SeaWiFS (Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor) เป็นเซนเซอร์ที่ติดตั้งบนดาวเทียมออกแบบมาเพื่อรวบรวมข้อมูลทางชีววิทยาของมหาสมุทรทั่วโลก เริ่มใช้งานตั้งแต่เดือนกันยายน 1997 ถึงเดือนธันวาคม 2010 ภารกิจหลักคือการวัดปริมาณคลอโรฟิลล์ที่ผลิตโดยแพลงก์ตอนพืช ในทะเล (พืชขนาดเล็ก) วัตถุประสงค์หลายอย่างได้รับการสานต่อในโครงการอื่นๆ เช่นTerra MODIS , Aqua MODIS , Sentinel-3และภารกิจ PACE

SeaWiFS เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ เพียงชิ้นเดียว บนดาวเทียมOrbView-2 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ SeaStar) ของGeoEyeและเป็นการทดลองต่อเนื่องจากCoastal Zone Color ScannerบนNimbus 7 SeaWiFS ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 1997 ด้วยจรวดขนาดเล็ก Pegasus ของ Orbital Sciencesและเริ่มปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์เมื่อวันที่ 18 กันยายน 1997 และหยุดเก็บข้อมูลเมื่อวันที่ 11 ธันวาคม 2010 ^{[ 1 ]}ซึ่งเกินกว่าระยะเวลาการทำงานที่ออกแบบไว้ 5 ปี^{[ 2 ]}ความละเอียดของเซ็นเซอร์คือ1.1 กม. (LAC, "Local Area Coverage") และ 4.5 ​​กม. (GAC, "Global Area Coverage") เซ็นเซอร์บันทึกข้อมูลใน แถบ คลื่นแสง ต่อไปนี้ :

อุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตรวจสอบลักษณะของมหาสมุทร เช่น ความเข้มข้น ของคลอโรฟิลล์-เอและความใสของน้ำ สามารถเอียงได้ถึง 20 องศาเพื่อหลีกเลี่ยงแสงแดดจากผิวน้ำทะเล คุณสมบัตินี้มีความสำคัญในละติจูดใกล้เส้นศูนย์สูตร ซึ่งแสงสะท้อนจากแสงแดดมักบดบังสีของน้ำ SeaWiFS ได้ใช้ ทุ่น วัดแสงทางทะเล (Marine Optical Buoy)สำหรับการสอบเทียบทางอ้อม

โครงการ SeaWiFS เป็นความร่วมมือระหว่างภาคอุตสาหกรรมและภาครัฐ โดยกลุ่มประมวลผลชีววิทยาทางทะเลของNASA ที่ ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดมีหน้าที่รับผิดชอบในการรวบรวม ประมวลผล ปรับเทียบ ตรวจสอบความถูกต้อง จัดเก็บ และเผยแพร่ข้อมูล ผู้จัดการโครงการ SeaWiFS คนปัจจุบันคือGene Carl Feldman

ความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ได้มาจากการวิเคราะห์ภาพสีของมหาสมุทร โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งน้ำมีสีเขียวมากเท่าไร ก็ยิ่งมีแพลงก์ตอนพืชในน้ำมากเท่านั้น และความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คลอโรฟิลล์เอจะดูดซับแสงสีฟ้าและสีแดงได้มากกว่าแสงสีเขียว ทำให้แสงสะท้อนเปลี่ยนจากสีฟ้าเป็นสีเขียวเมื่อปริมาณคลอโรฟิลล์ในน้ำเพิ่มขึ้น ด้วยความรู้ดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถใช้สัดส่วนของสีสะท้อนต่างๆ เพื่อประมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ได้

