utskytingen av Sentinel-2B Fransk Guyana 7. mars i år. De to satellittene Sentinel-2A og 2B er en del av ESAs Copernicusis miljøovervåkingsprogram. Sentinel-satellittene har med seg sensorer som observerer i 13 ulike spektre, noe som vil gi ny og viktig kunnskap om skog, jord og matsikkerhet – over hele kloden – også i Norge. Satellittene skal også overvåke forurensning av innsjøer og kystområder, samt varsle om flom, vulkanutbrudd og skred. Foto ESA.

Nye satellitter gir bedre kunnskap om jord, skog, fjell og utmark

De nye Sentinel-satellittene vil gi store forbedringer i kartleggingen og overvåkingen av Norge – både av fastland og kystfarvann.

- Med hyppig dekning flere ganger i uka vil problemet med skyer bli mindre, og sjansen øker for opptak når det er høytrykk og lite skyer, forklarer Gjertsen.

Til sammenligning passerer den amerikanske Landsat 8-satellitten Norge hver 16. dag. Da blir det kun to opptak hver måned, og større sjanse for overskyet vær.

Sentinel-2-satellittene har dessuten bedre såkalt geometrisk oppløsning, med 10 meter mot 30 meter for Landsat, samt flere spektrale bånd, særlig i det nærinfrarøde området.

- Bedre geometrisk oppløsning har stor betydning for tolking av vegetasjonens tilstand, forklarer Gjertsen.

For Gjertsen og hans kollegaer ved NIBIO vil bildene fra Sentinel-satellittene gi nye muligheter når det gjelder forskning, kartlegging og overvåking av skog og annen vegetasjon.

Sentinel-2A ble skutt opp i juni 2015 og passerer over samme område hver 10. dag. Med oppskytingen av tvillingsatellitten Sentinel-2B i mars i år får forskerne dobbelt så mange bilder, og opptak hver femte dag.

En annen fordel med Sentinel-2 er sporbredden, altså bredden på bakken som kommer med på hvert bilde. Sentinel-satellittene har et kamera om bord som dekker en bredde på 290 km på bakken, over halve avstanden mellom Oslo og Bergen, mot 185 km for Landsat 8.

- Dette gjør at satellitten dekker et kjempestort område hver gang den passerer over landet. Det er praktisk når målet er å kartlegge og overvåke endringer over hele Norge, forteller Gjertsen.

Begge Sentinel-2 satellittene går i den samme nær-polare omløpsbanen rundt jorda, i en høyde på 786 km over havet, men plassert på motsatt side i banen. Satellittene gjør cirka 14 omløp hvert døgn. På grunn av jordrotasjonen vil kameraene på de to satellittene til sammen dekke hele jordas overflate i løpet av fem dager.

- På grunn av den høye dekningsfrekvensen er sjansen for mange gode bilder, uten alt for mye skyer, økt betraktelig. Det blir en helt ny verden for alle som er interessert i satellittbilder av det norske landskapet, forteller Gjertsen.


Sentinellene passer på Norge

Sentinel-2 passerer alltid til samme lokale soltid for en gitt breddegrad. Satellitten passerer ekvator cirka klokken halv elleve, det vil si cirka halvannen time før sola står på sitt høyeste. Den passerer noe senere på nordlige breddegrader og noe tidligere på sørlige breddegrader. Satellitten passerer 60 grader nord cirka klokken 11:20 lokal soltid, det vil si cirka 40 minutter før sola står på sitt høyeste.

- At satellittene passerer på formiddagen er gunstig med hensyn til skyer som oppstår utover dagen når sola varmer opp jordoverflaten, forklarer satellittforskeren.

Norge ligger langt mot nord, og det er en fordel for dekningsgraden til satellittene. Overlappen mellom naboopptak øker med avstanden fra ekvator, og ved 60 grader nord fører det til at antall opptak i praksis dobles.

- Dermed får vi opptak med to til tre dagers mellomrom. Da øker sjansen for skyfrie opptak, og det øker nytteverdien av bildene fra Sentinel-2-satellittene ytterligere, påpeker Gjertsen.

 

Satellitter overvåker landbruksvekster og trær

Gjertsen forklarer at opptak med få dagers mellomrom gjør det mulig å oppdage skader og inngrep i skogen på et tidlig stadium, samt å følge med på hvordan plantene på dyrka mark vokser og utvikler seg gjennom sesongen.

