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IKONOS - Norte de la provincia de Buenos Aires. 28/09/
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Inés Valdéz Carrizo
1 IKONOS - Norte de la provincia de Buenos Aires. 28/09/ Sensores y redes para observación y monitoreo
2 3 Sensores y redes para observación y monitoreo 3.1. Sensores Remotos os sensores remotos son sistemas de teledetección para la adquisición de información sobre propiedades de objetos, superficies o materiales a través de instrumentos que no se encuentran en contacto con dicho objeto, superficie o material. Miden la energía electromagnética reflejada o emitida por una superficie distante, identificando patrones y categorizando por clases su distribución espacial. L Además de posibilitar el conocimiento del territorio, la teledetección satelital permite a través del monitoreo de los fenómenos ambientales, inventariar los recursos naturales, y determinar áreas afectadas por riesgos y procesos generados por el impacto del clima. La teledetección se complementa y tiene mucha sinergia con los Sistemas de Información Geográfica (SIG), ambas herramientas claves para los análisis de riesgo. La amplia cobertura territorial que tienen las imáge- nes satelitales permiten una visión sinóptica de cada riesgo o proceso que se analiza, lo convierten en una herramienta útil para el estudio de fenómenos muy dinámicos, como inundaciones, desertificación, erosión eólica, deforestación, grandes incendios forestales, etc. Las series de datos históricos de información satelital son útiles para las determinaciones de vulnerabilidad de diferentes áreas productivas y para la determinación de ambientes y limitaciones en diferentes agroecosistemas. En Argentina, han sido de amplio uso las series de datos del programa Landsat. Desde mediados de la década de 1970 se utilizaron estos datos del sensor MSS de 80 metros de resolución espacial para el mapeo de áreas anegadas (Figura 1). Entre 1990 y el 2000 se consolidó su utilización por numerosas instituciones públicas y en medios académicos, y utilizando medios digitales. Figura 1. Mapeo de áreas anegadas en el oeste bonaerense mediante medios gráficos y fotointerpretación sobre imágenes Landsat de Febrero de 1973 y Abril de1984 (INTA). Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 33
3 3 Hoy se dispone no solo de amplios bancos de datos multitemporales de más de 35 años de adquisiciones del programa Landsat, sino también de una alta capacidad profesional para el procesamiento de este tipo de datos para aplicaciones de riesgo agropecuario. Asimismo datos MODIS de NASA, y del SAC-C provisto por la CONAE son usados ampliamente en evaluaciones de áreas afectadas por riesgos y emergencias agropecuarias con alcance y escala regional. En el marco de la Carta Internacional Espacio y Grandes Catástrofes la Argentina participa a través de la CONAE, con el objetivo de acceder a un sistema unificado de adquisición y entrega de datos espaciales, dedicado a catástrofes naturales o antropogénicas y situaciones de emergencias. Cada agencia miembro ha comprometido recursos para apoyar las disposiciones de la Carta y, así, ayudar a mitigar los efectos generados por las catástrofes sobre la vida de las personas y los bienes. La Carta Internacional se firmó en julio de 1999, y han adherido casi todas las agencias espaciales y empresas privadas proveedoras de datos satelitales (RADARSAT, ERS, ENVISAT, SPOT, IRS, SAC-C, satélites NOAA, LAND- SAT, ALOS, DMC y otros). Se plasma a través de los procedimientos descriptos en el disaster charter: Los sensores pueden ser activos o pasivos, según tengan o no su propia fuente de radiación, respectivamente. Entre los primeros se encuentran los ópticos con bandas pancromáticas y multiespectrales, y entre los segundos, los de microondas de radar. Las plataformas para la obtención de datos pueden ser satelitales o aéreas. En el caso de los sensores montados en satélites podemos describir principalmente dos tipos, según sus órbitas: los de órbita geoestacionaria