MT
Maria Tzortziou
Author with expertise in Global Methane Emissions and Impacts
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
9
(89% Open Access)
Cited by:
1,039
h-index:
34
/
i10-index:
69
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

An overview of approaches and challenges for retrieving marine inherent optical properties from ocean color remote sensing

P. Werdell et al.Jan 1, 2018
Ocean color measured from satellites provides daily global, synoptic views of spectral waterleaving reflectances that can be used to generate estimates of marine inherent optical properties (IOPs). These reflectances, namely the ratio of spectral upwelled radiances to spectral downwelled irradiances, describe the light exiting a water mass that defines its color. IOPs are the spectral absorption and scattering characteristics of ocean water and its dissolved and particulate constituents. Because of their dependence on the concentration and composition of marine constituents, IOPs can be used to describe the contents of the upper ocean mixed layer. This information is critical to further our scientific understanding of biogeochemical oceanic processes, such as organic carbon production and export, phytoplankton dynamics, and responses to climatic disturbances. Given their importance, the international ocean color community has invested significant effort in improving the quality of satellite-derived IOP products, both regionally and globally. Recognizing the current influx of data products into the community and the need to improve current algorithms in anticipation of new satellite instruments (e.g., the global, hyperspectral spectroradiometer of the NASA Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) mission), we present a synopsis of the current state of the art in the retrieval of these core optical properties. Contemporary approaches for obtaining IOPs from satellite ocean color are reviewed and, for clarity, separated based their inversion methodology or the type of IOPs sought. Summaries of known uncertainties associated with each approach are provided, as well as common performance metrics used to evaluate them. We discuss current knowledge gaps and make recommendations for future investment for upcoming missions whose instrument characteristics diverge sufficiently from heritage and existing sensors to warrant reassessing current approaches.
0
Paper
Citation308
0
Save
0

NO2 column amounts from ground‐based Pandora and MFDOAS spectrometers using the direct‐sun DOAS technique: Intercomparisons and application to OMI validation

J. Herman et al.Jul 14, 2009
Vertical column amounts of nitrogen dioxide, C(NO 2 ), are derived from ground‐based direct solar irradiance measurements using two new and independently developed spectrometer systems, Pandora (Goddard Space Flight Center) and MFDOAS (Washington State University). We discuss the advantages of C(NO 2 ) retrievals based on Direct Sun ‐ Differential Optical Absorption Spectroscopy (DS‐DOAS). The C(NO 2 ) data are presented from field campaigns using Pandora at Aristotle University (AUTH), Thessaloniki, Greece; a second field campaign involving both new instruments at Goddard Space Flight Center (GSFC), Greenbelt, Maryland; a Pandora time series from December 2006 to October 2008 at GSFC; and a MFDOAS time series for spring 2008 at Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Richland, Washington. Pandora and MFDOAS were compared at GFSC and found to closely agree, with both instruments having a clear‐sky precision of 0.01 DU (1 DU = 2.67 × 10 16 molecules/cm 2 ) and a nominal accuracy of 0.1 DU. The high precision is obtained from careful laboratory characterization of the spectrometers (temperature sensitivity, slit function, pixel to pixel radiometric calibration, and wavelength calibration), and from sufficient measurement averaging to reduce instrument noise. The accuracy achieved depends on laboratory‐measured absorption cross sections and on spectrometer laboratory and field calibration techniques used at each measurement site. The 0.01 DU precision is sufficient to track minute‐by‐minute changes in C(NO 2 ) throughout each day with typical daytime values ranging from 0.2 to 2 DU. The MFDOAS instrument has better noise characteristics for a single measurement, which permits MFDOAS to operate at higher time resolution than Pandora for the same precision. Because Pandora and MFDOAS direct‐sun measurements can be made in the presence of light to moderate clouds, but with reduced precision (∼0.2 DU for moderate cloud cover), a nearly continuous record can be obtained, which is important when matching OMI overpass times for satellite data validation. Comparisons between Pandora and MFDOAS with OMI are discussed for the moderately polluted GSFC site, between Pandora and OMI at the AUTH site, and between MFDOAS and OMI at the PNNL site. Validation of OMI measured C(NO 2 ) is essential for the scientific use of the satellite data for air quality, for atmospheric photolysis and chemistry, and for retrieval of other quantities (e.g., accurate atmospheric correction for satellite estimates of ocean reflectance and bio‐optical properties). Changes in the diurnal variability of C(NO 2 ) with season and day of the week are presented based on the 2‐year time series at GSFC measured by the Pandora instrument.
0
Paper
Citation305
0
Save
0

