Considerations for future Considerations for future
remote sensing activitiesremote sensing activities Edward D. Santoro, M.S.Edward D. Santoro, M.S.
Monitoring CoordinatorMonitoring Coordinator
Delaware River Basin CommissionDelaware River Basin Commission
[email protected]@drbc.state.nj.us
(609)883 9500 ext. 268(609)883 9500 ext. 268
• The DRBC oversees and The DRBC oversees and performs a number of water performs a number of water quality monitoring activities in quality monitoring activities in Tidal and Non-Tidal areas. Tidal and Non-Tidal areas.
• The mainstem Delaware River The mainstem Delaware River varies from a shallow wide varies from a shallow wide river environment to a turbid river environment to a turbid well mixed saline environment.well mixed saline environment.
• The DRBC sets water quality The DRBC sets water quality standards and evaluates standards and evaluates compliance with those compliance with those standards by WQ Zone, and standards by WQ Zone, and identifies waters out of identifies waters out of compliance.compliance.
• In addition to over 95 sites in a In addition to over 95 sites in a fixed station network we also fixed station network we also fund automatic monitoring fund automatic monitoring platforms at 7 locations. platforms at 7 locations.
• Analytes include conventional Analytes include conventional pollutants, toxics, bacteria pollutants, toxics, bacteria and biological measurements.and biological measurements.
ITEMS To ConsiderITEMS To Consider
• Seamless ability to integrate Remote Seamless ability to integrate Remote Sensing activities with ongoing Fixed Sensing activities with ongoing Fixed Station Network Monitoring ActivitiesStation Network Monitoring Activities
• Integration of results into ARC View & Integration of results into ARC View & Arc Map software programs.( With a Arc Map software programs.( With a minimum of difficulty)minimum of difficulty)
• Minimize the need for Environmental Minimize the need for Environmental Managers & Staff to learn new Managers & Staff to learn new software. software.
ITEMS To Consider ITEMS To Consider (contd.)(contd.)
• Develop portable remote sensing units to Develop portable remote sensing units to allow field crews to identify areas of interest allow field crews to identify areas of interest outside of Fixed Station Networks and outside of Fixed Station Networks and provide “ground truthing” at those locations.provide “ground truthing” at those locations.
• Portable units must be durable! Portable units must be durable! • For phytoplankton assemblages: begin to For phytoplankton assemblages: begin to
provide some ability to identify Community provide some ability to identify Community Structure i.e.; speciation or biomass Structure i.e.; speciation or biomass estimates.estimates.
• Multispectural laser imaging for Multispectural laser imaging for multi species investigations.multi species investigations.
• Remote sensing for SAV mapping in Remote sensing for SAV mapping in the marine & freshwater portions of the marine & freshwater portions of the system.the system.
• Bathymetry in turbid and non- turbid Bathymetry in turbid and non- turbid environments.environments.
• Comparability across remote sensing Comparability across remote sensing spatial scales.spatial scales.
• Enhanced resolution to 0.5 - 1 meters Enhanced resolution to 0.5 - 1 meters
ITEMS To Consider ITEMS To Consider (contd.)(contd.)
ITEMS To Consider ITEMS To Consider (contd.)(contd.)
• Determine the spatial distribution of Determine the spatial distribution of rooted aquatic plants through low-altitude rooted aquatic plants through low-altitude (aircraft) and satellite imagery for (aircraft) and satellite imagery for locating effects of nutrient contamination.locating effects of nutrient contamination.
• This would require smaller pixel sizes to This would require smaller pixel sizes to accommodate varying river widths of less accommodate varying river widths of less than 400’ or adjustable pixel sizes based than 400’ or adjustable pixel sizes based upon need. upon need.
• Use of low altitude remote sensors to Use of low altitude remote sensors to track heated discharge plumes in colder track heated discharge plumes in colder weather. Vertical integration ??weather. Vertical integration ??
