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TEMA 5TEMA 5
TELEDETECCIÓN E IMÁGENES DE TELEDETECCIÓN E IMÁGENES DE SATÉLITESATÉLITE
TIEMPOS Y CLIMAS EXTREMOS
4º Curso ESPECIALIDADES
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� Valiosa e importante fuente de información, tanto en cantidad como en calidad
Introducción
� Cambio de mentalidad en el análisis y comprensión de muchos procesos atmosféricos.
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� Ventajas• Complemento de la información convencional:
�Amplían la capacidad visual humana (humedad atmosférica, tipo de nubes) etc...
• Carácter global: �Interrelación de fenómenos a escala local, sinóptica y continental
Introducción
sinóptica y continental
�Lugares inaccesibles o redes laxas
• Gran volumen de datos con continuidad temporal elevada:
�Procesos en tiempo real
• No afectados por los mismos problemas de los sensores terrestres: caídas de línea, mantenimiento etc...
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� Inconvenientes• Información referida a un momento concreto:
paso de un avión o de un satélite.
Introducción
• Complejo tratamiento antes de ser utilizada.
• Series de corta duración: no más de 30 años
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� Posibilidades• Multitud de campos de la investigación
climática (CHUVIECO, 1990):
�Evaluación del balance de radiación y de los niveles de temperatura
Introducción
niveles de temperatura
�Cálculo de energía radiante
�Estudios de climas urbanos e isla de calor
�Balances hídricos
�Riesgos climáticos, etc...
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� Teledetección�Capacidad para obtener información de un objeto
sin contacto físico
�Principio básico:
• Un sistema observado produce una perturbación en el medio
Introducción
• La perturbación se transmite a un sistema receptor donde es registrada, almacenada e interpretada
�Medio de transmisión: radiación electromagnética
� Identificación de objetos: signatura espectral o conjunto de longitudes de onda en que emiten radiación.
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�Radiación– Forma de transferencia de
energía en forma de ondas electromagnéticas.
– La longitud y frecuencia de onda varían según la
Fundamentos técnicos
onda varían según la temperatura
• Ley de Planck, a mayor temperatura:
–Mayor energía radiante (ley de Stefan-Boltszmann).
–Menor longitud de onda (Ley de Wien; longitud de onda máxima o
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� Espectro de radiación�Longitudes de onda en las que se realiza la emisión
• Ultravioleta < 0,4 micras
• Visible entre 0,4 y 0,7 micras
• Infrarrojo
• Próximo: entre 0,7 y 3 micras
Fundamentos técnicos
• Próximo: entre 0,7 y 3 micras
• Medio: entre 3 y 24 micras
• Lejano: superior a 24 micras
• En Climatología es importante destacar dentro del infrarrojo las bandas comprendidas entre 3 y 5 micras y entre 8 y 14 micras
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Espectro de radiación
Fundamentos técnicos
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� La radiación
• Los sensores miden la energía radiante proveniente de distintas fuentes emisoras que ha
Fundamentos técnicos
proveniente de distintas fuentes emisoras que ha sufrido una serie de procesos en el sistema tierra-atmósfera
�Emisión de onda corta (Sol)
�Emisión de onda larga (Tierra)
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• La radiación– Fuentes de la radiación que detectan los
satélites meteorológicos:
•• Emisión de onda corta (sol)Emisión de onda corta (sol)– La radiación alcanza la atmósfera � procesos de transmisión, absorción, "scattering" o difusión, y reflexión �
Fundamentos técnicos
reflexión �
» Parte de ella es absorbida por los gases que la componen.
» Otra parte es reflejada (nubes, tierra, agua) y reenviada de nuevo al espacio.
– Una parte de la radiación llega a la superficie de la tierra
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� La radiación– Fuentes de la radiación que detectan los
satélites meteorológicos:
•• Emisión de onda larga (sistema Emisión de onda larga (sistema tierratierra--atmósfera) atmósfera) – Calentamiento de la atmósfera y la superficie terrestre: emisión de radiación electromagnética onda
Fundamentos técnicos
radiación electromagnética onda larga
– Interrupción y alteración de la radiación de onda larga por los componentes atmosféricos (emisión, absorción, dispersión y transmisión)
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• La radiación– Fuentes de la radiación :
• Superficie de la Tierra
• Nubes
Fundamentos técnicos
• Nubes
• La propia atmósfera
• Zonas acuosas (mares, océanos, lagos, ríos, etc.)
