Escáner de color para zonas costeras

El escáner de color de zona costera (CZCS) era un radiómetro de escaneo multicanal a bordo del satélite Nimbus 7 , diseñado principalmente para la teledetección del agua . El Nimbus 7 fue lanzado el 24 de octubre de 1978, y el CZCS entró en funcionamiento el 2 de noviembre de 1978. Fue diseñado para operar solo durante un año (como prueba de concepto), pero de hecho permaneció en servicio hasta el 22 de junio de 1986. Su funcionamiento a bordo del Nimbus 7 se limitaba a días alternos, ya que compartía su energía con el radiómetro de microondas multicanal de escaneo pasivo .

El CZCS midió la energía solar reflejada en seis canales , con una resolución de 800 metros. Estas mediciones se utilizaron para cartografiar la concentración de clorofila en el agua, la distribución de sedimentos , la salinidad y la temperatura de las aguas costeras y las corrientes oceánicas . El CZCS sentó las bases para los posteriores sensores satelitales de color del océano y constituyó un pilar fundamental para los esfuerzos internacionales por comprender el papel del océano en el ciclo del carbono .

El producto más significativo del CZCS fue su colección de imágenes del llamado color del océano . El "color" del océano en las imágenes del CZCS proviene de sustancias presentes en el agua, en particular del fitoplancton (organismos fotosintéticos microscópicos que flotan libremente), así como de partículas inorgánicas.

Dado que los datos sobre el color del océano están relacionados con la presencia de fitoplancton y partículas, pueden utilizarse para calcular las concentraciones de material en las aguas superficiales y el nivel de actividad biológica; a medida que aumenta la concentración de fitoplancton, el color del océano cambia de azul a verde (tenga en cuenta que la mayoría de las imágenes CZCS tienen colores falsos , por lo que los altos niveles de fitoplancton aparecen como rojos o naranjas). Las observaciones del color del océano basadas en satélites proporcionan una imagen global de la vida en los océanos del mundo, ya que el fitoplancton es la base de la gran mayoría de las cadenas alimentarias oceánicas . Al registrar imágenes durante un período de años, los científicos también obtuvieron una mejor comprensión de cómo cambió la biomasa del fitoplancton con el tiempo; por ejemplo, se pudieron observar las floraciones de marea roja cuando crecían. Las mediciones del color del océano también son de interés porque el fitoplancton elimina el dióxido de carbono del agua de mar durante la fotosíntesis y, por lo tanto, forma una parte importante del ciclo global del carbono.

Los datos brutos del escáner se transmitieron a la estación terrestre a una velocidad de bits promedio de 800 kbit/s, donde se guardaron en cinta magnética. Posteriormente, las cintas se enviaron a la División de Procesamiento de Imágenes del Centro de Vuelos Espaciales Goddard . Los datos procesados ​​se archivaron en Goddard y quedaron disponibles para científicos de todo el mundo. Originalmente, los datos se almacenaron en 38 000 cintas magnéticas de nueve pistas y, posteriormente, se transfirieron a discos ópticos. 

El archivo fue uno de los primeros sistemas que ofrecía una vista previa visual ("navegación") de las imágenes, lo que facilitaba la organización de los datos. Se convirtió en un modelo que posteriormente adoptaron los Centros de Archivo Activo Distribuido del Sistema de Observación de la Tierra .

El CZWS fue el primer sensor satelital de color del océano, y después de que dejó de observar en 1986, hubo un lapso de 10 años sin registros hasta que Japón lanzó el Ocean Color Temperature Scanner (OCTS) en 1996, y Estados Unidos lanzó el Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor ( SeaWiFS ) en 1997. Los instrumentos actuales que proporcionan datos de color del océano incluyen Aqua- MODIS , el Copernicus Sentinel 3 Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) y el Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) de la NOAA a bordo de los satélites del Joint Polar Satellite System (JPSS).

El instrumento CZCS fue fabricado por Ball Aerospace & Technologies Corp.

La energía solar reflejada se midió en seis canales para detectar el color causado por la absorción debida a la clorofila, los sedimentos y la materia orgánica disuelta coloreada en las aguas costeras. El CZCS utilizó un espejo plano giratorio en un ángulo de 45 grados con respecto al eje óptico de un telescopio Cassegrain . El espejo escaneó 360 grados, pero solo se recopilaron los 80 grados de datos centrados en el nadir para las mediciones del color del océano. El instrumento observó el espacio profundo y fuentes de calibración durante el resto del escaneo. La radiación incidente fue captada por el telescopio y dividida en dos flujos por un divisor de haz dicroico . Un flujo se transmitió a un diafragma de campo que también era la apertura de entrada de un pequeño policromador . La radiancia que entró en el policromador se separó y se volvió a proyectar en cinco longitudes de onda en cinco detectores de silicio en el plano focal del policromador. El otro flujo se dirigió a un detector de telururo de mercurio y cadmio refrigerado en la región térmica (10,5–12,5 micrómetros). Se utilizó un enfriador radiativo para enfriar el detector térmico . Para evitar el reflejo del sol, el espejo del escáner se inclinó alrededor del eje de cabeceo del sensor a petición, de modo que la línea de visión del sensor se movió en incrementos de 2 grados hasta 20 grados con respecto al nadir. Las bandas espectrales a 0,443 y 0,670 micrómetros se centraron en las bandas de absorción más intensas de la clorofila, mientras que la banda a 0,550 micrómetros se centró en el "punto de bisagra", la longitud de onda de absorción mínima. Se demostró que las relaciones de las energías medidas en estos canales eran muy similares a las concentraciones de clorofila en la superficie. Los datos del radiómetro de escaneo se procesaron, con algoritmos desarrollados a partir de los datos del experimento de campo, para producir mapas de absorción de clorofila. Las temperaturas de las aguas costeras y las corrientes oceánicas se midieron en una banda espectral centrada en 11,5 micrómetros. También se realizaron observaciones en otras dos bandas espectrales, 0,520 micrómetros para la correlación de la clorofila y 0,750 micrómetros para la vegetación superficial. El ancho de escaneo fue de 1556 km centrado en el nadir y la resolución terrestre fue de 0,825 km en el nadir.  

• Centro de Servicios de Datos e Información Goddard (14 de febrero de 2006). "Descripción general" . Soporte de datos de color del océano . NASA. Archivado del original el 18 de junio de 2006. Recuperado el 27 de junio de 2006 .
• Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales (20 de octubre de 2005). "Escáner de color de la zona costera" . NASA . Consultado el 14 de febrero de 2008 .
• Novio, Steve; Sathyendranath, Shubha ; Prohibición, Yai; Bernardo, Stewart; Brewin, Robert; Brotas, Vanda; Brockmann, Carsten; Chauhan, Prakash; Choi, Jong-kuk; Chuprin, Andrei; Ciavatta, Stefano; Cipollini, Paolo; Donlón, Craig; Francisco, Bryan; Él, Xianqiang; Hirata, Takafumi; Jackson, Tom; Kampel, Milton; Krasemann, Hajo; Lavanda, Samantha; Pardo-Martínez, Silvia; Mélin, Frédéric; Platt, Trevor; Santoleri, Rosalía; Skakala, Jozef; Schaeffer, Blake; Smith, María; Steinmetz, Francois; Valente, André; Wang, Menghua (2019). "Color del océano satélite: estado actual y perspectiva futura" . Fronteras en las ciencias marinas . 6 : 1– 30. doi : 10.3389/fmars.2019.00485 . ISSN 2296-7745 . PMC 9933503 . PMID 36817748 .   

• Telaraña de color océano