scholarly journals Hybrid modeling and prediction of oyster norovirus outbreaks

Author(s):  
Shima Shamkhali Chenar ◽  
Zhiqiang Deng

Abstract This paper presents a hybrid model for predicting oyster norovirus outbreaks by combining the Artificial Neural Networks (ANNs) and Principal Component Analysis (PCA) methods and using the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite remote-sensing data. Specifically, 10 years (2007–2016) of cloud-free MODIS Aqua data for water leaving reflectance and environmental data were extracted from the center of each oyster harvest area. Then, the PCA was utilized to compress the size of the MODIS Aqua data. An ANN model was trained using the first 4 years of the data from 2007 to 2010 and validated using the additional 6 years of independent datasets collected from 2011 to 2016. Results indicated that the hybrid PCA-ANN model was capable of reproducing the 10 years of historical oyster norovirus outbreaks along the Northern Gulf of Mexico coast with a sensitivity of 72.7% and specificity of 99.9%, respectively, demonstrating the efficacy of the hybrid model.

2019 ◽  
Vol 11 (23) ◽  
pp. 2771 ◽  
Author(s):  
Lu She ◽  
Hankui Zhang ◽  
Weile Wang ◽  
Yujie Wang ◽  
Yun Shi

Himawari-8, operated by the Japan Meteorological Agency (JMA), is a new generation geostationary satellite that provides remote sensing data to retrieve atmospheric aerosol optical depth (AOD) at high spatial (1 km) and high temporal (10 min) resolutions. The Geostationary- National Aeronautics and Space Administration (NASA) Earth exchange (GeoNEX) project recently adapted the multiangle implementation of atmospheric correction (MAIAC) algorithm, originally developed for joint retrieval of AOD and surface anisotropic reflectance with the moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) data, to generate Earth monitoring products from the latest geostationary satellites including Himawari-8. This study evaluated the GeoNEX Himawari-8 ~1 km MAIAC AOD retrieved over all the aerosol robotic network (AERONET) sites between 6°N–30°N and 91°E–127°E. The corresponding JMA Himawari-8 AOD products were also evaluated for comparison. We only used cloud-free and the best quality satellite AOD retrievals and compiled a total of 16,532 MAIAC-AERONET and 21,737 JMA-AERONET contemporaneous pairs of AOD values for 2017. Statistical analyses showed that both MAIAC and JMA data are highly correlated with AERONET AOD, with the correlation coefficient (R) of ~0.77, and the root mean squared error (RMSE) of ~0.16. The absolute bias of MAIAC AOD (0.02 overestimation) appears smaller than that of the JMA AOD (0.05 underestimation). In comparison with the JMA data, the time series of MAIAC AOD were more consistent with AERONET AOD values and better capture the diurnal variations of the latter. The dependence of MAIAC AOD bias on scattering angles is also discussed.


2020 ◽  
Author(s):  
Jiecan Cui ◽  
Tenglong Shi ◽  
Yue Zhou ◽  
Dongyou Wu ◽  
Xin Wang ◽  
...  

Abstract. Snow is the most reflective natural surface on Earth and consequently plays an important role in Earth’s climate. Light-absorbing particles (LAPs) deposited on the snow surface can effectively decrease snow albedo, resulting in positive radiative forcing. In this study, we used remote sensing data from NASA’s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and the Snow, Ice, and Aerosol Radiative (SNICAR) model to quantify the reduction in snow albedo due to LAPs, before validating and correcting the data against in situ observations. We then incorporated these corrected albedo reduction data in the Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer (SBDART) model to estimate Northern Hemisphere radiative forcing in January and February for the period 2003–2018. Our analysis reveals an average corrected reduction in snow albedo of ~0.0246, with instantaneous radiative forcing and daily radiative forcing values of ~5.87 and ~1.69 W m−2, respectively. We also observed significant spatial variations in corrected snow albedo reduction, instantaneous radiative forcing and daily radiative forcing throughout the Northern Hemisphere, with the lowest respective values (~0.0123, ~1.09 W m−2, and ~0.29 W m−2) occurring in the Arctic and the highest (~0.1669, ~36.02 W m−2, and ~10.60 W m−2) in northeastern China. From MODIS retrievals, we determined that the LAP content of snow accounts for 57.6 % and 37.2 % of the spatial variability in Northern Hemisphere albedo reduction and radiative forcing, respectively. We also compared retrieved radiative forcing values with those of earlier studies, including local-scale observations, remote-sensing retrievals, and model-based estimates. Ultimately, estimates of radiative forcing based on satellite-retrieved data are shown to represent true conditions on both regional and global scales.


