Abstract The fate of the terrestrial biosphere is highly uncertain given recent and projected changes in climate. This is especially acute for impacts associated with changes in drought frequency and intensity on the distribution and timing of water availability. The development of effective adaptation strategies for these emerging threats to food and water security are compromised by limitations in our understanding of how natural and managed ecosystems are responding to changing hydrological and climatological regimes. This information gap is exacerbated by insufficient monitoring capabilities from local to global scales. Here, we describe how evapotranspiration (ET) represents the key variable in linking ecosystem functioning, carbon and climate feedbacks, agricultural management, and water resources, and highlight both the outstanding science and applications questions and the actions, especially from a space‐based perspective, necessary to advance them.

Remote sensing of solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) is a rapidly advancing front in terrestrial vegetation science, with emerging capability in space-based methodologies and diverse application prospects. Although remote sensing of SIF – especially from space – is seen as a contemporary new specialty for terrestrial plants, it is founded upon a multi-decadal history of research, applications, and sensor developments in active and passive sensing of chlorophyll fluorescence. Current technical capabilities allow SIF to be measured across a range of biological, spatial, and temporal scales. As an optical signal, SIF may be assessed remotely using high-resolution spectral sensors in tandem with state-of-the-art algorithms to distinguish the emission from reflected and/or scattered ambient light. Because the red to far-red SIF emission is detectable non-invasively, it may be sampled repeatedly to acquire spatio-temporally explicit information about photosynthetic light responses and steady-state behaviour in vegetation. Progress in this field is accelerating with innovative sensor developments, retrieval methods, and modelling advances. This review distills the historical and current developments spanning the last several decades. It highlights SIF heritage and complementarity within the broader field of fluorescence science, the maturation of physiological and radiative transfer modelling, SIF signal retrieval strategies, techniques for field and airborne sensing, advances in satellite-based systems, and applications of these capabilities in evaluation of photosynthesis and stress effects. Progress, challenges, and future directions are considered for this unique avenue of remote sensing.

Among the essential tools to address global environmental information requirements are the Earth-Observing (EO) satellites with free and open data access. This paper reviews those EO satellites from international space programs that already, or will in the next decade or so, provide essential data of importance to the environmental sciences that describe Earth’s status. We summarize factors distinguishing those pioneering satellites placed in space over the past half century, and their links to modern ones, and the changing priorities for spaceborne instruments and platforms. We illustrate the broad sweep of instrument technologies useful for observing different aspects of the physio-biological aspects of the Earth’s surface, spanning wavelengths from the UV-A at 380 nanometers to microwave and radar out to 1 m. We provide a background on the technical specifications of each mission and its primary instrument(s), the types of data collected, and examples of applications that illustrate these observations. We provide websites for additional mission details of each instrument, the history or context behind their measurements, and additional details about their instrument design, specifications, and measurements.