earth observation geoss related services and in bulgaria · feng yun 1 – china’s meteo...

Earth Observation GEOSS related services and projects in Bulgaria

Anton StoimenovGeoinformatics Department with RS and GIS Centre

Solar‐Terrestrial Influences Institute at the Bulgarian Academy of Sciencesastoimen@bas.bg

Outline

• Disasters National Earth Observation Centre at the

Ministry of Emergency Situations

• Ecosystems &

• Biodiversity CORINE Land Cover 1990, 2000 and 2006

• Agriculture IACS – National Integrated Administration

and Control System 

• Research EARLINET‐ASOS (European Aerosol Research Lidar

Network ‐ Advanced Sustainable Observation System) 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 2

National Earth Observation Centreat the Ministry of Emergency Situations

Main Purpose:To Support 

risks and disasters management 

on National level

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece3

The center was opened in July 2007

Equipment

NАSА EOS TERRA & AquaPixel size 250, 500 and 1 000 m

Two ground receiving stations for registration and processing ofsatellite data in real time are the main source of actual information

NOAA‐15, 16, 17, & 18 ‐ AVHRRPixel size 1 000 m

Feng Yun 1 – China’s Meteo SatellitePixel size 1 000 m

Low resolution imagery

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece4

EquipmentTwo ground receiving stations for registration and processing of

satellite data in real time are the main source of actual information

High resolution imageryDMC (Disaster Monitoring Constellation)Operated by UK DMC International Imagingfor the Algerian, Nigerian, Turkish, British and Chinese governments – pixel size 30 m

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece5

System Integration

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 6

MeteorologicalSatellites imagery

DMC  imagery

Analysis and assessment

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  7

Regions in flooding danger ‐ analysis and assessment based on satellite data integration with ground truths and meteo forecast

Analysis and assessment

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  8

Snow cover mapLand surface temperature (Co)

Snow cover

More than 50 NASA algorithmsfor satellite image processing,distributed in three main packages “land”, “water” and “atmosphere” are used to get basic physical parameters of the current state of the atmosphere, land and water surfaces.

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 9

Snow cover

Fire damage assessment

Assessment technology

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 10

GEO – portal (Ministry of Emergency Situations)

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  11

Web based daily information transfer to Governmental and Regional Administrations

Rain fall  Rain fall Current probability                          intensity

Snow cover atm. preasure  atm. temperature above the cloud cover

EO for Land Cover Land Use Mapping

This view remained prevalent for a long time despite the fact 

that farming practices have been causing irreversible 

damage in certain areas for centuries.

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 12

Until recently, it was generally assumed that in the long term 

human activity had little lasting effect on the land thanks to 

nature's ability to restore itself. 

Over the next few decades the global effects of land use and land cover change may be as significant as those associated with climate change. 

EO for Land Cover Land Use Mapping

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 13

Changes in land use and land cover are directly linked to many 

facets of human health and welfare, including biodiversity, food 

production, and the origin and spread of disease. Yet, we know 

very little about this important human‐caused agent of global 

change. 

As a response to these challenges many Land Cover projects 

based on EO technology are implemented on national, regional 

and global level. 

The EC contribution:• CORINE Land Cover Project (1990‐2000‐2006) and • ESA project    GLOBCOVER – global land cover map at 300 m resolution.

CORINE Land Cover Project

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 14

Methodology – unified for all participant countries

Primary information – multispectral satellite imagery

Scale 1:100 000

Minimal mapping unit: 25 ha

Minimal change area: 5 ha

Boundary displacement: ≥ 100 m

Time consistency: ± 1 year

Only real changes are mapped

Thematic accuracy: ≥ 85%

Computer aided interpretation (CAPI) by Mapping Units

CORINE Land Cover Nomenclature

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 15

Level 1 (5 classes)

Level 2(15 classes)

Level 3(44 classes)

1. Artificial surfaces 4 classes 11 classes

2. Agricultural areas 4 classes 11 classes

3. Forest and semi-natural areas 3 classes 12 classes

4. Wetlands 2 classes 5 classes

5. Water bodies 2 classes 5 classes

Parameter CLC1990 CLC2000 CLC2006

Satellite data Landsat 4/5 TM single date

Landsat-7 ETM+single date

SPOT 4 and SPOT 5, IRS – dual date

Time consistency 1986-1998 2000 +/- 1 year 2006+/- 1 year

Geom. accuracysatellite images ≤ 50 m ≤ 25 m ≤ 25 m

Min. mapping unit 25 ha 25 ha 25 ha

Geom. accuracy 100 m better than 100 m better than 100 m

Thematic accuracy ≥ 85% (not achieved) ≥ 85% (achieved) ≥ 85%

Change mapping ¯change area≥ 5 ha; isolated changes ≥ 25 ha

all changes≥ 5 ha mapped

Production time 10 years 4 years 1,5 years (planned)

