FJERNA NAL~I SE ; Reiserapport fra studie tu~ i USA og Canada. Ola M. Joh a nnessen. Internt nolat nr. 2 Bergen, nov. 1977

Transkript

1 FJERNA NAL~ SE ; ANVENDELSE FYSS K OSEANOGRAF Reiserapport fra studie tu~ i USA og Canada av Ola M. Joh a nnessen nternt nolat nr. 2 Bergen, nov. 1977

2 FJERNA NAL ~SE ; ANVENDELSE FYSS K OSEANOGRAF Reiserapport fra ' studi etu~ i USA og Canada av 01a M. Joh a nnessen nternt notat nr. 2 Bergen, nov. 1977

3 Formal: State of the art av "Remote Sensing" anvendelse i fysisk oseanografi. Finansert av: Avdeling for romvirksomhet, Norges Teknisk Naturvitenskapelige Forskningsrad. nstitusjoner og personer kbntaktet: 1) NASA Administration, 400 Maryland, Washington DC Mr'. Zirrullerman nternational Programme Dr. D. Montgomery, SEASAT Programme, Deputy 2) National Environmental Satellite Service (NESS) of National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) vvashington DC Dr. W.A. Hovis, Chairman Coa~tal Zone Col~r Scanner, NMBUS G \ Dr. E.P. MCClain, \ Head, Envi~o n ment~lsatellite Service. 3) U.S. \ Dr. Dr. Naval Research Laboratory, Washirtiton DC Vincent E. Noble ) Navy coordinator for remote B. Yapplee. senslng 4) School of Marine and Atmospheric Science, University of Miami, 4600 Rickenbacker Causeway Miami, Florida (j) \Dr. O. Brown og Dr. R. Evans l Gruppe for digital prosessering av satellitt data. 5) Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratories, NOAA, Miami, Florida \ Dr. G. Ma U.i.'j f Satelli te Oceanographer" e:: 6) Chapman Conference on Oceanic Fronts, New Orleans

4 2 7) nstitute of Geophysics and Planetary Physics, Scripps nstitution of Oceanography, La Jolla, California Drs. W. Munk, [ R. Stewart1 <member of SEASAT Sciences. Steering group) r Dr. R. Bernstein " 8) Jet Propulsion Laboratory (JPL), California nstitute tl f Technology, Pasadena, California. Dr. O. Shemdin Head Satellite Oceanography Mr. B. Stromberg, mage Processing Dr. Giberson, Project Nanager SEASAT 9) Pacific Marine Environnental Laboratory of NOAA, 3711 Fifteen Avenue, NE, Seattle \ Dr. J. ADell Director ~. Dr. M. Byrne 10) Canada Center for Remote Sensing, 2464 Sheffield Road, Ottawa Mr. E.A. Godby, Deput y Director Dr. K. Thomson, Head Ap?lication Group Dr. Raine, SERCHSAT Pro grawme (!?Sk)~"!: \ C-RtlJR ~ c.~~(t~ NASA: Zimmerman er en. av de ansvarlige forinternasjonale programmer... Formali teten e for s like ble. diskutert og da med spesielt hensyn til SEASAT og NMBUS G som. skal skytes 0PP henholdsvis l mal og august Det er her to veier a ga: a) Kontrakt med NASA om tilgang av data som er delvis behandlet og konvertert til geofysiske enheter.

5 3 Det ble gitt uttrykk for at man matte betale for dette~ Datataper vi da bli sendt til Norge for videre interpretasjon og for de fleste forskningsprosjekter ville tidsforsinkelsen ikke bety noen ting. Men for andre "overvakningsprosjekter" ville man mistettreal time"aspektet. Dogkan det nevnes at prosesserlngen av de orginale dataene fra enkelte av SEASAT sensorene er meget kompliserte a konvertere til geofysiske enheter og R. Stewart, Scripps nstitution of Oceanography har for eksempel valgt a arbeide med delvis prosseserte data som han vi fa fra JPL eller Fleet Numerical Weather Central (FNWC). Men hvis vi er interessert l Synthetic Aperture Radar, somkanskje er en av demest interessante, men ogsa mest kompliserte sensorer i SEASAT m.h.t. dataprossessering, krever denne direkte nedta~irig~ i real time idet disse dataene ikke vi tili lagret i satelitten for avspilling over bakkestasjoner senere. Fig. indikerer ~kjematisk~t ctata flow diagram fra SEASAT. b) Den andre muligheten er formelt a fa NASA'stillat~lse til a ta ned SEASAT og NMBUS G til var egen stasjon i Troms. NASA krever da vesentlig a bli kreditert i publikasjoner og eventuelt brukevare resultater i egne rapporter. Det pressiseres at dette vi kreve en meget stor innsats l ~oftware utvikling/tilpassing ogdata prossesering med spesielle dedikerte regnemaskiner til dette formal, en stor utgiftspost som man ikke kommer utenom. Hvis man nsker a behandle SAR dataene vi dette bli meget kostbart og forel big vi disse bare bli behandlet pa JPL og Canada Center for R~mote Sensing (CCRS). En mulighet er her a ta ned dataene i Troms og fa i stand en samarbeids-/leieavtale med enten NASA

6 . 4 eller CCRS for en videre behandling av SAR dataene som et pr veprosjekt i deler a v den perioden SEASAT er oppe. Dr. Montgomery representerte den tekniske siden av SEASAT programmet og de forskjellige sensorer'sspesifiserte n yaktigetog oppl seli ghet ble diskuert ~ (Jeg antar her at leseren er orinert om SEASAT og NMBUS G's sensorer \ allerede og h vis ikke henvises det til den orienteringen som ble sendt ut av Troms Telemetristasjon ~ datert den syvende september 1977). Sensorenei SEASAT og NMBUS G blir testet ~ e d hjelp av fly og flere seatruth experimenter er biitt f oretatt (mer om disse senere).montgomery var me get interessert i samarbeidsprosjekter hvor seatruth data kunne bli tatt, idet SEASAT programmet er e t eksper i mentelt program, hvor nettopp evalueringen a v s atelittdataene kanskje er det. viktigste.. Bade Zimmermann og Hontgomery var megetpositive og stillte seg meget velvilli ge tilutveksling av software pakker som blir utviklet p a JPL. ~en det var viktig atvare forslag til prosj ekter kom inn sa snart som mulig, og som nevnt f r ville forslag hvor seatruth malinger var en del.bv prosjektet f~ meget god response NESS, NOAA: Dr. Howis, som inntil for en tid siden var ansatt i NASA har ans varet for Coastal Zone Colar Scanner (CZCS) i NMBU S G. Denne sensoren maer fargen pa vannet og overflatetemperaturen (infrar d)~ Fargen pa vannet er avhengig av klorofyllln~h61d ± ' phytbplankton~ gelbstoffer og f!suspended" partikler av sedimenter og leire. Denne sensore n vi ha st rst interesse for biologe.ne. Pa grunn av begrenset "power supply" vi -* En kart oversikt over sate litter og sensorer som skal skytes opp i er gitt i Appendi x 2.

