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Meta-classification of remote sensing reflectance to estimate trophic status of inland and nearshore waters

Werther, Mortimer und Spyrakos, Evangelos und Simis, Stefan G.H. und Odermatt, Daniel und Stelzer, Kerstin und Krawczyk, Harald und Berlage, Oberon und Hunter, Peter und Tyler, Andrew (2021) Meta-classification of remote sensing reflectance to estimate trophic status of inland and nearshore waters. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 176, Seiten 109-126. Elsevier. doi: 10.1016/j.isprsjprs.2021.04.003. ISSN 0924-2716.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271621000988

Kurzfassung

Common aquatic remote sensing algorithms estimate the trophic state (TS) of inland and nearshore waters through the inversion of remote sensing reflectance (Rrs ()) into chlorophyll-a (chla) concentration. In this study we present a novel method that directly inverts Rrs () into TS without prior chla retrieval. To successfully cope with the optical diversity of inland and nearshore waters the proposed method stacks supervised classification algorithms and combines them through meta-learning. We demonstrate the developed methodology using the waveband configuration of the Sentinel-3 Ocean and Land Colour Instrument on 49 globally distributed inland and nearshore waters (567 observations). To assess the performance of the developed approach, we compare the results with TS derived through optical water type (OWT) switching of chla retrieval algorithms. Meta-classification of TS was on average 6.75% more accurate than TS derived via OWT switching of chla algorithms. The presented method achieved 90% classification accuracies for eutrophic and hypereutrophic waters and was 12% more accurate for oligotrophic waters than derived through OWT chla retrieval. However, mesotrophic waters were estimated with lower accuracy from both our developed method and through OWT chla retrieval (52.17% and 46.34%, respectively), highlighting the need for improved base algorithms for low - moderate biomass waters. Misclassified observations were characterised by highly absorbing and/or scattering optical properties for which we propose adaptations to our classification strategy.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145069/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Meta-classification of remote sensing reflectance to estimate trophic status of inland and nearshore waters
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werther, MortimerEarth and Planetary Observation Sciences (EPOS)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spyrakos, EvangelosEarth and Planetary Observation Sciences (EPOS)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Simis, Stefan G.H.Plymouth Marine LaboratoryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Odermatt, DanielSwiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Department of Surface WatersNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stelzer, KerstinBrockmann Consult, HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krawczyk, HaraldHarald.Krawczyk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Berlage, OberonAppjection, AmsterdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hunter, PeterEarth and Planetary Observation Sciences (EPOS),NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tyler, AndrewEarth and Planetary Observation Sciences (EPOS),NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2021
Erschienen in:ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:176
DOI:10.1016/j.isprsjprs.2021.04.003
Seitenbereich:Seiten 109-126
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Mallet, Clementisprs.orgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weng, Qihaoisprs.orgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0924-2716
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Trophic Status Meta-classification Optical Water Types Chla Lakes
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Optische Fernerkundung
Standort: Berlin-Adlershof , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Photogrammetrie und Bildanalyse
Hinterlegt von: Krawczyk, Harald
Hinterlegt am:02 Nov 2021 12:29
Letzte Änderung:28 Jun 2023 13:13

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