เทคโนโลยีทางอวกาศเกี่ยวกับดาวเทียม

แพลงก์ตอนพืชขนาดเล็กที่พบในมหาสมุทรของโลกมีผลผลิตมหาศาล และสร้างออกซิเจนครึ่งหนึ่งที่เราต้องการใช้ในการหายใจ เช่นเดียวกับพืชบนบก พวกมันใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อผลิตคาร์โบไฮเดรต ซึ่งพวกมันใช้เป็นแหล่งพลังงาน พวกมันเติบโต แบ่งตัว และผลิตมวลชีวภาพปริมาณมหาศาล ซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตในทะเลทั้งหมด นอกจากนี้ พวกมันยังเป็นแหล่งอาหารที่จำเป็นสำหรับกุ้งขนาดเล็ก ปลา และตัวอ่อนหอยแมลงภู่ ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักของปลาขนาดใหญ่ เมื่อไฟโตแพลงค์ตอนขาดตลาด แพลงก์ตอนพืชจะเป็นอันตรายต่อใยอาหารของสิ่งมีชีวิตในทะเลอื่นๆ แพลงก์ตอนพืชมีอยู่หลายกลุ่มทั่วโลก และทำหน้าที่แตกต่างกันไปในระบบนิเวศทางทะเล บางแห่งเป็นแหล่งอาหารโปรด บางชนิดสร้างสารประกอบทางเคมีเฉพาะหรือทำหน้าที่เป็นตัวยึดสารอาหารในน้ำ ซึ่งอาจมีอิทธิพลอย่างมากต่อพืชและสัตว์ทะเล ในทางกลับกันแพลงก์ตอนพืชบางกลุ่มสามารถเติบโตเป็นฝูงหนาแน่นและสร้างสารพิษได้ เมื่อมีมากเกินไปในน้ำ อาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลบางชนิด โดยเฉพาะปลา แพลงก์ตอนพืชในทะเลยังมีความสำคัญอย่างมากในการทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยเหตุนี้ นักวิจัยจึงกระตือรือร้นที่จะเรียนรู้ว่าประชากรของกลุ่มแพลงก์ตอนพืชที่เกี่ยวข้องกำลังพัฒนาไปทั่วโลกอย่างไร มากกว่าคลอโรฟิลล์ อย่างไรก็ตาม แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะประมาณจำนวนประชากรเหล่านี้อย่างละเอียดจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ จริงอยู่ นักวิจัยได้เก็บตัวอย่างน้ำจากเรือวิจัยบนเรือมานานหลายทศวรรษ เพื่อระบุและหาปริมาณแพลงตอนที่มีอยู่ แต่นี่เป็นเพียงการสุ่มตัวอย่างเท่านั้น และแม้แต่ดาวเทียมซึ่งใช้เซ็นเซอร์ในการสแกนมหาสมุทรในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา ก็เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ไม่สมบูรณ์ที่สุด แม้ว่ามันจะสามารถนำมาใช้วัดปริมาณของเม็ดสีคลอโรฟิลล์จากพืชในน้ำได้อย่างแน่นอน เพื่อเป็นตัวบ่งชี้ แพลงก์ตอนพืชมีความเข้มข้นโดยทั่วไปสูงเพียงใด การแยกความแตกต่างระหว่างแพลงก์ตอนพืชประเภทต่างๆ ยังคงเป็นเรื่องยากมาก ยิ่งไปกว่านั้น ไม่มีวิธีใดที่จะใช้ข้อมูลจากดาวเทียมเพื่อทำนายการเจริญเติบโตของสาหร่ายในบางภูมิภาค แต่ในตอนนี้ ทีมงานระหว่างประเทศที่นำโดย Hongyan Xi และ Astrid Bracher จาก Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) สามารถรวบรวมข้อมูล ดาวเทียม ได้มากขึ้นเป็นครั้งแรก โดยพวกเขารายงานในวารสาร Remote Sensing of สิ่งแวดล้อม ซึ่งทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดกับบริษัทฝรั่งเศส ACRI-ST และด้วยการสนับสนุนของผู้ให้บริการข้อมูลดาวเทียม Copernicus Marine