Update of Remote Sensing Update of Remote Sensing MethodsMethods
• The Coastal Information Services of NOAA has The Coastal Information Services of NOAA has worked with NASA to refine a recent technology worked with NASA to refine a recent technology – LIDAR (Light Detection And Ranging).– LIDAR (Light Detection And Ranging).
• Limitation of current sampling methods:Limitation of current sampling methods:– Traditional boat sampling can miss algal blooms.Traditional boat sampling can miss algal blooms.– Satellite remote sensing resolution is at too large a Satellite remote sensing resolution is at too large a
scale, SEAWIFs & MODUS are typically at 400 m. scale, SEAWIFs & MODUS are typically at 400 m. resolution. resolution.
• NOAA is currently evaluating remote sensing as NOAA is currently evaluating remote sensing as a practical management tool to access the a practical management tool to access the utility in shallow water, accuracy and rapidity of utility in shallow water, accuracy and rapidity of data turnaround. data turnaround.
• Airborne remote sensing is a good alternative to Airborne remote sensing is a good alternative to satellite imaging.satellite imaging.
Remote Sensing Remote Sensing Activities in Delaware Activities in Delaware
BayBay• NJ DEP & DRBC field NJ DEP & DRBC field
data collected on the five data collected on the five days April 2001, March, days April 2001, March, 2002 and April, 2002. 2002 and April, 2002.
• These over-flights were These over-flights were evaluated using an evaluated using an active LIDAR Sensor active LIDAR Sensor (Light Detection & (Light Detection & Ranging). Ranging).
• The LIDAR system The LIDAR system utilizes a laser utilizes a laser flourosensor, a passive flourosensor, a passive hyper-spectral color hyper-spectral color sensor and a sea surface sensor and a sea surface temperature (SST) temperature (SST) sensor. sensor.
• Obvious limitation with Obvious limitation with LASERLASER
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FluorescenceChlorophyll
14 March, 2001
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
S
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FluorescenceChlorophyll
19 March, 2001
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
S
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FluorescenceChlorophyll
5 April, 2001
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
S
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FluorescenceChlorophyll
19 March, 2002
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
S
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FluorescenceChlorophyll
5 April, 2002
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
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FluorescenceChlorophyll
11 April, 2002
10 0 10 20 30 40 50 Kilometers
N
EW
S
Chl (ug/l)
>80%U70 - 80%U60 - 70%U50 - 60%U45 - 50%U40 - 45%U35 - 40%U30 - 35%U25 - 30%U20 - 25%U15 - 20%U12 - 15%U10 - 12%U9 - 10%U8 - 9%U7 - 8%U6 - 7%U
5 - 6%U4.5 - 5%U4 - 4.5%U3.5 - 4%U3 - 3.5%U2.5 - 3%U2 - 2.5%U1.75 - 2%U1.5 - 1.75%U1.25 - 1.5%U1 - 1.25%U0.75 - 1%U0.5 - 0.75%U0.375 - 0.5%U0.25 - 0.375%U0.125 - 0.25%U0 - 0.125%U
0 2 4 6 8 KilometersN
EW
S
Bathymetry(meters)
Bathymetry (m)
1.5 - 2
1.0 - 1.5
0.5 - 1.0
0 - 0.5
-0.5 - 0
-1 - -0.5
-1.5 - -1
-2 - -1.5
-2.5 - -2
-3 - -2.5
-3.5 - -3
-4 - -3.5
-4.5 - -4
-5 - -4.5
-5.5 - -5
-6 - -5.5
-6.5 - -6
-7 - -6.5
-7.5 - -7
-8 - -7.5
-8.5 - -8
-9 - -8.5
-9.5 - -9
-10 - -9.5
-10.5 - -10
-11 - -10.5
-11.5 - -11
-12 - -11.5
-12.5 - -12
-13 - -12.5
-13.5 - -13
-20 - -13
-30- - -20
< -30
No Data
0 2 4 6 8 KilometersN
EW
S
Seagrasses1999
Seagrass, 1999
Eel Grass
Ruppia
Widgeon Grass
Next stepsNext steps
• Develop ways to Develop ways to reduce the effect of reduce the effect of bottom reflectancebottom reflectance
• Sea grasses Sea grasses turbidity& colored turbidity& colored dissolved organic dissolved organic matter (CDOM)matter (CDOM)