7 s denne sensoren ikke s~nde kontinuerlig og den m~ sl~es p~ over omr~der som m~ godkjennes avnasa. Fig. 2 viser et kart (etter Howis) som viser m~leomr~der som de t er uttryki;.. :. spesiell interesse for, og som man ser er norske farvann meget godt representert, men prosjekter til bruk av denne sensonen m~ foresl~es. Hvis vi ville ha detaljinformasjoner om denne sensoren og programmer kunne vi kontakt Howis direkte. Howis nevnte ogs~ at de fra 8. til 28. oktober skulle ha et interkalibreringsprosjekt for denne sensoren.den vi bli fl yet i to fly og seatruth m~linger vi bli foretatt med to skip. Omr~det ~ar 1 Gulf of Me~ico. (Dr. Mau~ som jeg senere bes kte i Mia~~ skulle v~re toktleder p~ et av skipene). EURASEP gruppen er meget involvert i denne sensoren og-et eksperiment ble foretatt i slutten av juni i ~r over "The Netherlands Bight" men dessverre ble dette eksperimentet bare delvis gjennomf rt p.g.a. kraftig skydekke. Den andre sensoren som har stor interesse for oseanografene i NMBUS G er Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR). Den samme sensoren vi bli fl yet i SEASAT, men NMBUS Ghar bedre dekning i de pol are omr~dene. Denne m~ler overflatetemperaturen under ale v2rforhold (bortsett fra kraftig nedb r) med en spesifisert relativ n yaktighet p~ loc og med absolutt n yaktighet av 1,SoC. Romoppl seligheten er 100.km, noe som medf rer at denne ikke ka ~ anvendes i kystomr~der og for messoskala fenomener. Denne sensoren kan ogs~ kartlegge isforhold p~ 100 km skalaen. McClains gruppe har spesialisert seg p~ behandling av overflatetemperaturen Y'.Cf.NOAA sateli ttene i digi talisert form og da spesielt fra Very High Resolution Radiometer (VHRR) med romlig oppl selighet av 1,1 km, hvor temperatur

8 6 differanser ned til O,5 0 C kan bli kartlagt. Denne gruppen er "research oriented" og har drevet meget med studier av oseaniske fronter (Dr. R. Legeckis). Dataene blir korrigert for atmosf~risk absorbs jon etter en empirisk modell og videre for "geometric distortion due to earth curvature, earth radius and spacecraft roll attitude errors". Et "cloud removal-interpolationanalys is" program blir anvendt som '{--=ael vi '~~' skydekte omrader fjerner skyene og bibeholder temperatur observasjonene fra de mindre skyfrie ornrader. nterpolering basert pa di~se blir sa brukt til a estimere temperaturfeltet. McClain hadde nettopp ferdig et manuskript for HMO med tittelen "Note on Satellite Derived Earth Surface Temperature". Dette manuskriptet gir en meget god oversikt over dette feltet og det er derfor inkludert l Appendix 1. NRL: En kort ettermiddagsvisit ble foretatt i dette laboratoriet. Dr. Nobel koordinerer "remote sensing" feltet innenfor U.S. Navy og har derfor en meget god oversikt over hva som foregar bade pa den sivile og milit~re side. Han var ogsa deltager i NATO Ad Hoc m te i Bryssel i mai i ar. Nobel informerte at Fleet Numerical Weater: ' Central satser stort pa utnyttelse av data fra -en rekke satelitter fra sensoreri det visuelle, infrar de og mikrob lgeomrade. Bearbeidelsen foregar pa en dedikert CYBER 175 (pris ca. 6 mill. dollars). Dehar en gruppe pa ca. 25 personer. Dataene blir behandlet t n~r sann _' tid og dataene fra de forskj ellige sensorene,

9 7 for eksempel 'ooverflatetemperaturen blir kombinert sammen med innkomne '~a.nri t:ij;d, -s. overflatetemperaturer fra skip og fly for seatruth analyse. Et av produktene vi for eksempelbli synoptisk globalt kart av overflatetemperaturen~ frontanalyser etc. omradet ba~'e var pa 'C'a 100 km. Etterhvert som fler'e og flere Dr. Nobel had de til m tet i Bryssel skrevet en kort oversikt over fo~skjellige satelitter og deres sensorer som skal skytes opp i perioden 1978~79. Denne har generell interesse og er derfor inkludert i Appendix 2. SEASAT prograrrunet ble kort diskutert og scerlig at oppl seligheten fo~ overflatetemperaturert i m~krob lgeo --' ",",_ '" - ':: 0., it "..,., front og eddy studier blir publisert og at slike messoskale fenomener er meget frekvente i ale havomrader, er kravet til US Navy med hensyn til oppl selighet l mikrob lgeomradet for 1980 arene ca. 10 km. Nobel og Yapple har ogsa analysert GEOS-3 radar altimeter data.altimetret ' kan male avstanden fra satelitten ' til overflaten med en yaktighet pa 0,5m. Dette har apnet veien til potensielt a besternme overflatens avvik fra geoiden som da Tlil bli et uttrykk for str msirkuasjonen, som er. en nskedr m for mange oseanografer). Som nevnt kan al,t.ime'feret male med ca 0,5 m n yaktighet, men denne n yaktigheten blir ikke Tlbeholt" p.g.a. krav til meget n yaktig bestemmelse av satelittbanen (laser tracking) og bestemmelse av geoiden, fordi det er avviket fra geoiden som er dynamisk interessa~t. Jeg fikk se noen originale altimeter data fra GEOS-3 og det var ogsa en del malest i. i malingene. En liknende sensor vi bli fl yet i SEASAT hvor n yaktigheten vi ' vcere ±lo cm. Men bade Nobel og Yapple hadde store problemer i analysen av GEOS dataene og var skeptiske, et inntrykk som ble bekreftet fra forskere pa Scripps og i Seattle. Dog kan nevne~ at ' -Jr. Opp10seligheten er egentlig en funksjon av frekvensen, varierende fra 87x144 km ved 6,6 GHz til 16x25 ved 37,0 GHz.