NASA's surface biology and geology designated observable: A perspective on surface imaging algorithms

Kerry Cawse‐Nicholson et al.Feb 21, 2021
The 2017–2027 National Academies' Decadal Survey, Thriving on Our Changing Planet, recommended Surface Biology and Geology (SBG) as a "Designated Targeted Observable" (DO). The SBG DO is based on the need for capabilities to acquire global, high spatial resolution, visible to shortwave infrared (VSWIR; 380–2500 nm; ~30 m pixel resolution) hyperspectral (imaging spectroscopy) and multispectral midwave and thermal infrared (MWIR: 3–5 μm; TIR: 8–12 μm; ~60 m pixel resolution) measurements with sub-monthly temporal revisits over terrestrial, freshwater, and coastal marine habitats. To address the various mission design needs, an SBG Algorithms Working Group of multidisciplinary researchers has been formed to review and evaluate the algorithms applicable to the SBG DO across a wide range of Earth science disciplines, including terrestrial and aquatic ecology, atmospheric science, geology, and hydrology. Here, we summarize current state-of-the-practice VSWIR and TIR algorithms that use airborne or orbital spectral imaging observations to address the SBG DO priorities identified by the Decadal Survey: (i) terrestrial vegetation physiology, functional traits, and health; (ii) inland and coastal aquatic ecosystems physiology, functional traits, and health; (iii) snow and ice accumulation, melting, and albedo; (iv) active surface composition (eruptions, landslides, evolving landscapes, hazard risks); (v) effects of changing land use on surface energy, water, momentum, and carbon fluxes; and (vi) managing agriculture, natural habitats, water use/quality, and urban development. We review existing algorithms in the following categories: snow/ice, aquatic environments, geology, and terrestrial vegetation, and summarize the community-state-of-practice in each category. This effort synthesizes the findings of more than 130 scientists.
0
Paper
Citation229
0
Save
0

Carbon Budget of Tidal Wetlands, Estuaries, and Shelf Waters of Eastern North America

Raymond Najjar et al.Feb 21, 2018
Abstract Carbon cycling in the coastal zone affects global carbon budgets and is critical for understanding the urgent issues of hypoxia, acidification, and tidal wetland loss. However, there are no regional carbon budgets spanning the three main ecosystems in coastal waters: tidal wetlands, estuaries, and shelf waters. Here we construct such a budget for eastern North America using historical data, empirical models, remote sensing algorithms, and process‐based models. Considering the net fluxes of total carbon at the domain boundaries, 59 ± 12% (± 2 standard errors) of the carbon entering is from rivers and 41 ± 12% is from the atmosphere, while 80 ± 9% of the carbon leaving is exported to the open ocean and 20 ± 9% is buried. Net lateral carbon transfers between the three main ecosystem types are comparable to fluxes at the domain boundaries. Each ecosystem type contributes substantially to exchange with the atmosphere, with CO 2 uptake split evenly between tidal wetlands and shelf waters, and estuarine CO 2 outgassing offsetting half of the uptake. Similarly, burial is about equal in tidal wetlands and shelf waters, while estuaries play a smaller but still substantial role. The importance of tidal wetlands and estuaries in the overall budget is remarkable given that they, respectively, make up only 2.4 and 8.9% of the study domain area. This study shows that coastal carbon budgets should explicitly include tidal wetlands, estuaries, shelf waters, and the linkages between them; ignoring any of them may produce a biased picture of coastal carbon cycling.
0
Paper
Citation196
0
Save
0

