The GOCI atmospheric correction overland surfaces is essential for the time-series analysis of terrestrial environments with the very high temporal resolution. We develop an operational GOCI atmospheric correction method over land surfaces, which is rather different from the one developed for ocean surface. The GOCI atmospheric correction method basically reduces gases absorption and Rayleigh and aerosol scatterings and to derive surface reflectance from at-sensor radiance. We use the 6S radiative transfer model that requires several input parameters to calculate surface reflectance. In the sensitivity analysis, aerosol optical thickness was the most influential element among other input parameters including atmospheric model, terrain elevation, and aerosol type. To account for the highly variable nature of aerosol within the GOCI target area in northeast Asia, we generate the spatio-temporal aerosol maps using AERONET data for the aerosol correction. For a fast processing, the GOCI atmospheric correction method uses the pre-calculated look up table that directly converts at-sensor radiance to surface reflectance. The atmospheric correction method was validated by comparing with in-situ spectral measurements and MODIS reflectance products. The GOCI surface reflectance showed very similar magnitude and temporal patterns with the in-situ measurements and the MODIS reflectance. The GOCI surface reflectance was slightly higher than the in-situ measurement and MODIS reflectance by 0.01 to 0.06, which might be due to the different viewing angles. Anisotropic effect in the GOCI hourly reflectance needs to be further normalized during the following cloud-free compositing.
This study investigated temporal-spatial and variations in Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) products of parameters total suspended solids (TSS) and chlorophyll-a in the North Marine Areas of East China Sea.GOCI data were collected daily from February 2012 to December 2012. The higher chlorophyll-a values were observed during the investigation period. The relatively large increase in TSS and chlorophyll-a at the sampling stations coupled with typhoon events during the summer rainy period. The abnormal chlorophyll-a concentration was mainly driven by meteorological factors such as typhoon and rainfall in the coastal areas of Jeju and the North Marine Areas of East China Sea. The abnormal high chlorophyll-a concentration at the majority of the coastal stations indicate eutrophication of coastal waters, especially Red tide. The events such as eutrophication and abnormal high chlorophyll-a concentration may potentially influence outbreak of Red Tide, detected with GOCI parameters.
Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) is under development to provide a monitoring of oceancolor around the Korean Peninsula from geostationary platforms. It is planned to be loaded on Communication, Ocean, and Meteorological Satellite (COMS) of Korea. In this paper radiometric calibration concept of the GOCI is introduced. The GOCI radiometric response is modeled as a nonlinear system in order to reflect a nonlinear characteristic of detector. In this paper estimation approaches for radiometric parameters of GOCI model are discussed. For the GOCI, the offset signal depends on each spectral channel because dark current offset signal is a function of integration time which is different from channel to channel. The offset parameter can be estimated by using offset signal measurements for two integration time setting is described.
Choi, Jong-kuk;Ahn, Jae-Hyun;Son, Young Baek;Hwang, Deuk-jae;Lee, Sun Ju
Korean Journal of Remote Sensing
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v.36
no.2_2
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pp.237-247
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2020
Here, we generated maps of primary production in the coastal waters of the East Sea using sea surface chlorophyll-a concentrations (CHL), photosynthetically available radiation (PAR), euphotic depth induced by GOCI along with sea surface temperature (SST) from satellites of foreign countries as input parameters, and carried out a sensitivity analysis for each parameters. On 25th of July in 2013 when a wide cold waters appeared and on 13th of August in 2013 when a big harmful algal bloom existed in the study area, it shows high productivities with averages 1,012 and 1,945 mg C m-2 d-1, respectively. On August 25, 2013, when the cold waters and red tide retreated, it showed an average of 778 m-2 d-1, similar to the results of the previous analysis. As a result of the sensitivity analysis, PAR did not significantly affect the results of the primary production, but the euphotic depth and CHL showed aboveaverage sensitivity. In particular, SST had a large influence to the results, thus we could imply that an error in SST could lead to a large error in the primary production. This study showed that GOCI data was available for primary production study, and the accuracy of input parameters might be improved by applying GOCI, which can acquire images 8 times a day, making it more accurate than foreign polar orbit satellites and consequently, it is possible to estimate highly accurately primary production.
