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Introducción a la percepción remota del océano
Propiedades de los sensores.
¿Qué puede ser medido?
• • • • • Color Temperatura Pendiente Altura Rugosidad
• Penetración de las nubes: A una latitud de 50°N en Europa la probabilidad de tener 2 pasadas seguidas con menos de 30% de nubes es sólo de un 5%. Los sensores de microondas son capaces de penetrar las nubes. • Precisión del sensor: En 1964 en Woods Hole Oceanographic Institution planteó estándares imposibles de cumplir con la tecnología de la época (1er satélite lanzado sólo hace 7 años). Pero 14 años después, el SEASAT, no solo cumplía las normas si no que las superó y los oceanógrafos tuvieron más datos en los 3 meses de misión del SEASAT que toda la información reunida hasta esa fecha. • Satélites ven sólo la superficie : Las ondas de radio no se propagan dentro del medio acuoso, la penetración de la luz es limitada. Pero lo que más interesa a los investigadores usualmente se refleja principalmente en la superficie: Mareas, tormentas, hielo flotante, polución y patrones climáticos.
3.3 ¿Qué tipo de satélites (sensores) existe?
Los sensores, de acuerdo a la región del espectro donde operan se pueden clasificar como de microondas, Visibles. Infrarrojos; y según el tipo de energía usada en activos y pasivos. 3.3.1 Sensores de microondas Los primeros experimentos realizados con éste tipo de sensores fueron realizados por los astronautas a bordo del SKYLAB en 1974. El GEOS-3 demostró la factibilidad de usar altímetros de alta resolución para m onitorear el estado y nivel medio del mar. Además, en el NIMBUS 5 y 6 volaron scanning radiometers. Los radares de apertura sintética habían estado volando sólo en aviones. SEASAT los llevó por primera vez todos juntos. El proceso por el cual se extrae información útil de la superficie del mar al analizar la naturaleza de la radiación retrodispersada (Backscatter) se ilustra en la siguiente tabla. Scattering de ondas electromagnéticas depende de:
Autor: Gabriel Yuras gabriel@profc.udec.cl
1. 3. Autor: Gabriel Yuras gabriel@profc.3. Poder Ángulo de incidencia Frecuencia Ángulo de visión. viento y otros parámetros atmosféricos.udec. 20 a 5 metros).4 Radiómetros de micro onda pasivos Los radiómetros de microonda pasivos observan la radiación emitida desde la tierra (mar) en el rango de 1 a 300 ghz.1 Scatterometer: Parámetro más importante radiación electromagnética. el cual mide la altura precisa del instrumento sobre la superficie. junto al AVHRR-2. En el presente tiene una precisión superior a los 5 cm.3.1. Son usados principalmente en la medición de temperatura superficial.2 Color del océano y sensores infrarrojos La percepción remota del océano con sensores visibles e infrarrojos tiene una herencia bastante más antigua que los sensores de microondas.1. NOAA ha estado volando el Very High Resolution Radiometer (VHRR) por muchos años y desde 1978 lo actualizó al Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) el cual se encuentra operacional hasta nuestros días. el cual coloca una cota al límite superior de resolución a velocidades del viento altas.3.3. 3.Introducción a la percepción remota del océano: 10 Rugosidad superficial causada por: Vientos Olas Corrientes Manchas. pero en una medida menor está influenciado por espuma y spray. pero la mayoría de los parámetros relacionados con el océano se obtienen en el rango bajo los 40 GHz. al medir el intervalo de tiempo entre la transmisión y recepción de una cadena de cortos pulsos.cl . desde el espacio con una resolución comparable a los sistemas ópticos (app. Polarización de la El scatterometer es un radar diseñado para medir la velocidad y dirección del viento en la superficie del mar. 3. 3. Transmite un impulso de cortos pulsos y mide el poder del eco reflejado (backscattered) ( σ0 ) desde la superficie a una variedad de ángulos de incidencia.3 Radar de apertura sintética (SAR) El SAR es un instrumento que produce imágenes de microondas de la tierra. derrames 3. Responde principalmente a la rugosidad superficial.3. El color del océano fue medido por cerca de 8 años por el Coastal Zone Color Scanner (CZCS) un instrumento que voló en el NIMBUS-7.1. Ésta se logra a través de una mezcla de sofisticadas técnicas de compresión de pulso y seguimiento del nivel del mar.2 Altímetro: El altímetro es un radar que apunta al nadir.