10 8 et meget interessant arbeide ble presentert av Dr. N.E. Huang (NASA, Wallops Flight Center). med ti i:telen: "Large Scale Gulf Stream Frontal Studies using GEOS-3 altimeter data". Dynamiskekarter, som gir et direkte uttrykk for str m var analysert og manedlige midler for en halv Ars periode beregn~t i omradet fra 25 0 til 39 0 Nord. En sammenlikning av sate:littdataene med.direkte malinger fra skip og b yer var ikke foretatt, sa representativiteten av dette studiet er det forel pig vanskelig A si noe om. Bruk av altimeteret fra SEASAT kan potensielt bestemme de sterke str msystemer slik som Golfstr nunen, Kuroshio- og Somalia str mmen. VAr egenkyststr m og str msystemet i Barentshav~t, som er forholdsvis Svakt, er forel pig darlige kandidater til denne metode. Metoden krever ogsa egen "laser tracking" stasjoner som igjen er avhengig av klart v~r. Univers'i tyof Hiami : Drs. Brown og Evans arbeider sammen med Professor DUring og anvender satelitt temperaturm~linger fra NOAA 4 og 5 satelittene i det infraf de omradet til A studere synoptisk /'sesongmessig ' utvikling av Somaliastr mmen og oppvelling langs Somaliakysten i det ndiske hay. Dette er et meget interessant havomrade p.g.a. et sydvest/nord st monsunene forarsaker en meget kraftig respons i str msirkulasjon~n i det vre vannlaget. Tettheten er dominert av temperaturen i dette omradet ~lik at overflatetemperaturfeltet gir en god indikasjon av sirkulasjonssystemet. Det andre programmet de er involvert i er analyse av overflatetemperaturfeltene i GATE omradet i den tropiske delen av Atlanterhavet, hvor formalet er a bestemme tids- og romvariasjoner.

11 a..j. Til a studere temperatur dataene fra NOAA satelittene har de utviklet et a.vansert "hardware/software i' system, basert rundt en PDP lt55 som ogsa er koblet sammen med en UNVAC Sys'temet er selvf lgelig iriteraktivt og resultatene blir ogsa fremstilt pa dataskj ermen i farger. appendix 3 er regnemaskinsystemet beskrevet og hovedprinsippene i prossesseringen indikert. Systemet ble demonstert for meg og det var imponerende og inter~ssant i l pet av fa minutter a se hvordan Somaliastr mmen utviklet seg i mai/juni perioden i farger pa dataskjermen. GATE omradet sa vi pa forskjellige overflate temperaturfelter som en funksjon av tiden. Anvendelse av korrelasjonsteknikk ble brukt til a beskrive typiske tid~- og romskalaer. Disse analysene som var utf rtetter at eksperimentet var over (p.g.a. at systemet enda ikke var operativt under GATE) viste at observasjonsnettet SOT!l ble bvukt av skip og b yer ikke optimalt "l ste opp" de fenomener som satelittanalysen indikerte, informasj6ner som haddev~rt meget viktig a fa f r eksp~rimentet. Professor DUing; leder av de nne gruppen var pa tokt pa Vest Afrika kysten. Han fikk daglig tilsendt ana-' lyserte temperatur kart i ncer sann tid via satelitt kommunikasjon og plottet ut pa regnemaskinen ombord. Under studier av oppvelling, eddies, fronter og andretransiente fenomener er slike ncer sann.iids analyser til stor hjelp for forskerne ombord, og dekan pa denne mate kontrollere eksperimentet meget bedre og tilpasse observasjonsprograi'nmet sitt til nye situasjoner.' (Det kan nevnes at undertegnede sammen med et team brukte en liknende filosofi i front~ studier i Middelhavet og Barentshavet i med den forskjell at vare fjernanalyseunders kelser ble utf rt med et Air Radiation Thermometer, som ble fl yet i et Orionfly. Analyser ble utf rtombord og resultatene ble sendt til forskningsskipet via radio i kode i sann tid og var til stor hjelp). v

12 10 Generelt satset Miami gruppen meget pa satelitt komunikasjon mellom regnemaskinen pa land og den ~mbord. De kunne for eksempel fra maskinen ombordkalle opp data av forskjellig ~ art som 1a lagret pa maskineni land etc., eller sende data tilbake for mer avanserte analy~~r pa land enn det som kunne gj res pa maskinen ombord og f4 resultatene tilbake og plottet ut ombord. Satelittanalyse gruppen under DUing bestar av to forskere og to teknikere. De har arbeidet to ar sammen (80 timers uke) og systemet de har utviklet har krevet ca. 15 ars normale mannsverk og da vesentlig i software utvikling. Denne gruppen er antagelig den mest avanserte i USA innen tolkinger av overflatetemperaturobservasjoner fra satelittdataer. Bade Brown og Evanshar sin bakgrunn i "computer sciences" kombinert med. fysisk oseanografi og har derfor meget. god kompetanse pa begge disse feltene. Siden de enda har publisert lite av sine analyser sa er de forel pig bare kjent lnnen en liten krets. Dennegruppens resultater viser hvor viktig det er at analyse av satelittdata foregar i et oseanografisk milj hvor slike analyser kan bli anvendt "fornuftigf~-~' ~ NOAA,- MAM: Dr. Maulhar drevet med satelittoseanografi 1 flere are Hans f rste arbeider er av deskr±ptiv natur (noen sammen med astronauter), mens hans siste arbeider er mer av kvantitativ nature Arbeidene: baserer seg vesentlig pa bildeanalyser av Gulf Loop Current- og Golfstr mmen. Fig. 3 (etter Maul) viser for eksempel possisjonen av Golfstr mmen over enars periode. Maul har kombinert sine unders kelser fra satelittdata og skip, for objektivt a evaluere satelittdataene. Han er ogsa meget interessert i a bruke altimeterdataene fra SEASAT til a male tidevann.

13 11 Maul ~r ogsa assosiert med Miami University (som ligger rett over veien) og gir et k urs i satelittoseanografi. Han har ogsa et par studenter som gj r sine Ph.D. pa satelitt oseanografi. Appendix - 5 glr en oversikt med referanser over det kurset har giro Oc'ea'nic Tront' Con"ference; New Orleans : Oseaniske fronter er et typisk geofysisk problem hvor fjernanalyseteknikken har store anvendelser. frontalomrader hvor forskjellige vannmasser m tes (analogt til atmosfcersiske fronter) kan typiske temperat J ~ differanser variere fra en til flere grader over korte horisontale distanser fra en til flere nautiske mil. "\lare egne havomrader n har vi flere sterkt utviklede frontsystemer. Polarfronten i Barentshavet er grensesonen mellom varmt Atlanterhavsvann og kaldt Arktisk vann og temperaturdifferansen i dette omradet er pa 5-6 grader, et utmerket signal for sensorene i satelittene~ (Skyer skaper selvf lgelig problemer for 'de infrar de sensorene). Videre har vi Polarfronten i Norskehavet og Kyststr m-fronten som er grensesonen mellom ferskere kystvann og atlanterhavsvann. dette omrade er saltholdigheten den dominerende parameter for tettheten og det er bare senere pa sommeren at temperaturdifferansen erstor nok til A bli registert fra satelitt. Dog er,det mulig at CZCS sensoren kan veere nyttig her. Videre er det ogsa mulig at Synthetic Aperture Radar' (SAR) i SEASAT (hvis tilgang pa disse observasjoner) potensielt kan kartlegge: denne fronten p.g.a. forskjel i overflatens ruhet Cb lgesystem) forarsaket av horisontale str mskjcer ' i frontsonen. (SARobservasjoner fra f l y fra andre frontomrader indikerer at dette er mulig). Frontkonferansen i New Orleans omfattet 6 seksjoner, hvorav den ene var viet R emote sensing", i alt 11 foredrag. Abstraktene fra disse pre sentasjonene er inkludert 1

