Efecto de la corrección atmosférica en el dominio óptico en la determinación exacta de la emisividad en el infrarrojo térmico

La temperatura de la superficie de la Tierra es una magnitud fisica clave para el analisis de muchos procesos de la naturaleza. Su determinacion desde satelite en el infrarrojo termico implica resolver el efecto acoplado de la atmosfera y la emisividad termica en dicho dominio espectral. El metodo de la cobertura vegetal (MCV) es un metodo para la determinacion exacta de la emisividad, operativo y preciso, basado en la determinacion de la cobertura vegetal (Pv) con el indice de vegetacion normalizada por diferencia (NDVI). Los indices de vegetacion se calculan con reflectividades del dominio optico, que se encuentran afectadas, en cierta medida, por la interaccion de la radiacion solar con la atmosfera. En este trabajo, se analiza como la correccion atmosferica en el dominio optico puede ayudar en la determinacion exacta de la emisividad en el infrarrojo termico con el MCV, asi como su repercusion en la determinacion de la temperatura. Para esto, se plantea y discute una metodologia alternativa para el MCV con el uso de cualquier indice de vegetacion que se resuelve de forma numerica para la obtencion de la Pv. Los efectos de la atmosfera en el dominio optico, que afectan a la determinacion de la Pv y, por tanto, a la emisividad y temperatura, se modelizan con una ecuacion de transferencia radiativa en el optico. Esta ecuacion se aplica con simulaciones de transferencia radiativa del Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S). Este metodo se aplica a espectros de pixeles puros y mixtos, generados a partir de nueve muestras de suelo y tres muestras de vegetacion puras, seleccionadas de bibliotecas espectrales, a la maxima resolucion espectral del modelo 6S. Posteriormente se computan los valores de canal del AVHRR, MODIS y MERIS en el visible, infrarrojo proximo e infrarrojo medio con los que calcular los indices de vegetacion, de los que se deriva la Pv y la emisividad. El analisis del efecto de la atmosfera se realiza para dos entornos de suelo y vegetacion: suelo radiometricamente homogeneo y suelo radiometricamente heterogeneo. En todos los casos se calcula la desviacion de los resultados por efecto de la atmosfera respecto a los datos sin efecto atmosferico. Adicionalmente, con los datos MODIS, se estudian veinte alternativas al NDVI en el MCV, con la metodologia propuesta, para resolver si se puede salvar la dependencia del NDVI a la radiometria del suelo, y los efectos en la posterior determinacion de la emisividad en el infrarrojo termico. Para el mejor indice alternativo se calcula tambien el efecto de la atmosfera para dos entornos de suelo y vegetacion. El efecto atmosferico que mas influye en el NDVI es la dispersion por aerosoles. Al emplear el NDVI, la Pv presenta una variacion apreciable en el caso de un suelo radiometricamente heterogeneo, mientras que es poco apreciable en el caso homogeneo. En el primer caso, el comportamiento de la emisividad es semejante al de la Pv, con una variacion apreciable en el caso de un suelo radiometricamente homogeneo, lo que implica leves variaciones en temperatura, comprendidas entre +0,07 K y ? 0,04 K. Sin embargo, en el caso heterogeneo, hay una importante variacion de la emisividad que comporta importantes variaciones en temperatura de entre +2, 5 K y ? 1, 0 K. La radiometria de un suelo desprovisto de vegetacion, sin la concurrencia del efecto atmosferico, afecta tanto a la Pv como a la emisividad, con una variacion en temperatura de entre +3 K y ? 0,3 K. De esto se concluye que la emisividad termica es poco sensible a la atmosfera pero muy sensible a la radiometria del suelo. El indice que mejor comportamiento demuestra frente al suelo en esta Tesis es el WDVI (Weighted Difference Infrared Index). El efecto atmosferico que mas modifica el WDVI tambien es la dispersion por aerosoles. En este caso, tanto la Pv como la emisividad se muestran menos sensibles que al calcularlas con el NDVI, con una variacion en la temperatura de entre +0,9 K y ? 0,2 K. El efecto de la atmosfera en la Pv y la emisividad, con todas las simulaciones atmosfericas y en los casos de un suelo radiometricamete homogeneo y heterogeneo, es inferior al del NDVI. En el caso de un suelo radiometricamente homogeneo, implica leves variaciones en temperatura comprendidas entre 0,14 K y ? 0,09 K, mientras que en el caso heterogeneo, implica variaciones en temperatura de entre +0,9 K y ? 0,2 K. Estos resultados con el WDVI son mejores que los correspondientes con el NDVI. En conclusion, se puede reducir la sensibilidad de la emisividad termica a la atmosfera y a la radiometria del suelo desprovisto de vegetacion utilizando en el MCV un indice como el WDVI, principalmente por su menor sensibilidad al efecto del suelo. Sin embargo, la linea de suelo no siempre esta disponible para aplicar el MCV, por lo que la operatividad de esta alternativa puede ser limitada en tal caso.