2016 ◽  
Vol 16 (3) ◽  
pp. 1255-1269 ◽  
Author(s):  
Q. Xiao ◽  
H. Zhang ◽  
M. Choi ◽  
S. Li ◽  
S. Kondragunta ◽  
...  

Abstract. Persistent high aerosol loadings together with extremely high population densities have raised serious air quality and public health concerns in many urban centers in East Asia. However, ground-based air quality monitoring is relatively limited in this area. Recently, satellite-retrieved Aerosol Optical Depth (AOD) at high resolution has become a powerful tool to characterize aerosol patterns in space and time. Using ground AOD observations from the Aerosol Robotic Network (AERONET) and the Distributed Regional Aerosol Gridded Observation Networks (DRAGON)-Asia Campaign, as well as from handheld sunphotometers, we evaluated emerging aerosol products from the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) aboard the Suomi National Polar-orbiting Partnership (S-NPP), the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) aboard the Communication, Ocean, and Meteorology Satellite (COMS), and Terra and Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) (Collection 6) in East Asia in 2012 and 2013. In the case study in Beijing, when compared with AOD observations from handheld sunphotometers, 51 % of VIIRS Environmental Data Record (EDR) AOD, 37 % of GOCI AOD, 33 % of VIIRS Intermediate Product (IP) AOD, 26 % of Terra MODIS C6 3 km AOD, and 16 % of Aqua MODIS C6 3 km AOD fell within the reference expected error (EE) envelope (±0.05 ± 0.15 AOD). Comparing against AERONET AOD over the Japan–South Korea region, 64 % of EDR, 37 % of IP, 61 % of GOCI, 39 % of Terra MODIS, and 56 % of Aqua MODIS C6 3 km AOD fell within the EE. In general, satellite aerosol products performed better in tracking the day-to-day variability than tracking the spatial variability at high resolutions. The VIIRS EDR and GOCI products provided the most accurate AOD retrievals, while VIIRS IP and MODIS C6 3 km products had positive biases.


2021 ◽  
Author(s):  
Christopher YS Wong ◽  
Lina M Mercado ◽  
Altaf Arain ◽  
Ingo Ensminger

Crucially, the phenology of photosynthesis conveys the length of the growing season. Assessing the timing of photosynthetic phenology is key for terrestrial ecosystem models for constraining annual carbon uptake. However, model representation of photosynthetic phenology remains a major limitation. Recent advances in remote sensing allow detecting changes of foliar pigment composition that regulate photosynthetic activity. We used foliar pigments changes as proxies for light-use-efficiency (LUE) to model gross primary productivity (GPP) from remote sensing data. We evaluated the performance of LUE-models with GPP from eddy covariance and against MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) GPP, a conventional LUE model, and a process-based dynamic global vegetation model at an evergreen needleleaf and a deciduous broadleaf forest. Overall, the LUE-models using foliar pigment information best captured the start and end of season, demonstrating that using regulatory carotenoids and photosynthetic efficiency in LUE models can improve remote monitoring of the phenology of forest vegetation.