14 12 Appendix 6; Oseaniske fronter er et relativt nytt forskningsfelt, hvor kravet til synoptisk avansert observasjonst~knikk er stort. Fnontomrader som Golfstr mmen, Kuroshio- og. Polarfronten har v~rt kjent fra historisk tid, men det er f rst i de senere 5-10 ar at moderne instrumenterirlg har gjort det mulig a fa detaljerte observasjoner til a bedre forstaelsen av dynamikken i disse.sonene. Videre er en mengde mindre frontsystemer. blitt oppdaget pa messoskala omradet i ale kyst- og havomrader i de senere ar, og "remote sensing" gir oss her en fantastisk mulighet til a kartlegge disse i rom og ~id og med tiden kanskje parametrisere frontenes effekt inn i storstilte sirkuasjonsmodeller. Oseaniske fron~er er meget viktig biologisk (ogsa akustiske) p.g.a. at en i slike soner har konvergen~, som for eksempel Polarfronten i Barentshavet. Dette f rer til "biologiske" konsentrasjoner og ofte til ket fiskefordeling. Opp og nedvellig skjer ogsa i frontsoner, igjen i analogi med atmosf~riske fronter, hvor da oppvelling bringer n~ringssalter opp i h yere vannlag som k~r produktiviteten. Japaneserne har i en arrekke v~rt klar over dette og sender ~emperatur/front kart via faksimile til Sln fiskeflate som da fisker i slike omr~der, med godt resultat. Konferansen i New Orleans var den f rste dedikerte frontkonferanse 1 verden og dette feltet kommer til a bli meget viktig 1 fremtidenr USA har man allerede tenkt pa a "instrumentere" en frontsone hvor flere forskningsgrupper fra forskjellige universiteter og andre laborat6rier skal delta. (Jeg vi i et separat forslag komme med et interdisiplin~rt ' forslag ~il frontstudier i norske farvann som involverer savel fysisk som biologisk og kjemisk oseanografi og ogsa meteorologi, hvor en kombinasjon av skip, b yer, fly og satelitter b r brukes som plattformer.)

15 13 SCRPPS: R.H. Stewart (ikke A forveksle med Stewart i Vancouver) har brukt HF radiqb lger til A studere ~ver flateb lger, str m og vind. Han er medlem av SEASAT Sciences Steering Group og tok ogsa del l det sakalte "Westcoast"eksperimentet som ble utf rt l februar- mars i Ar. Dette eksperimentet var i f rste rekke et evalueringsprosjekt for SEASAT sensorene. Disse ble fl yet i 4 fly over omrader hvor en rekke seatruth malinger ble tatt. Programmet konsentrerte seg vesentlig om b lgemalinger. Dataanalysen var ikke kommet sa langt at en sammenlikning mellom de forskjellige maledata enda var gjort,men det knyttet seg meget stor interesse til dette prosjektet, og spesielt bruk av disse data til utvikling og definering av geofysiske "computer algorithms" for sensorene i SEASAT. De forskjellige sensorene i SEASAT ble diskutert og Stewart's egen interesse var A bruke Scanning Multifrequency Microwave Radiometer (SMMR) eller Simmer som det ble kalt til A pr ve A kvantifisere nedb ren over havomrader. Dette er den samme sensoren som skal male overflatetemperaturen under ale forhold (bortsett fra ombader med sterk nedb r) (Som f r nevnt er oppl seligheten for over- flatetemperaturen varierende fra l6x25 km til 87x144 km avhengig av frekvensen.) Videre er det planlagtmed.denne sensor A male overflatevinden med en n yaktighet p~ 2 m/sek. opp til 50 m/sek. Denhar o~sa sine anvendelseri isforskning og kan skille mellom is av forskjellig alder. For vare farvann l nord vi vi matte bruke data fra den samme sensor i NMBUS G som h~r bedre dekning i PolaromrAdene. Campbell, Gloersen og Rameier har arbeidet nettopp meget med mikrob lgeteknikken i isforskning (det var meningen at jeg.. skulle m te Campbell i Seattle, men han var ikke tilstede) og for detaljinformasjon pa dette omradet henvises det til en artikkel med tittele n "An integrated approach to the remote sensing of floatin g ice" by Campbell, Ramseier, Weeks

16 -- --~ and Gloersen 1 Proceedings of the XXV nternational Astronautical Congress. Edited by L.G. Napolitane Pergamon Preis - Oxford and New York Scripps> hadde' forslag inne til ONR, se Appendix 4 til A bygge sin egen satelittmottakerstasjon, men forel pig planla de bare A ta inn TROS N satelittene. Hvis de skulle ta ned SEASAT dataene direkte, ville det ta ca 6 Arsverk bare det A konvertere JPL's dataprograrruner til regnemaskinen pa Scripps. Derfor har de i f rste rekke valgt A arbeide med delvis prossessert SEASAT data som de enten ville fa fra JPL eller FNWC. Stewart uttrykte e n viss skepsis til maling av overflatens topografiske avvik fra, geoiden~ med den n yaktighet som var spesifisert. Han papekte ogsa n dvendigheten av l~ser tracking stasjoner ved slike malinger, men forel pig var det ingen p~ Scripps som arbeidet med dette prograjunet. Professor Munk var meget interessert' i forskj ellige aspekter av remote sensing og de hadde i 1976 opprettet en Remote Sensing Comitte pa Scripps med direkt r W.Nierenberg som formann. Scripps vi satse meget pa dette fet~t i fremtiden og planlegger som nevnt sin egen mottakerstasjon. Forslaget til dette er formu1ert av R. Berhstein.Fi1osbfien i dette forslaget (Appendix 4) avviker seg ganske sterkt fra den som er brukt i Miami gruppen. Bernstein f?reslar at de skal kj :pe e,t sys t em ' ferdig hvor bade nhard~,jare! software" utvikingen vi bli gjort av et privat kompani..

