Imagens noturnas aumentam o valor científico do Landsat

Por Centro de Observação e Ciência de Recursos Terrestres (EROS)

Por mais de 50 anos, o Landsat obteve imagens da terra da Terra e das superfícies próximas à costa enquanto os satélites descem em órbita no meio da manhã, quando a luz solar diária é ideal. Isso é exatamente o que eles sempre fizeram.

Atualmente, o Landsat 8 e o Landsat 9 circundam o globo enquanto também fazem melhor uso de seus caminhos ascendentes, perscrutando a escuridão em busca de pedidos especiais.

As bandas espectrais visíveis do Landsat – as mesmas cores de comprimento de onda azul, verde e vermelho que nossos olhos podem ver – normalmente não são tão úteis quando coletadas no nó da órbita ascendente (também conhecido como “imagens noturnas”). A exceção é o crepúsculo ou escuridão nos pólos da Terra, que pode fornecer uma observação surpreendentemente clara nas bandas espectrais infravermelhas térmicas, onde as temperaturas da neve, do gelo e da água podem ser recuperadas quando o Sol está no horizonte ou abaixo dele.

Através das bandas escuras de infravermelho de ondas curtas (SWIR) do instrumento Operational Land Imager (OLI) do Landsat, é possível detectar fontes de calor intenso, como vulcões ou incêndios ativos, enquanto o Sensor Infravermelho Térmico (TIRS) mede temperaturas de superfície que variam de gêiseres geotérmicos a gelo sólido.

Há um interesse crescente em ver o que o Landsat pode capturar à medida que sobe sobre o lado escuro da Terra, de acordo com o Dr. Christopher Crawford, Cientista do Projeto Landsat no Centro de Observação e Ciência de Recursos Terrestres (EROS) do US Geological Survey (USGS). Crawford lidera e supervisiona a estratégia de aquisição de dados terrestres de longo prazo do Landsat para o USGS.

“Tenho observado um aumento notável no número de solicitações especiais de imagens noturnas. Essa é uma área científica de medição muito ativa e inovadora para o Landsat no momento”, disse Crawford.

“Temos vulcões activos, temos um ambiente gelado que está a mudar, e as ocorrências de incêndios florestais estão cada vez mais a transformar-se em perigos que ameaçam a segurança humana, a infra-estrutura e a vida selvagem, entre outros problemas. A imagem nocturna é uma solução para todos os fins, como o Jiffy Baking Mix.”

De olho nos vulcões e no Yellowstone

Um pedido específico de imagens noturnas que se transformaram em “observação sistemática”, disse Crawford, é o Parque Nacional de Yellowstone. As 10.000 características térmicas da área vulcânica, como gêiseres, fontes termais ou fontes de vapor, podem ficar mais quentes ou mais frias e podem aparecer ou desaparecer.

Crawford é fascinado por vulcões em geral e reconhece o valor de imaginá-los dia e noite. Depois do lançamento do Landsat 9 em 2021, quando dois satélites com os mesmos sensores de alta qualidade produziriam juntos uma imagem de cada área de terra a cada oito dias, parecia um bom momento para iniciar uma campanha anual consistente para capturar vulcões activos à noite, disse ele.

R. Greg Vaughan, do Centro de Ciências Astrogeológicas do USGS, que pesquisa vulcões ativos, deu-lhe uma lista. Vaughan usou dados do Landsat e outros métodos de sensoriamento remoto para monitorar as mudanças nas características térmicas em sua função como líder de sensoriamento remoto do Observatório do Vulcão de Yellowstone.

Vaughan também ensinou a Crawford algo sobre como obter imagens das características térmicas de Yellowstone à noite – que a melhor estação para localizá-las é durante o inverno. É aí que o contraste entre as características aquecidas e a área circundante mais fria é maior.

“O que provavelmente mais aprendi é que você precisa adquirir dados para então entender quais dados continuar a adquirir”, disse Crawford.

Vaughan avistado uma surpresa emocionante ao revisar os dados TIRS noturnos do Landsat 8 de Yellowstone adquiridos em abril de 2017. Comparando áreas quentes nas imagens com características térmicas mapeadas anteriormente, ele encontrou uma “grande bolha de pixels brilhantes e quentes” que não correspondia a nada no mapa.

Depois de descartar a possibilidade de que pudesse ser um lago descongelado próximo a uma terra congelada, ele examinou a área isolada com imagens aéreas diurnas. Os sinais reveladores de uma nova e crescente característica térmica estavam lá: solo brilhante alterado pela hidrotermia e árvores mortas e moribundas.

Vaughan discutiu sua descoberta e o uso dos dados do Landsat em um episódio recente do podcast Eyes on Earth produzido por USGS EROS.