สูตรคำนวณหลายสูตรใช้การเปรียบเทียบอัตราส่วนของแสงสีน้ำเงินต่อแสงสีเขียวเพื่อประมาณค่าคลอโรฟิลล์ และนำอัตราส่วนเหล่านั้นไปเชื่อมโยงกับความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ที่ทราบค่าจากช่วงเวลาและสถานที่เดียวกันกับการสังเกตการณ์จากดาวเทียมสีของแสงถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น และแสงที่มองเห็นได้มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 ถึง 700 นาโนเมตร โดยไล่ระดับจากสีม่วง (400 นาโนเมตร) ไปจนถึงสีแดง (700 นาโนเมตร) สูตรทั่วไปที่ใช้กับข้อมูล SeaWiFS (เรียกว่า OC4v4) จะหารค่าการสะท้อนแสงของความยาวคลื่นสูงสุดหลายๆ ค่า (443, 490 หรือ 510 นาโนเมตร) ด้วยค่าการสะท้อนแสงที่ 550 นาโนเมตร ซึ่งโดยประมาณแล้วจะเท่ากับอัตราส่วนของแสงสีน้ำเงินต่อแสงสีเขียวสำหรับความยาวคลื่นสองตัวในตัวเศษ และอัตราส่วนของความยาวคลื่นสีเขียวสองค่าที่แตกต่างกันสำหรับชุดค่าผสมที่เป็นไปได้อื่นๆ

ค่าการสะท้อนแสง (R) ที่ได้จากสูตรนี้จะถูกนำไปใส่ในพหุนามกำลังสามซึ่งเชื่อมโยงอัตราส่วนของแถบกับคลอโรฟิลล์^{[ 3 ]}

${\displaystyle Chl=antilog(0.366-3.067{\mathsf {R}}+1.93{\mathsf {R}}^{2}+0.64{\mathsf {R}}^{3}-1.53{\mathsf {R}}^{4})}$^{[ 4 ]}

สูตรนี้และสูตรอื่นๆ ได้มาจากการศึกษาเชิงประจักษ์โดยใช้ความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ที่สังเกตได้ เพื่ออำนวยความสะดวกในการเปรียบเทียบเหล่านี้ NASA จึงดูแลรักษาระบบข้อมูลทางสมุทรศาสตร์และบรรยากาศที่เรียกว่าSeaBASS (SeaWiFS Bio-optical Archive and Storage System) คลังข้อมูลนี้ใช้ในการพัฒนาอัลกอริทึมใหม่และตรวจสอบความถูกต้องของผลิตภัณฑ์ข้อมูลจากดาวเทียมโดยการจับคู่ความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ที่วัดได้โดยตรงกับค่าที่ประมาณการจากระยะไกลจากดาวเทียม ข้อมูลเหล่านี้ยังสามารถใช้ในการประเมินการแก้ไขบรรยากาศ (กล่าวถึงด้านล่าง) ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อการคำนวณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ด้วย

มีการทดสอบอัลกอริทึมคลอโรฟิลล์จำนวนมากเพื่อดูว่าอัลกอริทึมใดที่ตรงกับคลอโรฟิลล์ทั่วโลกได้ดีที่สุด อัลกอริทึมต่างๆ ทำงานแตกต่างกันในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน อัลกอริทึมหลายตัวประมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ได้แม่นยำกว่าในน้ำใสลึกมากกว่าในน้ำตื้น ในน้ำตื้น การสะท้อนแสงจากเม็ดสีอื่นๆ เศษซาก และพื้นทะเลอาจทำให้เกิดความไม่แม่นยำ เป้าหมายที่ระบุไว้ของการประมาณค่าคลอโรฟิลล์ของ SeaWiFS คือ "... เพื่อสร้างค่าความสว่างของน้ำที่มีความไม่แน่นอน 5% ในบริเวณน้ำใส และความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอภายใน ±35% ในช่วง 0.05–50 มก. ม.-3" ^{[ 2 ]}เมื่อประเมินความแม่นยำในระดับโลก และรวมการสังเกตทั้งหมดเข้าด้วยกัน เป้าหมายนี้ก็บรรลุผลอย่างชัดเจน^{[ 5 ]}การประมาณค่าจากดาวเทียมหลายรายการมีช่วงตั้งแต่หนึ่งในสามถึงสามเท่าของค่าที่บันทึกโดยตรงในทะเล แม้ว่าความสัมพันธ์โดยรวมจะยังค่อนข้างดี^{[ 4 ]}ความแตกต่างเกิดขึ้นเมื่อตรวจสอบตามภูมิภาค แม้ว่าโดยรวมแล้วค่าต่างๆ ยังคงมีประโยชน์มาก พิกเซลหนึ่งพิกเซลอาจไม่แม่นยำนัก แต่เมื่อนำค่าเฉลี่ยมาใช้ในพื้นที่ขนาดใหญ่ ค่าเฉลี่ยจะออกมาและให้มุมมองที่เป็นประโยชน์และแม่นยำเกี่ยวกับรูปแบบที่ใหญ่กว่า ประโยชน์ของข้อมูลคลอโรฟิลล์จากดาวเทียมมีมากกว่าข้อบกพร่องใดๆ ในความแม่นยำอย่างมาก เพียงเพราะความครอบคลุมเชิงพื้นที่และเวลาที่เป็นไปได้ การวัดคลอโรฟิลล์จากเรือไม่สามารถเทียบได้กับความถี่และความครอบคลุมเชิงพื้นที่ที่ได้จากข้อมูลดาวเทียม