Sorption of colored vs. noncolored organic matter by tidal marsh soils

Patrick Neale et al.May 29, 2024
Abstract. Tidal marshes are significant sources of colored (or chromophoric) dissolved organic carbon (CDOC) to adjacent waters and, as a result, contribute substantially to their optical complexity and ultimately affect their water quality. Despite this, our mechanistic understanding of the processes that regulate the exchange and transformation of CDOC at the tidal marsh–estuarine interface remains limited. We hypothesized that tidal marsh soils regulate this exchange and transformation subject to soil mineralogy and salinity environment. To test this hypothesis, we generated initial mass sorption isotherms of CDOC and noncolored dissolved organic carbon (NCDOC) using anaerobic batch incubations of Great Dismal Swamp DOC with four tidal wetland soils, representing a range of organic carbon content (1.77 ± 0.12 % to 36.2 ± 2.2 %) and across four salinity treatments (0, 10, 20, and 35). CDOC sorption followed Langmuir isotherms that were similar in shape to those of total DOC, but with greater maximum sorption capacity and lower binding affinity. Like isotherms of total DOC, CDOC maximum sorption capacity increased and binding affinity decreased with greater salinity. Initial natively adsorbed colored organic carbon was low and increased with soil organic content. In contrast, NCDOC desorbed under all conditions with desorption increasing linearly with initial CDOC concentration. This suggests that for our test solutions CDOC displaced NCDOC on tidal marsh soils. Parallel factor analysis of 3-D excitation emission matrices and specific ultraviolet absorbance measurements suggested that CDOC sorption was driven primarily by the exchange of highly aromatic humic-like CDOC. Taken together, these results suggest that tidal marsh soils regulate export and composition of CDOC depending on the complex interplay between soil mineralogy, water salinity, and CDOC vs. NCDOC composition.
0
Paper
Citation1
0
Save
0

Participatory science methods to monitor water quality and ground truth remote sensing of the Chesapeake Bay

Patrick Neale et al.Jun 4, 2024
Abstract Measurements by volunteer scientists using participatory science methods in combination with high resolution remote sensing can improve our ability to monitor water quality changes in highly vulnerable and economically valuable nearshore and estuarine habitats. In the Chesapeake Bay (USA), tidal tributaries are a focus of watershed and shoreline management efforts to improve water quality. The Chesapeake Water Watch program seeks to enhance the monitoring of tributaries by developing and testing methods for volunteer scientists to easily measure chlorophyll, turbidity, and colored dissolved organic matter (CDOM) to inform Bay stakeholders and improve algorithms for analogous remote sensing (RS) products. In the program, trained volunteers have measured surface turbidity using a smartphone app, HydroColor, calibrated with a photographer’s gray card. In vivo chlorophyll and CDOM fluorescence were assessed in surface samples with hand-held fluorometers (Aquafluor) located at sample processing “hubs” where volunteers drop-off samples for same day processing. In validation samples, HydroColor turbidity and Aquafluor in vivo chlorophyll and CDOM fluorescence were linearly related to standard analytical measures of turbidity, chlorophyll and CDOM, respectively, with R 2 values ranging from 0.65 to 0.85. These methods are being used for both repeat sampling at fixed sites of interest and ad-hoc “blitzes” to synoptically sample tributaries all around the Bay in coordination with satellite overpasses. All data is accessible on a public database ( serc.fieldscope.org ) and can be a resource to monitor long-term trends in the tidal tributaries as well as detect and diagnose causes of events of concern such as algal blooms and storm-induced reductions in water clarity.
0
0
Save
0