17 15 Han mener at slike systemer er meget godt utvikle t for LANDSAT analyser og mye av d~ 'n samme teknikken kan brukes pa TROS N dataene. Med et ferdig system er det meningen at brukerne etter minimal oppl~ring skal kunne manipulere de forskj ellige programmer. Det ble meget sterkt. poengtert at sa~n tids aspektet var meget viktig, derfor egen mottakerstasjon. NAr ~ et slikt system korn i bruk var det menlngen A ha et meget interaktivt program mellom satelittanalyser og unders kelser fra skip og andre platformer. Bernstein nevnte at han allerede brukte analyser fra Defence Meteorological Satelitte Program (DMSP) i n~r sann tid til studier av eddies i kystomradene. Han fl y da ut med et lite fly og droppet XBT (Expendable Bathythermographs) i omrader som satelittbildene viste.var interessan ~ e ~ CJeg anbefaler leseren sterkt A lese h ye gjennom Appendix 4, som gir en moderne filosifi for studiet av oseanografiske fenomener som har en signatur pa over laten). JPL: Dr. Shemdin er "Principal nvestigator" for SEASAT's seatruth eksperimenter. Forel pig er det utf rt toeksperimenter "Marineland Experiments" ble utf rt i november/ desember 1975 utenfor Floridakysten. Det andre er det omtalte "West,Coast Experiment". Dataene fra begge disse eksperimentene er fremdeles 'under analyse, men en sammenlikning mellom b lgespektra fra SAR data medin situ "pitch and roll" b ye var gode, et resultat som ogsa ble verifisert i "West Coast Experiment". Begge.disse eksperimentene er orientert mot b lgestudier pa forskjellig skala. Sherndin's gruppe hadde ogsa drevet b lgestudier generert av ~n "Hurricanes" rned SAR radaren i Domilnerende. b lget. med 100 til 250 meters b lgelengde ble registrert med forskjellige direksjonalitet, vist i fig. 4. Direksjonaliteten

18 av b lgesystem kan bestemmes meget bedre med SAR observasjoner og gir en n yaktighet i st rrelsesorderi pa noen grader, mens liknende besterrunelser med "pitch and roil lf b yen bare ~ir en n yaktighet i retningen pa 30 0 til Shemdin arbeider sarnmen med B. Stromberg, ~ : som har ans varet for mange av analysene av SAR dataene. Pa JPL har de en meget god avdeling for"image processing" og har en rekke programmer pa dette feltet. Et kort bes k ble avlagt til Dr. Giberson, SEASAT Project Manager. Emnet som her ble diskutert var vesentlig forskjellige "computer algorathims" for behandlingen av dataene. Mange av disse var ikke ferdige og mye av dette arbeidet var meget komplisert. Gibe~son var meget v~lvillig til utveksling av disse, med engihet fra NASA a~dministra ~ sjonen, men som poengtert av Stewart pa SCRPPS er det mye arbeid for a fa disse beh rig tilpasset vart eget regnemaskinsystem. Giberson var ogsa meget interessert 1 prosjektforslag i vare farvann som omfattet. seatruthmalinger for evaluering av SEASAT dataene. PMEL, NOAA," Seattle : Dr. Apel som inhtil for en tid siden hadde stilling pa NOAA laboratoriet i Miami har publisert flere arbeider i "remote se;nsing" og blant annet studert forplantningen av interne b lger med denne teknikken. Han " ville fortsatt satse pa "remote sensing" ved sitt nye laboratorium og hadde bragt med seg Dr. M. Byrne fra Miam, som--nna ledet gruppen i "remote sensing". De hadde kopiert regnemaskinsystemet til Brown og Evans i Miami og fall tilgang pa den software:;s::otn va r utviklet. Systemet var enda s a nytt at det ikke var innkj rt. De planla a studere programmer som omfattet oljeforurensn inger, Gulf Stream Meandersr fronter,

19 17 overflateb lger, ls samt sedimentstudier. De var i ferd med a planlegge et stort eksperiment i Alaska-golfen sammen med NASA for sommeren 1978 etter at SEASAT var skutt opp. Dette var igjen et evalueringseksperiment og ville omfatte tre fly, som skulle fly de samme sensorer som var i SEASAT, et par skip og oseanografiske b yer. Denne~gruppen var ogsa meget positiv pa utveksling av regnemaskinprogra1thller i remote' sensing og generelt pa samarbeid i fremtiden. Dette skulle jo ha en viss interesse for norske forskere idet de driver i subarktiske og ' arktiske omrader. Det hadde kanskje v~rt en ide a sende en norsk forske~ f6r a delta i dette eksperimentet. CANADA CENTER FOR REMOTE SENSNG: Kanadierne satser stort pa et bredt opplagt overvakningsprogram fra satelitter, med stor del tagelse i SEASAT programmet, med blandt, annet utvikling av en digitalprossessor og mod~fisering av en optisk prosessor for SAR sensoren (USA satser forel pig bare pa en optisk prossess). Oseanografisk knytter det seg st rst interesse til isforskningen fra SAR sensoren, og dr.r~msei~r har ansvaret for denne delen. Han har nettopp v~rt et ar ved JPL og arbeidet medmikrob lgestudier av is. (Han var dessverre ikke tilstede p.g.a. deltagelse l samme m te som Campbell). Mr. Godby var skuffet over interessen fra de fysiske oseanografiene i Canada. De hadde nettopp hatt et m te pa Bedford nstitute, som er det st rste oseanografiske institutti Canada, men responsen var da~lig. Jeg ble vist rundt 'l deres nav~rende prossesseringslaboratorium som er basert rundt en GE 100 image processor_ Denne ble mest brukt til LANDSAT data, hvorav en del sedimentstudier blir gjort. Forskere fra andre institusjone~

20 c 18 ktinne brukedette prossesseringslaboratoriet for kortere eller lengre tidsrom for spesielle vitenskapelige problemer. Kanadierne hadde ' valgt A konsentrere sin "remote sensing" analyse l et senter. Mr. Godby var meget velvillig innstilt pa et samarbeid mellom Canada og Norge pa "remote sensing" feltet og som han sa har vl jo meget de samme problemer i arktiske ~mrader.