แสงที่สะท้อนจากผิวน้ำทะเลเรียกว่ารังสีที่ออกจากน้ำ และใช้ในการประมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ อย่างไรก็ตาม มีเพียงประมาณ 5–10% ของแสงที่ระดับบนสุดของชั้นบรรยากาศเท่านั้นที่เป็นรังสีที่ออกจากน้ำ^{[ 6 ] [ 7 ]}ส่วนที่เหลือของแสงสะท้อนมาจากชั้นบรรยากาศและจากละอองลอยในชั้นบรรยากาศ เพื่อที่จะประมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ รังสีที่ไม่ออกจากน้ำนี้จะต้องนำมาพิจารณาด้วย แสงบางส่วนที่สะท้อนจากมหาสมุทร เช่น จากคลื่นฟองขาวและแสงสะท้อนจากดวงอาทิตย์ จะต้องถูกลบออกจากการคำนวณคลอโรฟิลล์ด้วย เนื่องจากเป็นตัวแทนของคลื่นในมหาสมุทรหรือมุมของดวงอาทิตย์แทนที่จะเป็นผิวน้ำทะเล กระบวนการลบส่วนประกอบเหล่านี้เรียกว่าการแก้ไขชั้นบรรยากาศ^{[ 8 ]}

คำอธิบายเกี่ยวกับแสงหรือความสว่างที่ตรวจจับได้โดยเซ็นเซอร์ของดาวเทียม สามารถแสดงออกมาในรูปแบบที่เป็นทางการมากขึ้นได้ด้วยสมการการถ่ายเทรังสีดังต่อไปนี้:

${\displaystyle L_{T}(\lambda )=L_{r}(\lambda )+L_{a}(\lambda )+L_{ra}(\lambda )+TL_{g}(\lambda )+t(L_{f}(\lambda )+L_{W}(\lambda ))}$

โดยที่ L _T (λ) คือความสว่างรวมที่ระดับบนสุดของชั้นบรรยากาศ, L _r (λ) คือการกระเจิงแบบเรย์ลีห์โดยโมเลกุลของอากาศ, L _a (λ) คือการกระเจิงโดยละอองลอยในกรณีที่ไม่มีอากาศ, L _ra (λ) คือปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของอากาศและละอองลอย, TL _g (λ) คือการสะท้อนจากแสงสะท้อน, t(L _f (λ) คือการสะท้อนจากฟอง และ L _W (λ)) คือการสะท้อนจากใต้ผิวน้ำ หรือความสว่างที่ออกจากน้ำ^{[ 2 ]}บางคนอาจแบ่งความสว่างออกเป็นส่วนประกอบที่แตกต่างกันเล็กน้อย^{[ 8 ]}แม้ว่าในแต่ละกรณีจะต้องสามารถหาค่าพารามิเตอร์การสะท้อนแสงได้เพื่อประมาณความสว่างที่ออกจากน้ำและความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์

แม้ว่า SeaWiFS จะได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในมหาสมุทรจากอวกาศเป็นหลัก แต่ก็ยังเก็บรวบรวมพารามิเตอร์อื่นๆ อีกมากมายที่เปิดให้สาธารณะเข้าถึงได้ฟรีเพื่อการวิจัยและการศึกษา พารามิเตอร์เหล่านี้ นอกเหนือจากคลอโรฟิลล์เอแล้ว ยังรวมถึงค่าการสะท้อนแสง ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนแบบกระจาย ความเข้มข้น ของคาร์บอนอินทรีย์ในอนุภาค (POC) ความเข้มข้นของ คาร์บอนอนินทรีย์ในอนุภาค (PIC) ดัชนีสารอินทรีย์ละลายสี (CDOM) รังสีที่กระตุ้นการสังเคราะห์แสง (PAR) และความสูงของเส้นฟลูออเรสเซนซ์แบบปกติ (NFLH) นอกจากนี้ แม้ว่าจะได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดคลอโรฟิลล์ในมหาสมุทร แต่ SeaWiFS ยังประมาณค่าดัชนีพืชพรรณความแตกต่างแบบปกติ (NDVI) ซึ่งเป็นการวัดการสังเคราะห์แสงบนบกอีก ด้วย