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� Procedimiento general�Obtención de datos: captación de la energía
electromagnética por sensores remotos sobre plataformas (satélites o aviones).
�Transformación en señales susceptibles de manipulación o tratamiento analógico
Características de la información
manipulación o tratamiento analógico (fotografía) o digital (imagen numérica).
�Corrección:
• Distorsión (absorción selectiva, dispersión).
• Características de los objetos emisores.
• Características técnicas de los sensores.
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� Sensores�Diversidad: fotografía, televisión, radiómetros de
barrido, radar.
�Características técnicas:
•Resolución espacial: tamaño de la superficie de la que obtienen información (Meteosat 5x5 km)
Características de la información
km)
•Características espectrales: número y anchura de las bandas espectrales (multiespectrales analizan distintas variables simultáneamente)
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� Sensores�Diversidad: fotografía, televisión, radiómetros de
barrido, radar.
�Características técnicas:
•Resolución radiométrica: capacidad para distinguir señales electromagnéticas (habitual 256 niveles por pixel; NOAA con 1.024)
Características de la información
256 niveles por pixel; NOAA con 1.024)
•Resolución temporal: periodicidad en la adquisición de los datos (altura, velocidad e inclinación de la órbita, diseño del sensor)
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� Longitudes de onda y canales�Los radiómetros detectan la radiación emitida por
distintas fuentes, seleccionando determinadas bandas espectrales.
• Bandas poco afectada por la atmósfera (“ventanas atmosféricas”), particularmente donde se dan los máximos de emisión
Características de la información
donde se dan los máximos de emisión
–Banda del visible (VIS)
–Banda del infrarrojo (IR)
• Bandas cuya radiación es absorbida total o parcialmente por ciertos gases atmosféricos
–Banda del vapor de agua (WV)
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� Longitudes de onda y canales
��Banda del visibleBanda del visible (VIS)
• Longitud de onda del espectro visible (0.4-1,1):
–Radiación reflejada por las nubes y la superficie terrestre (continentes, océanos, nieve, etc...)
Características de la información
nieve, etc...)
• Gran riqueza de texturas (brillo).
–Negativa: no es un parámetro meteorológico directo (no como temperatura o humedad).
–Positiva: información sobre el espesor de las nubes, detalles de la superficie y de los procesos de la capa limite planetaria.
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� Longitudes de onda y canales
��Canal visibleCanal visible (VIS)
• Factores condicionantes:
–Albedo de la superficie reflectora:
»Alto: nieve fresca, desierto, nubes espesas (Cu, Cb)
Características de la información
espesas (Cu, Cb)
»Bajo: océanos, bosques, nubes tenues (Ci)
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� Longitudes de onda y canales
��Canal visibleCanal visible (VIS)
• Factores condicionantes:
–Intensidad de iluminación solar y de la posición relativa entre Sol-superficie reflectora-satélite: sombras de unas nubes
Características de la información
reflectora-satélite: sombras de unas nubes sobre otras y sobre la propia tierra
–Espesor y composición de la nube: las mayor desarrollo vertical y compuestas de gotitas de agua reflejarán más que las de menor espesor y formadas por cristales
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Efectos de las Islas Canarias en el flujo del Alisio
(turbulencia similar a la de un avión)
Características de la información
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Spitzbergen
Banquisa Groenlandia
Características de la información
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Albedo medio
Características de la información
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� Longitudes de onda y canales
��Canal del vapor de aguaCanal del vapor de agua (WV)
• Radiación proveniente de longitudes de onda absorbidos total o parcialmente por ciertos gases o compuestos:
–Información asociada a un estrato
Características de la información
–Información asociada a un estrato atmosférico más o menos amplio
»Banda más usada: vapor de agua (WV)
»Otras bandas: O3, CO2, etc..
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� Longitudes de onda y canales
��Canal infrarrojoCanal infrarrojo (IR)
• La radiación es función de la temperatura de los cuerpos.
