The third primary production algorithm round robin (PPARR3) compares output from 24 models that estimate depth-integrated primary production from satellite measurements of ocean color, as well as seven general circulation models (GCMs) coupled with ecosystem or biogeochemical models. Here we compare the global primary production fields corresponding to eight months of 1998 and 1999 as estimated from common input fields of photosynthetically-available radiation (PAR), sea-surface temperature (SST), mixed-layer depth, and chlorophyll concentration. We also quantify the sensitivity of the ocean-color-based models to perturbations in their input variables. The pair-wise correlation between ocean-color models was used to cluster them into groups or related output, which reflect the regions and environmental conditions under which they respond differently. The groups do not follow model complexity with regards to wavelength or depth dependence, though they are related to the manner in which temperature is used to parameterize photosynthesis. Global average PP varies by a factor of two between models. The models diverged the most for the Southern Ocean, SST under 10∘C, and chlorophyll concentration exceeding 1 mg Chl m-3. Based on the conditions under which the model results diverge most, we conclude that current ocean-color-based models are challenged by high-nutrient low-chlorophyll conditions, and extreme temperatures or chlorophyll concentrations. The GCM-based models predict comparable primary production to those based on ocean color: they estimate higher values in the Southern Ocean, at low SST, and in the equatorial band, while they estimate lower values in eutrophic regions (probably because the area of high chlorophyll concentrations is smaller in the GCMs). Further progress in primary production modeling requires improved understanding of the effect of temperature on photosynthesis and better parameterization of the maximum photosynthetic rate.

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.