Land Surface Temperature Monitoring LSTM Mission

Eine Copernicus Candidate Mission für Anwendungen in der Landwirtschaft

Thomas Udelhoven, Universität Trier Benjamin Koetz, Wim Bastiaanssen, Joris Blommaert, Pierre Defourney, Umberto Del Bello, Matthias Drusch, Mark Drinkwater, Ricardo Duca, Valerie Fernandez, Darren Ghent, Radoslaw Guzinski, Jippe Hoogeveen, Simon Hook, Yann Kerr, Jean-Pierre Lagouarde, Guido Lemoine, Ilias Manolis, Philippe Martimort, Jeff Masek, Michel Massart, Massimo Mementi, Claudia Notarnicola, Inge Sandholt, Jose Sobrino, Peter Strobl

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Sourc

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CEO

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Grundsätzlicher Bedarf

10

Agricultural Practices / Cropping Systems: Derived cropland products (i.e., field size, number of cropping cycles per season, diversity of crops) from all types of observations (i.e. coarse, moderate, fine and very fine) resolution observations (requirements #2, #4 - #6, #8, #10, and #11).

3.2 Satellite)Observation)Requirements)for)Target)Products)

Table 3 summarises the satellite observations required to support the generation of the target products defined in Section 3.1. This includes the required spatial resolution, spectral range, effective observation frequency, and sample type for each product. 11 requirements have been defined in support of the target products.

Table 2 GEOGLAM Phase 1 Satellite Observational Requirements for Target Products

Field size variation: small (S ~ <2.5 ha), medium (M = ~2.5 ha-15 ha), and large (L = ~ >15ha)

* Cloud free < 10% average cloud cover across the scene.

Additional notes on Table 3:

- ‘X’ indicates data required for all field sizes

- Data should be made available near-real time, particularly for within season assessments;

- Spatial resolution requirements are generated relative to field size; this is preliminary and could be refined/improved with a consideration of landscape heterogeneity and spatial pattern;

CEOS ACQUISITION STRATEGY FOR GEOGLAM PHASE 1

Version 1.0 - November 2013

Sentinel-1

Sentinel-2

Sentinel-2

Sentinel-3

Beobachtungslücke: TIR für ET-Monitoring

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Grundsätzlicher Bedarf

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Wasserknappheit in Europa – Sommer 2018

01/11/2018

Grundsätzlicher Bedarf

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Globale & EU relevante Ziele

Gemeinsame Agrarpolitik der EU

z.B Diversifizierung der

Kulturpflanzen, Ertragsprognosen auf EU- und globaler

Ebene

EU-Wasserrahmenrichtlinie & Nitratrichtlinie

Wasserressourcen-Management Wasserverschmutzung

Nachhaltige Entwicklungsziele SDG 6.4 Wassereffizienz und 6.3 Wasserqualität

UN-Übereinkommen zur Bekämpfung von Wüstenbildung und Bodendegradation

UN-Rahmenkonvention zum Klimawandel

Grundsätzlicher Bedarf

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Die wichtigsten globalen Risiken, WEF Global Risk Report 2018

Grundsätzlicher Bedarf

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Geplante Datenprodukte

7

Wasserrechte und –management ET wird auf der Feldskala benötigt für die Vergabe von Wasserrechten Festlegung von Wasserpreisen Erfassung der “water use efficiency”

Anderson et al. (USDA)

Sentinel-3 ET (1km) Sentinel-2 ET (20m sharpened)

Evapotranspiration: Mai 2017, Po Ebene - Italien

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Komplementierung der Sentinels durch eine verbesserte Thermalinfrarot-Komponente Start: ~2026 Operational: ~2027

Geplante Datenprodukte

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Geplante Datenprodukte Copern

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Technisches Konzept

Primäres Missionsziel: Monitoring der ET, durch Messung der

Landoberflächentemperatur (LST). Ziel: Robuste Schätzung der “Water Productivity”,

angepasst an die Europäische Feldskala.