y los de órbita cuasi polar. En el primer caso el satélite se mueve junto con la Tierra observando siempre la misma porción del planeta, facilitando la obtención de imágenes con frecuencias de entre 15 minutos, a una hora, lo que permite un adecuado monitoreo de eventos meteorológicos, visualización de nubes, observación del vapor de agua en la atmósfera, temperaturas de superficie de tierra y mar, determinación de vectores de viento, radiación solar incidente, condiciones de la vegetación, entre otros. Por otro lado, la órbita cuasi polar está ligeramente desplazada respecto de los meridianos capturando información de este a oeste de distintas porciones de la superficie a la misma hora solar. Se hace mención a continuación de algunos de los principales programas satelitales dentro de esta categoría: POES (Polar orbiting Operacional Environmental satellites) Puestos en servicio por la NOAA (Nacional Oceanic Atmospheric Administration), se destacan fundamentalmente por su sensor AVHRR (Advance Very High Resolution Radiometer), que inicialmente fue diseñado para determinación de cobertura de nubes y temperatura de la superficie del mar, pero al suministrar datos de distintas bandas dentro del espectro visible, infrarrojo cercano e infrarrojo térmico ha sido posible aplicarlo en numerosos estudios en el campo de observación de la Tierra: nubes, lagos, mares, vegetación, hielo, nieve, costas, como también temperaturas de la tierra, agua, superficies de mares y nubes y generación de índices combinando información de diferentes bandas. MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) El sensor MODIS es un radiómetro hiperespectral sobre las plataformas espaciales Terra (EOS AM) y Aqua (EOS PM), desarrolladas por la NASA. Estas plataformas constan además de otros sensores importantes como lo son ASTER, CERES y MISR. MODIS capta información de 36 canales entre el visible y el infrarrojo térmico, en diferentes resoluciones espaciales. Los productos elaborados con esta información se encuentran disponibles ampliamente en internet, y fueron pensados para estudios oceanográficos, biológicos y atmosféricos, tales como: Vegetación y cobertura de la superficie terrestre Productividad primaria neta Índice de área foliar Radiación fotosintéticamente activa Fuegos y anomalías térmicas Concentración de clorofila Concentración de sedimentos en suspensión 34 Sensores y redes para observación y monitoreo
4 Figura 2. Áreas afectadas por anegamientos en el noroeste de Buenos Aires y sudoeste de Córdoba en una imagen MODIS del 2 de Enero de Detección de propiedades de las nubes Concentración de aerosoles Temperatura atmosférica y perfiles de vapor de agua Etc. Los índices de vegetación son un típico producto de uso en el sector agropecuario que se desarrolla en base a datos capturados por estas plataformas. SAC-C Es un satélite argentino diseñado y operado por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CO- NAE) que provee datos en 175 m de resolución espacial, con un ancho de barrido de 360 kilómetros y una revisita de 16 días. La misión SAC-C cubre tanto la Observación de la Tierra como mediciones con fines científicos. El SAC-C conforma, junto con los satélites de los EEUU, la constelación internacional para Observación de la Tierra. TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) Consta de cinco instrumentos sensores únicos, de los cuales cuatro están destinados a generar imágenes de nubosidad, precipitación y relámpagos. Captura imágenes entre las latitudes de 35 grados Norte y Sur, por lo que se considera fundamental para el estudio de condiciones de tiempo severo. Son datos de mucha utilidad para el mapeo espacio temporal de los campos de precipitación (Figura 3). LANDSAT y sensores de similar resolución Estos satélites son los principales utilizados para estudio de recursos naturales y el monitoreo del medio ambiente. Las plataformas de Landsat datan de más de 30 años y cuentan con canales en el visible, y los más recientes con canales en el infrarrojo cercano, medio