CONOCER NUESTRO PLANETA - core.ac.uk · infrarojo lejano y cercano, el visible, el ultravioleta,...

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CONOCER NUESTRO PLANETA 1 ef ecto in vemadero, el agu- jero de la capa de own o, la desforest ación, la Uu via ác i- da, la polución, la contami - nac ión de l os océanos .. . Hac ia el fin al del si glo XX la humanid ad se enfre nta a pro bl emas medioambi ental es que requi eren decisi o- n es políti cas a ni ve l intemacion al. Estas dec ision es deben basarse en la determi - n ac ión exacta de l as condicion es actu ales, el recon oc imi ento de l as rawn es de l os cambi os del medi o ambi ente y l as previ- sion es de futuros co mportami entos. La t ecnología es p ac ial pu ede contribuir a resolver este probl ema. Desde un a vista de pájaro puede proporci onar dato sobr e el sistema ecológico de la Ti erra, a p artir de l os cuales pueden inferirseevo lucion es a largo pl azo y velificarse model os climáti cos. iNTRODUCCI ÓN La teledet ecc ión se defin e como la adqui sición de informac ión sobre un obj eto sÍll est ar en contacto fís i co co n él. Esta infOI111 ac ión es adquirida m edian te la det ecc ión y medida de l os canlbi os que el objeto provoca en el campo que lo r odea, sea electromagn ético, ac ústico o potenci al, lo que incluye un campo el ec- tromagnético emitido o refl ejado por el objeto, ondas ac ústicas re fl ejadas o per- tUInadas por él o campos potenci ales magnéticos debi dos a u presen cia. Sin embargo el término teledetección se u sa princi palmente en re l ac i ón a técnicas electromagnéticas de adqui sición de información. Estas técni- cas cubren por co mpleto el espectro el ec- Luís FERNANDO MARTí NEZ SÁNCHEZ es proyecTista del grupoA MR C ell el d esa rrollo de 1111 di sper m eTro polariméTri co de ballda LlITraancha. 60 Luis Fernando Martínez Sánchez tromagnéti co, desde l as on das de radio de baja frecuencia pasa nd o por las mi croo nd as, l as region es mi limétri cas , el infrarojo lejano y cercano, el visibl e, el ul trav ioleta, l os rayos X y l os ganlma, h asta l os rayos cósmi cos. os ce ntr aremos principalmente en el espectro de mi croondas, que com- pre nde frec uenci as desde 1 a 100 G Hz, o bi en longitudes de onda desde 30 cm a 3 mm, y cuyas bandas se de nominan: P, L, S, e, X, Ku , K, K a, Q, Y, Y W -siendo est as tres úl - timas bandas mil imétri cas- . Las razon es quejustifi can esta el ecc ión son las si- gui entes: tro de l espectro de l as mi croon da5 , pode- mos distin gu ir entre dos tipos de t écni cas: -Téc ni cas Acti vas:son radares transmi sores-recept ores que apo rtan la ilumin ac ión. Tenemos radares de ima- gen -dentro de l os cu ale se encu entran l os radares de apeltura siméti ca o SA R-, di spersómetros y altímetros. Dan lugar a la llamada teledetección radar. -Téc ni cas P as i vas : miden la ra- diac ión natural emiti da por l os cuerpos, ya sea por re fl ejo de la prove ni eme del Sol o debido a te- ner un a tem- peratura ma- atrav i esan l as nu bes (lo que res ul ta abso- lut ame nt e n ecesa ri o Vista en perspectiva de la su perfic ie co nstruida por comb in ación de una image n de l saté li te Landsat y una base topográfica dig ita l. yorqueelcero absoluto. En- co ntr amos aqu í los radi ómetros, qu e so n re- ce pt ores de altísima sen- sibilid ad. Usa nd o para la obtención de dat os sobre l os bos- qu es tr opi cal es qu e, al estar siempre cu- biertos por capas de nu bes y fo rmac ion es de niebl a, en el pasado habían escapado de la observación de satéli tes ópticos) - no dependen de la ilu mi naci ón so l ar (pode mos utilizarl os l as 24 horas de l día) - son capaces de penetrar vegeta- ción, nieve y el subsue l o, dependiendo de la longitud de onda u sada - su alta sensibi lidad a parámetros como distancia, humedad o viemo - suministran informac i ón com- plementaria a otras t éc ni cas - permiten una il uminación co- here nte, po larimétrica De ntro de es te ámbito de la teledetecci ón. la que u sa frecuenc i as de n- sen sores acti vos co ntr olamos totalmente el proceso de m edi da, pudi endo enviar la señ al de la fOI111 a que n os interese para observar su comportami ent o cuando in - ci da sobre el ob jet o, mientras que co n l os sensore p asivos depen de mos de fac tores ex ternos como la prese n cia de l Sol o la ause ncia de nu bes. Paralelamente, el desarro ll o de satélites espermi tien do la adqui sición de info mlación compl eta y detall ada so- bre l os pl anetas , incluye n do la Tierra y su medio amb i eme. Los se n sores montados en salites que omitan alrededor de ta Ti erra proporc ionan in fo ml ación sobre estructuras globales y di mi ca de l as nu bes , cubiel ta veget al y su v ari ac ion es estacional es. estructuras morf ológicas de la superfi ci e. temperatUI<l superfic i al de B URAN N"6 DICIEM BRE 1 995