ET Ziel: Genauigkeit 15% [mm/Tag], Feldskala [0.5 ha], tägliche Beobachtungen

ET Grenze: Genauigkeit 20% [mm/Tag], Feldskala [1 ha], 3 tägige Beobachtungen

Sekundäres Missionsziel: Monitoring von Bodeneigenschaften und ihrer Dynamik

durch Erfassung der spektralen Emissivitäten.

SiO4 Ziel: Genauigkeit 10%, Feldskala [0.5 ha], monatliche Beobachtungen

SiO4 Grenze: Genauigkeit 20%, Feldskala [1 ha], saisonale Beobachtungen

Komplementäre Missionsziele: z.B. Küstenmanagement, Hochtemperaturereignisse

“urban heat islands”

Silic

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Technisches Konzept

Räumliche Auflösung: 30-50 m um der Variabilität europäischer / afrikanischer

Felder zu entsprechen

LST-Beobachtungen täglich, jedoch höchstens alle 3 Tage

LST über alle Landflächen mit einer Unsicherheit von 1 K (goal) bis 1,5 K (threshold)

Mindestens 3 Bänder im TIR-Bereich für die Abschätzung der ET-Rate

Gleichzeitige VIS / NIR / SWIR-Beobachtungen (6 Bänder) sind für

Atmosphärenkorrektur, Wolkenerkennung und Emissionsgradschätzungen

erforderlich

S-2- und S-3-Beobachtungen innerhalb von +/- 3 Tagen für Hilfsparameter

Optimale LST-Beobachtungen am frühen Nachmittag (Ziel: gegen 13:00 Uhr)

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Phase A/B1 – Missionskonzept (laufende Studie)

Key requirement Free-flyer S-2 companion Constellation of small sats

Geometrical revisit 1 day/4 sats (2d/2s) 5 days (2 sats) 1 day/24 sats (2d/12s) or 36/18 sats

Local time 13:00 (AO); 13:30 (DO) 10:30 LTDN 13:00

SSD 50 m (37m at nadir) 50 m > 100 m

Spectral Bands* 5 TIR, 4 VNIR, 2 SWIR 5 TIR 3 TIR (T)

System Reliability 0.8 0.8 NC TBC

Geo-location L1c 1 SSD 1 SSD NC (2 SSD)

MTF > 0.2 >0.2 0.1

Data latency 3 hours 3 hours TBD (depends on const. architecture)

NeDT < 100 mK < 100 mK > 300 mK

* No MWIR band assumed as baseline for any MC

Technisches Konzept

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WaPOR, FAO 2017

Actual Evapotranspiration Water Productivity

WaPOR - FAO Portal für das Monitoring der “Water Productivity”

Anwendungen für Behörden und Dienste

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Urban Heat Islands

Vulkanische Aktivitäten

Überwachung von Inlands- und Küstengewässern

Bodeneigenschaften und -mineralogie

Thermal precursors to lava flow at Kliuchevskoi: anomalies in the crater, ASTER data (Murphy et al., 2013)

Anwendungen für Behörden und Dienste

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Mission Advisory Group

First Name Last Name Nationality Institute Expertise

Joris Blommaert Belgian VITO Thermal sensors

Darren Ghent British University of Leicester L1/L2 thermal processing

Jippe Hoogeveen Internat. FAO, Land and Water Divison Food and water security

Simon Hook US NASA/JPL Thermal sensors and L1/L2 processing, ECOSTRESS, HySPIRI

Yann Kerr French CESBIO L2 thermal processing, soil moisture

Jean-Pierre Lagouarde French INRA Thermal sensors and L1/L2 processing

Jeffrey Masek US NASA/Goddard Principal Landsat Scientist, TIR expert

Michel Massart Internat. European Commission, DG-Grow EC PoC, Copernicus Land Service

Massimo Menenti Italian Delft University of Technology Evapotranspiration retrieval

Claudia Notarnicola Italian Eurac Research Alpine environments, ET, cryosphere

Inge Sandholt Danish Sandholt ApS Evapotranspiration retrieval, hydrology

José Sobrino Spanish University of Valencia Thermal sensors and L1/L2 processing

Peter Strobl Internat. European Commission, DG-JRC Food security, constellations

Thomas Udelhoven German University of Trier Soil properties from emissivity, HiTeSEM mission