ข้อมูล SeaWiFS สามารถเข้าถึงได้ฟรีจากเว็บไซต์ต่างๆ มากมาย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเว็บไซต์ที่ดำเนินการโดยรัฐบาล แหล่งข้อมูลหลักของ SeaWiFS คือเว็บไซต์ OceanColor ของ NASA [1]ซึ่งดูแลชุดข้อมูลอนุกรมเวลาของภารกิจ SeaWiFS ทั้งหมด เว็บไซต์นี้อนุญาตให้ผู้ใช้เรียกดูภาพ SeaWiFS แต่ละภาพตามช่วงเวลาและพื้นที่ที่เลือกได้ นอกจากนี้ เว็บไซต์ยังอนุญาตให้เรียกดูข้อมูลในระดับเวลาและพื้นที่ต่างๆ โดยมีระดับพื้นที่ตั้งแต่ 4 กม. ถึง 9 กม. สำหรับข้อมูลแผนที่ ข้อมูลมีให้เลือกในระดับเวลาที่หลากหลาย รวมถึงภาพรายวัน หลายวัน (เช่น 3, 8) รายเดือน และตามฤดูกาล ไปจนถึงภาพรวมของภารกิจทั้งหมด ข้อมูลยังมีให้ใช้งานผ่าน ftp และการดาวน์โหลดแบบกลุ่มด้วย

ข้อมูลสามารถเรียกดูและเรียกค้นได้ในรูปแบบและระดับการประมวลผลที่หลากหลาย โดยมีสี่ระดับทั่วไปตั้งแต่ข้อมูลที่ยังไม่ผ่านการประมวลผลไปจนถึงผลลัพธ์ที่สร้างแบบจำลอง^{[ 9 ]}ระดับ 0 คือข้อมูลที่ยังไม่ผ่านการประมวลผล ซึ่งโดยปกติจะไม่ถูกส่งมอบให้กับผู้ใช้ ข้อมูลระดับ 1 คือข้อมูลที่สร้างขึ้นใหม่ แต่ยังไม่ผ่านการประมวลผลหรือผ่านการประมวลผลเพียงเล็กน้อย ข้อมูลระดับ 2 ประกอบด้วยตัวแปรทางธรณีฟิสิกส์ที่ได้มา แม้ว่าจะไม่ได้อยู่บนตารางเวลา/พื้นที่ที่สม่ำเสมอ ข้อมูลระดับ 3 ประกอบด้วยตัวแปรทางธรณีฟิสิกส์ที่ได้มาซึ่งถูกจัดกลุ่มหรือแมปไปยังตารางที่สม่ำเสมอ สุดท้าย ข้อมูลระดับ 4 ประกอบด้วยตัวแปรที่สร้างแบบจำลองหรือได้มา เช่นผลผลิตขั้นต้น ของ มหาสมุทร

นักวิทยาศาสตร์ที่ต้องการคำนวณค่าคลอโรฟิลล์หรือพารามิเตอร์อื่นๆ ที่แตกต่างจากที่แสดงบนเว็บไซต์ OceanColor มักจะใช้ข้อมูลระดับ 1 หรือ 2 ตัวอย่างเช่น อาจใช้เพื่อคำนวณพารามิเตอร์สำหรับภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่งของโลก ในขณะที่ข้อมูลมาตรฐานของ SeaWiFS ออกแบบมาเพื่อความแม่นยำระดับโลก โดยจำเป็นต้องมีการประนีประนอมสำหรับภูมิภาคเฉพาะ นักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเชื่อมโยงผลลัพธ์มาตรฐานของ SeaWiFS กับกระบวนการอื่นๆ มักจะใช้ข้อมูลระดับ 3 โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพวกเขาไม่มีศักยภาพ การฝึกอบรม หรือความสนใจในการทำงานกับข้อมูลระดับ 1 หรือ 2 ข้อมูลระดับ 4 อาจใช้สำหรับการวิจัยที่คล้ายกันหากสนใจในผลิตภัณฑ์แบบจำลอง

