Coastal Water Quality Remote Sensing

Welcome

Dr. Jeff PayneDeputy Director

NOAA Coastal Services CenterOctober 7, 2003

Coastal Services Center

• Mission: To support the environmental, social, and economic well being of the coast by linking people, information, and technology.

– Bring coastal management, academic/research, and commercial communities together

– Make managers aware of the current technological capabilities

– Make commercial community aware of the needs that exist

Promote the Use of Coastal Observations by:

• Assessing user needs

• Assessing commercial capabilities

• Facilitating use of remote sensing data through demonstration data collection

Introductions

• Name• Organization• Why are you here?

• Establishing new Architectural & Engineering (A&E) “Brooks Act” contract vehicle

• Indefinite delivery / indefinite quantity (ID/IQ)

• Cover all Center geospatial technology needs (remote sensing, GIS, etc.)

• Streamlines contracting process

• Summer, 2004

• Questions:– Dennis Hall

– Steve Raber

CSC A&E Contract Vehicle

Water Quality Work at the Coastal Services Center

Dr. Dave Eslinger

October 7, 2003

Water Quality Work at the Center

Issues– Harmful algal blooms (HABs)

– Eutrophication

– Nonpoint Source Pollution

Activities– Land use effects on water quality

via remote sensing

– Detecting HABs in Gulf of Mexico

– Tools for decision support

– Remotely measuring water quality

Primary productivity modeled from satellite

Water Quality Remote Sensing

• GOAL: A demonstration of operational remote sensing addressing water quality management needs

• Field programs• RFI: What is out there?• This meeting!• Demonstration collections

– Request for Proposals– Up to 5 contracts of ~$20K (pending funding)– Summer, 2004

• Presentation of results: GeoTools’05

New Jersey Project

• Evaluate airborne remote sensing as a practical management tool

– Utility in shallow coastal waters

– Accuracy– Timeliness

• Transition operational program to state agency (New Jersey Department of Environmental Protection)

*Need to coordinate with Bob on his presentation

Why Airborne Remote

Sensing?

Estuarine water quality requires:

– High spatial resolution (<1km)

– Flexible timing• Field coordination• Weather dependent

Instruments

• Airborne Oceanographic Lidar

– Laser fluorosensor

• Passive color– ADAS hyperspectral system– SAS

• SST– Heimann infrared

radiometer

Example area: Delaware Bay

• High spatial variability

• Bloom progression

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5 0 5 10 15 20 25 30 Kilometers

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EW

S

FluorescenceChlorophyll

19 March, 2002

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5 0 5 10 15 20 25 30 Kilometers

N

EW

S

FluorescenceChlorophyll

23 March, 2002

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5 0 5 10 15 20 25 30 Kilometers

N

EW

S

FluorescenceChlorophyll

5 April, 2002

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5 0 5 10 15 20 25 30 Kilometers

N

EW

S

FluorescenceChlorophyll

11April, 2002

Chl (ug/l)

>80%U70 - 80%U60 - 70%U50 - 60%U45 - 50%U40 - 45%U35 - 40%U30 - 35%U25 - 30%U20 - 25%U15 - 20%U12 - 15%U10 - 12%U9 - 10%U8 - 9%U7 - 8%U6 - 7%U

5 - 6%U4.5 - 5%U4 - 4.5%U3.5 - 4%U3 - 3.5%U2.5 - 3%U2 - 2.5%U1.75 - 2%U1.5 - 1.75%U1.25 - 1.5%U1 - 1.25%U0.75 - 1%U0.5 - 0.75%U0.375 - 0.5%U0.25 - 0.375%U0.125 - 0.25%U0 - 0.125%U

0 2 4 6 8 KilometersN

EW

S

Bathymetry(meters)

Bathymetry (m)

1.5 - 2

1.0 - 1.5

0.5 - 1.0

0 - 0.5

-0.5 - 0

-1 - -0.5

-1.5 - -1

-2 - -1.5

-2.5 - -2

-3 - -2.5

-3.5 - -3

-4 - -3.5

-4.5 - -4

-5 - -4.5

-5.5 - -5

-6 - -5.5

-6.5 - -6

-7 - -6.5

-7.5 - -7

-8 - -7.5

-8.5 - -8

-9 - -8.5

-9.5 - -9

-10 - -9.5

-10.5 - -10

-11 - -10.5

-11.5 - -11

-12 - -11.5

-12.5 - -12

-13 - -12.5

-13.5 - -13

-20 - -13

-30- - -20

< -30

No Data

0 2 4 6 8 KilometersN

EW

S

Seagrasses1999

Seagrass, 1999

Eel Grass

Ruppia

Widgeon Grass

• Bottom reflectance• Seagrasses• Turbidity• CDOM

• Other approaches?• Other sensors?

– Fast

– Simple

– Inexpensive

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Rrs(555)

5 April, 2001

6 0 6 12 18 24 30 Kilometers

N

EW

S

Rrs(555)

>.099#

0.096 - 0.099#

0.093 - 0.096#

0.09 - 0.093#

0.087 - 0.09#

0.084 - 0.087#

0.081 - 0.084#

0.078 - 0.081#

0.075 - 0.078#

0.072 - 0.075#

0.069 - 0.072#

0.066 - 0.069#

0.063 - 0.066#

0.06 - 0.063#

0.057 - 0.06#

0.054 - 0.057#

0.051 - 0.054#

0.048 - 0.051#

0.045 - 0.048#

0.042 - 0.045#

0.039 - 0.042#

0.036 - 0.039#

0.033 - 0.036#

0.03 - 0.033#

0.027 - 0.03#

0.024 - 0.027#

0.021 - 0.024#

0.018 - 0.021#

0.015 - 0.018#

0.012 - 0.015#

0.009 - 0.012#

0.006 - 0.009#

0.003 - 0.006#

0 - 0.003#

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CDOM(relative units)

5 April, 2001

6 0 6 12 18 24 30 Kilometers

N

EW

S

CDOM (rel. fluor.)

> 6.6#

6.4 - 6.6#

6.2 - 6.4#

6 - 6.2#

5.8 - 6#

5.6 - 5.8#

5.4 - 5.6#

5.2 - 5.4#

5 - 5.2#

4.8 - 5#

4.6 - 4.8#

4.4 - 4.6#

4.2 - 4.4#

4 - 4.2#

3.8 - 4#

3.6 - 3.8#

3.4 - 3.6#

3.2 - 3.4#

3 - 3.2#

2.8 - 3#

2.6 - 2.8#

2.4 - 2.6#

2.2 - 2.4#

2 - 2.2#

1.8 - 2#

1.6 - 1.8#

1.4 - 1.6#

1.2 - 1.4#

1 - 1.2#

0.8 - 1#

0.6 - 0.8#

0.4 - 0.6#

0.2 - 0.4#

0 - 0.2#

Current Challenges

Request for Information

• Goal: To determine the state of the art and availability of remote sensing technologies to measure water quality in the coastal zone

– Must be operational

– Must be appropriate for the coastal zone

– Must have quick data turn-around time

Parameters of interest

• Chlorophyll concentration• Turbidity• Temperature• Salinity• Others?

• Data delivery time• Data cost• Data resolution

Issues

Goals of This Meeting

• To bring together coastal managers, academics, and commercial vendors to share their stories (successes, failures and common needs)

• To assess the water quality monitoring needs of the coastal management community– Part of our IOOS effort?

• To solicit input on what should be included in a demonstration of operational water quality remote sensing