–Mapa térmico de la superficie terrestre y de los topes nubosos
Características de la información
topes nubosos
»Valores bajos equivalen a bajas temperaturas
»Comparación con VIS: las superficies frías aparecen más brillantes y las cálidas mas oscuras.
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Zonas oscuras: áreas cálidas
Zonas claras: áreas frías
Las imágenes están formadas por pixels con un valor entre 0 y 255 � escala de grises desde el blanco al negro.
Pregunta
¿Dónde se aprecia más nubosidad? ¿A qué se debe?
Aire cálido yhúmedoascendiendo por convección: enfriamiento y
condensación
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Clasificación de nubes desde satélite
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Ideas básicas para la interpretación de imágenes
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� Las imágenes�Recibidas en estaciones de recepción de
imágenes, donde son decodificadas, analizadas y tratadas posteriormente:
• Falso color
• Inclusión de líneas costeras
Características de la información
• Inclusión de líneas costeras
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4º Curso ESPECIALIDADES
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� Plataformas: satélites meteorológicos�Tipos fundamentales:
• De órbita polar (heliosíncronos)
• Geoestacionarios o geosíncronos
Características de la información
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� Plataformas: satélites meteorológicos
�Tipos fundamentales:
• De órbita polarórbita polar (heliosíncronos)
–Altitud de la órbita: 800-900 Km
– Los primeros en órbita (razones técnicas y menores
Características de la información
– Los primeros en órbita (razones técnicas y menores costes de lanzamiento)
–Suelen incluir 5 bandas radiación (dos en el visible, dos en el infrarrojo térmico y uno en el infrarrojo cercano)
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4º Curso ESPECIALIDADES
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� El satélite “escanea” una franja de la superficie terrestre, diferente en cada órbita, dado que la
Características de la información
dado que la Tierra rota bajo su trayectoria.
TIEMPOS Y CLIMAS EXTREMOS
4º Curso ESPECIALIDADES
El satélite gira en un plano orbital meridiano que contiene los polos norte y sur (“polar”)
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Trayectoria de un órbita
Satélites polares
Características de la información
Trayectorias de todas las órbitas a lo largo de un día
Vista desde el exterior
de la Tierra
TIEMPOS Y CLIMAS EXTREMOS
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� Plataformas: satélites meteorológicos
�Tipos fundamentales:
• De órbita polarórbita polar (heliosíncronos)
–Ventajas
»Mayor resolución espacial
Características de la información
»Mayor resolución espacial
»Uso combinado de la misma plataforma con otros sensores (radar, lidar)
»Idénticas condiciones de iluminación (salvo por variaciones estacionales): útil para observaciones en el canal VIS y para mapas térmicos
»Suministro regular de energía solar: mayor autonomía
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Imagen de un satélite de órbita polarImagen de un satélite de órbita polar
Características de la información
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Características de la información
Imagen de un satélite órbita Imagen de un satélite órbita polarpolar
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� Plataformas: satélites meteorológicos
�Tipos fundamentales:
• De órbita polarórbita polar (heliosíncronos)
–Inconvenientes
»Menor resolución temporal: cada
Características de la información
»Menor resolución temporal: cada satélite pasa sobre la misma región polar varias veces al día, pero únicamente 2 veces por la misma región ecuatorial.
» Menor cobertura espacial
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� Plataformas: satélites meteorológicos�Tipos fundamentales:
•• Geoestacionarios o Geoestacionarios o geosíncronosgeosíncronos
– Siempre sobre el mismo punto del planeta, a gran altitud
Características de la información
del planeta, a gran altitud – Suministran imágenes de una
misma área– Información de 3 bandas de
radiación: visible, infrarrojo medio e infrarrojo térmico.
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Imagen de un satélite geoestacionario
Características de la información
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� Plataformas: satélites meteorológicos
�Tipos fundamentales:
• De geoestacionarios o geoestacionarios o geosíncronosgeosíncronos–Ventajas
»Cobertura espacial: 5 satélites cubren todas las regiones (no polares); cada uno
Características de la información
todas las regiones (no polares); cada uno ofrece una imagen de todo el disco terrestre
»Mayor frecuencia temporal (15/30’): comunicación permanente entre estación receptora y satélite.