2020 ◽  
Author(s):  
Ηλίας Αγαθαγγελίδης

Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής επιχειρήθηκε μία πολυδιάστατη μελέτη του θερμικού περιβάλλοντος του πολεοδομικού συγκροτήματος της Αθήνας. Η ερευνητική προσπάθεια είχε ως στόχο την εκτίμηση της επίδρασης της αστική μορφολογίας και λειτουργίας στο αστικό θερμικό περιβάλλον. Η μελέτη υλοποιήθηκε κατά κύριο λόγο με την ανάπτυξη τεχνικών δορυφορικής τηλεπισκόπησης και επικουρικά με την εφαρμογή Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και αριθμητικής προσομοίωσης. Τα υφιστάμενα δορυφορικά συστήματα δεν διαθέτουν την ταυτόχρονη υψηλή χωρική και χρονική διακριτική ικανότητα η οποία απαιτείται για τη λεπτομερειακή διερεύνηση των ενδοαστικών διαφοροποιήσεων. Για τον σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκε αρχικά βελτίωση των υφιστάμενων μεθοδολογιών της στατιστικής υποκλιμάκωσης, κατά την οποία το LST ενισχύεται χωρικά βάσει της σχέσης που εμφανίζει με επιφανειακές παραμέτρους. Η υποκλιμάκωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση πολλαπλών μεταβλητών πρόβλεψης, υψηλής χωρικής ανάλυσης τιμών του συντελεστή εκπομπής έπειτα από φασματική ταξινόμηση, και εξετάζοντας διαφορετικούς γραμμικούς και μη γραμμικούς αλγορίθμους παλινδρόμησης. Εφαρμόστηκε στις καταγραφές θερμικής ακτινοβολίας του αισθητήρα Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) των δορυφόρων Aqua και Terra, για τη χωρική ενίσχυσή τους από το 1 km στα 100 m. Βρέθηκε ότι η προτεινόμενη μέθοδος υποκλιμάκωσης —με τη χρήση του αλγορίθμου παλινδρόμησης τύπου ridge— παρείχε αξιόπιστες, χωρικά ενισχυμένες τιμές LST με σφάλμα μικρότερο των 2 K (τετραγωνική ρίζα μέσου τετραγωνικού σφάλματος, Root Mean Square Error – RMSE) και με σταθερά καλύτερη ακρίβεια (∼0.5 K) συγκριτικά με τις μεθόδους αναφοράς. Στο επόμενο στάδιο της μελέτης πραγματοποιήθηκε, σε υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα (100 m), ο προσδιορισμός των χαρακτηριστικών της αστικής μορφολογίας, της λειτουργίας και των ροών ενέργειας της Αθήνας, και επακόλουθα ο συνδυασμός τους σε έναν δείκτη θερμικής επιβάρυνσης. Χρησιμοποιώντας πλήθος γεωχωρικών δεδομένων, κατέστη δυνατή η πλήρης περιγραφή του κτηριακού περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένου του λόγου του ύψους των κτηρίων προς το πλάτος των δρόμων —αναλογία διαστάσεων αστικής χαράδρας (H/W)— για κάθε οδό της πόλης. Επακόλουθα, αξιοποιώντας το υψηλής χωρικής και χρονικής ανάλυσης LST από το πρώτο τμήμα της εργασίας, πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός της αισθητής (QH) και της λανθάνουσας ροής θερμότητας (QE). Χρησιμοποιήθηκαν επιπρόσθετα παρατηρήσεις από μετεωρολογικούς σταθμούς και εφαρμόστηκε η μέθοδος της «αεροδυναμικής αντίστασης». Για την αξιολόγηση της ακρίβειας της εκτίμησης των ροών χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις μικρομετεωρολογικού πύργου· βρέθηκε μέσο σφάλμα RMSE ∼45 W/m2 για το QH και ∼15 W/m2 για το QE. Από τις παραπάνω τυρβώδεις ροές ενέργειας υπολογίστηκε στη συνέχεια ο λόγος Bowen β = QH/QE. Η ανθρωπογενής ροή θερμότητας (QF) προσδιορίστηκε μέσω της ανάπτυξης αλγορίθμου που συνδυάζει τις «bottom-up» και «top-down» προσεγγίσεις και είναι προσαρμοσμένος στα διαθέσιμα ενεργειακά δεδομένα της Αθήνας. Εντοπίστηκαν υψηλές ανθρωπογενείς εκπομπές θερμότητας για το κέντρο της πόλης (QF > 100 W/m2). Οι παραπάνω μεταβλητές (H/W, β και QF) μαζί με την εκτιμώμενη «καθαρή» μεταβολή του ρυθμού αποθήκευσης θερμότητας (ΔQs) ενσωματώθηκαν κατόπιν στον προτεινόμενο δείκτη θερμικής έκθεσης (Urban Heat Exposure, UHeatEx), χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ανάλυσης σε κύριες συνιστώσες (Principal Component Analysis, PCA). Ο παραπάνω δείκτης αποτύπωσε τα σημεία του αστικού ιστού της Αθήνας με τη δυσμενέστερη θερμική ποιότητα και κατά συνέπεια μπορεί να καταστεί ιδιαίτερα πολύτιμος σε μελέτες αστικού σχεδιασμού. Επιπρόσθετα, ο UHeatEx κατάφερε να αναδείξει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ως προς τη μορφολογία και το ενεργειακό ισοζύγιο της πόλης, κάτι που σε σημαντικό βαθμό δεν μπορούσε να επιτευχθεί μέσω της ταξινόμησης των «Τοπικών Κλιματικών Ζωνών» (Local Climate Zones, LCZ). Στο τελευταίο μέρος το ενδιαφέρον μετατοπίστηκε στην αξιολόγηση της μέσης επίδρασης στο θερμικό περιβάλλον εκτενέστερων αστικών ενοτήτων τοπικής κλίμακας (1 km). Συγκεκριμένα, αρχικά διερευνήθηκε η επίδραση βασικών αστικών μορφολογικών παραμέτρων —το ποσοστό των αδιαπέρατων επιφανειών, το ποσοστό της επιφάνειας κάλυψης από κτήρια και το ύψος των κτηρίων— στην επιφανειακή θερμοκρασία όπως αυτή καταγράφεται από τον δορυφορικό αισθητήρα MODIS. Με σκοπό μια ευρύτερη γενίκευση των συμπερασμάτων ως προς την επίδραση της αστικής μορφολογίας στο LST, παράλληλα με την περίπτωση της Αθήνας εξετάστηκαν 24 επιπλέον ευρωπαϊκές πόλεις. Η στατιστική ανάλυση κατέδειξε ότι η πυκνή και υψηλή δόμηση έχει εν γένει ασθενή θετική ή ακόμα και αρνητική σύνδεση με το LST κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ αντίθετα εμφανίζει ισχυρή θετική επίδραση τη νύχτα. Το παραπάνω ήταν ιδιαίτερα εμφανές για την Αθήνα, όπου και εξετάστηκαν επιπλέον μορφολογικές παράμετροι και πραγματοποιήθηκε ερμηνεία των αποτελεσμάτων με βάση τις τάξεις των LCZ. Στη συνέχεια, τα χαρακτηριστικά της αστικής μορφολογίας και λειτουργίας της Αθήνας ενσωματώθηκαν στο ατμοσφαιρικό μοντέλο WRF για τη διερεύνηση της προγνωστικής ικανότητάς του, όσον αφορά το αστικό θερμικό περιβάλλον. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του WRF (σε πλέγμα χωρικής ανάλυσης 1 km) σε συνδυασμό με ένα τροποποιημένο σχήμα αστικής παραμετροποίησης έδειξαν ότι το μοντέλο μπορεί να αναπαραγάγει τις κύριες διαφοροποιήσεις εντός του αστικού ιστού, αναφορικά με την επιφανειακή θερμοκρασία (RMSE ∼2.4 K) και τη θερμοκρασία αέρα κοντά στο έδαφος (RMSE ∼1.7 K).