21 D ATA Fl~OW ~ REAL TME AND PLAYBACK TELEMETRY; AND TRACKNG DATA L. a\\~. \ t.'\'ag.,lng R\D\R: ~lfj Dl\ 1'1\. LASER. STDN STATONS STATONS. fl NFORMATiON... --~ PROCESSNG ~-G-S-F-C -rrlm SENSOR. RECORDS JPL tl fr lljl1 r lnul.~n;llll l11hlli ] NSTnUMtNr,,. UlU GEOPHYSCAL,..rHHl AND SAR llf1u DATA,--_~)llJf'lll PROCESSNG '.. PROJECT DAtA RECORDS e TELEMETRY eatttude o ORBT.~c~1 "\~;~ 4-.,\ ~

22 ? ~ i ! ~~~'='""-~f

23 o o LO i"0 o to o LO N o L_-+---' r- l-t----4-t-~~ r!. ~ ~~ ~~'~ w.:...-.,.-,-~+c----l-+~4-+---t--+--t--:--t---j-~~-r-t::...\---l ~ o o ::-r ro o LO ro Fig. 3 Posisjon av Golfs -t r mmen for en 1 ars periode

24 B 1gesystemet 1 Fig. 4 en orkan, typisk meter.

25 PROPQSD CA[1ADAN PAR CPf\TOi'J t~ SE~SAT-A:SYSTEr 1~ DRECT READOUT OF ALL SEASAT -/\ DATA ~T SHOE COVE OPERATONAL AT LAUNCH J MD G f'~odfcaton 'OF EXSTlr~G OPTCAL SAR PROCESSOR OPERATONAL LATE o DEVELOP[,'ENT OF DG TAL SJ~R PROCESSOR OPERATONAL'MD ARBORNE RADA{ APPLCATON STUDES CONVAR 580 WTH ERN SAR, OPERATONAL EARLY ; ONOSPHERC AND SEA-CLUTTER STUDES ONGONG FROM MD C. -\-\~ ~ _ J

26 PROPOSED CArJAD AiJ PART C EAT ON N SEASAT -A : EXPE.R~1FNJS G COUPLED SCEr~TFC/NDUSTRAL USER EXPERlf.1E~TS i OCEAi'~ EjiVRO~H'iENTAL MOr~TOR~G COf':1BNED" lth SURVELLANCE OF SHPS} DRLL RGS AND OTHER HUf'lAi'~ ACTVTES - SCOTAi-J SHELF OPEN OCEAN - G RAND BA~ KS OCEAN WTH CE LABRADOR SHELF OCEAN WTH CE - ";' BEAUFORT SEA OCEAN WT CE - HEST COAST OPEN OCEAN - GREAT LAKE"S NLAND /ATER - HGH ARCTC CE) HUMAN ACTVTY o LANDMASS~..;:- QUEBEC AND r;lartmes - ~ ~. GEOLOGY) WATER RESOURCES},FORESTRY AND AGRCULTURE ~~:t 6

27 THREE -YElVUlJJJ C PHOGRA[:l EUr ldng ($THOUSAr'{D) ~ PROGRAr'1 f;1anagef'1ent r 1 1,, 1, 1,,,, 1,,, 1,,,,,. ', SEASAT-A DATA RECEPTON (SHOE COVE STATON).'.'. "'" SEASAT -A f 1AGE. PROCESSNG ',,,,, ',,.,,,, G SAR OPTCAL DATA PROCESSOR f'/10ds r,'ll"." '11 1, ', ' ".' ".', ' a SAR DTGAL DAA PROCESSOR DEVELOPflENT,.., "1 " J 550 t ARBORNE DATA ACQUSTON & Pf~OCESSNG,..r "" ~" "'l 1'1 t, r, i,. 2 J 685 t{.~dar RESEARCH, t 1 1, r,,,, r,,, 1, 1 t 1, 230 VERFCATlo;~jAPPLC\TO~lS txperme'~ts "'" r,,.,-.." '.' " JOO EVALU\T or~ STUD ES 1fl " ", '.'."."'., THOUSAND DOLLARS TOTAL, 'll ' " 8 J 199 *.. ' DOES NOT NCLuDE ACTVTES OF FUNDNG FROM NDUSTRY OR SECONDARY USERS Fi"; 1- r _

28 A POSSBLE SURVELLA~JCE PROGRAM FOR CANr4DA OPERATONAL R.L\DAR. SATELL.TES (Share wi"ih NASA', g~a, JSA) tnterli\1 RADAR SATELLTE ('Share with NASA, ESA, JSA} 1~78 SEA~AT 'A'. ~X~ER.MENT: Canadian par'llclpatlon n NASA Radar Sotellite 1976 PREPARATON FOR SE\SAT 'A' ~+--;:} 9. 1 '~ l-

29 UNO Tech. Note on Satellite-Derived Earth Surface Temperatures E. P. McClain noaa/ness 15 NTRODUCTON The importance of the distribution of sea-surface temperature on local, regional, and hemispheric sca1~s has long been recognized in the marine sciences. Of particular interest to both physical and biological oceanographers have been time-variant zones of strong horizontal gradients of surface temperature, the 50- called therma l fronts, associated with certain major current systems or regions of vuho loca 1 i zed upwell i ng (Worl d MeteO)~16g;ca1 OJ gah i za t: On, 1969). Other major thenna 1, - -features having expression at the ocean surface are large and persistellt.warm and cold eddies with the.ir respective anticyclonic and cyclonic circulations. (Richardson et al., 1973). - Earth surface temperature distributions, and their temporal variations on a local, regional, hemispheric or global scale are of inter~st to scientists for ,.... -, p- '. or air-land/ _ the study of a variety of processes ranging from local air:o::sea, air-jake~ /. :;... ice interactions and their relations to weather: to those influenci.ng l~rg~-scale :'numerical weather predl,:~~ion thro.ugh alterations of lower boundary' conditions.... surface temperature is also an important p<lr?meter for moriitorin!l.:c; i.m#~ i;ad - climatic change (GARP, 1975). 2.~, SURFACE-BASED ANO A'RCRAFT HETHODS OF DETERfsiNlNG SURFACE TEMPERATURES., ;,". '" ~'- :,":.;~~.~- ~~ '3-;-4._: Shi pboard sea-surface - or 1 ake-surface temperature measurements : trad i ti on ~ ~~ "' - -. ~:-,; <-.'.. _~ ". ::.,(~/~~~ ally have been made by ei ther the bucket or the intake method (Haria r~etet)i. Or-gaxriZ' " " :-.:.ig;; 1956), both methods yielding a bulk water temperature ' from a depth in the mixed layer.. ~ generally varying from 3 to 9 m. Both methods measure the water temperature b1 :; direct contact between the water and a thermometer element, i.e~~ is the thermal equilibrium temperature. what is measured Normally, only research vessels have employed other means of surface temperature measurements such as thermistors~

30 ). ~.. "..-' towed fo~ard or off to one side of the ship (and generally within the first 10 cm or so of.the water), or radiation thermometers (these are not in actual contact with the water and they measure the radiative temperature of the very uppermost fraction of a millimeter, or skin, of the water surface). Before the advent of satellites it was not feasible to obtain detailed large-scale synoptic, measurements of ocean surface thermal patterns. Ships!t " \<Jhi ch were used to make surface based temperature measurements, were inherently " unable to make the measurements with the requi.red spatial and temporal coverage. Climatological sea surface temperature charts have been constructed"by combining. :.. ship observations for periods of years (U.S.. Na'val Oceanographic office, 1969).,More recently, with the advent of modem global communication net\-rorks.and elec-.... tronic computer analysis models, the U.S. Navy has generated 10-day composite seasurface temperature charts for the North Atl anti c and North Paci fi'c us i ng surface measurements. These charts suffer from a lack of detail and inaccuracies typ.ical of data obtained from ships of opportunity (WMO, 1972).. Although useful for applications involving large-scale meteorological phenomena (i.e. boundary conditions for numerical weather prediction) they are still inadequate for many oceanographic purposes. Even aircraft radiation-thermometer surveys (Saunders~1967), such as those being made by the U.S. Coast Guard for na rrow, Atlantic. and Pacific coastal.. strips of the USA~ are not adequate for many purposes. The cost of these flights ", ;""~ ; :~ ~ ;~:74~~ "~ :~ "' : '} has' restri cted thei r frequency to one per month, and one a ircraft cannot' cover..... the area without flying for two or three successive dayso Also, coverage is, only obtainedjfor a narrow strip along the flight track, so the contouring of the thermal field requires considerable interpolation between track lines~.. '::