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� Plataformas: satélites meteorológicos
�Tipos fundamentales:
• De geoestacionarios o geoestacionarios o geosíncronosgeosíncronos–Inconvenientes
»Peor cobertura espacial: empeora
Características de la información
»Peor cobertura espacial: empeora conforme se aleja del nadir (visión de la Tierra como un disco, oblícua hacia sus bordes; pierde detalle > 50º N y S.
» Peor resolución espacial: canales VIS e IR no supera 1 km.
» Sensibilidad a algunas perturbaciones en el suministro de energía solar (eclipses)
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• Plataformas: satélites meteorológicos–– Unidades en activoUnidades en activo
• Geoestacionarios: Meteosat 6 y 7 (EUMETSAT), GOES-E (8 y 10), GOES-W (9) (Estados Unidos), GMS-5 (Japón), Insat II-B (India),
Características de la información
GMS-5 (Japón), Insat II-B (India), GOMS-N1 “Elektro” (Rusia) y FY-2 (Rep. Popular China)
• Polares: NOAA 12 y 14 (Estados Unidos), Meteor 2-21 y 3-5 (Rusia) y FY-1C (Rep. Popular China).
• Programa militar del ejercito estadounidense (satélites DMSP)
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• Plataformas: satélites meteorológicos– Unidades en activo
•• MeteosatMeteosat– Órbita alrededor del Ecuador.– Visión global en intervalos de media hora: su
campo de acción se extiende entre los 55°al
Características de la información
campo de acción se extiende entre los 55°al norte y sur de Ecuador.
– Canales: » el albedo en la banda 0,4-1,1 micras.» el contenido en vapor de agua de la
atmósfera, en la banda 5,7-7,1 micras y » la temperatura, 10,5-12,5 micras.
– La resolución espacial: 2,5 km para el albedo y 5 km para la temperatura y humedad.
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EJEMPLOSEJEMPLOS
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Características de la información
Eclipse total de sol (11 de agosto de 1999)
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Nubes
convectivas Nubes
frontales
Nubes
altas (frías)
Nubes bájas
(calidas)
Imagen VisibleImagen VisibleImagen VisibleImagen Visible Imagen infrarroja Imagen infrarroja Imagen infrarroja Imagen infrarroja (temperatura)
negro = cálido, blanco = frio
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IMAGEN VISIBLEIMAGEN VISIBLEIMAGEN VISIBLEIMAGEN VISIBLE IMAGEN INFRARROJAIMAGEN INFRARROJAIMAGEN INFRARROJAIMAGEN INFRARROJA
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Banda fina de nubes altas (Ci) que
aparecen claramente en la imagen
infrarroja (son muy frías), pero no
en la visible
Imágenes de satélite con órbita polar
1402 GMT 19/2/03
Flujo de
aguas
Ondas de montaña a
sotavento con viento
en superficie del SW
Imagen visible Imagen infrarroja
aguas
cálidas
procedentes
del S sobre
un Mar del
Norte más
frío
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¿Qué se puede observar en esta imagen de satélite?
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Una masa de aire atraviesa una montaña,
sufriendo movimientos ondulatoriosondulatorios
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¿Origen de las líneas
observadas sobre el
Cantábrico?Cantábrico?
TIEMPOS Y CLIMAS EXTREMOS
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¿Origen de las líneas
observadas sobre el
Cantábrico?
TIEMPOS Y CLIMAS EXTREMOS
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Cantábrico?
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� Análisis, interpretación y representación cartográfica de la nubosidad sobre una región.
• Imágenes base: canal visible e infrarrojo
• Sobre dicha imagen se anota la simbología del tipo de nube, marcando su extensión con colores y símbolos apropiados.
Nefanálisis
símbolos apropiados.
• Añadido posterior de símbolos (frentes -frío, cálido y ocluido-, centros de bajas y altas, etc.
� Si climatología aeronáutica � zonas de turbulencia, engelamiento, máximos de viento, nubosidad cumuliforme, ondas de montaña (nubes lenticulares)
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Cúmulos
Cumulonimbos
Cirros
Cirroestratos
Nefanálisis
Nimboestratos
Estratocúmulos
Estratos
Altocúmulos
Altoestratos
Cirrocúmulos
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