Imágenes Satelitales en la

Investigación de los

Recursos Hídricos

En los años recientes las tecnologías de monitoreo remoto y observación terrestre han sido fortalecidas para su uso y aplicación en el estudio de los recursos hídricos.

Las nuevas tecnologías de monitoreo remoto proveen parámetros climáticos, de vegetación y tipo de cobertura necesarios para el análisis distribuido del ciclo hídrico.

También existen satélites para el estudio de glaciares, precipitación, humedad de suelo y cambio de uso de suelo.

Monitoreo Remoto

Misiones actuales relevantes a la atmósfera y los recursos hídricos

Monitoreo Remoto

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Satélite CRIOSAT

Satélite Agencia Espacial Europea

Lanzado desde el sitio 133/3 en el

Cosmódromo de Plesetsk a las 15:02:00 UTC del 8 de

octubre de 2005

Satélite CRIOSAT

Eurockot, utilizando un cohete portador Rockot con una etapa Briz-KM superior

Fallo en el lanzamiento en 2005

Satélite CRIOSAT

7 SIG en la Gestión de Recursos

Hídricos 04/04/2012

Iba a ser operado para estudiar los casquetes polares de hielo de la tierra

Satélite CRIOSAT

Principal instrumento: SIRAL

Sobre hielo marino, con ecos de transmisión medía los témpanos más pequeños

Con interferímetro y apertura sintética se medía ángulo de retorno más cercano al radar así se obtenían posiciones para superficies inclinadas (glaciares y capas de hielo irregulares)

Satélite CRIOSAT

El segundo instrumento, Doris, hubiera servido para calcular precisión la órbita de la nave espacial y verificarla con retrorreflectores

Satélite CRIOSAT

Un satélite de reemplazo, CryoSat-2, fue lanzado con éxito en 2010.

Satélite CRIOSAT

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Satélite IKONOS

Información Básica

• Satélite comercial de teledetección.

• Fue el primero en recoger imágenes con disponibilidad pública de alta resolución con un rango entre 1 y 4 metros de resolución espacial.

• Dispone de una resolución de 1 metro en pancromático y de 4 metros en multiespectral.

Satélite IKONOS

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Satélite

MetOP

Sincronia solar o Heliosincronía

Satélite MetOP

Instrumentos:

ASCAT

Radar que mide la velocidad y dirección del viento sobre los oceanos

GRASS

Temperatura y humedad atmosférica

Satélite MetOP

Instrumentos:

IASI

Perfiles de temperatura y vapor de agua

GOME-2 Concentraciones de Ozono en la Atmósfera

Satélite MetOP

Instrumentos: CNES Comunicación de estaciones para la búsqueda y rescate, retrasmisión de llamadas de socorro. SEM-2 Estudia el flujo de partículas cargadas en el espacio

Satélite MetOP

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Satélite SMOS

• Es un satélite de la Agencia Espacial Europea.

• Proporciona mapas globales de la humedad del

suelo y la salinidad de las aguas superficiales de los océanos.

• Resolución de 35 km.

• Anuncia catástrofes, como El Niño, o sequías, inundaciones, deslizamientos de tierra con suficiente antelación.

Satélite SMOS

Detalles del satélite

Satélite SMOS

• Incorpora la tecnología más avanzada en forma de un sofisticado sistema denominado MIRAS.

• Desarrollado por la empresa española EADS/CASA y permite medir con sus 69 pequeñas antenas (LICEF) dentro su antena de 3 brazos, variaciones de hasta un 4% de humedad y de 3.5g/l de sal en los océanos.

Satélite SMOS

Mapa combinado Humedad y

Salinidad

Satélite SMOS

• Se lanzó el 9 de setiembre de 2009. Su órbita

esta a 758 km de la Tierra. Su diámetro abarca los ocho metros y da 14 vueltas a la Tierra por día.

• El satélite podría captar un área de casi 3000

km de diámetro. Sin embargo, como la antena es en forma de Y, el campo de visión se limita a un hexágono de unos 1000 km de lado llamada ‘la zona libre’.

• Su peso total es de 658 kg y tendrá unos 5 años de vida útil como máximo.