The Distinct Composition and Transformation of Terrestrial Organic Carbon in the Yukon River Delta and Plume During the Mighty Spring Freshet

A. Burns et al.Jun 1, 2024
Abstract Arctic amplification is leading to increased terrestrial organic carbon (terrOC) mobilization with downstream impacts on riverine and marine biogeochemistry. To improve quantification and characterization of terrOC discharged to the Arctic Ocean, Yukon River delta samples were collected during three stages of the annual hydrograph (ascending limb/peak freshet, descending limb, late summer) and across a land‐to‐ocean salinity gradient (0.08–29.06 ppt). All samples were analyzed for dissolved organic carbon (DOC) concentration and lignin phenols to determine seasonal variability in riverine terrOC and salinity‐induced transformation of highly aromatic terrestrial compounds. Additionally, the relationship between lignin and absorbance at 350 and 412 nm was assessed to determine the feasibility of using optical proxies for accurate quantification, both seasonally and across expansive salinity gradients. Lignin phenols were highest during the ascending limb/peak freshet (0.58–0.97 mg/100 mg OC) when riverine DOC was dominated by young vascular plant sources, whereas lignin phenols were lower (0.15–0.89 mg/100 mg OC) and riverine DOC more variable in terrestrial source and diagenetic state during the descending limb and late summer. Across the sampled salinity gradient, there was disproportionate depletion of lignin (up to 73%) compared to DOC (up to 22%). Finally, while optical proxies can be used to quantify lignin within seasonal or spatial contexts, increased uncertainty is likely when expanding linear correlations across Arctic land‐ocean continuums. Overall, results indicate seasonal, spatial, interannual, and climatic controls that are amplified during high‐flow conditions and important to constrain when investigating Arctic terrOC cycling and land‐ocean DOC flux.
0

Characterizing Tidal Marsh Inundation with Synthetic Aperture Radar, Radiometric Modeling, and In Situ Water Level Observations

B. Lamb et al.Jan 13, 2025
Tidal marshes play a globally critical role in carbon and hydrologic cycles by sequestering carbon dioxide from the atmosphere and exporting dissolved organic carbon to connected estuaries. These ecosystems provide critical habitat to a variety of fauna and also reduce coastal flood impacts. Accurate characterization of tidal marsh inundation dynamics is crucial for understanding these processes and ecosystem services. In this study, we developed remote sensing-based inundation classifications over a range of tidal stages for marshes of the Mid-Atlantic and Gulf of Mexico regions of the United States. Inundation products were derived from C-band and L-band synthetic aperture radar (SAR) imagery using backscatter thresholding and temporal change detection approaches. Inundation products were validated with in situ water level observations and radiometric modeling. The Michigan Microwave Canopy Scattering (MIMICS) radiometric model was used to simulate radar backscatter response for tidal marshes across a range of vegetation parameterizations and simulated hydrologic states. Our findings demonstrate that inundation classifications based on L-band SAR—developed using backscatter thresholding applied to single-date imagery—were comparable in accuracy to the best performing C-band SAR inundation classifications that required change detection approaches applied to time-series imagery (90.0% vs. 88.8% accuracy, respectively). L-band SAR backscatter threshold inundation products were also compared to polarimetric decompositions from quad-polarimetric Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar 2 (PALSAR-2) and L-band Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) imagery. Polarimetric decomposition analysis showed a relative shift from volume and single-bounce scattering to double-bounce scattering in response to increasing tidal stage and associated increases in classified inundated area. MIMICS modeling similarly showed a relative shift to double-bounce scattering and a decrease in total backscatter in response to inundation. These findings have relevance to the upcoming NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar (NISAR) mission, as threshold-based classifications of wetland inundation dynamics will be employed to verify that NISAR datasets satisfy associated mission science requirements to map wetland inundation with classification accuracies better than 80% at 1 hectare spatial scales.
0
0
Save