• Other sensors?Other sensors?– FastFast– SimpleSimple– CheapCheap
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Rrs(555)
5 April, 2001
6 0 6 12 18 24 30 Kilometers
N
EW
S
Rrs(555)
>.099#
0.096 - 0.099#
0.093 - 0.096#
0.09 - 0.093#
0.087 - 0.09#
0.084 - 0.087#
0.081 - 0.084#
0.078 - 0.081#
0.075 - 0.078#
0.072 - 0.075#
0.069 - 0.072#
0.066 - 0.069#
0.063 - 0.066#
0.06 - 0.063#
0.057 - 0.06#
0.054 - 0.057#
0.051 - 0.054#
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0.045 - 0.048#
0.042 - 0.045#
0.039 - 0.042#
0.036 - 0.039#
0.033 - 0.036#
0.03 - 0.033#
0.027 - 0.03#
0.024 - 0.027#
0.021 - 0.024#
0.018 - 0.021#
0.015 - 0.018#
0.012 - 0.015#
0.009 - 0.012#
0.006 - 0.009#
0.003 - 0.006#
0 - 0.003#
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CDOM(relative units)
5 April, 2001
6 0 6 12 18 24 30 Kilometers
N
EW
S
CDOM (rel. fluor.)
> 6.6#
6.4 - 6.6#
6.2 - 6.4#
6 - 6.2#
5.8 - 6#
5.6 - 5.8#
5.4 - 5.6#
5.2 - 5.4#
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4.8 - 5#
4.6 - 4.8#
4.4 - 4.6#
4.2 - 4.4#
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-10
0
10
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0 2 4 6 8 10
OC4v4 Chlorophyll
Fiel
d C
hlor
ophy
ll
• Preliminary results during Preliminary results during 2001 remote sensing over-2001 remote sensing over-flights & ground truthing flights & ground truthing activities in Delaware Bay activities in Delaware Bay did not show a good match did not show a good match up between passive organic up between passive organic carbon versus field carbon versus field chlorophyll a.chlorophyll a.
• Vendors need to reduce the Vendors need to reduce the effects of reflection from: effects of reflection from: sunglint, bottom reflection.sunglint, bottom reflection.
• CDOM and turbidity also CDOM and turbidity also seem to reduce the seem to reduce the effectiveness. However effectiveness. However these may comprise some these may comprise some of the parameters of great of the parameters of great interest to regulatory interest to regulatory agencies.agencies.
Next steps Next steps contd.contd.
CDOM (rel. fluor.)
> 6.6#
6.4 - 6.6#
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• This slide shows CDOM using a This slide shows CDOM using a hyper spectral color sensor. It hyper spectral color sensor. It would be extremely valuable for would be extremely valuable for our pollution control efforts if our pollution control efforts if algorithms were developed to algorithms were developed to relate these values to dissolved relate these values to dissolved organic carbon levelsorganic carbon levels
• At DRBC we use carbon as a At DRBC we use carbon as a way to track chlorinated way to track chlorinated organic compounds such as organic compounds such as PCB’s. It would be very useful PCB’s. It would be very useful if high levels of carbon could be if high levels of carbon could be discerned using remote sensing discerned using remote sensing to identify plumes and provide to identify plumes and provide for modification of sample for modification of sample collection spatially. collection spatially.
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• Useful to have little or no Useful to have little or no operator limitations.operator limitations.
Colored Dissolved Organic Matter (CDOM)
0
1
2
3
4
5
6
Penta PCB vs POC
0.00E+00
2.00E+02
4.00E+02
6.00E+02
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1.00E+03
1.20E+03
1.40E+03
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Particulate Organic Carbon mg/l
Pen
ta P
CB
pg
/l
ConclusionsConclusions
• Remote sensing can provide a cost Remote sensing can provide a cost effective way to enhance current effective way to enhance current monitoring activities.monitoring activities.
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