y térmico y una ventana pancromática de alta resolución. Aún continúan vigentes las misiones de Landsat 5 y 7, con una resolución temporal de 16 días y una resolución espacial con píxeles de 30 metros de lado. Esta es la resolución óptima para el desarrollo de mapeos temáticos y cartografías en escalas de 1: a 1: Son de altísima efectividad para la determinación de vulnerabilidad de diferentes zonas a diferentes riesgos y procesos derivados del impacto del clima. Un ejemplo claro son las determinaciones de vulnerabilidad y frecuencia de anegamientos e inundaciones. Los sensores satelitales de tipo-landsat, son satélites similares a Landsat, tienen una resolución espacial media de entre 15 y 30 metros, cubren amplias Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 35
5 3 Figura 3. Mapa de precipitación de los días 15 y 16 de enero de 2011, en base a datos TRMM (Procesamiento experimental I. de Clima y Agua, INTA). áreas territoriales y poseen resolución multiespectral. Los más distintivos programas han sido además de Landsat, el SPOT e IRS. Se suma a este grupo el programa CBERS liderado por China y Brasil, con datos multiespectrales en 20 metros, disponibles de manera gratuita al público vía internet. Debido al éxito de los programas CBERS-1 y 2, China y Brasil continúan el programa CBERS con el desarrollo del CBERS-3 y 4 y una participación de Brasil en el 50 % del programa. Ambos se esperan estén disponibles durante Los datos CBERS han estado disponibles para su uso libremente con 20 metros de resolución espacial. Los principales satélites aún con vida útil que proveen datos en resoluciones espaciales menores a los 50 metros se detallan en la Tabla 1. Incluye la ca- 36 Sensores y redes para observación y monitoreo
6 Tabla 1 Satélites actualmente operativos con resolución espacial menor a 50 metros. SATÉLITE PAÍS Fecha de RESOLUCIÓN RESOLUCIÓN COBERTURA lanzamiento Pancromática Multiespectral (KM) Landsat 5 USA 01/03/84 30,0 185 IRS 1D India 29/09/97 6, , 142 Proba Unión Europea 10/21/ Hyp 14 SPOT-4 Francia 24/03/98 10, Landsat 7 USA 15/04/99 15, IKONOS-2 USA 14/09/99 1, TERRA (ASTER) Japón/USA 15/12/99 15, 30, KOMPSAT-1 Corea 20/12/99 6,6 17 EO-1 USA 21/11/00 10, EROS A1 Israel 12/05/00 1,8 14 QuickBird-2 USA 18/10/01 0,6 2,5 16 SPOT-5 Francia 05/04/02 2, DMC UK (SSTL) Reino Unido 27/09/ IRS ResourceSat-1 India 17/10/03 6,0 6, 23, 56 24, 140,740 CBERS-2 China/Brasil 21/10/03 20, FORMOSAT-2 Taiwán 20/04/04 2, IRS Cartosat 1 India 05/04/05 2,5 30 MONITOR-E -1 Rusia 26/08/05 8, , 160 Beijing-1 (SSTL) China 27/10/05 4, TopSat (SSTL) Reino Unido 27/10/05 2,5 5 10, 15 ALOS Japón 24/01/06 2, , 70 EROS B1 Israel 25/04/06 0,7 7 Resurs DK-1 (01-N5) Rusia 15/06/06 1, KOMPSAT-2 Corea del Sur 28/07/06 1, IRS Cartosat 2 India 01/10/07 0,8 10 WorldView -1 USA 18/09/07 0,5 16 CBERS-2B China/Brasil 19/09/07 20, RapidEye-A Alemania 04/01/08 6,5 78 RapidEye-B Alemania 04/01/08 6,5 78 RapidEye-C Alemania 04/01/08 6,5 78 RapidEye-D Alemania 04/01/08 6,5 78 RapidEye-E Alemania 04/01/08 6,5 78 SumbandilaSat Sudáfrica 04/01/08 7,5 X-Sat Singapur 04/16/ Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 37
7 3 SATÉLITE PAÍS Fecha de RESOLUCIÓN RESOLUCIÓN COBERTURA lanzamiento Pancromática Multiespectral (KM) Hi-res Sterio Imaging China 07/01/08 2.5, 5 10 WorldView -2 USA 07/01/08 0,5 1,8 16 Venus Israel/Francia 08/01/ GeoEye-1 USA 23/08/08 0,4 1,64 15 DMC Deimos-1 España 15/11/ DMC UK-2 Reino Unido 15/11/ IRS ResourceSat-2 India 15/12/08 6,0 6, 23, 56 24, 140, 740 EROS C Israel 04/01/09 0,7 2,8 11 CBERS-3 China/Brasil 05/01/09 5, , 120 TWSAT India 07/01/ DMC NigeriaSat Nigeria 07/01/09 2,5 5, ARGO Taiwán 07/01/09 6,5 78 KOMSAT-3 Corea del Sur 11/01/09 0,7 3,2 Pleiades-1 Francia 03/01/10 0,7 2,8 20 CBERS-4 China/Brasil 07/01/10 5, , 120 Pleiades-2 Francia ,7 2,8 20 EnMap Alemania Hyp 30 LDCM USA , SPOT 6/7 Francia , Sentinel 2 A ESA , 20, tegoría Landsat y similares a Landsat y los de alta resolución, todos estos considerados de utilidad para la generación de información relativa a vulnerabilidad, impacto