Satélites Meteorológicos - Observación de la Atmósfera

Satélites Meteorológicos
Sensores Remotos/Sensores “in situ”
Por qué medir desde el espacio?
Las observaciones con satélite son una
herramienta de observación complementaria
muy importante de la atmósfera terrestre, los
continentes y los océanos, especialmente
cuando las observaciones “in situ” son
escasas o inexistentes.
Red global de radiosondas
Ubicación de las estaciones de globos meteorológicos
(Radiosondas)
– Notar la baja densidad sobre los océanos
Importancia de las observaciones desde satélites
Los sondeos de temperatura y humedad de la atmósfera
proveen información que es crítica para el pronóstico del
tiempo.
Previo a la existencia de los satélites, eran los globos
meteorológicos los que proveían información de sondeos
atmosféricos (perfiles verticales de la atmósfera).
El primer satélite meteorológico fue el TIROS I (Television and
Infrared Observtion Satellite), 1960 y el primero que produjo
sondeos fue el Nimbus III, 1969
Global Observing System (GOS)
Tipos de satélite
1. Órbita polar (cuasi polar) o sol-sincrónica (LEO)
2. Órbita geostacionaria (GEO)
Características que los diferencian
1. Resolución espacial
2. Resolución temporal (revisita)
3. Bandas o canales (VIS, IR, MW)
4. Datos que generan
a) Imágenes
b) Perfiles verticales de T, humedad,
concentración de gases
Operación
Agencias espaciales de distintos países
Cobertura global con un satélite de órbita polar
La cobertura global es casi
total
El período de revisita es de
unas 12 horas cerca del
Ecuador y de 1 o 2 horas
cerca de los polos
Cobertura global con los satélites
geoestacionarios
La constelación nominal para la operación de los
satélites geoestacionarios incluye 6 satélites para
asegurar una cobertura total del globo terrestre desde
50°S a 50°N con un ángulo cenital menor que 70°.
Factor importante
La tecnología de los instrumentos que transportan los
satélites ha mejorado significativamente en la última década
incorporando:
- Observaciones Hiperspectrales en el IR para mejorar los
sondeos
- Altimetría para derivar alturas del océano
- Escaterometría para obtener los vectores de viento sobre el
océano
- Bandas en MW Banda L para medir humedad del suelo y
salinidad
Current geostationary (GEO) satellites contributing to the GOS
http://www.wmo.int/pages/prog/sat/GOSgeo.html
Current Low Earth Orbit (LEO) satellites contributing to the GOS
http://www.wmo.int/pages/prog/sat/GOSleo.html
NOAA KLM USER'S GUIDE
http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/klm/index.htm
ALGUNAS CONSIDERACIONES
Radiación Electromagnética (REM), en ella se basan todos los
sistemas de percepción remota.
Radiación es la energía emitida en forma de ondas por todas
las sustancias que no están al cero absoluto.
Percepción remota o teledetección o sensoramiento remoto:
provee mediciones de propiedades físicas de un objeto obtenidas a
distancia.
El espectro electromagnético es un espectro continuo de todos
los tipos de radiación electromagnética.
En el espectro, la REM es ordenada generalmente de acuerdo a
su longitud de onda (λ) o frecuencia (ν) o número de onda (κ).
Los objetos emiten energía en rangos específicos de longitudes
de onda, que son normalmente conocidos como espectro del
objeto o firmas (curvas de reflectancia o emitancia espectral).
Espectro electromagnético
Las ondas electromagnéticas
pueden exhibir un rango
continuo de longitudes de onda
y la totalidad de todas las
longitudes de onda posibles se
denomina espectro
electromagnético
Para los sensores remotos, la
porción más significativa de la
transferencia radiativa en la
atmósfera es la que está
delimitada por la radiación
ultravioleta (UV) en el límite
inferior de y por las
microondas en el superior.
11
1
12 3
2
4
5
7
6
PAN
Espectro o firmas o curvas de reflectancia espectral para:
a) agua, b) vegetación, c) suelo
Inés Velasco
Espectro de emisión de la tierra y su atmósfera.
Curvas de Planck para distintas temperaturas.
