Den här rapporten sammanställer kunskapsläget med avseende på miljöövervakning med fjärranalys, med fokus på de ämnesområden som är relevanta för Naturvårdsverket och Havs- och Vattenmyndigheten (HaV). Fjärranalys omfattar metoder för att samla in information om objekt, områden och fenomen på jordytan från mätningar som görs på avstånd via satellitbilder eller flygbilder. De viktigaste tillämpningsområdena för jordobservationssatelliter är bland annat atmosfär, land, hav, klimatförändringar, nödsituationer och säkerhet. Denna syntes bidrar till att ge Naturvårdsverket och HaV en god genomlysning och sammanställning av relevanta tillämpbara metoder för insamling av data med stöd av fjärranalys. Syntesen omfattar beskrivningar av teknikens möjligheter, utmaningar och begränsningar.

Det här projektet har utförts i samarbete mellan IVL Svenska Miljöinstitutet och KTH (Avdelningen för Geoinformatik). Projektet genomfördes i nära samarbetemed en referensgrupp, med representanter från Naturvårdsverket, HaV och Länsstyrelsen i Stockholm.

En av de viktigaste förändringarna i tillgången till information av hög kvalitet under de senaste åren är lanseringen av Copernicus tjänster för land- och vattenövervakning, och särskilt satellituppdraget Sentinel. I linje med kommissionens rekommendationer och initiativ uppmuntras nationella myndigheter och offentliga institutioner att använda Copernicusprogrammets produkter för sina behov. En stor mängd av dessa data kan förbehandlas med tillgängliga molnbaserade databehandlingsplattformar. Exempelvis kommer utvecklingen av dataplattformen Digital Earth Sweden att bidra till att myndigheter och forskare kan jobba mer standardiserat med metoder och skript och enklare dela dem med varandra.

Fjärranalys har ett brett spektrum av applikationer inom miljöövervakning, relevant för både Naturvårdsverket och HaV, t.ex. luftkvalitetsapplikationer, kust- och havsapplikationer, hantering av naturresurser, riskbedömningar, officiellstatistik, grön infrastrukturkartläggning och övervakning. Men ännu har inte alla applikationer uppnått en tillräckligt hög mognadsgrad. Även om fjärranalys erbjuder goda möjligheter för miljöövervakning, så omfattar användningen av satellitdata ett flertal utmaningar.

Fjärranalysdata kommer med olika tidsmässiga, rumsliga och radiometriska upplösningar. För att kunna utnyttja dem till sin fulla potential är det viktigt för användare och intressenter att förstå deras avsedda användning. Dagens arbetssätt inom miljöövervakningen kommer att påverkas eftersom fjärranalysövervakningen behöver integreras i den nuvarande miljöövervakningen. Därför är det viktigt att göra en kostnads-nyttoanalys avseende användningen av fjärranalysdata när behoven för en applikation har specificerats.

Det är av avgörande betydelse att tydlig, replikerbar datainsamling och applikationer måste utvecklas för en smidig användning av satellitdata för Naturvårdsverket och HaV:s behov. Detta kan omfatta automatiska procedurer som minimerar användarinsatsen under insamlingen av data, lämpliga användargränssnitt, samt möjligheten att effektivt och kontinuerligt uppdatera befintliga modeller och produkter är nya data blir tillgängliga.

Rumslig täckning är en av de stora fördelarna med majoriteten av satellitdata jämfört med observationsmätningar på markytan. Dessutom kan de långa tidsserierna av satellitdata vara ett verktyg för att studera trender bakåt i tiden (förutsatt konsekventkorrigering av data över tid), likaväl som ett stöd för att prognostisera (framtida) utveckling.

I dagsläget används inte satellitdata för luftkvalitet eller växthusgaser av Naturvårdsverket, men vi bedömer att den potentiella tillämpbarheten inom luftkvalité kommer att öka för Naturvårdsverket framöver. Utvecklingen på området går snabbt framåt, med ett flertal nya satelliter och instrument som kommer att få stor betydelse för att förbättra övervakningen av luftföroreningar från satelliter. NO₂-mätningar är troligtvis den mest lämpliga luftföroreningen för Naturvårdsverket att börja med, eftersom satellitinstrumenten har en hög känslighet för NO₂ samtidigt som det finns en högre mognadsgrad för NO₂-mätningar, jämfört med andra luftföroreningar. Satellitmätningar av luftföroreningar behöver valideras och kommer därför inte att ersätta behovet av ytobservationer, oavsett vilken typ av applikation och satellitsensor som används.