- Vi kan også følge med på høstpløying, og for det formålet vil bilder fra radarsatellittene Sentinel-1A og 1B være spesielt nyttige. Avrenning fra høstpløyd jordbruksmark kan frigjøre store mengder næringsstoffer til vassdrag, og kanskje kan informasjon fra satellittdata bidra til at vi kan redusere forurensningen, forteller satellittforskeren.

Overvåking og kartlegging av skog er et område der satellitter kommer til nytte. Kunnskap om hva slags skog som vokser hvor er viktig, ikke minst når skogbranner skal slukkes.

Ukontrollerte skogbranner utgjør en stor samfunnsrisiko, de frigjør store mengder CO2 og er destruktive og katastrofale for planter, dyr, og mennesker som rammes. Noen treslag, slik som furu, er svært brennbare om flammene når trekronene med de oljeholdige furunålene. Sammen med informasjon om herskende vindretning, vann, boligområder, hyttefelt og dyrebesetninger, kan kunnskap om skogtype bistå i planleggingen av brannslukkingsarbeidet.

Skog er en milliardindustri i Norge og kunnskap om hva slags skog som vokser hvor er dessuten viktig for planleggingen av fremtidige hogster og ressursutnyttelsen av skogressursene i bioøkonomien. I dag registreres skog på bakken av egne feltarbeidere i Landsskogtakseringen, fra fly og fra satellitt.

- Ferske satellittbilder vil være et nyttig supplement for skogeiere, skogeierandelslag og skogindustri, samt for forvaltning og forskning, forklarer Gjertsen.

fig1.jpg

fig2.jpg

To ulike tidsserieprofiler for SAVI vegetasjonsindeks basert på to av Sentinel-satellittenes 13 spektrale bånd. Satellittdata fra 2015 er fra Landsat 8. Området er Hillestad i Vestfold. Foto NIBIO.

Figur 1 viser en typisk tidssignatur for vegetasjonsindeksen SAVI for en graseng som høstes midt på sommeren. Sensorene i satellitten fanger opp slåtten av grasenga og at graset gror tilbake uten å skifte farge. Foto NIBIO.

fig3.jpg
fig4.jpg
Figur 2 viser en typisk tidssignatur for vegetasjonsindeksen SAVI for en kornåker som modner og gulner i august. Sensorene i satellitten fanger opp fargeendringen fra grønt til gult. 

Satellitter måler plantevekst

Men hvordan klarer en satellitt, som kretser rundt jordkloden på 100 minutter, å måle hveteåkre og granskoger 786 kilometer unna?

Helt konkret måler satellittene refleksjonen fra vegetasjonen. Et såkalt multi-spektralt instrument i Sentinel-2 satellittene måler sollyset som reflekteres fra naturlige vegetasjonssamfunn i fjellet og langs kysten, fra kornet i bondens åker, og fra trærne i skogen. Instrumentet måler lyset i 13 spektrale bånd, fra blått lys til infrarødt lys, som ikke er synlig for øyet.

En stor forbedring sammenlignet med forløpere til Sentinel-2, satellittene Landsat og SPOT, er mange smale bånd i det området som kalles «red edge», området mellom rødt og nærinfrarødt lys.

Gjennom fotosyntesen absorberer grønne planter nesten all energien fra det røde lyset og plantene reflekterer derfor lite i det røde området, mens de reflekterer svært kraftig i det nærinfrarøde området. Refleksjonen stiger dermed brått fra det røde til det nærinfrarøde området, noe som forklarer begrepet «red edge».  Endringer i formen på «red edge» kan fortelle forskerne mye om tilstanden til plantene, for eksempel om plantene er friske eller om de er under stress.

Om refleksjonen fra plantene endrer seg, for eksempel når kornet på åkeren vokser og biomassen øker, når kornet modnes og går fra grønt til gult, når grantrærnes nåler blir gule og faller av etter angrep fra granbarkbillen, eller ved flatehogst og stormskader som skaper lyse åpninger i skogdekket, vil satellittens sensorer fange opp fargeendringen.

Sentinel-2-satellitten har dessuten et «skarpt syn», det er god oppløsning i bildene. Satellittens instrument kan nemlig gi forskerne beskjed om endringer, for eksempel i en kornåker, på helt ned til 10 x 10 meter. Bildene kan dermed brukes til å fortelle bonden hvor i åkeren kornet vokser bra og hvor det vokser dårlig. Bedre informasjon til bonden kan gi bedre avlinger på sikt, noe som vil kunne gi økt matproduksjon.