2011 ◽  
Vol 356-360 ◽  
pp. 2854-2859
Author(s):  
Lin Sheng Huang ◽  
Qing Song Guan ◽  
Yan Sheng Dong ◽  
Dong Yan Zhang ◽  
Wen Jiang Huang ◽  
...  

Drought is one of the major natural disasters in China, it has extremely affected national food security. In this study, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and surface temperature (Ts) were calculated by using 8-day composite Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) reflectance product data MOD09A1 and MOD11A2, then NDVI-Ts feature space was obtained and dry edge and wet edge equation was fit. According to coefficients of dry edge and wet edge equation, Temperature Vegetation Drought Index (TVDI) will be calculated and refer it as a drought monitoring indicator. In addition, drought monitoring and classification of Shandong province (China) was completed by TVDI from February to May,2011. Furthermore, the drought classification diagram was made and the drought area in each period was counted. The results showed revealed that: NDVI-Ts feature was roughly a triangular shape in the two-dimensional plane, and drought conditions could be better monitored through TVDI. Finally, the desktop demonstration system of drought monitoring was designed and some general functions were realized based on ArcGis Engine.


2015 ◽  
Vol 15 (15) ◽  
pp. 20709-20741 ◽  
Author(s):  
Q. Xiao ◽  
H. Zhang ◽  
M. Choi ◽  
S. Li ◽  
S. Kondragunta ◽  
...  