se construyeron modelos de transferencia radiativa a partir de las características espectrales de una serie de sustancias. los fenómenos atmosféricos dominan la segunda generando un ruido no deseado. a partir del water leaving radiance generar el mejor estimador de la concentración de pigmentos fitoplanctónicos.udec. entre los cuales están los tubos de vidicón.3. 3.cl . El AVHRR voló primero en el TIROS-N en 1978 y ha generado una serie continua de mediciones desde esa época.3 Tipos de sensores La forma típica de clasificar a los sensores remotos es en pasivos y activos. 3. siendo éstos los más flexibles.3. el cual trabaja en la región de las microondas.Introducción a la percepción remota del océano: 11 luego el Ocean Color Temperature Sensor (OCTS) voló entre agosto de 1996 y septiembre de 1997. En los activos el más utilizado es el radar. 3. Autor: Gabriel Yuras gabriel@profc. Dentro de los pasivos encontramos a los fotográficos. y ii) la radiancia que no ha penetrado la superficie del mar. equipos de barrido. Pasivos son aquellos que se limitan a recibir la energía proveniente de un foco exterior a ellos y activos cuando son capaces de emitir su propio haz de energía.2 Sensores Infrarrojos El primer conjunto de observaciones repetitivas de la superficie del mar tomadas desde satélites fue el de temperatura.3. teniendo el de 5 canales uno centrado en los 12 µm. La mayor parte de la aproximación fue empírica. i) "water leaving radiance" la que es la parte de la señal que ha penetrado la superficie y es reflejada desde el interior del océano multiplicado por el coeficiente de transmisión difusa entre la superficie del mar y el sensor. pues no dependen tanto de las condiciones exteriores al sistema sensor tierra. Las plataformas han cambiado su nombre y ahora orbitan el planeta en tándem. Los sensores han alternado entre 4 y 5 canales.2. El LIDAR (Ligth Detection and Ranging) opera en la región del visible e IR cercano. La radiancia total detectada por el sensor se puede dividir en dos componentes. Durante el curso sólo analizaremos los dos últimos. pero que es reflejada desde otras fuentes al sensor. Actualmente se encuentra en operación del Sea Wide Field Sensor (SeaWiFS) a bordo del SEASTAR y en el futuro se planea una serie de satélites que transporten sensores de color. en adición a los de 3.7 y 11 µm. óptico electrónicos y de antena. scanners y radiómetros de microonda.2. Mientras que los efectos del océano dominan la primera. La tarea básica al procesar datos de color es identificar y eliminar este ruido y entonces. como el ENVISAT.1 Sensores de color Para entender el lazo entre el color del océano y la concentración de material suspendido dentro de la capa superficial.
4 Resolución de un sistema sensor.Introducción a la percepción remota del océano: 12 Antes de analizar los sensores en detalle conviene revisar algunos conceptos previos. Se mide en unidades de longitud sobre el terreno y depende de la apertura focal de la cámara (resolución angular) y de su altura sobre la superficie. En los sensores óptico electrónicos.1 Resolución espacial. En un sistema. GMS) con IFOVs de 5 o más Km. a su cadencia temporal y a su capacidad de para distinguir variaciones en la energía que detecta. si es que no se mejora la cantidad de información que puede almacenar el dispositivo de archivo final. GOES. No obstante se suele utilizar la distancia sobre el terreno que corresponde a ese ángulo. espectral.cl . los 500 a 1100 m por lado del Nimbus-CZCS o NOAA-AVHRR a los satélites meteorológicos de órbita geoestacionaria (Meteosat.2 Resolución espectral Indica el número y anchura de las bandas espectrales que puede detectar un sensor. si no que también al número y anchura de las bandas que alberga. Por ejemplo una mejora en el sistema de lentes no necesariamente implica poder adquirir imágenes con más detalle. Resolución de un sistema sensor puede ser definida como la habilidad de registrar información de detalle. La resolución espacial de un sensor abarca un espectro que va desde los 10x10m en el SPOT-HRV. que se denomina pixel. E. de lado. En resumen corresponde al tamaño de la mínima unidad de información incluida en la imagen.4. En resumen. ésto porque detalle no sólo se refiere al detalle espacial que proporciona el sensor. Este concepto designa al objeto más pequeño que puede ser distinguido sobre una imagen. 3. cuatro manifestaciones: espacial. El que un sensor pueda determinar la temperatura en una zona de 500m por lado no implica que pueda detectarla con una precisión mejor que uno que lo hace en zonas de 1 km. por lo que la resolución se refiere al conjunto del equipo y no a cada una de sus partes. El que se define como la sección angular.g. observada en un momento determinado. discriminándola. 3. medida en radianes. Los términos de "información de detalle" y "discriminándola" también merecen otra mirada. al menos.4. radiométrica y temporal. Un sensor será "mejor" mientras más bandas proporcione y mientras más estrechas sean éstas. En ésta se refiere a un sistema sensor. Ambos dependen del propósito y escala tempo-espacial del proyecto a llevarse a cabo. se prefiere utilizar el concepto de IFOV (Instantaneous Field Of View). el concepto de resolución implica.udec. Autor: Gabriel Yuras gabriel@profc. los 120x120m del LANDSAT térmico. 3.
24. Intergovermental Oceanographic Commission. M. V. El número máximo de niveles digitales que puede detectar un sensor óptico-electrónico es lo que recibe el nombre de resolución radiométrica. Manual and Guides. Guide to Satellite Remote Sensing of the Marine Environment. Barale. 1992. actualmente ofrecen más de 1024. C.Introducción a la percepción remota del océano: 13 3.. así como del diseño del sensor.4 Resolución temporal Se refiere a la frecuencia de cobertura que proporciona el sensor.e. 3. i. Mouchot. The application of remote sensing technology to marine fisheries: an introductory manual. a la capacidad de detectar variaciones en la radiancia espectral que recibe. Los primeros sensores ofrecían 64 o 128 niveles digitales. esto es. Autor: Gabriel Yuras gabriel@profc. Capítulo 1.3 Resolución radiométrica Hace mención a la sensibilidad del sensor. M. FAO Fisheries Technical Paper 295. a la periodicidad con que éste adquiere datos de la misma porción de la superficie terrestre. velocidad. principalmente al ángulo de observación y de abertura. inclinación). IOC. UNESCO.udec.4.5 Lecturas Recomendadas Butler.4. Capítulo 4. LeBlanc. El ciclo de cobertura es función de la órbita del satélite (altura. Num. 1988. 3.cl .
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