Satélite SMOS

Barrido del satélite

Satélite SMOS

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Satélite TRMM

TRMM contribuirá al estudio sobre el cambio climático y a la comprensión sobre el sistema climático, los ciclos anormales como El Niño, y la predicción de inundaciones.

Satélite TRMM

Es un proyecto conjunto entre los EE.UU., Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), y Japón, Agencia Nacional de Desarrollo Espacial de Japón (NASDA). La vida útil prevista del satélite era de tres años. El satélite fue impulsado en agosto de 2001 para extender su vida útil.

1988 Modelo de prueba de TRMM

1997

27 de noviembre

TRMM fue lanzado

01 de diciembre

TRMM se encendió.

9 de diciembre Primeras imágenes

Satélite TRMM

Satélite TRMM

El satélite TRMM cuenta con 5 sensores de a bordo:

• Radar de precipitación (PR) 3D • Imágenes Microwave TRMM (TMI) • Escáner infrarrojo visible (VIRS) • Sistema de energía radiante y nubes (CERES) • Sensor de imagen relámpagos (LIS). NOTA: PR, TMI, y VIRS son sensores para medir la lluvia.

Principales características del satélite TRMM

Lanzamiento de peso Aprox. 3,62 toneladas

Fecha de lanzamiento 28 de noviembre 1997 (JST)

Altitud Aprox. 350 km (402,5 kilometros desde el 24

de agosto 2001)

Inclinación Aprox. 35 grados

Forma en el Espacio

el despegue: 5,1 m (largo), 3,7 m (diámetro)

en órbita: 5,1 m (largo), 14,6 m (en la

dirección de paleta)

Diseño de la vida 3 años y 2 meses

Satélite TRMM

El radar de precipitación fue el primer instrumento aerotransportado diseñado para ofrecer mapas tridimensionales de la estructura de la tormenta Estas mediciones proporcionan información muy valiosa sobre la intensidad y la distribución de la lluvia el tipo de lluvia, en la profundidad de la

tormenta altura a la que la nieve se

derrite en forma de lluvia

Muestra la distribución espacial horizontal de los tormentas al sur de los Estados Unidos

Satélite TRMM

IMÁGENES DE MICROONDAS (TMI) Es un sensor de microondas pasivo diseñado para proporcionar información cuantitativa sobre las lluvias de una amplia franja en el marco del satélite TRMM. Midiendo cuidadosamente las cantidades de energía de microondas emitida por la Tierra y su atmósfera, el TMI es capaz de cuantificar • el vapor de agua • el agua de las nubes • la intensidad de la lluvia en la

atmósfera • cantidad de energía que un cuerpo

irradia por su temperatura.

Satélite TRMM

Escáner infrarrojo visible (VIRS) VIRS lee mediante la radiación que emite la tierra en cinco regiones del espectro, que van desde visible hasta el infrarrojos, o de 0.63 a 12 micrómetros.

VIRS puede seleccionar las características individuales de nubes tan pequeñas como 2,4 kilómetros

Satélite TRMM

SISTEMA DE ENERGÍA RADIANTE Y NUBES (CERES) Los datos del instrumento CERES puede ser utilizado para estudiar la energía intercambiada entre el Sol; la atmósfera terrestre, la superficie y las nubes, y el espacio Sin embargo, sólo funcionó durante enero-agosto de 1998 y marzo de 2000

SENSOR DE IMAGEN RELÁMPAGOS (LIS)

Satélite TRMM

SIMULACION TRIDMENSIONAL DE UN TORMENTA

Satélite TRMM

Los datos de precipitación en Google Earth

Satélite TRMM

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Satélite

Suomi NPP

El satélite NPP fue lanzado el 28 de octubre del 2011 de la estación espacial Complex 2W en la base aérea Vandenberg en California. Fue transportado por un United Launch Alliance Delta II y se encuentra a 824 km de altura. Las primeras mediciones se tomaron el 21 de noviembre del 2011 y sus instrumentos proveen diversos datos del clima

Satélite Suomi NPP

El Suomi NPP es el primero de una nueva generación de satélites que monitoreará las múltiples facetas de la Tierra y remplazarán los satélites lanzados entre 1997 y 2011 para observar la Tierra. El Suomi NPP orbita alrededor de la tierra 14 veces al día. Este satélite carga cinco instrumentos en su interior: • ATMS (Advanced Technology Microwave Sounder): un radiómetro

microondas que ayudará a crear modelos de temperatura globales. • CrIS (Cross-track Infrared Sounder): un interferómetro que monitorea la

presión. • OMPS (Ozone Mapping and Profiler Suite) un grupo de espectrómetros

que medirán el nivel de ozono, especialmente cerca a los polos. • VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite): un radiómetro de 22

bandas que capta luz visible e infrarroja para observar movimientos del hielo y cambios en la forma del terreno.

• CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System): un radiómetro que detecta radiación termal, incluyendo la radiación solar.

Satélite Suomi NPP

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Satélite ENVISAT

Información Básica

• Lanzamiento:1 de Marzo del 2002

• Construido por la Agencia Espacial Europea (ESA)

• Lanzado por Arianespace en un cohete Ariane 5 desde Kourou, Guyana Francesa

Satélite ENVISAT

http://envisat.esa.int/instruments/tour-index/

INSTRUMENTOS

• ASAR

• MERIS

• AATSR

• RA-2

• MWR

• GOMOS

• MIPAS

• SCIAMACHY

• DORIS

• LRR

Satélite ENVISAT

Atmosphere

ASAR GOMOS RA-2 MERIS MIPAS MWR LR SCIA AATSR DORIS

Clouds x x x x

Water

Vapour x x x x x

Radiation

Budget (x) x (x) x (x) x

Temperatur

e / Presure x x x x

Trace

Gases x x x

Aerosols x x x x x

Turbulence x

Land

ASAR GOMOS RA-2 MERIS MIPAS MWR LR SCIA AATSR DORIS

Surface

(x) (x) Temperatur

e

Vegetation

x x x Characterist

ics

Agriculture

and x (x) (x)

Forestry

Surface

Elevation x x x x x

Geology

and x (x) x

Topography

Hydrology

Parameters x (x) x (x) x

Flooding x

Fire x

Ocean

ASAR GOMOS RA-2 MERIS MIPAS MWR LR SCIA AATSR DORIS

Ocean Colour x

Sea Surface x

Temperature

Surface x x x

Topography

Turbidity x

Wave

Characteristics x x

Near Surface

Wind x x

Current

Features x x

Marine Geoid x

Global

Circulation x x

Ocean Fronts x x (x)

Coastal

Dynamics x x

Oil Spill x

Natural Film x

Ship Traffic x

Ice

ASAR GOMOS RA-2 MERIS MIPAS MWR LR SCIA AATSR DORIS

Sea Ice

Mapping x x x (x)

Sea Ice

Motion x x x

Sea Ice

Processes x

Ship Routing x

Temperature x

Snow Cover x x x

Topography x x x x

Ice Sheet

Dynamic x x x (x)

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Instrumento MODIS

Nombre:

MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) Espectroradiometro de Moderada Resolución de Imágenes.

Instrumento MODIS

Cobertura de la Tierra por el satélite MODIS

Descripción:

El instrumento Modis esta a bordo de 2 satélites: Aqua y Terra. Tiene una amplitud de barrido de 2330 km y ve toda la tierra una vez cada dos días. Sus detectores miden 36 bandas espectrales.

Resolución espacial:

3 resoluciones espaciales de 250m, 500m y 1000m.

Resolución temporal:

Las imágenes y los productos están disponibles:

Diariamente, 8 días, 16 días, mensualmente, trimestralmente, anualmente.