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CONOCER NUESTRO PLANETA

1 efecto invemadero, el agu­jero de la capa de owno, la desforestación, la Uuvia áci­da, la polución, la contami­nación de los océanos .. . Hacia el final del siglo XX la

humanidad se enfrenta a problemas medioambientales que requieren decisio­nes políticas a nivel intemacional. Estas decisiones deben basarse en la determi­nación exacta de las condiciones actuales, el reconocimiento de las rawnes de los cambios del medio ambiente y las previ­siones de futuros comportamientos. La tecnología espacial puede contribuir a resolver este problema. Desde una vista de pájaro puede proporcionar dato sobre el sistema ecológico de la Tierra, a partir de los cuales pueden inferirseevoluciones a largo plazo y velificarse modelos climáticos.

iNTRODUCCIÓN La teledetección se define como

la adquisición de información sobre un objeto sÍll estar en contacto físico con él. Esta infOI111ación es adquirida mediante la detección y medida de los canlbios que el objeto provoca en el campo que lo rodea, sea electromagnético, acústico o potencial, lo que incluye un campo elec­tromagnético emitido o reflejado por el objeto, ondas acústicas reflejadas o per­tUInadas por él o campos potenciales magnéticos debidos a u presencia.

Sin embargo e l término teledetección se usa principalmente en relación a técnicas electromagnéticas de adquisición de información. Estas técni­cas cubren por completo el espectro elec-

Luís FERNANDO MARTíNEZ SÁNCHEZ es proyecTista del g rupoAMRC ell e l desarrollo de 1111 dispersómeTro polariméTrico de ballda LlITraancha.

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Luis Fernando Martínez Sánchez

tromagnético, desde las ondas de radio de baja frecuencia pasando por las microondas, las regiones mi li métricas, el infrarojo lejano y cercano, el visible, el ul travioleta, los rayos X y los ganlma, hasta los rayos cósmicos.

os centraremos principalmente en el espectro de microondas, que com­prende frecuencias desde 1 a 100 G Hz, o bien longitudes de onda desde 30 cm a 3 mm, y cuyas bandas se denominan: P, L, S, e, X, Ku, K, Ka, Q, Y, Y W -siendo estas tres úl-timas bandas mil imétricas­. Las razones que justifican esta elección son las si­guientes:

tro del espectro de las microonda5, pode­mos distinguir entre dos tipos de técnicas:

- Técnicas Acti vas:son radares transmisores-receptores que aportan la iluminación. Tenemos radares de ima­gen -dentro de los cuale se encuentran los radares de apeltura simética o SA R-, dispersómetros y altímetros. Dan lugar a la llamada teledetección radar.

- Técnicas Pasivas: miden la ra­diación natural emitida por los cuerpos, ya sea por reflejo de la provenieme del Sol

o debido a te­ner una tem­peratura ma-

atraviesan las nubes (lo que resul ta abso­lut a me nt e necesa ri o

Vista en perspectiva de la superfic ie construida por combinación de una imagen de l saté li te Landsat y una base topográfica dig ita l.

yorqueelcero absoluto. En­co ntra mos aqu í los radiómetros, que son re­ceptores de altísima sen­sibilidad.