Environment Monitoring Service ในยุโรป พวกเขาได้พัฒนาอัลกอริธึมใหม่ที่สามารถใช้กลั่นกรองข้อมูลให้เป็นข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับห้า กลุ่มแพลงก์ตอนพืชหลัก การสะท้อนแสงเป็นพารามิเตอร์หลัก เซ็นเซอร์ดาวเทียมบันทึกแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ โดยปกติจะใช้ความยาวคลื่นที่สามารถจับสีของคลอโรฟิลล์ได้ แต่ Hongyan Xi และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ค้นพบวิธีที่จะนำข้อมูลความยาวคลื่นนี้ไปใช้ประโยชน์ได้ดียิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ลักษณะที่เรียกว่าการสะท้อนแสง (หรือค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน) ซึ่งแสดงถึงปริมาณแสงแดดที่ตกกระทบโลกและสะท้อนกลับเข้าไปในอวกาศ การสะท้อนนี้เกิดจากกระบวนการทางแสงหลายอย่าง: แสงกระจัดกระจาย โค้งงอ และเปลี่ยนแปลงโดยโมเลกุลของน้ำและอนุภาคในมหาสมุทรและบรรยากาศ Hongyan Xi อธิบายว่า "และแพลงก์ตอนซึ่งมีเม็ดสีบางชนิดก็มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสง" "การสะท้อนแสงอาจแตกต่างกัน การเปรียบเทียบอย่างอุตสาหะของข้อมูลบนเรือและดาวเทียม ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้จากการทำงานอย่างหนักเท่านั้น ขั้นแรก ทีมต้องพิจารณาว่ารูปแบบการสะท้อนแสงใดเป็นลักษณะเฉพาะของแพลงก์ตอนแต่ละชนิด จากนั้นพวกเขาต้องเปรียบเทียบการอ่านค่าดาวเทียมกับตัวอย่างแพลงก์ตอนที่เก็บในเวลาและสถานที่เดียวกันจากเรือวิจัยบนเรือ โชคดีที่การค้นพบการสำรวจโดยใช้เรือหลายลำมีอยู่ในฐานข้อมูลที่สาธารณชนสามารถเข้าถึงได้ ต้องขอบคุณเอกสารสำคัญเหล่านี้ ผู้เชี่ยวชาญจึงสามารถระบุได้ว่าตัวอย่างน้ำถูกเก็บที่ไหนและเมื่อใด รวมถึงชนิดและประเภทของแพลงก์ตอนที่มีอยู่ Xi และเพื่อนร่วมงานวิเคราะห์แคลิฟอร์เนีย ชุดข้อมูลเหล่านี้ 12,000 ชุด -- จากนั้นแมปแต่ละชุดกับการสแกนดาวเทียมที่ถ่ายจากสถานที่เดียวกันในเวลาเดียวกัน การทำเช่นนั้นทำให้พวกเขาอนุมานได้ว่าแสงสะท้อนเปลี่ยนไปอย่างไรในแพลงก์ตอนบางประเภท คุณภาพน้ำและการเกิดสาหร่ายพิษ ด้วยผลการวิจัยเหล่านี้ พวกเขาจึงพร้อมที่จะพัฒนาอัลกอริทึม ปัจจุบันสามารถใช้เพื่อระบุชนิดของแพลงค์ตอนพืชที่มีความโดดเด่นในพื้นที่ทางทะเลใดๆ ทั่วโลก โดยพิจารณาจากข้อมูลการสะท้อนแสง นี่เป็นสิ่งสำคัญ เช่น เพื่อระบุ "ดอกของสาหร่ายที่เป็นอันตราย" (HABs) ที่เป็นพิษ การมีแพลงก์ตอนพืชบางชนิดเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำด้วย ข้อมูลที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะสำหรับอุตสาหกรรมการประมง Hongyan Xi กล่าวว่า "นอกจากนี้ ในอนาคต เราจะสามารถระบุได้ว่าการกระจายของแพลงก์ตอนพืชได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือไม่ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในแง่ของการทำนายผลกระทบต่อระบบนิเวศ"