Instrumento MODIS

Instrumento MODIS

BAND # RANGE nm RANGE um KEY USE

Reflected Emitted

1 620–670 Absolute Land Cover Transformation, Vegetation Chlorophyll

2 841–876 Cloud Amount, Vegetation Land Cover Transformation

3 459–479 Soil/Vegetation Differences

4 545–565 Green Vegetation

5 1230–1250 Leaf/Canopy Differences

6 1628–1652 Snow/Cloud Differences

7 2105–2155 Cloud Properties, Land Properties

8 405–420 Chlorophyll

9 438–448 Chlorophyll

10 483–493 Chlorophyll

11 526–536 Chlorophyll

12 546–556 Sediments

13h 662–672 Atmosphere, Sediments

13l 662–672 Atmosphere, Sediments

14h 673–683 Chlorophyll Fluorescence

14l 673–683 Chlorophyll Fluorescence

15 743–753 Aerosol Properties

16 862–877 Aerosol Properties, Atmospheric Properties

17 890–920 Atmospheric Properties, Cloud Properties

18 931–941 Atmospheric Properties, Cloud Properties

19 915–965 Atmospheric Properties, Cloud Properties

MODIS Bandas Espectrales

Instrumento MODIS

BAND # RANGE nm RANGE um KEY USE

Reflected Emitted

20 3.660–3.840 Sea Surface Temperature

21 3.929–3.989 Forest Fires & Volcanoes

22 3.929–3.989 Cloud Temperature, Surface Temperature

23 4.020–4.080 Cloud Temperature, Surface Temperature

24 4.433–4.498 Cloud Fraction, Troposphere Temperature

25 4.482–4.549 Cloud Fraction, Troposphere Temperature

26 1360–1390 Cloud Fraction (Thin Cirrus), Troposphere Temperature

27 6.535–6.895 Mid Troposphere Humidity

28 7.175–7.475 Upper Troposphere Humidity

29 8.400–8.700 Surface Temperature

30 9.580–9.880 Total Ozone

31 10.780–11.280 Cloud Temperature, Forest Fires & Volcanoes, Surface Temp.

32 11.770–12.270 Cloud Height, Forest Fires & Volcanoes, Surface Temperature

33 13.185–13.485 Cloud Fraction, Cloud Height

34 13.485–13.785 Cloud Fraction, Cloud Height

35 13.785–14.085 Cloud Fraction, Cloud Height

36 14.085–14.385 Cloud Fraction, Cloud Height

MODIS Bandas Espectrales

Existen muchos datos derivados de las observaciones MODIS describiendo características de la tierra, océanos y la atmósfera que puede ser usados en estudios de procesos y tendencias de escala local a global.

Distribución de Productos MODIS

Producto Distribuido por

MODIS Level-1 y productos atmosféricos

L1 and Atmosphere Archive and Distribution System(LAADS)

Productos de terreno Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC)

Productos de datos criosféricos National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center (NSIDC DAAC)

Productos de color de océanos y temperatura de la superficie del mar

Ocean Color Web

Variables de balance de radiación:

- Reflectancia de la superficie terrestre

- Temperatura de la superficie terrestre y emisividad

- BRDF y Albedo

Productos MODIS

Imagen de Albedo tomada entre Febrero – Marzo 2001 en Centro América

Variables de ecosistema:

- Indices de Vegetación (EVI / NDVI)

- LAI (Indice de area de hojas)

- FPAR (Fracción de Radiación Fotosintéticamente Activa)

- Productividad Primaria Bruta

Distribución de Productos MODIS

Imagen de EVI para el Oeste de Estados Unidos

Distribución de Productos MODIS

EVI (Indice de Vegetación Mejorado)

Cuenca en Cajamarca Época seca

Distribución de Productos MODIS

EVI (Indice de Vegetación Mejorado)

Cuenca en Cajamarca Época húmeda

Distribución de Productos MODIS

Tipo de Cobertura

Cuenca en Cajamarca

Año 2009

Características de Cobertura de Suelo:

- Anomalías Termales e Incendios

- Cobertura de Suelo

- VCC/VCF Campos de Vegetación Continua

Distribución de Productos MODIS

Campos de Vegetación Continua para el 2001

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Instrumento ASTER

Nombre:

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) Radiómetro Avanzado Espacial de Emisión Térmica y Reflexión.

Instrumento ASTER

Imagen ASTER, con datos de altura ASTER

GDEM. Los Ángeles.

Características: • Se encuentra instalado sobre el satélite Terra en una órbita

sincronizada con el sol. • Tiene una combinación de amplia cobertura espectral y alta

resolución espacial. • Los datos de ASTER contribuyen a una serie de aplicaciones en

el cambio global como dinámica de vegetación y ecosistemas, monitoreo de riesgo, geología y suelos, hidrología y cambio de cobertura de suelo.