y emergencias derivadas de riesgos y procesos derivados de extremos climáticos. Sensores de alta resolución Hay alrededor de 18 sistemas de alta resolución que proveen datos del orden del metro, pero a expensas de una menor área de cobertura y limitaciones en las capacidades multiespectrales. Estos programas son prácticamente exclusivos del sector privado. Tienen la posibilidad de identificar daños a escalas de detalle, con píxeles aún menores a 1 metro de resolución. El primer satélite comercial de alta resolución fue el IKONOS y fue lanzado a fines de Los programas actuales que ofrecen datos pancromáticos y color de alta resolución (menos de 5 metros) incluyen al GeoEye, Quickbird, Worldview, Komsat, Pleiades, Eros, Rapideye, y en general son constelaciones de satélites. Generalmente, los datos de alta resolución son comerciales, lo que limita por el alto costo de estos datos su difusión en aplicaciones para la determinación de vulnerabilidad o análisis de riesgos a tiempo real. Satélites con sensores radar Los satélites de radar proveen datos en el rango de las microondas y presentan la ventaja de poder capturar información desde el espacio aún con cober- 38 Sensores y redes para observación y monitoreo
8 Tabla 2. Satélites actuales con sensores de radar SATÉLITE PAÍS FECHA DE MEJOR MICROONDAS LANZAMIENTO RESOLUCIÓN BANDA ERS-2 ESA* 21/04/95 30,0 C RadarSat 1 Canadá 11/04/95 8,5 C ENVISAT ESA 03/01/02 30,0 C ALOS Japón 24/01/06 10,0 L COSMO-Skymed-1 Italia 08/06/07 1,0 X TerraSAR X Alemania 15/07/07 1,0 X RadarSat 2 Canadá 14/09/07 3,0 X COSMO-Skymed-2 Italia 08/12/07 1,0 X COSMO-Skymed-3 Italia 01/07/09 1,0 X TerraSAR L Alemania 15/08/09 1,0 L COSMO-Skymed-4 Italia 06/11/10 1,0 X TanDem-X Alemania 30/06/10 1,0 X KompSat 5 Corea del Sur ,0 X Radarsat Constellation-1 Canadá 2011 C Sentinel 1 ESA ,0 C Radarsat Constellation-2 Canadá 2012 C Radarsat Constellation-3 Canadá 2013 C SAOCOM-1A Argentina ,0 L SAOCOM-1B Argentina ,0 L * ESA: European Space Agency. Unión Europea tura nubosa. Esto tiene una importancia estratégica por la premura para disponer de datos a tiempo real sobre los alcances de eventos adversos que generan riesgos. Su potencial combinación con datos ópticos multiespectrales permite visualizar un amplio margen de aplicaciones para riesgo agropecuario Redes sinópticas de observación meteorológica La observación meteorológica consiste en la medición y determinación de todos los elementos que en su conjunto representan las condiciones del estado de la atmósfera en un momento dado y en un determinado lugar, utilizando instrumental adecuado y complementado por los sentidos del observador, principalmente la vista. Estas observaciones, realizadas con métodos y en forma sistemática, uniforme, ininterrumpida y a las horas establecidas, permiten conocer las características y variaciones de los elementos atmosféricos, los cuales constituyen los datos básicos que utilizan los servicios meteorológicos, tanto en tiempo real como diferido. Hay diferentes tipos de observaciones para satisfacer las numerosas necesidades de la meteorología. Dentro de las principales podemos hallar las efectuadas en estaciones sinópticas. Son observaciones Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 39
9 3 que se efectúan a varias horas fijas del día, remitiéndolas inmediatamente a un centro recolector de datos, mediante mensajes codificados, por la vía de comunicación más rápida disponible. Estas observaciones se utilizan para una multitud de fines meteorológicos, en general en tiempo real, es decir, de uso inmediato, y especialmente para representar la sinopsis de la situación presente e incorporarse en los modelos de pronóstico numérico del tiempo. Las estaciones sinópticas pueden ser de superficie o de altitud (si efectúan radiosondeos). También se distingue entre estaciones sinópticas marítimas y terrestres, dotadas de personal o automáticas, principales o suplementarias. Otras fuentes de información meteorológica, además de las estaciones sinópticas, están representadas por