The first Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) onboard its Communication Ocean and Meteorological Satellite (COMS) is scheduled for launch in 2008. GOCI includes the eight visible-to-near-infrared (NIR) bands, 0.5km pixel resolution, and a coverage region of 2500 ${\times}$ 2500km centered at 36N and 130E. GOCI has had the scope of its objectives broadened to understand the role of the oceans and ocean productivity in the climate system, biogeochemical variables, geological and biological response to physical dynamics and to detect and monitor toxic algal blooms of notable extension through observations of ocean color. The special feature with GOCI is that like MODIS, MERIS and GLI, it will include the band triplets 660-680-745 for the measurements of sun-induced chlorophyll-a fluorescence signal from the ocean. The GOCI will provide SeaWiFS quality observations with frequencies of image acquisition 8 times during daytime and 2 times during nighttime. With all the above features, GOCI is considered to be a remote sensing tool with great potential to contribute to better understanding of coastal oceanic ecosystem dynamics and processes by addressing environmental features in a multidisciplinary way. To achieve the objectives of the GOCI mission, we develop the GOCI Data Processing System (GDPS) which integrates all necessary basic and advanced techniques to process the GOCI data and deliver the desired biological and geophysical products to its user community. Several useful ocean parameters estimated by in-water and other optical algorithms included in the GDPS will be used for monitoring the ocean environment of Korea and neighbouring countries and input into the models for climate change prediction.
The objective of this study is to determine Tasseled Cap Transformation (TCT) coefficients for the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI). TCT is traditional method of analyzing the characteristics of the land area from multi spectral sensor data. TCT coefficients for a new sensor must be estimated individually because of different sensor characteristics of each sensor. Although the primary objective of the GOCI is for ocean color study, one half of the scene covers land area with typical land observing channels in Visible-Near InfraRed (VNIR). The GOCI has a unique capability to acquire eight scenes per day. This advantage of high temporal resolution can be utilized for detecting daily variation of land surface. The GOCI TCT offers a great potential for application in near-real time analysis and interpretation of land cover characteristics. TCT generally represents information of "Brightness", "Greenness" and "Wetness". However, in the case of the GOCI is not able to provide "Wetness" due to lack of ShortWave InfraRed (SWIR) band. To maximize the utilization of high temporal resolution, "Wetness" should be provided. In order to obtain "Wetness", the linear regression method was used to align the GOCI Principal Component Analysis (PCA) space with the MODIS TCT space. The GOCI TCT coefficients obtained by this method have different values according to observation time due to the characteristics of geostationary earth orbit. To examine these differences, the correlation between the GOCI TCT and the MODIS TCT were compared. As a result, while the GOCI TCT coefficients of "Brightness" and "Greenness" were selected at 4h, the GOCI TCT coefficient of "Wetness" was selected at 2h. To assess the adequacy of the resulting GOCI TCT coefficients, the GOCI TCT data were compared to the MODIS TCT image and several land parameters. The land cover classification of the GOCI TCT image was expressed more precisely than the MODIS TCT image. The distribution of land cover classification of the GOCI TCT space showed meaningful results. Also, "Brightness", "Greenness", and "Wetness" of the GOCI TCT data showed a relatively high correlation with Albedo ($R^2$ = 0.75), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ($R^2$ = 0.97), and Normalized Difference Moisture Index (NDMI) ($R^2$ = 0.77), respectively. These results indicate the suitability of the GOCI TCT coefficients.
The Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) will be loaded in Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS). To efficiently apply the GOCI data in the variety of fields, it is essential to develop the standard algorithm for estimating the concentration of ocean environmental components (, , and ). For developing the empirical algorithm, about 300 water samples and in situ measurements were collected from sea water around the Korean peninsula from 1998 to 2006. Two kinds of chlorophyll algorithms are developed by using statistical regression and fluorescence technique considering the bio-optical properties in Case-II waters. The single band algorithm for is derived by relationship between Rrs (555) and in situ concentration. The CDOM is estimated by absorption coefficient and ratio of Rrs(412)/Rrs(555). These standard algorithms will be programmed as a module of GOCI Data Processing System (GDPS) until 2008.