31 - 3 - Land/ice surface temperatures have not been mapped synoptically, eicept over rather small areas, for a number of reasons. Surface-based observations simply cannot be taken with adequate spatial and temporal coverage unless the area covered is very restricted. The variety of natural land surfaces, ranging from bare sailor rock to heavy vegetative canopies, result in measurement problems and often complex thermal patterns. Thermisto~ probes in good contact with the soil surface are the most generally accepted :, ~, means of measuring soil temperatures, al though infrared radiometry has also been used (Marlatt, 1967). Radiation themcmetersand infrared scanners aboard aircraft are being used increasingly t o measure land/ice surface temperatures (Fujita, et al.~ 1968; Nixon and Hales, 1975), partly because of the ability of. the aircraft to cover larger areas than can be surveyed from the ground. Unlike water surfaces, surfaces such as soil, vegetation, or ice undergo large diurnal temperature variations and the conversi on f rom radiative (i.e., brightness). tempe.ratures to physical temperatures is greatly complicated by the variable and often poorly known emissivity of these su rfaces. 3., SATELLTE r~ethods--theoretcal CONS DERATONS The physical basis of ' remote sensing of Earth surface temperature is~,.- in the simplest terms j the,: emission of radiation in the thermal portion ' Of '~,~h~ ' electroma 'g~etic spectrum. The detection and measurement of this thermal emiss10n is accomplished by a radiometer carried onboard a ship~ an ~ircraft? ~ or a. 'spacecraft.

32 - 4 - The basic definitions and laws governing thermal emission are given by, among others, Reeves (1975). A substance that is a perfect thermal emitter (absorber) is called a blackbody, and the time rate of flow of energy {radiant flux in ergs s-~ from a blackbody depends on its temperature (Planck's Law). Planck's formula for blackbody spectral radiant emittance (radiant flux at a wavelength, ' ~, leaving a surface per unit area of that surface~ ergs S ~ ~ ~ m~2) is given as: B~ = Cl~ [exp (C2/~T)-lJ (l ) \'1here C1-5 '. 2-1 = 3.74 x 10 erg em s C2 = 1.44 x cm' K :.: ). = \'1ave 1 ength (em) T = absolute temperature i n K -_.... The total radiant em; ttance (integrated over al l ' of A)o..:t: a _ 1:>lac15bq4y. ~J.~.. given bi the Stefan-Boltzmann Law, B = at 4 where ~:,Actua 1 i.. ~". a = x substances are not erg em s true blackbodies, ;:.~~: 'called spectral emissivity, E~, as follows E~ = Q). (real surface) B~ (blackbody) K -4 so it is customary to define a property ' The spectral emissi vi ty of most common substances at the temperatures of a terrestrial (3).:0;. Or marine environment is nearly independent of temperature.. The emissivity of water and snow in the wavelength,interval m is near 1.0 (viz., ), emissivities of soils range from and for most vegetation, from (Phinney and Arp, 1975).

33 - 5 - The spectral radiance as seen by a satellite-borne radiometer viewing an opaque surface through an intervening atmosphere can be written as (4) where A, = emissivity of Earth's surface 9 = zenith angle T' = atmospheric temperature To = temperature at Earth's surface BA,(To) = Planck function QA,(T) = spectral radiant emittance of the atmosphere at temperatu=e T i (Po :t g)::;: spectraltransmi ttance thloug,h,' the enti re a tmos ph,,e, t -,.1. e. if:l" d.irection, ~ _,>,:-, " / r ' L(P~g) = spectral transmittance of the atmosphere from level P to the top of the atmosphere in direction 9 The first term on the right of Eq. (4) is the surface contribution to the observed radiance~ the second term is the atmospheric contribution. The equivalent blackbody temperature corresponding to a spectral radiant emittance ofa is given by n the two principal atmospheric "\l/indow" regions of the spectrum!" about 3~ J.m and O.O-12.0~m, atmospheric absorption is relatively weak, but not insignificant and the observed Tbb is wi thin a few deg-.rees of the emitting surface. terupera.ture for cloudless atmospheres. The radiant power collected by the radiometer (bolometer) depends on the total radiant.flux from the emitting surfaces of the scene viewed plus the gases and aerosols of the intervening portion of the atmosphere;,' as well as ' the spectral response of the radiometer (i.e., the radiometer filter response function, ~). Thus

34 -- i the energy received at the detector of a radiometer having fiiter cutoffs at wavelengths ll' l2 would be. l2 N = {- l l dl 1 Most satellite "radiometers are designed to have a linedr relationship between input radiant power and output voltage levels. Electrical calibration can then be provided to establish the relation be tween the analog voltage signal generated by the infrared detector and COWlt va lues in a digital data format. Thermal calibration is usually accomplished by havi ng the radiometer frequently view both a known cold reference (viz_? deep space) and a known warm reference (viz., the housing of the radiometer, whose temperature is monitored by means of thermistors). The relative response runction is known from pre-flight laboratory measurementso The details of the calibration procedure applied to the R data from the NOM satellites ar e given by Brower et." ale (1976). " A similar calibration procedure is used for t 1-: ~ R measurements from the Meteor satellites (see Appendix C). The effect of the intervening at;nosphere on satellite-derived surface temperatures in the lo.5-l2.5~m band i : ~o l ower t hem by a few tenths of a degree Kelvin in very cold and dry atmospheres to nearly look in very warm and moist atmospheres. Dur to decreased absorption by water vapour in the 307~m window the corresponding corrections required in this window are ~bout half as large as those for the lo.5-12.svm region. There are several methods that have been employed to make atmospheric cottections-. The slmpl- S!-., arid least accurate in most cases, is one in which an empirical correction is derived, from a set of model atmospheres. This correction t~~es the form of an additive 6T expressed as a function of Tbb and the departure of the satelli te viewing angle from nadir (Smith et al., 1970). Cy.rrent operational procedures at NOAA/NESS make use of coefficients derived from VTPR (Vertical Temperature Profile Radiometer) processing of coincident satellite temperature and water vapor soundings.