aeronaves, estaciones climatológicas, agrícolas, especiales y satélites y radares meteorológicos. Una estación sinóptica puede proveer importante información a nivel local, pero es indispensable disponer de una red de estaciones para poder confeccionar un mapa del tiempo. Se piensa que la primera red de estaciones de observación, naturalmente rudimentaria, fue la creada por Fernando II de Toscana, en Su Academia de Experimentación, con el interesante lema No cejar nunca en nuestros intentos, creó siete estaciones meteorológicas en Italia septentrional y cuatro fuera de Italia. El primer intento sistemático para confeccionar un mapa meteorológico lo realizó H. W. Brandes, en Liepzig, en Pronto se hizo evidente que lo que realmente hacía falta era un sistema coordinado, con objeto de normalizar las observaciones meteorológicas y darles regularidad: si todas las observaciones, en todo el mundo, pudiesen hacerse a la misma hora y con los mismos instrumentos, eso permitiría la confección de mapas que presentarían un panorama general de la situación reinante en el momento mismo de las observaciones. La Organización Meteorológica Mundial regula actualmente la normalización de las observaciones internacionales, fijando los procedimientos y las prácticas que deben aplicarse. La historia de la observación meteorológica en la Argentina ha sufrido los altibajos y discontinuidades de la historia nacional. La mayor cantidad de información normalizada, a tiempo real, con décadas de registros históricos y disponibles para la comunidad en general, se reúne en el Servicio Meteorológico Nacional (SMN) y en el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). La Figura 5 muestra la disponibilidad y distribución geográfica actual de las redes sinópticas de SMN e INTA unidas. Figura 4. Casilla de Observación Meteorológica Para ser clasificada como estación sinóptica, la misma debe contar con registros estandarizados de determinados elementos meteorológicos: tiempo presente, tiempo pasado, dirección y velocidad del viento, cantidad y tipo de nubes, altura de la base de las nubes, visibilidad, temperatura del aire, temperatura del suelo, humedad, presión atmosférica, características y valor de la tendencia barométrica (Figura 4). La persona que realiza estas observaciones se denomina Observador Meteorológico, para lo cual debe realizar un curso, por general en el Servicio Meteorológico Nacional. La obtención de información meteorológica es vital para numerosos fines, ya que la actividad humana se halla en la actualidad todavía muy supeditada al estado del tiempo (agro, pesca, turismo, deportes, transporte, energía, infraestructuras, indumentaria, salud, etc.) y sin datos meteorológicos se hace imposible la generación de pronósticos, alertas, monitoreo del medio ambiente, además de la investigación científica. Este hecho, sumado a la realidad de que los sensores remotos y las redes sinópticas se complementan, pero de ninguna manera unos reemplazan a las otras, hacen evidente la necesidad de mantener y ampliar las redes sinópticas oficiales de observación meteorológica, en especial hacia áreas actualmente relegadas. 40 Sensores y redes para observación y monitoreo
10 3.3. Redes de estaciones automáticas Además de las redes sinópticas, diversas redes de estaciones automáticas brindan datos meteorológicos de superficie. Estas estaciones pueden capturar, grabar o transmitir datos en fracciones menores a la hora, en general en fracciones de 10 minutos, transmitiendo la información a diversos gestores de datos meteorológicos alojados en servidores. Existen numerosas redes de estaciones automáticas, que dependen de instancias públicas y privadas. Así, muchas redes dependen de estados provinciales, cooperativas, bolsas de cereales, comités de cuencas u organismos hidráulicos y brindan servicios regionales direccionados a diferentes cadenas productivas o para la provisión de sistemas de alarma hidrológico. También empresas agropecuarias y productores individuales disponen en la actualidad de estaciones automáticas para el registro de variables agrometeorológicas en establecimientos agropecuarios. Figura 5. Redes sinópticas de estaciones meteorológicas de los organismos nacionales INTA y SMN Figura 6. Estación Agrometeorológica Automática Nimbus THP (INTA-UTN) Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 41