“É por isso que adoro tanto o Landsat 8 e 9. Esses instrumentos adquirem dados regularmente, não apenas durante o dia, mas também podem ser encarregados de adquirir dados regularmente à noite. E isso é realmente crítico para o meu trabalho”, disse Vaughan.

Vaughan foi nomeado membro do atual Equipe Científica do Landsatum grupo de especialistas científicos e técnicos no assunto que fornecem análises e consultoria ao Programa Landsat. Sua pesquisa nessa função se concentrará em vulcões ativos.

Incêndios, Flares e Áreas Urbanas Entre Solicitações

A comunidade de bombeiros no oeste dos Estados Unidos também valoriza as imagens noturnas do Landsat, disse Crawford – incluindo a indústria de energia e sua infraestrutura.

O Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia envia solicitações especiais anuais para imagens noturnas proativas de incêndios florestais sazonais para apoiar a tomada de decisões no terreno.

“Fizemos isso três temporadas seguidas e os resultados são bastante notáveis ​​em termos do que podemos ver”, especialmente com as bandas SWIR, disse Crawford. Esses resultados se comparam bem aos sensores infravermelhos aéreos obtidos em voos de baixa altitude sobre os mesmos incêndios florestais.

O Landsat também pode detectar chamas de gás que são úteis para funções da indústria de petróleo e gás. “Existem pedidos especiais regulares apresentados para monitorizar locais globais que produzem Gás Natural Liquefeito, ou GNL”, disse Crawford.

Além disso, ele vê solicitações de imagens noturnas de cidades específicas para mapear a temperatura urbana, que pode ser mais alta do que em áreas vizinhas mais frias.

Um pedido recente foi além da já rotineira monitorização de vulcões activos na Islândia, abrangendo todo o país e a costa numa grande campanha sazonal para avaliar a actividade vulcânica global.

Crawford avalia cuidadosamente este tipo de pedido, colocando estas questões: “Isto avança a missão científica? Está a servir a comunidade de utilizadores?”

Para a Islândia, isso foi um sim.

“Procuro áreas onde os dados de imagem do Landsat possam ser subutilizados, bem como áreas para o avanço da missão científica estratégica e benefícios sociais e, de muitas maneiras, essas áreas de crescimento podem ser possibilitadas através do processo de aquisição de dados”, disse Crawford.

Um salto em frente

Um avanço significativo no aprendizado sobre as capacidades noturnas do Landsat veio com o esforço para monitorar as regiões polares durante todo o ano, com a liderança do ex-membro da equipe científica do Landsat, Dr. Ted Scambos, da Universidade do Colorado Boulder.

O Campanha Landsat de Aquisição Estendida dos Poloneses (LEAP) agora coleta rotineiramente imagens das regiões polares, onde antes existiam poucas imagens de inverno no registro de dados do Landsat. As bandas espectrais infravermelhas visíveis a ondas curtas e infravermelhas térmicas permitem aos cientistas rastrear mudanças nas camadas de gelo polares, medir as temperaturas da superfície polar e examinar a interação da água do oceano e das plataformas de gelo.

O ângulo baixo do Sol não é um grande obstáculo para a qualidade dos dados de imagem, disse Crawford em um Episódio Eyes on Earth sobre a campanha LEAP. “A neve e o gelo ainda são meios muito brilhantes na superfície e, portanto, mesmo que a iluminação seja baixa, ainda é possível ver muitos detalhes devido à alta refletividade.”

Felizmente, as imagens noturnas não sobrecarregam o Landsat 8 e o Landsat 9. “Os instrumentos estão sempre ligados, por isso é apenas uma questão de saber se estamos registrando os dados”, disse Crawford.

A escuridão das imagens ajuda a manter os volumes de dados muito mais baixos do que durante o dia e permite tempo suficiente para os satélites transmitirem os dados para estações terrestres em todo o mundo, cuja função é fazer a ligação descendente dos dados registados.

“Estamos começando a aproveitar as capacidades dos observatórios Landsat 8 e Landsat 9 para obter o máximo retorno de benefícios científicos e sociais”, disse Crawford.

“Estamos preenchendo o arquivo Landsat com registros de dados de imagens de longo prazo que são úteis não apenas para quantificar as mudanças na superfície da Terra agora, mas também no passado e no futuro.”

Solicitando e acessando imagens

Para saber mais sobre as aquisições de dados Landsat e enviar uma solicitação especial para futuras imagens noturnas, visite a página de aquisições Landsat.

Todas as imagens coletadas por solicitação especial são disponibilizadas ao público por meio do Site do USGS EarthExplorer. Selecione o conjunto de dados “Landsat Collection 2 Level-1” e, em seguida, selecione “Noite” em Critérios Adicionais.