1

INTERPRETACIÓN Y USO DE LAS IMÁGENES

TOMADAS DESDE SATELITES

METEOROLÓGICOS

Por: Javier Woller Vázquez

2

INTERPRETACION Y USO DE LAS IMÁGENES TOMADAS DESDE SATELITES METEOROLGICOS

INTRODUCCIÓN Las imágenes de satélite meteorológicos constituye una de de las fuentes de datos más útiles para la meteorología, sin embargo es una de las herramientas menos entendidas. Antes de entrar a fondo a estudiar este tema, veremos en forma breve algunos aspectos técnicos principalmente, de como, donde, cuando y quienes fueron los países pioneros de esta útil herramienta producto de la tecnología espacial. y como el meteorólogo hace uso de las imágenes de satélite en su trabajo operativo para: -entender y utilizar los diferentes tipos de imágenes de satélite. -ser capaz de identificar nubes, medias y altas. -reconocer los diferentes fenómenos atmosféricos como; frentes, corrientes en chorro, ciclones extratropicales,ciclones tropicales,huracanes, etc.

LOS SATELITES METEOROLÓGICOS

GENERALIDADES El satélite Explorer (USA) fue en 1959 el primero que llevo un instrumento Para observación de la atmósfera desde el espacio,a través de un radiómetro de radiación global (ERBE).(Earth Radiation Budget Experiment). Los satélites meteorológicos constituyen el subsistema espacial del sistema de vigilancia meteorológica mundial de la OMM,y su objetivo es completar la información facilitada por el subsistema de superficie de una forma económicamente viable. Desde los principios de los setenta, numerosos países lanzaron varios tipos de satélites meteorológicos con diversos rangos de orbitas y diferentes tipologías de sensores. Uno de los programas civiles y el primero en Norteamérica mas conocido es el de la serie NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) con varias generaciones de satélites.

SATELITES METEOROLOGICOS

GENERALIDADES

CLASIFICACION ORBITAL

PRODUCTOS DE LOS SATELITES METEOROLGICOS

SATELITES HELIOSINCRONICOS O DE ORBITA POLAR

SATELITES GEOESTACIONARIOS O DE ORBITA GEOSINCRONICA

IMÁGENES EN ÉL ESPECTRO INFRARROJO

IMÁGENES EN EL ESPECTRO VISIBLE

IMÁGENES DE VAPOR DE AGUA

3

los primeros satélites específicamente meteorológicos, fueron los de la serie TIROS (USA)(Televisión Infrared Observation Satellite) en los primeros años ’60 que permitieron una visión global de los sistemas nubosos.

4

EL RADIOMETRO Los primeros satélites meteorológicos estaban dotados de un mecanismo opti- co-electro-sensorial,llamado radiómetro. Este instrumento es un mecanismo sensible a las longitudes de onda del espectro electromagnético. Según la radiación que pueden detectar se distinguen radiómetros de infrarrojo, de microondas, etc. Sensibles a diferentes bandas de frecuencias. Mediante ellos pueden establecerse la temperatura reinante en la superficie o en la baja estratosfera, el grado de humedad relativa, el albedo o porcentaje de radiación visible o infrarroja reflejada por las nubes, la nieve, el mar, la arena, los bosques, etc.

la teledetección-observación a distancia de los objetos- se realiza con él sensor antes mencionado-el radiómetro- así que el medio de observación de teledetección más usado en los primeros y actuales satélites es en la radiación electromagnética. La radiación electromagnética más familiar para nosotros es aquella para la que el ser humano esta dotado naturalmente de sensores, es decir, la luz. El ojo humano es sensible a un reducido intervalo de longitudes de onda que va de los 0.4 a los 0.78 micrones aproximadamente, lo que se conoce como “espectro visible”- Fig. anterior- y esto solo representa una minúscula par te del espectro. El infrarrojo entre 0.78 y 100 micrones,microondas entre 0.1 a 100 milímetros y las ondas hertziana (radio) comienzan a los 10 centímetros y van hasta un kilómetro. Dentro de estas últimas se utilizan para el radar las longitudes comprendidas entre 1 cm y 1 MT de toda esta gama la teledetección utiliza esencialmente la parte que va del visible a las microondas. Cualquier objeto emite y/o refleja una radiación electromagnética, como consecuencia de su interacción con las fuentes de energía propias o externas. Así, cada objeto o sistema tendrá una respuesta espectral propia en términos de energía reflejada y energía emitida, lo que se conoce como “identificación espectral”. La teledetección tiene por objeto la identificación de los materiales y los fenómenos que tienen lugar en la superficie terrestre a través de su “identificación espectral”.

