The U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Coral Reef Watch (CRW) program has developed a daily global 5-km product suite based on satellite observations to monitor thermal stress on coral reefs. These products fulfill requests from coral reef managers and researchers for higher resolution products by taking advantage of new satellites, sensors and algorithms. Improvements of the 5-km products over CRW’s heritage global 50-km products are derived from: (1) the higher resolution and greater data density of NOAA’s next-generation operational daily global 5-km geo-polar blended sea surface temperature (SST) analysis; and (2) implementation of a new SST climatology derived from the Pathfinder SST climate data record. The new products increase near-shore coverage and now allow direct monitoring of 95% of coral reefs and significantly reduce data gaps caused by cloud cover. The 5-km product suite includes SST Anomaly, Coral Bleaching HotSpots, Degree Heating Weeks and Bleaching Alert Area, matching existing CRW products. When compared with the 50-km products and in situ bleaching observations for 2013–2014, the 5-km products identified known thermal stress events and matched bleaching observations. These near reef-scale products significantly advance the ability of coral reef researchers and managers to monitor coral thermal stress in near-real-time.

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.

Abstract In an effort to increase conservation effectiveness through the use of Earth observation technologies, a group of remote sensing scientists affiliated with government and academic institutions and conservation organizations identified 10 questions in conservation for which the potential to be answered would be greatly increased by use of remotely sensed data and analyses of those data. Our goals were to increase conservation practitioners’ use of remote sensing to support their work, increase collaboration between the conservation science and remote sensing communities, identify and develop new and innovative uses of remote sensing for advancing conservation science, provide guidance to space agencies on how future satellite missions can support conservation science, and generate support from the public and private sector in the use of remote sensing data to address the 10 conservation questions. We identified a broad initial list of questions on the basis of an email chain‐referral survey. We then used a workshop‐based iterative and collaborative approach to whittle the list down to these final questions (which represent 10 major themes in conservation): How can global Earth observation data be used to model species distributions and abundances? How can remote sensing improve the understanding of animal movements? How can remotely sensed ecosystem variables be used to understand, monitor, and predict ecosystem response and resilience to multiple stressors? How can remote sensing be used to monitor the effects of climate on ecosystems? How can near real‐time ecosystem monitoring catalyze threat reduction, governance and regulation compliance, and resource management decisions? How can remote sensing inform configuration of protected area networks at spatial extents relevant to populations of target species and ecosystem services? How can remote sensing‐derived products be used to value and monitor changes in ecosystem services? How can remote sensing be used to monitor and evaluate the effectiveness of conservation efforts? How does the expansion and intensification of agriculture and aquaculture alter ecosystems and the services they provide? How can remote sensing be used to determine the degree to which ecosystems are being disturbed or degraded and the effects of these changes on species and ecosystem functions?

Cyanobacterial blooms are increasingly posing a severe threat to inland waters, particularly at the land-sea interface where toxins can be transported downstream with subsequent impacts to both terrestrial and marine organisms. These blooms are relatively easy to detect optically because of the surface concentration of cells, the presence of phycocyanin pigments, and the elevated backscatter associated with cell size and the presence of gas vacuoles. Major challenges limiting the use of remote sensing have been, first, that many of these water bodies are small relative to the spatial resolution of ocean color satellites, and second, even with a bright algal target, the spectral resolution, signal-to-noise ratio, and repeat time for terrestrial satellites is often inadequate. The next generation of multispectral and hyperspectral sensors begin to address these issues with both increased spatial and spectral resolution. Weekly monitoring of Pinto Lake, California has demonstrated that this small water body provides an ideal testbed for development and application of algorithms applicable for legacy and next-generation sensors. Pinto Lake experiences seasonal nearly monospecific blooms with a pronounced species succession. Biomass (as chlorophyll) within Pinto Lake seasonally ranges from ~ 1 to 1000 μg/L. Pinto Lake has been within the flight lines for several recent airborne missions, including the HyspIRI Preparatory Flight Campaign, and is often targeted for HICO acquisitions. Using these data we demonstrate that spectral-shape algorithms requiring minimal atmospheric correction can be used across a range of legacy sensors to detect cyanobacterial blooms and that, with the availability of high spectral resolution data and appropriate atmospheric correction, it is possible to separate the cyanobacterial genera Aphanizomenon and Microcystis. In California Aphanizomenon is typically non-toxic and blooms prior to toxin-producing Microcystis, thus leading to the potential for an early warning system based on the identification of algal types.