ELEMENTOS QUE PARTICIPAN EN LAS OBSERVACIONES CON SATÉLITE
*
FUENTES DE REM
(sol, tierra + atmósfera, sensores)
**
INTERACCIÓN DE LA REM
(c/ el blanco y c/el sensor)
***
PROPAGACIÓN DE REM
(entre el blanco y el sensor)
****
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS EMITIDOS
(obtener parámetros físicos ubicados espacialmente)
*****
INTERPRETACIÓN
(en función de la disciplina de aplicación)
*
FUENTES DE REM
(sol, tierra + atmósfera, sensores)
**
INTERACCIÓN DE LA REM
(c/ el blanco y c/el sensor)
Emisión, absorción, reflexión, dispersión, transmisión
Dependen del estado del sistema (líquido, sólido, gaseoso)
y de la longitud de onda (λ) de la REM
En la atmósfera, para λ < 1 µm, dispersión >> absorción
para λ ≈ IR, dispersión << absorción
Para superficies sólidas o líquidas, la emisión, absorción, reflexión y
dispersión abarcan un rango amplio de λ.
En el rango VIS e IR las interacciones ocurren en los niveles
superficiales,
En el rango de las microondas (MW) las interacciones ocurren en
superficie y subsuperficie.
Inés Velasco
***
PROPAGACIÓN DE REM
(entre el blanco y el sensor)
La REM consiste en campos eléctricos y magnéticos alternados.
Se suele especificar por su longitud de onda (λ), por su frecuencia (ν)
o por el número de onda (κ)
ν = cλ−1 = cκ
(1)
C = 2.99792458 10-8 m s-1
[λ ] = µm = 10 −6 m; nm = 10 −9 m; Angstrom = 10 −10 m
[υ ] = Hertz = 1cps; GHz = 10 9 cps
Esquema de onda electromagnética
Interacciones principales entre la radiación,
la superficie, la atmósfera y las nubes en
función de la longitud de onda
VIS
IR
MW
Notar que:
Las interacciones en la región de las MW son función de:
1. rugosidad superficial,
2. contenido de H2O líquida,
3. dispersión por partículas.
Por ej. el suelo, la nieve y el hielo secos absorben poco, por lo
tanto emiten poco,
Pero… si se le agrega una pequeña cantidad de H2O líquida,
⇒ la emisividad (ε) aumenta mucho, → 1.
GOES/POES
La radiación que llega al sensor proviene de la radiación solar
reflejada y de la radiación infrarroja que emergen el tope de la
atmósfera (TOA).
Estas a su vez dependen de las características de la
superficie, de los elementos que forman la atmósfera y de cómo
la radiación interactúa con todos ellos.
RADIACIÓN SOLAR – RADIACIÓN TERRESTRE
La mayor parte de la radiación proveniente del sol está entre los 100
nm y los 4 µm, y consiste en radiación UV, visible (VIS) e IR cercana
(NIR). El 99% de la emisión del sol está entre el VIS (0.4 - 0.75 µm) y el
IR cercano (0.74 - 5 µm) y menos del 1% del total proviene del UV.
La energía radiante emitida por la Tierra está casi totalmente entre
los 4 y 200 µm (IR térmica).
EN RESUMEN:
Los sistemas dotados de sensores remotos operan en
diferentes partes del espectro: visible (VIS), infrarrojo (IR) y
microonda (MW).
La interacción de la radiación con la materia depende de:
1. el estado de la materia (sólido, líquido o gaseoso) 2. la longitud de onda de la radiación
Estos factores determinan la forma de la interacción:
1. emisión,
2. dispersión,
3. absorción o
4. reflexión.
****
PROCESAMIENTO DE LOS DATOS EMITIDOS
Datos emitidos = "datos crudos" = valores numéricos
⇒ Es necesario:
a) CALIBRAR (correcciones radiométricas y geométricas)
b) GEOREFERENCIAR (localizar o navegar)
para pasar a:
***** la INTERPRETACIÓN
Componentes de un
sistema de recepción y
procesamiento de
datos obtenidos por
sensores remotos.
(Adaptado de
Chuvieco, 1996).
¿….?
Nociones de transferencia radiativa