- Slik kunnskap er nyttig både for bønder, skogeiere, forskere og forvaltning. Vi tenker oss tjenester som løpende følger med på og varsler viktige hendelser i landbruket. Slik kan Sentinel-2 bidra til å nå den nasjonale målsettingen om å øke matproduksjonen med 20 prosent innen 2030, påpeker NIBIO-forsker Arnt Kristian Gjertsen.

Sentinel-2_transmitting_data_by_laser - Foto ESA.jpg
Når Sentinel-satellittene har samlet inn data sendes de ned til bakkestasjoner i Italia, Spania og Norge. Data kan også overføres via laser til andre satellitter som så videresender informasjonen til bakken. Dette gjør det enklere å overføre store datamengder. Foto ESA.

 

Nytt datasenter gjør satellittbilder tilgjengelige

En av utfordringene med bruk av satellittbilder, både innen forskning og forvaltning, er at bildene ikke alltid er lett tilgjengelige. I tillegg er forskerne nødt til å modifisere og behandle satellittdataene på spesielle måter før de kan tas i bruk og komme til nytte for ulike brukere.

Gjennom kartsamarbeidet «Norge digitalt» ble det i 2009 etablert en egen faggruppe for satellitter. Målet med faggruppen er nettopp å legge til rette for økt bruk av satellittbilder for anvendelser i Norge.

- Bruken av satellittbilder avhenger av tilgjengelighet og pris.  Det er viktig at satellittbildene er gratis, lett tilgjengelige og enkle å bruke, forklarer Gjertsen, som også er medlem av faggruppen.

Brukere slik som Miljødirektoratet, Norsk institutt for vannforskning (NIVA), Norsk institutt for naturforskning (NINA), og NIBIO har stor nytte av satellittbilder. Det er imidlertid viktig for brukerne at bildene er klare for tolking og analyser, slik at det ikke blir for mye arbeid med å tilrettelegge bildene.

- I stedet for at hver enkelt institusjon skal klargjøre satellittbilder selv, kan dette gjøres felles for alle, noe som vil gjøre det billigere og enklere å ta i bruk de nye satellittbildene, sier Gjertsen avslutningsvis.

fjernmåling_stor.jpg
Kilde: NIBIO/Nyhetsgrafikk.no
KONTAKTPERSON
satellittdata.no

Norsk Romsenter opprettet i 2016 et nasjonalt datasenter for satellittbilder med navnet satellittdata.no. Satellittdatasenteret skal tilby brukerne preprosesserte og analyseklare satellittbilder. Tjenesten er gratis for alle.

 

Norge digitalt

Norge digitalt ble opprettet i 2005 og har som oppgave å etablere og distribuere geografiske data, grunnkart og temakart. Norge digitalt (www.norgedigitalt.no) er et samarbeid mellom 600 virksomheter samt offentlige aktører, slik som energiverk, kommuner, fylker og statlige fagetater.

 

Satellitter

Satellitter skytes opp, for eksempel av NASA, den nord-amerikanske romfartsorganisasjonen eller av ESA, den europeiske romorganisasjonen. Også private selskaper, slik som Astrium, Airbus Group sender opp satellitter. Når satellittene, som kan variere i størrelse fra rundt 90 til 1500 kg, først har blitt plassert i bane rundt jorden så er det hastigheten og gravitasjonen gjennom sentripetalkraften som holder satellittene i deres sirkulære bane rundt Jorda. Satellittene har en beregnet «levetid» som ofte ligger mellom fem og ti år.

Selv om Norge ikke er medlem av EU er Norge medlem av den europeiske romorganisasjonen ESA, European Space Agency, og deltar i finansiering og utviklingsarbeidet av Sentinel-satellittene, en viktig pillar i det europeiske romprogrammet Copernicus.

 

Sentinel-2B_satellite_at_ESA_s_site_in_the_Netherlands - Foto ESA.jpg Sentinel-2B satelliten i ESAs lokaler i Nederland, 14. november 2016, før satellitten ble pakket og sendt til Fransk Guyana for oppskyting. Sentinel 2B gir Copernicus bedre øyne og fargesyn. Copernicus er ESAs miljøovervåkingsprogram.

