Met de hyperspectrale APEX-camera maakt de Vlaamse onderzoeksorganisatie VITO elke zomer vanuit een speciaal vliegtuig nuttige beelden van de Europese bodem.

De zomermaanden zijn voor het vierkoppige APEX-team naar eigen zeggen vaak ‘chaotisch druk’. Een strakblauwe lucht en hoge zonnestand vormen namelijk de ideale omstandigheden om met de APEX-camera de lucht in te gaan voor bodemanalyse. ‘Zonnige barbecues kunnen we dus wel op ons buik schrijven’, grapt Bart Ooms, een van de drie operatoren die meegaat in het vliegtuig om de nodige spectrale beelden te verzamelen waarmee je onder meer luchtkwaliteit, waterkwaliteit, koolstoffixatie en groei en gezondheid van vegetatie kunt onderzoeken. Coördinator van het geheel is Bart Bomans, die vroeger ook meevloog als operator, maar zich inmiddels stort op de metingen organiseren en de vluchtplannen opstellen over verschillende gebieden in Europa.

Tot 7 km hoogte

‘APEX, wat staat voor Airborne Prism Experiment, is simpelweg een imaging-spectrometer ingebouwd in een vliegtuig, waarmee we tot 7 km hoogte het gereflecteerde zonlicht van de aarde kunnen registeren’, legt Bomans uit. In 2007 lanceerde een Belgisch-­Zwitsers consortium bestaande uit de Vlaamse onderzoeksorganisatie VITO en de Remote Sensing Laboratories (RSL) van de Universität Zürich het eerste prototype. Zij ontwikkelden het instrument in opdracht van de European Space Agency (ESA), aanvankelijk met het doel om soortgelijke observatie-instrumenten in de ruimte te valideren.

‘Typisch gebruik je bij aardobservaties een meetinstrument op de grond of dicht bij de aarde om data van een meetinstrument in de ruimte te controleren’, vertelt Bomans. Sinds 2010 is APEX operabel. VITO voert sindsdien validatiecampagnes uit voor verschillende ruimte-instrumenten van ESA en zet de camera daarnaast in als wetenschappelijk meetinstrument. ‘We voeren elk jaar meerdere campagnes uit die voornamelijk worden gefinancierd door de Belgische en Zwitserse overheid’, zegt Bomans. ‘De data van die campagnes verwerken wij in ons aardobservatiecentrum en maken wij daarna online vrij beschikbaar. Wetenschappers kunnen dan zien wat er mogelijk is met zulke datasets, en vragen bij interesse voor het volgende jaar een eigen vliegcampagne aan. Inmiddels hebben we daardoor een jaarlijks terugkerend volume aan campagnes opgebouwd.’

Gedetailleerd beeld

Wat de APEX-camera zo interessant maakt, is zijn extreem hoge spectrale en ruimtelijke resolutie. Het instrument bevat namelijk twee sensoren die samen in honderden aaneengesloten spectrale banden het volledige spectrum van het weerkaatste zonlicht kunnen registreren. De een registreert visueel en nabij-infraroodlicht met een golflengte van 380 nm tot 970 nm, en de ander registreert infraroodlicht met een golflengte van 940 nm tot 2.500 nm. Met de APEX-camera kun je daardoor veel nauwkeuriger verschillende oppervlaktematerialen onderzoeken dan met traditionele breedbandige multispectrale sensoren.

^{Atmosferische NO2-concentratie op 27 juni 2019 nabij Antwerpen gebaseerd op APEX-data. Satellietwaarnemingen van TROPOMI zijn weergegeven met de gekleurde rasters en komen grotendeels overeen met de APEX-data. © BIRA}

‘De gedetailleerde informatie van de camera geeft je een soort vingerafdruk voor elke pixel op de grond’, vertelt Bomans. ‘Nadat wij de data hebben gecorrigeerd, kunnen wetenschappers die vingerafdruk gebruiken voor een breed scala aan toepassingen.’ Daarbij kun je denken aan onderzoek naar bladgroenfluorescentie van gewassen, sneeuwkorrelgrootte, sedimentsus­pensie in rivieren en lucht­vervuiling in stedelijk gebied. Met APEX-data brachten onderzoekers van het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA-IASB) bijvoorbeeld NO₂-concentraties in kaart in de atmosfeer boven Antwerpen (zie figuur). Dit deden zij ter validatie van het satellietinstrument TROPOMI van het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) in opdracht van ESA.

Ready for take-off

Het tot een succes brengen van de vliegcampagnes vergt goede voorbereiding. ‘We kunnen op voorhand niet met 100 % zekerheid zeggen wanneer we bepaalde campagnes kunnen uitvoeren’, legt Bomans uit. Afhankelijk van de locatie en opdracht moet hij als coördinator bijvoorbeeld overleggen met luchtverkeersleiders, overheidsdiensten en het leger om een vluchtplan op te stellen. Daarnaast willen klanten tijdens de campagne vaak zelf metingen doen op de grond, en ook daarover moet je goede afspraken maken. ‘Ik vind het tof om tijdens de campagne alles bij elkaar te brengen, zodat we gezamenlijk de juiste data kunnen verzamelen’, vertelt Bomans. ‘Het is hectisch en het gaat vaak niet zoals gepland, maar toch komt het uiteindelijk altijd op zijn pootjes terecht.’

Vanuit een uniek gemodificeerd vliegtuig voeren de operatoren vervolgens met zijn tweeën de metingen uit. De een bedient en controleert de camera en de randapparatuur, de ander coördineert acties samen met de piloten en maakt notities van uitgevoerde handelingen, gebeurtenissen en weersomstandigheden. ‘Ik ben altijd blij als de APEX-campagnes starten, maar ik ben ook blij als ze weer voorbij zijn’, zegt Ooms, die het vliegen combineert met zijn werk als informaticus. ‘Het is een heel gave job, maar er komt altijd veel bij kijken.’ Zo staat zijn reistas altijd klaar en weet hij bij vertrek nooit hoe lang hij weg zal blijven.

Toch vindt Ooms de afwisseling fijn. ‘Ik kijk er altijd naar uit om niet de hele dag achter mijn bureau te zitten en in plaats daarvan tijdens werk de buitenlucht op te zoeken’, zegt hij. Voorlopig zitten er door de coronacrisis voor het APEX-team helaas geen vluchten in. ‘Het werd al snel duidelijk dat we deze zomer geen campagnes kunnen uitvoeren’, vertelt Bomans. ‘Wellicht dat we in het najaar weer kunnen vliegen, maar dat is nog even afwachten.’