The Application of Spaceborne GNSS-Reflectometry for the Study of Ocean Microplastics
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2826369Utgivelsesdato
2021Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Fra produksjonen av oksygen, mat og medisin til transport og maritim økonomi, spiller verdenshavene en avgjørende rolle i det menneskelige samfunn. Over flere tiår har fjernmåling satellitter overvåket havene ved hjelp av ulike metoder gjennom mikrobølgesignaler eller optiske bilder. Midlertid har en ny teknikk nylig trukket mye oppmerksomhet, nemlig fjernmåling ved hjelp av reflekterte signaler fra Global Navigation Satellite Systems (GNSS), eller GNSS-reflektometri (GNSS-R). I denne oppgaven er anvendelsen av rombaserte GNSS-R observasjoner for å oppdage og overvåke mikroplast i havet studert. En flerbruksbasert programvare er utviklet og benyttet for analysen. Dette studie bruker et stort datasett fra NASA GNSS-R oppdraget kalt Cyclone GNSS (CYGNSS). Dette datasettet dekker en periode på over fire år fra 2017 til 2021. Variabelen brukt for analysen er Normalized Bi-static Radar Cross Section (NBRCS) som er hentet fra Nivå 1-produktet av oppdraget. NBRCS verdiene er samlet med samsvarende vinddata fra European Center for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF) Re-Analysis (ERA5). Avvikene i NBRCS blir undersøkt for å oppdage brå endringer knyttet til tilstedeværelsen av mikroplast. Mikroplast, i tillegg til andre overflateliggende stoffer, kan redusere overflatespenningen ved å svekke småbølger. Resultatet fra distribusjonen av mikroplast blir sammenlignet med de tilgjengelige mikroplastmodellene. Analogien viser en god sammenheng med modellene som antyder at rombasert GNSS-R kan være et lovende verktøy for å spore mikroplast over havet. From the production of oxygen, food and medicine to transportation and maritime economy, the world oceans play a crucial role in human society. For decades remote sensing satellites have been monitoring the oceans using different methods through microwave signals or optical images. However, a novel technique that has recently drawn attention is remote sensing using the reflected signals of Global Navigation Satellite Systems (GNSS), or GNSS-Reflectometry (GNSS-R). In this thesis, the application of spaceborne GNSS-R observations for detecting and monitoring oceanic microplastics has been studied. A multi-purpose web-based software has been developed and used for the analysis. The study utilizes a large dataset from a NASA GNSS-R mission called Cyclone GNSS (CYGNSS). The dataset covers a period of over four years, from 2017 to 2021. The parameter used for the analysis is the Normalized Bi-static Radar Cross Section (NBRCS) which is retrieved from the Level-1 product of the mission. The NBRCS values are collocated with matchup wind data from European Center for Medium-range Weather Forecast (ECMWF) Re-Analysis (ERA5). The anomalies in NBRCS are investigated to detect abrupt changes which are linked to the presence of microplastics. The microplastics, along with surfactants, can reduce surface stress and suppressing ocean surface roughness. The results of the distribution of microplastics are compared to the available microplastics models. The analogy shows a good agreement with the models suggesting that the spaceborne GNSS-R can be a promising tool for tracking microplastics over the ocean.