35 - 7 -.(see Appendix B). Another method requires knowledge of \~ater vapor distribution in the vertical and horizontal inferred from conventional radiosonde measurements (Cogan and Willand~ 1976). f two or more R detectors~ each sensitive in a different and unequally transparent part of the \'later vapor window(s), view the same scan spot on Earth's surface simultaneously (i.e., through the same atmospheric column), then the differences in their measured radiances provides an atmospheric correction to one: or the other of the satelli te brightnes~ temperatures (Prabhakara et al., 1974). 4. ADVANTAGES AND LMTATONS OF SATELLTE-DERVED EARTH SURFACE TE~WERATURES t is safe to say that only polar-orbiting or geosynchronous satellites can provide the capability to measure Earth-surface temperatures over large areas on a repetitive and timely basis.. The only serious constraint -to frequency of satellite coverage in any given area is cloud cover. This limitation and some of the means for partially overcoming it are discussed later. Although there were some early demonstrations of satellite-derived surface temperatures using TROS infrared measurements (e. g., Fritz and \'1inston, 1962), the first good opportunity of exploring this capability of deriving sea-surface temperatures from space was provided by some of the early Nimbus and tvleteor meteorological satellite! after -. / about 1966 (Boldyrev, 1966). The Nimbus series was the first to carry highresolution (8-km), scanning infrared er) radiometers. Although these ea.rly R data were extremely "noisy":1 it was possible to detect in a crude way the main -. features of strong thermal fronts, such. as those associated with the Gul f Stream (Curtis and Rao, 1969). These early data also served as a basis for the first attempts to develop statistical methods of spatial and temporal compositing of R measurements for the purpose of cloud-filtering- and global temperature mapping (Smith et al., 1970).

36 - 8 - Later, after better quality high-resolution R data became routinely available from the NOAA operational environmental satellites in 1970, the feasibility of globally mapping sea surface temperature on an approximately 300-km grid by the histogram method was fully established (Rao et al.~ 1972). n 1973, experimental operational production of global sea-surface temperature charts (100-km grid), based on a modified hi stogram method~ daily basis (Brower et a1., 1976). commenced on a Satellite infrared radiome ters have provision for in-flight calibration, but occasional checking of this cal i bration against Earth targets of known ~ ~.... ""..,. ~" "---- -"''' " ' "-.. tempe~_!.t!re Jl;_~~lyts-.ab -~. Studi es have shown tha t r-e 1 at i ve temperature- differences between ship and satell i t,~ t emperatures. range from about to C RMS (Root t1ean Square). Abso l ' t2 t emperature accuracy depends on the accuracy of the atmospheri c correct i on, '... h i ch i n turn depends chi efly upon. knowledge of the water vapor content o~ radiometer scan-spot was free of cl o ~ s. tne atmosphere and whether the Under the best of conditions the absolute temperature difference (RMS ) between ships and satellites range fro~ about to 2.0oC. However, veri f ~ ca tion of satellite-derived sea surface temperatures is not an easy or straightforward task. As mentioned above, virtually all ship-measured temperatures are thermal equilibrium temperatures rather than radi ative, and are bul k rather than ski n temperatures. Studies have shown, however s that the differences between skin and bulk temperatures are generally much smaller than the errors cited above (WMO, 1972). Another verification ~ifficulty stems from the differing spatial characteristics of the two types of observations: the data from different ships are essentially independent "pointll measurements, whereas satellite measurements are integrated averages over areas one to eight kilometers (or larger) on a side. n areas

37 - 9 - of strong horizontal temperature gradients, time differences between ship and satellite observations, or small locations errors in either data source, can contribute to apparent errors. These considerations, together with the known uncertainties of intake temperatures from ships -of-opportuni ty (WMO, 1972), D~ke it unlikely that such comparisons Hill ever yield differences. much less than ' about 1.OoC in absolute value. Land/ice-surface temperatures from aircr aft or satellites are even more difficult to verify than sea~sur fa c ~ temperatllres~ There is almost a total absence of surface-based measurements of ~ce areas (Kuhn et al., 1975). Also, the scarcity of temperature meas urements over land areas resulted in estimates of surface temperatures measu red in s t andard thermometer shelters being used in attempts to evaluate satellite-derived surface terrperaturefor such diverse activities as screw-worm e r adicati on (Barnes and Forsberg, 1975), forest-fire behavior studies (Waters, 1 9 :~ 6 ). geothermal reconnaissance studies (Marsh et al., 1975), and fruit-frost f o: ecasts ( Bartholic and Sutherland., 1976). Satellite infrared imagery and data hav~ b e~n used to ma~ snow and ice boluldaries and features (Barnes et al., 1972, 1974) ~ld to infer major sea ice types (LeSchack, 1975). 5. SATELLTE DERVED EARTH- SURFACE TE~fPERATURE PRODUCTS (see Appendices A, C. and D also). 5.1 magery.. tpicture~type" products are popular because they can preserve the full spatial resolution of the raw data and present it economically in a. small piece of hard copy. FurthermoTe~ their graphic character lends itself readily to established photo-interpretive methods~ geographic orientation, and comparison with other data displays. The typical output format for scanning infrared radiometers carried en meteorological or environmental satellites is a black-and-white (B&W) photographic image. The gray tones in these images corre-. spend qualitatively to the radiative temperatures of cloud tops and the Earth's

38 "'""" surface with the convention that the colder radiating surfaces in the thermal scene appear lighter in the images. As a consequence, generally the brightest objects in the scene will be clouds, which thus stand out in contrast to the usually warmer land and almost always warmer sea, making the daytime or nighttime R image appear similar to a daytime visual-band image. The meteorological temperature range is quite large (viz., over loooc) in comparison with the number of effectively usable, i.e., distinguishable, gray tones in the image. Although many modern image-display devices are capable of handling as many as~-.i. gray'. lev!! s _E:2.m b l?-~~._!g.'i_~i te, the average human eye in practice can discriminate about one-fourth this number. Consequently, distinguishable gray steps represent sizable temperature increments ( S~lOoC) in typical meteorological R images. t is relatively easy, however, to display R images using a temperature range constrained to the relatively small ranges of oceanographic interest (i.e., o C or less). n such an oceanographic infrared image each gray step can be made to represent a temperature increment of 1-2oC or less. Of course, virtually all cold clouds in such images will necessarily appear as a saturated white tone, and all surfaces warmer than the ocean will appear as a saturated black tone. The chief use that can be made of B&W R images that have been optimized for ocean scenes is the delineation of relative temperature differences, or thermal contrasts, especially those associated with thermal fronts, ~arm. and cold eddies or tongues, and upwe llings of col der water. Visual inspection of these thermal images cannot readily yield quantitative temperatures; even the intensities of various thermal features or contrasts can be compared only in a qualitative sense.