Data pro cvičení: https://nextcloud.vsb.cz/s/9K2SWo6yomxoCPR

Primárním účelem zaměření mise Sentinel 3 je monitorování širokého spektra parametrů mořské hladiny a oceánů. Svými měřeními navazuje zejména na družice Envisat a CryoSat 2, jelikož pásy snímání těchto systémů a datové specifikace se částečně překrývají.

Pro získávání informací o teplotě, barvě, znečištění nebo výšky vln mořské hladiny, vytváření oceánských předpovědí nebo monitorování ledu, využívá tato družice čtyři hlavní měřící přístroje. Stejně jako předešlé systémy, i Sentinel 3 snímá zemský povrch díky sestavě dvou identických družic, které operují na subpolární dráze tak, že každá z družic se vždy nachází na protilehlé straně Země.

Sentinel 3A byl vypuštěn na oběžnou dráhu v únoru 2016 a Sentinel 3B v květnu 2018. Díky tomu, že hlavním cílem mise je monitorování rozsáhlých vodních ploch, prostorová přesnost družic dosahuje pouze 300 – 1000 m.

Měřící přístroje (senzory):

• Optické:
  • OLCI (Ocean and Land Colour Instrument)
    • 21 spektrálních pásem, 300m rozlišení
    • Šířka záběru snímku 1270 km
  • SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer)
    • 9 spektrálních pásem, rozlišení 500 m a 1 km
    • Šířka záběru snímku 1675/750 km
    • Slouží k zjišťování teploty povrchu nad pevninou a oceány
    • Dvě spektrální pásma jsou určena přímo k monitorování požárů
• Radarové
  • SRAL (Synthetic Aperture Radar Altimeter)
    • Režim nízkého a vysokého rozlišení
    • Využívá se k altimetrii (měření výšky) – dloudobé změny výšky hladiny oceánů, monitorování proudění, přílivu a odlivu nebo mořského ledu
• Mikrovlné
  • MWR (Microwave Radiometer)
    • Využívá se k podpoře měření SRAL
    • Měří vypařování vody, obsah vodní páry v oblacích nebo tepelné záření vyzařované ze zemského povrchu

Produkty Sentinel 3 a poskytování dat:

• Data jsou poskytována podle úrovně zpracování a kombinace informací z jednotlivých přístrojů
• Zpravidla se jedná o Level 0, 1, 2
• Level 0 – představuje surová a nezpracovaná data
• Level 1 – data jednotlivých senzorů po základní atmosférické, geometrické a radiometrické korekci
• Level 2 – tzv. Synergické produkty – Kombinace dat ze senzoru OLCI a SLSTR ve formě 300m gridu a kombinace těchto senzorů ve formě produktu navazující na data senzoru VEGETATION družice SPOT.

Odvození teploty povrchu z dat ze Sentinelu 3 naleznete v tomto dokumentu.

Detekce aktivních požárů

Brightness temperature: teplota černého tělesa, která by vyzařovala stejnou intenzitu záření jako měřený objekt při dané vlnové délce. 

• Družice nezaznamenává přímo skutečnou teplotu povrchu, ale množství tepelného záření (radiance), které k němu dorazí.

• Toto záření se převede pomocí fyzikálního modelu na teplotu, jako kdyby bylo vyzařováno ideálním černým tělesem.

• Výsledkem je brightness temperature, obvykle ve stupních Kelvin (K)

1. Převod radiance na reflektanci – Radiance to Reflectance Processor

Tento krok je zásadní pro správnou interpretaci snímků, zejména při denních záběrech.

Radiance (radiance)

• Jednotky: W·sr⁻¹·m⁻²·μm⁻¹

• Množství energie vyzařované nebo odražené z určité oblasti povrchu v daném směru a spektrálním pásmu.

• Hodnota radiance zachycená senzorem je ovlivněna množstvím slunečního záření, úhlem dopadu a vzdáleností Země od Slunce.

Reflectance (TOA reflectance / odrazivost na vrcholu atmosféry)

• Bezejmenná jednotka (0–1) – udává poměr, kolik záření se odrazí zpět vzhledem k dopadajícímu záření.

• Umožňuje porovnat data získaná v různou denní dobu nebo v jiných oblastech.

• TOA reflectance (Top of Atmosphere reflectance) ještě nezohledňuje atmosférickou korekci – tedy vliv atmosféry je stále přítomen.

Proč se převádí radiance na reflectance?

• Radiance závisí na osvětlení (denní době, slunečním úhlu, vzdálenosti Země–Slunce).

• Reflectance normalizuje tyto vlivy a umožňuje srovnání pixelů napříč snímky.

• Mnoho algoritmů detekce požárů a oblačnosti pracuje právě s reflectance, ne s radiance.

2. Resampling

V datech ze Sentinel-3 (konkrétně SLSTR – Sea and Land Surface Temperature Radiometer) mají jednotlivá spektrální pásma různé prostorové rozlišení:

• Např. pásma S1–S5 mají rozlišení 500 m,

• pásma S6–S9 a F1, F2 (pro detekci požárů) mají rozlišení 1 000 m.

3. Reprojection – Reprojekce je proces, při kterém se změní souřadnicový systém rastrového datasetu, tedy způsob, jakým jsou geografické souřadnice zobrazovány na plochu.

4. Cloud mask

Cloud maska je binární vrstva, která určuje, zda je daný pixel na snímku zakrytý oblakem (1) nebo bez oblačnosti (0). Tento krok je klíčový, protože:

• oblačnost může zakrývat aktivní požáry, a tím snižovat detekovatelnost,

• světlé oblaky mohou být mylně identifikovány jako požáry, pokud nejsou správně odfiltrovány.

(S2_reflectance_an+ S3_reflectance_an)>0.9 or S9_BT_in < 265 or ((S2_reflectance_an+ S3_reflectance_an)>0.7 and S9_BT_in < 285)

5. Detekce požárů

F1_BT_fn > 325 and (F1_BT_fn – F2_BT_in) > 18 and cloud_mask == 0