Remote sensing of water quality for Finnish lakes and coastal areas

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Koponen, Sampsa
dc.date.accessioned 2012-02-24T08:01:52Z
dc.date.available 2012-02-24T08:01:52Z
dc.date.issued 2006-12-22
dc.identifier.isbn 951-22-8534-7
dc.identifier.issn 0786-8154
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/2822
dc.description.abstract In this thesis empirical remote sensing methods for estimating water quality in Finnish lakes and coastal areas are developed and tested. The remote sensing instruments used here are Airborne Imaging Spectrometer for Applications (AISA), Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) onboard the Envisat-satellite and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard the TERRA-satellite. Based on the results from this study the AISA airborne spectrometer is applicable for estimating chlorophyll a (chl a), Secchi depth, and turbidity in lakes. The 250-m resolution MODIS data are used for estimating turbidity and quality class in lakes. Full resolution (300 m) MERIS data are used for estimating chl a, total suspended solids (TSS) and the absorption coefficient of coloured dissolved organic matter (aCDOM(400)) during a spring bloom event in the Gulf of Finland (a situation where the default MERIS processor fails to provide valid data). The retrieval of water quality information is based on single channel and channel-ratio algorithms, which are calibrated and tested with in situ (ground truth) observations. The accuracy of the retrieval is good. The results are based on a large number of data points (several thousand in one of the cases). Thus, the reliability of the results is high. The thematic maps and statistics derived with remote sensing data demonstrate the advantages of remote sensing over the traditional water quality monitoring, which is based on in situ measurements. The main shortcoming of presented methods is that since the algorithms are based on empirical relationships, which include atmospheric effects, they require calibration (for different atmospheric parameters) before they can be used with other remotely sensed images. The effects of the atmosphere on MERIS channel-ratio algorithms are estimated with an atmospheric model. en
dc.description.abstract Tässä väitöskirjassa on kehitetty ja testattu kaukokartoitusmenetelmiä, joilla voidaan arvioida Suomen järvien ja rannikkoalueiden vedenlaatua. Työssä käytetyt instrumentit ovat Airborne Imaging Spectrometer for Applications (AISA), Envisat-satelliitissa oleva Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) ja TERRA-satelliitissa oleva Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Tulosten perusteella lentokonekäyttöisellä AISA spetrometrillä voidaan mitata klorofylli a:ta, näkösyvyyttä ja sameutta järvissä. 250-m erotuskyvyn MODIS-dataa voidaan käyttää järvien sameuden ja laatuluokan arviointiin. 300-m erotuskyvyn MERIS-dataa on käytetty klorofylli a:n, kiintoaineen sekä humuksen arvioitiin kevätkukinnon aikana Suomenlahdella (tilanne jossa Euroopan avaruusjärjestön käytössä oleva MERIS-prosessori ei pysty antamaan luotettavia tuloksia). Vedenlaadun arvioiminen kaukokartoitusdatasta perustuu yksittäisten kanavien ja kanavasuhdealgoritmien käyttöön. Algoritmit on kalibroitu ja testattu maastohavaintoja käyttäen ja saatu mittaustarkkuus on hyvä. Tulokset perustuvat suureen datapisteiden määrään (useita tuhansia datapisteitä yhdessä tapauksessa), joten tulosten luotettavuus on korkea. Kaukokartoitusdatan avulla aikaansaadut teemakartat ja tilastolliset tiedot osoittavat kaukokartoituksen edut tavanomaiseen vedenlaadun seurantaan verrattuna, joka perustuu maastohavaintoihin ja laboratoriomittauksiin. Työssä esitettyjen menetelmien suurin puute on se, että ne perustuvat empiirisiin yhtälöihin, jotka sisältävät ilmakehän vaikutukset signaaliin. Tämän vuoksi yhtälöt pitää kalibroida uudelleen, ennen kuin ne soveltuvat käytettäväksi muina ajankohtina otettujen kaukokartoituskuvien kanssa. Erilaisten ilmakehätilanteiden vaikutusta MERIS-kanavasuhdealgoritmeihin on arvioitu ilmakehämallin avulla. fi
dc.format.extent 74, [78]
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.relation.ispartofseries Report / Helsinki University of Technology, Laboratory of Space Technology en
dc.relation.ispartofseries 67 en
dc.relation.haspart Koponen, S., Pulliainen, J., Servomaa, H., Zhang, Y., Hallikainen, M., Kallio, K., Vepsäläinen, J., Pyhälahti, T., and Hannonen, T., Analysis on the feasibility of multi-source remote sensing observations for chl-a monitoring in Finnish lakes. The Science of the Total Environment, vol. 268, nos. 1-3, pp. 95-106, 2001. [article1.pdf] © 2001 Elsevier Science. By permission.
dc.relation.haspart Kallio, K., Koponen, S., and Pulliainen, J., Feasibility of airborne imaging spectrometry for lake monitoring—a case study of spatial chlorophyll a distribution in two meso-eutrophic lakes. International Journal of Remote Sensing, vol. 24, no. 19, pp. 3771-3790, 2003. [article2.pdf] © 2003 Taylor & Francis. By permission.
dc.relation.haspart Koponen, S., Attila, J., Pulliainen, J., Kallio, K., Pyhälahti, T., Lindfors, A., Rasmus, K., and Hallikainen, M., A case study of airborne and satellite remote sensing of a spring bloom event in the Gulf of Finland. Continental Shelf Research, in press, 2006. [article3.pdf] © 2006 by authors and © 2006 Elsevier Science. By permission.
dc.relation.haspart Koponen, S., Pulliainen, J., Kallio, K., Vepsäläinen, J., and Hallikainen, M., Use of MODIS data for monitoring turbidity in Finnish Lakes. Proceedings of the IEEE 2001 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2001), CD-ROM, 3 p., Sydney, Australia, 9-13 July, 2001.
dc.relation.haspart Koponen, S., Pulliainen, J., Kallio, K., and Hallikainen, M., Lake water quality classification with airborne hyperspectral spectrometer and simulated MERIS data. Remote Sensing of Environment, vol. 79, no. 1, pp. 51-59, 2002. [article5.pdf] © 2002 Elsevier Science. By permission.
dc.relation.haspart Koponen, S., Pulliainen, J., Kallio, K., Vepsäläinen, J., Pyhälahti, T., and Hallikainen, M., Water quality classification of lakes using 250-m MODIS data. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 1, no. 4, pp. 287-291, 2004. [article6.pdf] © 2004 IEEE. By permission.
dc.subject.other Environmental science en
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Remote sensing of water quality for Finnish lakes and coastal areas en
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.department Department of Electrical and Communications Engineering en
dc.contributor.department Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto fi
dc.subject.keyword remote sensing en
dc.subject.keyword water quality en
dc.subject.keyword MERIS en
dc.subject.keyword MODIS en
dc.subject.keyword AISA en
dc.subject.keyword kaukokartoitus fi
dc.subject.keyword vedenlaatu fi
dc.subject.keyword MERIS fi
dc.subject.keyword MODIS fi
dc.subject.keyword AISA fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-008800
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.contributor.lab Laboratory of Space Technology en
dc.contributor.lab Avaruustekniikan laboratorio fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account