Minsang Kim;Myung-Sook Park;Jae-Hyun Ahn;Gm-Sil Kang
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.6_2
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pp.1541-1551
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2023
Radiometric calibration is a fundamental step in ocean color remote sensing since the step to derive solar radiance spectrum in visible to near-infrared wavelengths from the sensor-observed electromagnetic signals. Generally, satellite sensor suffers from degradation over the mission period, which results in biases/uncertainties in radiometric calibration and the final ocean products such as water-leaving radiance, chlorophyll-a concentration, and colored dissolved organic matter. Therefore, the importance of radiometric calibration for the continuity of ocean color satellites has been emphasized internationally. This study introduces an approach to improve the radiometric calibration algorithm for the visible bands of the Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II) satellite with a focus on stability. Solar Diffuser (SD) measurements were employed as an on-orbit radiometric calibration reference, to obtain the continuous monitoring of absolute gain values. Time series analysis of GOCI-II absolute gains revealed seasonal variations depending on the azimuth angle, as well as long-term trends by possible sensor degradation effects. To resolve the complexities in gain variability, an azimuth angle correction model was developed to eliminate seasonal periodicity, and a sensor degradation correction model was applied to estimate nonlinear trends in the absolute gain parameters. The results demonstrate the effects of the azimuth angle correction and sensor degradation correction model on the spectrum of Top of Atmosphere (TOA) radiance, confirming the capability for improving the long-term stability of GOCI-II data.
In Korea, most industrial parks and major cities are located in coastal areas, which results in serious environmental problems in both coastal land and ocean. In order to effectively manage such problems especially in coastal ocean, water quality should be monitored. As there are many factors that influence water quality, the Korean Government proposed an integrated Water Quality Index (WQI) based on in situmeasurements of ocean parameters(bottom dissolved oxygen, chlorophyll-a concentration, secchi disk depth, dissolved inorganic nitrogen, and dissolved inorganic phosphorus) by ocean division identified based on their ecological characteristics. Field-measured WQI, however, does not provide spatial continuity over vast areas. Satellite remote sensing can be an alternative for identifying WQI for surface water. In this study, two schemes were examined to estimate coastal WQI around Korea peninsula using in situ measurements data and Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) satellite imagery from 2011 to 2013 based on machine learning approaches. Scheme 1 calculates WQI using estimated water quality-related factors using GOCI reflectance data, and scheme 2 estimates WQI using GOCI band reflectance data and basic products(chlorophyll-a, suspended sediment, colored dissolved organic matter). Three machine learning approaches including Random Forest (RF), Support Vector Regression (SVR), and a modified regression tree(Cubist) were used. Results show that estimation of secchi disk depth produced the highest accuracy among the ocean parameters, and RF performed best regardless of water quality-related factors. However, the accuracy of WQI from scheme 1 was lower than that from scheme 2 due to the estimation errors inherent from water quality-related factors and the uncertainty of bottom dissolved oxygen. In overall, scheme 2 appears more appropriate for estimating WQI for surface water in coastal areas and chlorophyll-a concentration was identified the most contributing factor to the estimation of WQI.
Sung, Taejun;Kim, Young Jun;Choi, Hyunyoung;Im, Jungho
Korean Journal of Remote Sensing
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v.37
no.5_1
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pp.959-974
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2021
Forel-Ule Index (FUI) is an index which classifies the colors of inland and seawater exist in nature into 21 gradesranging from indigo blue to cola brown. FUI has been analyzed in connection with the eutrophication, water quality, and light characteristics of water systems in many studies, and the possibility as a new water quality index which simultaneously contains optical information of water quality parameters has been suggested. In thisstudy, Ocean Colour-Climate Change Initiative (OC-CCI) based 4 km FUI was spatially downscaled to the resolution of 500 m using the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data and Random Forest (RF) machine learning. Then, the RF-derived FUI was examined in terms of its correlation with various water quality parameters measured in coastal areas and its spatial distribution and seasonal characteristics. The results showed that the RF-derived FUI resulted in higher accuracy (Coefficient of Determination (R2)=0.81, Root Mean Square Error (RMSE)=0.7784) than GOCI-derived FUI estimated by Pitarch's OC-CCI FUI algorithm (R2=0.72, RMSE=0.9708). RF-derived FUI showed a high correlation with five water quality parameters including Total Nitrogen, Total Phosphorus, Chlorophyll-a, Total Suspended Solids, Transparency with the correlation coefficients of 0.87, 0.88, 0.97, 0.65, and -0.98, respectively. The temporal pattern of the RF-derived FUI well reflected the physical relationship with various water quality parameters with a strong seasonality. The research findingssuggested the potential of the high resolution FUI in coastal water quality management in the Korean Peninsula.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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