11 3 En la actualidad varios organismos oficiales desarrollan proyectos relativos a la integración de redes de estaciones. El INTA a través del Instituto de Clima y Agua trabaja en el desarrollo de una estación agrometeorológica automática institucional. Se desarrollan 150 estaciones que permitirán incrementar los puntos de observación y captura de datos de toda la red troncal del INTA y a lo largo del país, integrando los datos en un sistema gestor de información agrometeorológica de amplias prestaciones y accesible vía web, para facilitar el acceso y consulta pública de los datos Red de radares meteorológicos La red de radares meteorológicos del INTA consta de 3 radares. El Radar INTA Pergamino, modelo Gematronix Meteor 360, instalado y funcionando desde Junio del 2006 y los radares de INTA Paraná e INTA Anguil, modelo Gematronix Meteor 600. El SMN dispone y opera un radar Enterprise en Ezeiza. Estos radares de vigilancia meteorológica son de tipo doppler y los radares de Paraná y Anguil son radares que cuentan con tecnología doppler de doble polarización lo que mejora la precisión y eficiencia de determinación de hidrometeoros. En la Figura 7, en amarillo se muestran las ubicaciones de los radares actuales (Pergamino, Paraná, Figura 7. Red de Radares Meteorológicos INTA y SMN 42 Sensores y redes para observación y monitoreo
12 Anguil) del INTA. En rojo, el área de cobertura del radar Ezeiza del SMN. Cada localización tiene un área de cobertura con un radio de 240 Km, que es el alcance medio óptimo del radar. Entre los 4 radares se monitorea, descontando la superposición, un área de alrededor de los 50 millones de hectáreas y amplias zonas productivas. Los radares meteorológicos permiten una nueva visión para la meteorología. Las prestaciones de los radares incluyen la determinación de las áreas con lluvias, y su evaluación cuantitativa y cualitativa. Otras prestaciones son los productos relativos a granizo, viento y el impacto de las lluvias por cuencas. Los radares agrometeorológicos del INTA (Figura 8) operan en el marco del Convenio por Radares INTA y SMN. El INTA fundamentalmente trabaja Ex post eventos, en el desarrollo operativo de productos de lluvias acumuladas, balances, evaluación y sistemas de análisis de eventos de granizo, así como en investigación básica sobre el desarrollo de tormentas que generan riesgos agropecuarios, y mantiene sistemas de información online para el sector agropecuario y monitoreo de hidrometeoros. El SMN cumple funciones que requieren su uso Ex ante, en aplicaciones relativas a pronóstico meteorológico y alarmas a la población Integración de redes Figura 8. Radar Meteorológico INTA Pergamino La integración de datos de las redes meteorológicas de superficie (convencionales y automáticas) con datos satelitales y de la red de radares (Figura 9), permitirá un avance significativo en los análisis espacio temporales geo-referenciados de los eventos de riesgo derivados del clima y en la determinación de la vulnerabilidad de un área. Es un área de interés y de necesaria innovación para la generación de nuevos productos geo-referenciados que permitan mejorar la precisión, la escala cartográfica y la frecuencia multitemporal del monitoreo del impacto de riesgos y vulnerabilidad de diferentes áreas. Figura 9. Integración de redes de información agro-hidro-meteorológicas Herramientas para la evaluación y gestión del riesgo climático en el sector agropecuario 43
I. INTRODUCCIÓN II. ANTECEDENTES
I. INTRODUCCIÓN El uso de imágenes satelitales en los distintos niveles del Estado juega un rol de vital importancia como insumo y fuente de información geográfica. Distintas son las aplicaciones (agrícola,
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