นาซาได้จัดทำซอฟต์แวร์ฟรีที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้กับข้อมูล SeaWiFS ผ่านทาง เว็บไซต์ สีของมหาสมุทรซอฟต์แวร์นี้มีชื่อว่าSeaDAS (SeaWiFS Data Analysis System) สร้างขึ้นเพื่อการแสดงผลและการประมวลผลข้อมูลจากดาวเทียม และสามารถทำงานกับข้อมูลระดับ 1, 2 และ 3 ได้ แม้ว่าเดิมทีจะออกแบบมาสำหรับข้อมูล SeaWiFS แต่ความสามารถของมันได้รับการขยายให้สามารถทำงานกับแหล่งข้อมูลดาวเทียมอื่นๆ ได้อีกมากมาย นอกจากนี้ยังสามารถใช้ซอฟต์แวร์หรือภาษาโปรแกรมอื่นๆ ในการอ่านและทำงานกับข้อมูล SeaWiFS ได้เช่นกันเช่น Matlab , IDLหรือPython

การประเมินปริมาณคลอโรฟิลล์ในระดับโลกหรือระดับภูมิภาค และด้วยเหตุนี้จึงรวมถึงแพลงก์ตอนพืช มีนัยสำคัญอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการผลิตทางการประมง แพลงก์ตอนพืชมีบทบาทอย่างมากในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ของโลก ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแพลงก์ตอนพืชเหล่านี้ส่วนหนึ่งจมลงสู่ก้นมหาสมุทร ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ถูกดึงออกจากชั้นบรรยากาศและกักเก็บไว้ในมหาสมุทรลึกเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งพันปี ดังนั้น ระดับการผลิตขั้นต้นจากมหาสมุทรจึงมีบทบาทสำคัญในการชะลอการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หรือหากการผลิตขั้นต้นชะลอตัว การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจเร่งตัวขึ้น บางคนเสนอให้ใส่ปุ๋ยเหล็กในมหาสมุทรเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืชและกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศ ไม่ว่าการทดลองเหล่านี้จะเกิดขึ้นหรือไม่ การประเมินความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ในมหาสมุทรของโลกและบทบาทของมันในกระบวนการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ทางชีวภาพ ของมหาสมุทร อาจมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้เราคาดการณ์และปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้

แพลงก์ตอนพืชเป็นองค์ประกอบสำคัญในฐานของห่วงโซ่อาหาร ในมหาสมุทร และนักสมุทรศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานถึงความเชื่อมโยงระหว่างคลอโรฟิลล์ในมหาสมุทรและการผลิตทางการประมงมาสักระยะหนึ่งแล้ว^{[ 10 ]}ระดับความสัมพันธ์ระหว่างแพลงก์ตอนพืชกับการผลิตปลาทะเลขึ้นอยู่กับจำนวนห่วงโซ่อาหาร และประสิทธิภาพของแต่ละห่วงโซ่ การประมาณจำนวนห่วงโซ่อาหารและประสิทธิภาพทางโภชนาการจากแพลงก์ตอนพืชไปสู่การประมงเชิงพาณิชย์ได้รับการถกเถียงกันอย่างกว้างขวาง แม้ว่าจะยังไม่มีหลักฐานยืนยันมากนัก^{[ 11 ]} งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างคลอโรฟิลล์เอและการผลิตทางการประมงสามารถสร้างแบบจำลองได้^{[ 12 ]} และสามารถมีความสัมพันธ์กันสูงมากเมื่อตรวจสอบในระดับที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น Ware และ Thomson (2005) พบค่า r ²เท่ากับ 0.87 ระหว่างผลผลิตปลาประจำถิ่น (เมตริกตันต่อตารางกิโลเมตร) และความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอเฉลี่ยต่อปี (มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) ^{[ 13 ]}นักวิจัยคนอื่นๆ พบว่าแนวหน้าคลอโรฟิลล์ของเขตเปลี่ยนผ่านของมหาสมุทรแปซิฟิก (ความหนาแน่นของคลอโรฟิลล์ 0.2 มก. ม.-3) เป็นลักษณะเด่นในการกระจายตัวของเต่าหัวใหญ่^{[ 14 ]}

• หน้าหลักโครงการ SeaWiFS
• เว็บไซต์ OceanColor