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Water constituents and water depth retrieval from Sentinel-2A – a first evaluation in an oligotrophic lake

Dörnhöfer, Katja und Göritz, Anna und Gege, Peter und Pflug, Bringfried und Oppelt, Natascha (2016) Water constituents and water depth retrieval from Sentinel-2A – a first evaluation in an oligotrophic lake. Remote Sensing, 8 (11), Seiten 1-25. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs8110941. ISSN 2072-4292.

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Offizielle URL: http://www.mdpi.com/2072-4292/8/11/941/pdf

Kurzfassung

Satellite remote sensing may assist in meeting the needs of lake monitoring. In this study, we aim to evaluate the potential of Sentinel-2 to assess and monitor water constituents and bottom characteristics of lakes at spatio-temporal synoptic scales. In a field campaign at Lake Starnberg, Germany, we collected validation data concurrently to a Sentinel-2A (S2-A) overpass. We compared the results of three different atmospheric corrections, i.e. Sen2Cor, ACOLITE and MIP, with in situ reflectance measurements, whereof MIP performed best (r = 0.987, RMSE = 0.002 sr-1). Using the bio-optical modelling tool WASI-2D, we retrieved absorption by coloured dissolved organic matter (aCDOM(440)), backscattering and concentration of suspended particulate matter (SPM) in optically deep water; water depths, bottom substrates and aCDOM(440) were modelled in optically shallow water. In deep water, spatial patterns of SPM and aCDOM(440) were plausibleshowed reasonable spatial patterns. Comparisons with in situ data (mean: 0.43 m-1) showed an underestimation of S2-A derived aCDOM(440) (mean: 0.14 m-1); S2-A backscattering of SPM was slightly higher than backscattering from in situ data (mean: : 0.019 m-1 vs. 0.027 m-1 vs. 0.019 m-1). Chlorophyll-a concentrations (~1 mg m-3) of the lake were too low for a retrieval. In shallow water, retrieved water depths exhibited a high correlation with echo sounding data (r = 0.95, residual standard deviation = 0.12 m) up to 2.5 m (Secchi disk depth: 4.2 m), though water depths were slightly underestimated (RMSE = 0.56 m). In deeper water, Sentinel-2A bands were incapable to of allowing a WASI-2D based separation of macrophytes and sediment which led to erroneous water depths. Overall, the results encourage further research into study lakes with varying optical properties and trophic states with Sentinel-2A.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/107413/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Water constituents and water depth retrieval from Sentinel-2A – a first evaluation in an oligotrophic lake
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Dörnhöfer, Katjadoernhoefer (at) geographie.uni-kiel.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Göritz, AnnaTechnische Universität München - IGSSENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gege, Peterpeter.gege (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0939-5267NICHT SPEZIFIZIERT
Pflug, Bringfriedbringfried.pflug (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4626-9393NICHT SPEZIFIZIERT
Oppelt, NataschaUni KielNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2016
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.3390/rs8110941
Seitenbereich:Seiten 1-25
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:WASI; atmospheric correction; bathymetry; submerged vegetation; sun glint; water quality; validation; inland waters; inverse modelling
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
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DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Spektrometrische Verfahren und Konzepte der Fernerkundung (alt), R - Vorhaben hochauflösende Fernerkundungsverfahren (alt)
Standort: Berlin-Adlershof , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Experimentelle Verfahren
Institut für Methodik der Fernerkundung > Photogrammetrie und Bildanalyse
Hinterlegt von: Gege, Dr.rer.nat. Peter
Hinterlegt am:08 Nov 2016 16:25
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:46

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