Documentation incomplete metadata standard metadata standard metadata

Access to the data unclear dissemination policy

dissemination policy agreed from the start free access for all users

No. of countries 26 28 38

Evolution of CORINE Land Cover projects 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 16

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  17

CORINE Land Cover 2006

38 countriesEEA member countries (32)Collaborating countries (6)

5.8 Mkm2

Budget ‐ > 40 Mевро(National and EC)

Deadline(national production)31 December 2008

European IMAGE2006 database

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 18

SATELLITE SPOT 4 SPOT 5 IRS P6 TOTAL:

# of scenes 1 422 978 1 297 3 697

Color code Number ofscenes

Red = 1

Green = 2

Blue = 3

Yellow = 4

White > 5

CLC 2006 Bulgaria – LCLU map

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 19

More than 51 000 polygons

CLC 2006 Bulgaria – LCLU map

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 20

CLC Nomenclature color coding

CLC 2006 Bulgaria – LCLU2000‐2006 changes 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 21

More than 2700 polygons of changes

LCLU2000‐2006 changes – Lovech region

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 22

Forest changes – mostly clear cuts

Forest fires ‐ Bansko region

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 23

2000 – Landsat 7                                                       2006 – IRS P6 III (368 ha of forest fire area) 

Ski tracks ‐ Bansko region

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 24

2000 – Landsat 7  2006 – IRS P6 III 

Top 5 CLC2000-2006 Changes

CLC CHANGES # of polygons Area(ha) Percent

311 (Broad-leaved forests) –324 (Transitional woodland-scrub) 1 263 21 856.9 37.4%324 (Transitional woodland-scrub) –311 (Broad-leaved forests) 613 11 770.2 20.1%312 (Coniferous forests) –324 (Transitional woodland-scrub) 230 7 243.7 12.4%313 (Mixed forests) –324 (Transitional woodland-scrub) 145 4 391.7 7.5%222 (Fruit trees and berry plantations) –211 (Arable land) 60 2 040.0 3.5%

TOTAL: 2 311 47 302.5 80.9%

CLC 2006 Bulgaria – LCLU2000‐2006 changes 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 25

Top 5 CLC Changes 2000-2006

311-32447%

312-32415%

313-3249%

222-2114%

324-31125%

311-324 324-311 312-324 313-324 222-211

Total area changed > 0,5 % of country territory 

Highest changes are in forests > 84% of all changes

Changes in arable lands > 8,5% of all changes

Changes in artificial areas > 7,4% of all changes

ResearchEuropean Aerosol Research Lidar Network –

Advanced Sustainable Observation System (ASOS)

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 26

The LIDAR systems of the Institute of Electronics –BAS 

Three lidars of the Institute of Electronics of the Bulgarian Academy of Sciences are involved in the project EARLINET‐ASOS. 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  27

Observations, Measurements, Database

• Observation of special phenomena, such as an unusually high concentration of aerosols in the troposphere. Their appearance may be due to transportation of dust from Sahara over the Mediterranean Sea to Europe, volcanic eruptions, formation of smoke layers as a result of forest or industrial fires, intense photochemical smog, etc. In some cases such aerosol layers are detected at significant altitudes – 4‐6 km above the ground surface. 

• Measurements in the frame of cooperation with satellite missionswithin the objective of detailed comparison of ground‐based and space‐borne lidar data sets over Europe. 

A large database was created of atmospheric aerosol backscattering coefficient profiles, regularly measured each Monday and Thursday by the three lidars in Sofia. 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece  28

Regular climatological measurement 

Sofia EARLINET station ‐ 19 July 2007: measurement start time 10:14 UTC, measurement stop time 18:14 UTC. Measurement type ‐ aerosol backscatter at 510.6 nm (dust layer at about 3200 m 

ASL). 

South‐Eastern Europe and Eastern Mediterranean Symposium, 8 ‐ 10 June 2009, Athens, Greece 

Lidar measurement on 19 July 2007    Map of Saharan dust load – DREAM forecast. 

29

30

For further information:

Dr. Anton Stoimenov

astoimen@bas.bg