Por qué ASTER es único? • Su telescopio Visible Cercano al Infra Rojo (VNIR) tiene alta

resolución y observación estereoscópica. • Alta resolución espacial en datos multiespectrales térmicos

infrarojos. • Más alta resolución de la reflectancia superficial, temperatura y

emisividad dentro de los instrumentos Terra. • Capacidad de programar adquisición de datos bajo demanda.

Instrumento ASTER

Metadatos ASTER: • Los datos ASTER Nivel – 1 son productos HDF-EOS.

Los datos Nivel-1B proveen valores escalados o calibrados de radiancia y son los datos de ingreso para la mayoría de productos de alto nivel.

• Los metadatos ECS (generados por el Sistema Nuclear EOSDIS) esta incluidos en un archivo externo .met que es distribuido con el set de datos Nivel – 1.

• Los productos de alto nivel de ASTER también son almacenados de manera similar a los metadatos HDF y los metadatos ECS. Como una fuente adicional de datos, un set de attributos y sus valores ( resumen del producto) son añadidos para todos los productos de alto nivel, excepto para el ASTER DEM.

Metadatos ASTER

Productos ASTER

Shortname Level ASTER Product Res (m)

ASTGTM 3 ASTER Global Digital Elevation Model 30 grid

AST_L1A 1A Reconstructed Unprocessed Instrument Data 15, 30, 90

AST_L1AE 1A Reconstructed Unprocessed Instrument Data - Expedited 15, 30, 90

AST_L1BE 1B Registered Radiance at the Sensor - Expedited 15, 30, 90

AST_L1B 1B Registered Radiance at the Sensor 15, 30, 90

AST_05 2 Surface Emissivity 90

AST_07 2 Surface Reflectance - VNIR & SWIR 15, 30

AST_07XT 2 Surface Reflectance - VNIR & Crosstalk Corrected SWIR 15, 30

AST_08 2 Surface Kinetic Temperature 90

AST_09 2 Surface Radiance - VNIR & SWIR 15, 30

AST_09XT 2 Surface Radiance - VNIR & Crosstalk Corrected SWIR 15, 30

AST_09T 2 Surface Radiance TIR 90

AST14DEM 3 Digital Elevation Model 30

AST14OTH 3 Registered Radiance at the Sensor - Orthorectified 15, 30, 90

AST14DMO 3 Digital Elevation Model & Registered Radiance at the Sensor - Orthorectified

15, 30, 90

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Imágenes Satelitales y

Evaluación de Bofedales

• Existe la capacidad para correlacionar o cuantificar las características biofísicas de la vegetación con señales espectrales de satélites.

• El Indice de Diferencia Normalizada de Vegetación (NDVI) es un indicador gráfico que puede ser utilizado para analizar la presencia de vegetación en un área.

NDVI

NDVI para Junio sobre las Islas Británicas (NOAA AVHRR)

• El NDVI puede identificar de manera simple y rápida las zonas vegetadas y su “condición”.

• Puede ser obtenido de imágenes satelitales u otros instrumentos.

• NDVI es calculado de la reflexión de luz roja e infrarroja.

• La vegetación saludable absorbe bastante de la luz que le impacta y refleja gran proporción de la luz infrarroja. La vegetación marchita y dispersa refleja más luz visible y menos luz infrarroja.

NDVI

• Valores Negativos de NDVI (cercanos a -1 corresponden a agua).

• Valores cercanos a cero (-0.1 a 0.1) generalmente corresponden a terrenos eriazos de roca, arena o nieve.

• Bajos valores positivos (de 0.2 a 0.4) representan valores positivos como arbustos y pasturas.

• Altos valores (cercanos a 1) indican bosques templados y tropicales.

NDVI

NDVI

La formula para el calculo del NDVI es:

NDVI = (NIR — VIS)/(NIR + VIS)

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Mayor Resolución en

Monitoreo Remoto?

• Los drones son métodos efectivos de tener imágenes aéreas de alta resolución (hasta 15 cm)

• Su versatilidad permite el registro de imágenes en diferentes épocas del año

• Permite la evaluación de la fluctuación de bofedales y el cambio de uso de suelo

DRONES

Fuente: diydrones.com

DRONES

Fuente:

diydrones.com

Gracias por su interés en este tema

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