Fra utskytingen av satellittene på Fransk Guyana 7. mars i år. De 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. (Foto: ESA)
Nye satellitter viser hvor kornet vokser best
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.
Artikkelen er produsert og finansiert av NIBIO - Les mer
Fact: Click to add text
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.
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.
– 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 europeiske 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.
Nye bilder av Norge hver femte dag
Arnt Kristian Gjertsen er forsker ved NIBIO og ekspert på satellitmålinger. (Foto: Lars Sandved Dalen)
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 sjansen er større for at været er overskyet.
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 tiende 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 kilometer på bakken, over halve avstanden mellom Oslo og Bergen, mot 185 kilometer for amerikanske 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.
I løpet av fem dager kan de to satellittene til sammen dekke hele jordas overflate.
– På grunn av den høye dekningsfrekvensen er sjansen for mange gode bilder, uten altfor mye skyer, økt betraktelig. Det blir en helt ny verden for alle som er interessert i satellittbilder av det norske landskapet, forteller Gjertsen.
Sentinel-2 passerer alltid til samme lokale soltid for en gitt breddegrad. 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.
Når Sentinel-satellittene har samlet inn data sendes de ned til bakkestasjoner i Italia, Spania og Norge. (Foto: ESA)
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.
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 kan være katastrofale for planter, dyr og mennesker. Noen treslag, slik som furu, er svært brennbare om flammene når trekronene med de oljeholdige furunålene. Sammen med informasjon om 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 utnyttelsen 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.
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 nær-infrarøde området. Refleksjonen stiger dermed brått fra det røde til det nær-infrarøde 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 Gjertsen.
Nytt datasenter gjør satellittbilder tilgjengelige
Annonse
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.