Usa nd o para la obtención de datos sobre los bos­ques tropicales que, al estar siempre cu­biertos por capas de nubes y formaciones de niebla, en el pasado habían escapado de la observación de satéli tes ópticos)

- no dependen de la iluminación solar (podemos utilizarlos las 24 horas del día)

- son capaces de penetrar vegeta­ción, nieve y el subsuelo, dependiendo de la longitud de onda usada

- su alta sensibi lidad a parámetros como distancia, humedad o viemo

- suministran información com­plementaria a otras técnicas

- permiten una iluminación co­herente, polarimétrica

Dentro de este ámbito de la teledetección. la que usa frecuenc ias den-

sensores activos controlamos totalmente el proceso de medida, pudiendo enviar la señal de la fOI111a que nos interese para observar su comportamiento cuando in­cida sobre el objeto, mientras que con los sensore pasivos dependemos de factores externos como la presencia del Sol o la ausencia de nubes.

Paralelamente, el desarrollo de satélites está permitiendo la adquisición de infomlación completa y detallada so­bre los planetas, incluyendo la Tierra y su medio ambieme. Los sensores montados en satélites que omitan alrededor de ta Tierra proporcionan infomlación sobre estructuras globales y di námica de las nubes, cubielta vegetal y su variaciones estacionales. estructuras morfológicas de la superficie. temperatUI<l superficial de

B URAN N"6 DICIEM BRE 1995

los océanos y vientos superficiales. La capacidad de cobertura a gran velocidad del satélite pennite monitorizar los fenó­menos de rápida variación, particular­mente en la atmósfera. Sus características de larga duración y repetibilidad pemú­ten observar lo cambios estacionales. anuales y a más largo plazo de. por ejemplo, las placas de hielo polares, la expansión de los desie rtos y la desforestación tropical. La cobertura de grandesextensione simu ltáneamente nos sirve para la observación y el estudio de características regionales y continentales como los contomos de placa~ tectónica~ y las cadena~ montañosas.

Los sensores montados en sondas espaciales (orbitales y viajeras) nos pro­veen de infonnación similar obre los pl aneta~ y objetos del sistema solar. En los últimos años de la década de los ochenta todos los planetas del sistema solar. ex­cepto Plutón, habían sido visitados y sus

Lasimáge­nes bidi mensio­nales son necesa­ri as cuando se neci sita informa­ción espacial de alta resolución, como en el caso de mapas de uperficie yestruc­

turas, tanto natura­les como produci­da, por el hombre. o cuando se requie-re una visión sinóptica instantá-

Topografía media del océano deri vada de las medidas del altímetro del Seasa l.

nea, como en el caso de observaciones meteorológicas. Estas imágenes pueden ser adquiridas en extensas regiones del espectro electromagnético y con una am­plia selección de anchos de banda. Los sensores de imagen pueden trabajaren las microondas, el infrarojo, el visible y el ultravioleta, usando detectores electróni­

cos y fotográficos. Las imágenes on adquiridas mediante el uso de ilumi­nación acti va, como ra­dares o láseres; ilumina­ción solar, como en el ultravioleta, el visible y el infrarojo cercano; o emi­sión desde la superficie, como en el infrarojo tér­mi co, emi sión de microondas y los rayos X y garnma

lmagen mult iespectral de Los Ángeles adqui ­ridaen el visible, e l infrarojo y la región de microondas. Pode mos observar q ue cada una de las bandas po ne de relieve un tipo de deta lles d ife rente.

Los es pec t ró­metros se usan para de­tectar, medir y ca r­tografiar el contenido espectral del campo electromagnético inci­dente. E te tipo de in-formación represe nta

En ciertas aplicaciones los aspec­tos espaciales y espaciales son meno importantes, y la infonnación que necesi­tamos está principalmente contenida en la medida precisa de la onda electromag­nética sobre una amplia región del espec­tro. Los sensores corresponclientes, lla­mados racliómetros, son usados en la meclida de perfi les de temperatura atmos­férica y de las superficies oceánicas. Una clase de racliómetros, los de imagen, son utilizados para representarespacialmente la variación de estos parámetros. En teledetección activa de microondas se usan clispersómetros para meclircon exac­titud el campo clispersado cuando la su­perficie es iluminada por una señal inci­dente, lo que se aplica a la medición de la constante clieléctrica y la rugosidad de un suelo, o la velocidad del viento estuclian­do las olas capilares que se fomlan sobre una supeJiicie marina, por ejemplo. Un tipo especial de radiómetro es el polarimétrico, en el que la infolmación clave está incluida en la polarización de la onda transmitida, reflejada o clispersada. La característica polarimétrica de la ilu­minación reflejada o clispersada propor­ciona infonnación sobre propiedades fí-

propiedades detectadas a clistancia por sofi sticados sensores espaciales. El estu­dio comparati vo de las propiedades de los pi anetas está proporcionando nuevos pun­tos de vista respecto a la fonnación y la evolución de nuestro sistema solar.

