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A European Soil Organic Carbon Monitoring System Leveraging Sentinel 2 Imagery and the Lucas Soil Data Base

Wesemael, Bas van und Abdelbaki, Asmaa und Ben-Dor, Eyal und Chabrillat, Sabine und d'Angelo, Pablo und Demattê, José A. M. und Genova, Giulio und Gholizadeh, Asa und Heiden, Uta und Karlshöfer, Paul und Milewski, Robert und Poggio, Laura und Sabetizadeh, Marmar und Sanz, Adrián und Schwind, Peter und Tsakiridis, Nikolaos und Tziolas, Nikolaos und Yagüe Ballester, María Julia und Zizala, Daniel (2024) A European Soil Organic Carbon Monitoring System Leveraging Sentinel 2 Imagery and the Lucas Soil Data Base. Geoderma, Seite 117113. Elsevier. doi: 10.1016/j.geoderma.2024.117113. ISSN 0016-7061.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706124003422?via%3Dihub

Kurzfassung

Worldsoils has developed a pre-operational Soil Organic Carbon (SOC) monitoring system in a cloud environment capable of: (i) predicting topsoil organic carbon content at regional and continental scales from Earth Observation (EO) satellite data with a continuous cover over Europe, (ii) leveraging upon multitemporal soil-spectral data archives and modelling techniques and, (iii) joining end users and EO experts for developing soil indices, relevant for monitoring topsoil at regional and continental scales. The system utilized spectral models for croplands and a digital soil mapping approach for permanently vegetated areas such as grasslands and forests. Models strongly rely on soil reflectance composites from the Sentinel 2 multispectral instrument. The composites provide the median reflectance for all valid pixels over a period of three years (from March to October). The bare soil frequency, a proxy for the degree of crop cover during the growing season, is clearly lower in a Mediterranean pilot region with winter cereals and fodder crops providing an extensive cover during the growing season. The graphical user interface provides SOC content and the 90% uncertainty ratio for 50 m pixels in three pilot regions and 100 m pixels for the rest of Europe. The system has been tested for three years and SOC prediction remain stable as to be expected for such a short period. The SOC prediction algorithms are reasonable compared to others at the continental scale (R²: 0.41 for croplands and 0.28 for permanently vegetated areas). Apart from tree crops in Macedonia (Greece) the soil reflectance composite attributes the correct model to validation sets of cropland and grassland in the pilot regions. The evaluation of the SOC prediction is satisfactory in Wallonia (Belgium; R² 0.51), but is hindered by the limited range of this attributes in croplands in Greece and the Czech Republic. Moreover, the bare soil frequency is lower in Greece as a result of abundant tree crops, cereals and fodder crops. The monitoring system is able to reproduce spatial patterns in SOC content similar to the ones obtained from a detailed regional algorithm using the new generation of hyperspectral satellites. Although the very high values in kettle holes in a morainic landscape of Northern Germany are underestimated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/209588/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A European Soil Organic Carbon Monitoring System Leveraging Sentinel 2 Imagery and the Lucas Soil Data Base
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wesemael, Bas vanGeorges Lemaître Centre for Earth and Climate Research, Earth and Life Institute, Université Catholique de LouvainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abdelbaki, AsmaaGFZ PotsdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ben-Dor, EyalTel Aviv UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chabrillat, SabineGFZ PotsdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
d'Angelo, PabloPablo.Angelo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8541-3856NICHT SPEZIFIZIERT
Demattê, José A. M.jamdemat (at) usp.brNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Genova, GiulioISRICNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gholizadeh, AsaCzech University of Life Sciences PragueNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heiden, Utauta.heiden (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3865-1912NICHT SPEZIFIZIERT
Karlshöfer, Paulpaul.karlshoefer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0008-5988-9146172672941
Milewski, RobertGFZ PotsdamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Poggio, LauraISRICNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sabetizadeh, MarmarGeorges Lemaître Centre for Earth and Climate Research, Earth and Life Institute, Université Catholique de LouvainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sanz, AdriánGMVNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwind, PeterPeter.Schwind (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0498-767XNICHT SPEZIFIZIERT
Tsakiridis, NikolaosLaboratory of Remote Sensing, Spectroscopy, and GIS, Department of Agriculture, Aristotle University of ThessalonikiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tziolas, NikolaosNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-1502-3219NICHT SPEZIFIZIERT
Yagüe Ballester, María JuliaGMVNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zizala, DanielCzech University of Life Sciences PragueNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2024
Erschienen in:Geoderma
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.geoderma.2024.117113
Seitenbereich:Seite 117113
Verlag:Elsevier
ISSN:0016-7061
Status:veröffentlicht
Stichwörter:SOC content, Sentinel-2, temporal composite, soil parameter modelling, LUCAS soil, validation, European soil monitoring
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Optische Fernerkundung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Photogrammetrie und Bildanalyse
Hinterlegt von: Heiden, Dr.rer.nat. Uta
Hinterlegt am:28 Nov 2024 10:39
Letzte Änderung:28 Nov 2024 10:39

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