Abstract. Persistent high aerosol loadings together with extremely high population density have raised serious air quality and public health concerns in many urban centers in East Asia. However, ground based air quality monitoring is relatively limited in this area. Recently, satellite retrieved Aerosol Optical Depth (AOD) at high resolution has become a powerful tool to characterize aerosol patterns in space and time. Using ground AOD measurements from the Aerosol Robotic Network (AERONET) and the Distributed Regional Aerosol Gridded Observation Networks (DRAGON)-Asia Campaign, as well as from handheld sunphotometers, we evaluated emerging aerosol products from the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) aboard the Suomi National Polar-orbiting Partnership (S-NPP), the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) aboard the Communication, Ocean, and Meteorology Satellite (COMS), and Terra and Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) (Collection 6) in East Asia in 2012 and 2013. In the case study in Beijing, when compared with AOD measured by handheld sunphotometers, 51 % of VIIRS Environmental Data Record (EDR) AOD, 33 % of VIIRS Intermediate Product (IP) AOD, 31 % of GOCI AOD, 26 % of Terra MODIS C6 3 km AOD, and 16 % of Aqua MODIS C6 3 km AOD fell within the reference expected error (EE) envelop (±0.05 ± 0.15 AOD). Comparing against AERONET measurements over the Japan–South Korea region, 64 % of EDR, 37 % of IP, 62 % of GOCI, 39 % of Terra MODIS and 56 % of Aqua MODIS C6 3 km AOD fell within the EE. In general, satellite aerosol products performed better in tracking the day-to-day variability than tracking the spatial variability at high resolutions. The VIIRS EDR and GOCI products provided the most accurate AOD retrievals, while VIIRS IP and MODIS C6 3 km products had positive biases.


2021 ◽  
Vol 13 (24) ◽  
pp. 5106
Author(s):  
Jacques Descloitres ◽  
Audrey Minghelli ◽  
François Steinmetz ◽  
Cristèle Chevalier ◽  
Malik Chami ◽  
...  

Since 2011, massive stranding of the brown algae Sargassum has regularly affected the coastal waters of the West Caribbean, Brazil and West Africa, leading to significant environmental and socio-economic impacts. The AFAI algal index (Alternative Floating Algae Index) is often used with remote sensing data in order to estimate the Sargassum coverage, and more precisely the AFAI deviation, which consists of the difference between AFAI and AFAI of the Sargassum-free background. In this study, the AFAI deviation is computed using NASA’s 1 km Terra/MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) and ESA/Copernicus’s 20 m Sentinel-2/MSI (Multi Spectral Instrument) for the same sites and at the same time. Both MODIS and MSI AFAI deviations are compared to confirm the relevance of AFAI deviation technique for two very different spatial resolutions. A high coefficient of determination was found, thus confirming a satisfactory downsampling from 20 m (MSI) to 1 km (MODIS). Then, AFAI deviations are used to estimate the fractional coverage of Sargassum (noted FC). A new linear relationship between the MODIS AFAI deviation and FC is established using the dense Sargassum aggregations observed by MSI data. The AFAI deviation is proportional to FC with a factor of proportionality close to 0.08. Finally, it is shown that the factor is dependent on the Sargassum spectral reflectance, submersion or physiological state.


2017 ◽  
Vol 4 (1) ◽  
pp. 41-62
Author(s):  
Muhammad Sudibjo ◽  
Vincentius P. Siregar ◽  
Jonson Lumban Gaol

Tumpahan minyak di Laut Timor yang terjadi pada tahun 2009 telah menyebarkan minyak seluas 10.842.81 km2.Tumpahan minyak ini berhasil dideteksi oleh satelit Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Tujuan dari penelitian ini adalah membandingkan hasil deteksi tumpahan minyak dari beberapa algoritma dengan citra menggunakan citra MODIS dan melihat perbedaan visual yang dihasilkan. Algoritma yang digunakan adalah Oil Spill Index, Fluorescence Index, Principal Component Analysis (PCA), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Visualisasi tumpahan minyak yang terlihat pada citra MODIS dengan algoritma oil spill indeks dan fluorescence index lebih cerah dibandingkan dengan badan air disekitarnya dan juga memiliki nilai piksel lebih tinggi, sedangkan visualisasi minyak menggunakan algoritma PCA dan NDVI lebih gelap dibandingkan dengan badan air disekitarnya dan juga memiliki nilai piksel yang lebih rendah. Hasil uji akurasi yang dilakukan terhadap algoritma oil splill index, fluorescence index, PCA, NDVI berturut-turut sebagai berikut 41%, 46%, 41%, dan 60%


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document