 

Satellittbilder

Når satellittdata benyttes er det ofte snakk om geometrisk oppløsning. Landsat er en av de mest kjente jordobservasjonssatellittene og Landsat 1 ble skutt opp i 1972. Den nyeste, Landsat 8 ble skutt opp i 2013 og har en geometrisk oppløsning eller pikselstørrelse på 30 meter. SPOT er en fransk serie med satellitter som startet i 1986, og den nyeste, SPOT 6, har en pikselstørrelse på 1,5 meter. Bilder fra SPOT er ikke gratis for brukerne og må bestilles. Sentinel-2 satellittene vil kunne levere bilder med en oppløsning mellom 10 og 20 meter. Med en slik oppløsning er det blant annet mulig å identifisere inngrep i skog.

De ulike typene oppløsning er radiometrisk oppløsning, geometrisk oppløsning og spektral oppløsning. Radiometrisk oppløsning forteller hvor presist signalene blir kvantifisert: 8 bit gir 256 muligheter, mens 12 bit gir 4096 muligheter. Det kan sammenlignes med å måle avstander med en en-meter linjal med 256 graderinger mot en en-meter linjal med 4096 graderinger. Geometrisk oppløsning er hvor stort område på bakken en detektor (piksel) i bildeplanet «ser». Spektral oppløsning er hvor mange spektrale bånd en sensor avbilder lyset i. Eksempler på spektrale bånd er blått, grønt, rødt, og infrarødt lys. Sensoren i satellittene kan altså «se» lys som er usynlig for det menneskelige øyet.

 

Preprosessering av satellittdata

Selve klargjøringen av Sentinel-2 opptak, det vil si det som kalles preprosessering, består av geometrisk og atmosfærisk korrigering. Den geometriske korrigeringen sørger for at bildene blir kartriktige, noe som gjør at piksler som avbilder samme gjenstand i terrenget blir liggende nøyaktig oppå hverandre. Det gjør det mulig å følge endringer på bakken over tid. Atmosfærisk korrigering justerer for atmosfærens påvirkning på pikselverdiene, altså gråtonene i bildene. Uten denne korrigeringen ville det vært vanskelig for de fleste brukerne å utnytte bildene fra Sentinel-2 optimalt.

 

Sentinel

Ordet sentinel kommer av sentire, det latinske ordet for å føle, og på engelsk betyr sentinel i dag vokter.

Sentinel-1 er en radarsatellitt, det vil si at den kan ta bilder gjennom skyer over land og hav uavhengig av lysforhold og skyer. Satellittene vil være til særlig hjelp i havovervåkning og overvåkning av skredfare. Målet er at det skal være to Sentinel-1 satellitter operative samtidig, i første omgang Sentinel-1A og 1B.

Sentinel-2 er en optisk satellitt som tar opp arven etter Landsat. Den vil ta bilder både over land og kystfarvann, og bildene vil være spesielt viktige for overvåking av jord og skog. Målet er at det skal være to Sentinel-2 satellitter operative samtidig, i første omgang Sentinel-2A og 2B.

Sentinel-3 har tre instrumenter om bord, et optisk (synlig og infrarødt lys), et termisk (varmestråling) og en radarhøydemåler (topografi over land og hav), og kan brukes til både overvåking av havområder og miljøovervåkning over land. Geometrisk oppløsning på det optiske instrumentet er 300 meter. Målet er at det skal være to Sentinel-3 satellitter operative samtidig, i første omgang Sentinel-3A og 3B.

Sentinel-4 og 5 er instrumenter, som skal plasseres på meteorologiske satellitter, og skal måle den kjemiske sammensetningen av atmosfæren. Sentinel-6 skal foreta nøyaktige høydemålinger, blant annet for å fastslå endringer i havnivået.

(Kilde: http://snl.no/Sentinel)

 

Arnt Kristian Gjertsen - Foto Lars Sandved Dalen - NIBIO.jpg Formålet med satellittbilder.no er å gjøre data fra satellittobservasjoner lettere tilgjengelig for brukerne. I stedet for at hver enkelt institusjon skal klargjøre satellittbilder selv, kan dette gjøres felles for alle, noe som vil gjøre det billigere og enklere å ta i bruk de nye satellittbildene. Arnt Kristian Gjertsen er forsker ved NIBIO og ekspert på satellittmålinger. Foto Lars Sandved Dalen, NIBIO.

 

Tekst frå www.nibio.no kan brukast med tilvising til opphavskjelda. Bilete på www.nibio.no kan ikkje brukast utan samtykke frå kommunikasjonseininga. NIBIO har ikkje ansvar for innhald på eksterne nettstader som det er lenka til.