Små kommersiella satelliter spelar en roll i undersökningar av atmosfäriska partiklar, enligt nyligen publicerad avhandlingsforskning av en forskarassistent vid Earth System Science Center vid University of Alabama i Huntsville (UAH), en del av University of Alabama System.

Forskningen av Jeanné le Roux (M.S., Earth System Science, 2020) är bland de första att använda kommersiella högupplösta små satellitdata (smallsat) för luftkvalitetsundersökningar.

Den peer-reviewed tidningen dök upp i Fjärranalys och var medförfattare av le Roux, Dr Sundar Christopher, UAH professor i atmosfärisk och geovetenskap, och Manil Maskey, en forskare vid NASA:s Marshall Space Flight Center. Forskningen stöddes av ett NASA-bidrag för dess kommersiella Smallsat Data Acquisition-program.

Le Roux tittade på att tillämpa data från PlanetScope-sensorer ombord på 100-plus Dove-småsats som används av företaget Planet för användning i luftkvalitetsbedömningar av fina partiklar. Dove-satelliter är småsatsningar i 3U-konfigurationer, vilket i princip betyder att var och en är storleken på tre kubsatelliter (CubeSats) sammanfogade, mäter 10 x 10 x 30 centimeter.

"Detta var en första undersökning av möjligheten att använda kommersiell högupplöst CubeSat-data, säger le Roux, vem är från Riverside, Kalifornien, och arbetar också som forskningsassistent med NASA:s Interagency Implementation and Advanced Concepts Team (IMPACT).

"Medan dessa data visar mycket lovande för luftkvalitetstillämpningar, det finns vissa överväganden som måste beaktas, främst relaterat till inkonsekvenser som kan uppstå när data från över 130 individuella sensorer kombineras."

Planet var först i branschen att lansera ett så stort antal småsatsningar i samma nätverk för det specifika syftet med jordobservation, men det finns många andra företag som har eller planerar smallsat-nätverk för olika ändamål.

Atmosfärsforskare använder olika satellitdata för att utöka ett stort nätverk av markbaserade luftkvalitetsövervakningsstationer i USA och runt om i världen, som till exempel Naturvårdsverkets luftkvalitetssystem.

"Problemet med dessa marknätverk är att medan de gör frekventa mätningar, de tillhandahåller endast information om luftkvalitet på den specifika punkten på markövervakningsplatsen, " säger le Roux. "Satellitdata kan användas för att fylla i luckorna och uppskatta luftkvalitetsparametrar över stora och kontinuerliga rumsliga skalor."

Kommersiella företag har legat i framkant när det gäller att tillhandahålla mycket högupplösta satellitbilder tillgängliga för köp, säger le Roux.

"Tills statligt finansierade satelliter är designade för att konkurrera, dessa kommersiella data kommer att vara mycket eftertraktade för en mängd olika vetenskapliga tillämpningar, " hon säger.

"Data från företaget Planet är specifikt unik, genom att det ger högupplöst täckning av större delen av jordens landmassa på daglig basis. De flesta andra kommersiella högupplösta satelliter erbjuder inte global täckning vid denna frekvens, och har snarare i uppdrag att fokusera på specifika områden på jorden baserat på kundernas önskemål."

Även om det finns statliga satelliter som tillhandahåller information om luftkvalitet, ingen av dem har utvecklats för att göra det med en rumslig upplösning som är så detaljerad som den som för närvarande erbjuds av kommersiella satelliter, säger le Roux.

"Till exempel, NASA:s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) kan användas för att härleda olika luftkvalitetsparametrar med en pixelstorlek så låg som 250 meter, men PlanetScopes pixelstorlek är fortfarande betydligt mindre på bara 3 meter, säger le Roux.

Även om det är möjligt att regeringen kommer att investera i teknik som liknar Planets kommersiella nätverk i framtiden, Hittills har kommersiella företag varit vägfinnarna för detta tillvägagångssätt för att samla in fjärravlästa bilder, hon säger.

Le Roux fann vissa nackdelar med att använda småsatsar för forskning om atmosfäriska partiklar.

"Den största nackdelen med dessa data är potentiella konsistensproblem som uppstår, eftersom data kombineras från över 100 individuella sensorer, " säger hon. "Även om man är mycket noga med att göra bilder från de olika sensorerna så konsekventa som möjligt, Geometriska och radiometriska kalibreringskvalitetsproblem har tagits upp i tidigare studier."

Också, CubeSats har ett begränsat antal band för att se jorden, hon säger. Medan MODIS har 36 kanaler, kommersiella sensorer har tre till fyra band, typiskt i den synliga till den nära-infraröda delen av spektrumet. Det är en nackdel för studier som behöver mer täckning i det elektromagnetiska spektrumet.

"En av de första sakerna som vi behöver förstå är kvaliteten på mätningarna med hjälp av kalibreringskoncept. Sedan måste vi bedöma geolokaliseringens noggrannhet, " säger le Roux. "Vårt arbete ger ramarna och metoderna för att bedöma dessa noggrannheter."

Tekniken som används i Planets konstellation av småsatsningar fortsätter att förbättras så kvaliteten på data bör fortsätta att utvärderas i framtida studier, säger le Roux.

"Fördelarna med att ha dessa frekventa högupplösta bilder uppväger ofta en del av datakvalitetsproblemen."