I ricercatori dello Stevens Institute of Technology hanno sviluppato una nuova piattaforma basata sull'apprendimento automatico, noto come OC-SMART, che può elaborare il colore dell'oceano nelle immagini satellitari 10 volte più velocemente della piattaforma leader mondiale. Il lavoro, che sarà adottato dalla NASA, è una delle prime piattaforme basate sull'apprendimento automatico nell'analisi del colore degli oceani in grado di elaborare sia le regioni costiere che quelle oceaniche aperte a livello globale per rivelare dati sulla salute del mare e sull'impatto dei cambiamenti climatici.

Il lavoro, guidato da Knut Stamnes, un professore di fisica a Stevens, e guidato da Yongzhen Fan Ph.D. '16, uno studioso di fisica in visita nel laboratorio di Stamnes, risolve un problema di 30 anni nel recupero di dati sia dalle regioni costiere che dalle aree oceaniche aperte. Per decenni, La piattaforma SeaDAS della NASA ha eccelso nell'analizzare il colore dell'oceano dall'oceano aperto con aria pulita, ma ha spesso recuperato risultati imprecisi da aree costiere e acque interne come i Grandi Laghi, dove la complessa interazione tra l'atmosfera, mare, leggero, riflessi, e il particolato dell'aria rendevano difficile l'analisi.

"È fondamentale studiare le aree costiere e le acque interne, " disse Stamnes, un esperto di trasferimento radiativo il cui lavoro appare nel numero di dicembre 2020 di Telerilevamento dell'ambiente . "Anche se queste aree costituiscono una piccola frazione del mondo in termini di massa, è dove viviamo e dove avviene tutta l'attività biologica."

La piattaforma OC-SMART, o strumento per il recupero simultaneo di aerosol e mari marini, aggiunge alle capacità di SeaDAS prendendo i dati dalle immagini satellitari ed elaborandoli attraverso algoritmi speciali, che si basano su potenti tecniche di apprendimento automatico e ampie simulazioni di trasferimento radiativo. In questo progetto, il trasferimento radiativo è definito come il complesso flusso di energia elettromagnetica tra l'oceano e l'atmosfera. Questo processo influisce sul modo in cui il colore dell'oceano viene percepito e analizzato da SeaDAS, la piattaforma leader mondiale per l'elaborazione del colore dell'oceano dalle immagini satellitari per decenni.

Il software OC-SMART sarà ora incorporato nella piattaforma SeaDAS della NASA. I prodotti finali del software includono dati utili sulle concentrazioni di clorofilla e sulla presenza di fitoplancton e inquinamento, tutti utili indicatori dello stato dell'oceano. In particolare, Stamnes ha detto, OC-SMART sarà adattato alla prossima missione NASA PACE prevista per il lancio nel 2023. Plancton, Aerosol, Nube, ecosistema oceanico, o PACE, è una missione satellitare di osservazione della Terra della NASA che continuerà e farà avanzare le osservazioni del colore dell'oceano globale, biogeochimica, ed ecologia, così come il ciclo del carbonio, aerosol e nuvole.

"OC-SMART è un generale, tutti i propositi, piattaforma facile da usare, " ha detto Wei Li, un fisico di Stevens che ha lavorato al progetto ed è stato contattato da diversi ricercatori in altri paesi da quando il software è diventato pubblicamente disponibile.

L'Agenzia spaziale europea ha una piattaforma simile a OC-SMART, ma si concentra principalmente sulle aree costiere europee e non mondiali. Era necessario uno strumento in grado di elaborare le regioni costiere e oceaniche a livello globale, disse Nan Chen, un fisico di Stevens, anch'egli coinvolto nel progetto.

"Per anni, gli scienziati avevano difficoltà a elaborare il colore dell'oceano nelle regioni costiere e nei luoghi soggetti a forte inquinamento o altre particelle d'aria come tempeste di sabbia, " Fan, l'autore principale, aggiunto. "Ecco perché abbiamo sviluppato OC-SMART per risolvere questi problemi".

L'OC-SMART arriva in un momento in cui c'è un crescente interesse per l'analisi del colore dell'oceano nelle aree costiere, disse Stamnes. OC-SMART è anche uno dei primi strumenti nell'analisi del colore degli oceani a utilizzare l'apprendimento automatico, che ha appena iniziato a farsi strada nell'oceanografia.

"Ora ci sono satelliti in orbita che ci stanno dando maggiori informazioni su cosa sta succedendo lungo le coste e in luoghi come i grandi laghi, — disse Stamnes. — Allora, questo apre nuove aree di ricerca. E con l'apprendimento automatico, è un gioco completamente nuovo".