Det finns även stor potential för miljöövervakning av vattenmassor och kuster med hjälp av den tillgängliga data som finns idag genom bl.a. Copernicus. Flera fjärranalysapplikationer för sjöar, kust och hav är redan aktiva och används av myndigheterna. Den största potentialen finns i att använda dessa metoder inom fler områden än vad som görs idag.

Fjärranalysmetoder används redan idag för att följa upp vissa av FN:s globala mål (de så kallade SDG:erna). Utvecklingen av ny teknik går snabbt framåt och exempelvis drönare har utvidgat möjligheterna ytterligare. Fjärranalys har potential att underlätta för både Naturvårdsverket och HaV att följa upp Sveriges Miljökvalitetsmål, exempelvis vad gäller frisk luft, vattenkvalitet, skogar, odlingslandskapet, fjällandskapet och våtmarker. Övervakning av marktäcke, markanvändning (i bredare kategorier som skog, åker, vatten, eller i smalare som typ av grödor eller skog), förändringar i marktäcke (vid avverkningar, bränning, planteringar, byggnationer, glaciäravsmältning med mera), trädhöjd och fenologi är välanvänt och välutvecklat även som underlag för modelleringar av habitat och erosionsrisk.

Det är uppenbart att fjärranalysbilder kan användas för att kartlägga biologisk mångfald (såsom olika skogstyper, flora- och faunaarter) i olika skalor. Fjärranalystillämpningar med öppna satellitdata, kräver dock kompletterande in-situ-data för att initialt träna modellerna. Detta innebär att HaV och Naturvårdsverket behöver producera data som är i) standardiserade och ii) geolokaliserade och iii) tidsmässigt uppdaterade, för att kunna användas i kombination med satellitdata.

Övervakning av mikroklimat och modellering av dess påverkan på biota och deras anpassningsförmåga inför klimatförändringar är ett viktigt område under utveckling. Även modellering av ekosystemtjänster och av enskilda hotade eller problemskapande arter är mindre väl utvecklat, men det kommer fler och fler tillämpningar.

När det gäller fjärranalys i urbana miljöer rekommenderar vi undersökning av flerskalig analys med hjälp av satellitbilder med flera källor med olika upplösningar, i kombination med kraftfulla djupinlärningsalgoritmer (deep learning algorithms) för att få mer exakta kartor över urbana marktäckekartor.

Fjärranalys är ett mycket kraftfullt verktyg som för närvarande är underutnyttjat av HaV och Naturvårdsverket. Potentialen i fria och offentliga satellitbilder från ESA:s Sentineluppdrag har till exempel visat sig vara en potent lösning för storskalig kartläggning inom olika applikationsområden som organisationerna arbetar med. Dessa metoder kommer oundvikligen att bli vanliga under de kommande åren i flera av EU:s länder, som redan arbetar mot operativa nivåer. Därför rekommenderar vi olika åtgärder som Naturvårdsverket och HaV kan vidta för att ytterligare integrera fjärranalys i miljöövervakningen:

• Fortsätta att följa utvecklingen inom fjärranalys för Naturvårdsverkets och HaV:s syften.
• Initiera och stödja fortsatt forskning och utveckling: - Studier för att utveckla standardiserade operativa rutiner för att välja, analysera och tolka satellitdata. - Studier med multiplattforms- och multisensorteknik. - Svenska studier inom fjärranalysområden som redan framgångsrikt testats av andra internationella myndigheter. - Studier om kostnadseffektiviteten av att använda satellitdata som komplement till nuvarande miljöövervakning.

• Användning av utbildad personal för insamling, användning och analys av fjärranalys- och geospatiala data.
• Väl omhändertagna och underhållna geospatiala databaser.
• Kombinera fritt tillgänglig satellit- och flygdata med kompletterande data, exempelvis drönar-data.
• Aktörsinvolverande.
• Ökad grad av samverkan mellan myndigheter.

En stor del av de potentiella tillämpningarna sträcker sig längre än en enda myndighets behov och kapacitet och kommer att kräva samarbete mellan flera myndigheter för att utveckla och driva en tjänst. Därför är det av avgörande betydelse att myndigheterna förbättrar sina samarbeten när det gäller datadelning, tillgänglighet och transparens. Framtiden kommer att präglas av mer internationellt samarbete och samordning mellan regeringar och internationella organisationer för att säkerställa långsiktig kontinuitet i fjärranalysdata och för att främja förverkligandet av fjärranalysensfulla samhällsnytta.