TIPOS DE DATOS Y SE SORES DE TELEDETECCIÓN

El ti po de dato adquiridos por teledetección es dependiente del tipo de infonnación que se desee, así como del tamaño y la dinámica del objeto o fenó­meno que se está estudiando.

un papel clave en la identificación de la composición quími­ca del objeto en ob­servación, sea una su­perficie planetaria o una atmósfera. En el ca o de estudiar su­perfic ies tanto la in­formación espac ial como la espectral son esenciale , lo que nos ll eva a necesi tar espec trómetros de imagen.

• B RA NCA O' E STUO IA TS DE L' l EEE DE B ARCELO A

Vientos med ios en la zona de l Atlántico, según el dispersómetro de l saté lite Seasat, entre e l 6 y el 8 de septiembre de 1978 .

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Figura 1. Diagramaque ilus­tra los diferentes tipo de informa­ción deseada y el tipo de sensor u ado para adquirirla. Por ejemplo, la información e pectral se adqui e­re con un espectrómetro y la infor­mación espacial de una uperficie bidimensional con una cámara. n espectrómetro de imagen también adq uiere para cada pixel en la ima­gen la información espectral .

Información espacial

Espectroradiómelros Dispersómetros

Radiómetros

Información espectral Información de intensidad

sicas de superficies y atmósferas pl anetarias.

En un cierto número de aplica­ciones la información requerida está fuer­temente asociada a las características es­paciales tridimensionales y a la localiza­ción del objeto. En ese caso se usan altímetros para cartografiar la topografía de la superficie y sondas en el caso de estructuras del subsuelo , o para cartografiar parámetros atmosféricos (temperatura, composición, presión) en función de la altitud.

La fi gura l esquematiza todo lo expuesto en esta sección.

Así pues tenemos distintos ele­mentos a estudiar:

- el cambio de polarización de la señal recibida respecto de la emitida y su nivel nos da información sobre la rugosi­dad, estructura geométrica, morfología y constante dieléctrica del objeto en estu­dio.

- el tiempo que tarda el eco de la señal emitida en llegar y su contenido espectral permiten calcular la posición y velocidad del objeto.

- en la región milimétJica y de infrarojo podemos detemúnar la natura­leza y concentración de su elementos constituyentes; en el visible y en la región del infrarojo cercano estudiaremos su composición química y, eventualmente, su estructura cristalina; observando el espectro de rayos X y gan1Jna obtendre-

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mos caractelísticas de la estructura ató­mica y nuclear del objeto.

En concl usión , la teledetección es uno de los mayores logros tecnoló­g icos de la ex ploración del espacio .

os permite observar y monitori zar la superficie terrestre y la atmósfera de un modo globa l y continuo, trans­formando nuestro conocim iento de nuestro mundo y del funcionamjento de su medio ambiente, lo que nos puede permitir prevenir catástrofes naturales a pequeña y gran escala. También nos ha mostrado por prime­ra vez imágenes cercanas de nuestros

pl anetas vec inos y no han ayudado a comprender la naturaleza de su en­to rn o, ensanchando nuestros hori­zontes de conoc imiento de una ma­nera espectacular y única en la hi sto­ria de la tecnología.

BIBLIOGRAFÍA

ELACHI , c. , Introduction to the Physics and Techniques of Remate Sensing. JOH

W ILEY & S ONS, 1987

ELACHI , c., Spacebom e Radar Remole Sensing: Applicatiol1s and Techniques. N EW Y ORK, Y: IEEE P RESS, 1988

Imagen pasiva de microondas de la capa de hielo antártica, obtenida con un radiómetro embarcado en un satélite. La gama de grises representa la temperatura de brillo de la superfic ie.

B URAN N°6 DICIEMBRE 1995