5

la mayor parte de lo que vemos es energía reflejada. Cuando la energía electromagnética, como la del sol, pega en un objeto, hay tres cosas que pueden pasar con ella. Esto puede ser: -Reflejada por el objeto (como un espejo refleja tu imagen) -transmitida a través del objeto (como la luz a través de una ventana de vi drio -absorbida por el objeto (como alguien que toma el sol) en realidad, cuando la luz pega en la mayoría de los objetos, mas de una de esas tres cosas suceden al mismo tiempo. Algunas longitudes de onda pueden ser reflejadas, algunas transmitidas y otras absorbidas. La energía absorbida puede incluso ser convertida en calor y ser emitida del objeto a una longitud de onda diferente. Esto es lo que pasa cuando un objeto se calienta al sol. Se calienta y emite calor, que es energía infrarroja. Como afecta un objeto cada longitud de onda que recibe depende de sus características y de los ángulos en que la luz le incide. TÉCNICAS DE TELEDETECCIÓN. Según el origen de la señal utilizada, las técnicas de teledetección se agrupan en dos categorías: 1.-métodos pasivos- se basan en la detección de las características radiativas o reflejantes del sistema observado. La fuente es el sol o la tierra y el sensor cumple únicamente la misión de captar la señal que llega, Ej.: las cámaras fotográficas, radiómetros, etc. 2.-métodos activos- el sensor tiene una doble función. Actúa activamente produciendo una señal de características conocidas que posteriormente recogerá después de interaccionar con el sistema observado.la información sé obtiene de la comparación entre la señal emitida y la reflejada. Ej: el radar,el sonar, el láser, etc. Otro de los mecanismos importantes en los satélites, es un registrador (cinta) electromagnético que almacena las imágenes recogidas durante su orbita. Básicamente, un satélite meteorológico no es mas que una estación volante a cientos o miles de kilómetros sobre la tierra, dotada de cámaras de televisión que fotografía los sistemas nubosos y que ello hace imprescindible el empleo de la televisión en vez de la fotografía normal. Una vez almacenados los datos fotogrametricos son recibidos en una estación terrena específicamente equipada con un sistema telemétrico (medidor de distancia) en estos centros de tratamiento de información, las fotografías son clasificadas y posteriormente son puestas a disposición del público y usuarios. La acción de orientar la antena en la dirección del satélite para la captación de la señal satelital, se llama rastreo. Actualmente se emplea un ordenador, la computadora efectúa y controla el proceso completo.

6

IMAGEN SATELITAL ANÁLOGA Y DIGITAL. En teledetección, es muy importante comprender los distintos datos proporcionados por los sensores para poderlos interpretar correctamente. Lo primero que hay que hacer es comprender que es una imagen de satélite y en que se diferencia de una fotografía. La principal diferencia entre una fotografía y una imagen de satélite es que la foto tiene un formato analógico y se suele imprimir en papel antes de poderse interpretar. El formato analógico es un formato que guarda todos los datos continuamente. por ejemplo, si tomas una foto de tu casa, toda la información se extiende continuamente sobre la imagen, no hay bordes agudos entre una parte y otra de la foto. En cambio La imagen de satélite tiene formato digital y suele emplear un ordenador para analizarla e interpretarla. Guarda en cada bloque o pequeño cuadro llamado “píxel” la información diferenciadamente. Si te acercas mucho con el zoom en una imagen de satélite –ver figura- solo se pueden ver cuadritos, esto es debido a que la imagen no es continua, sino que esta compuesta por una matriz de cuadrados (píxeles) es una característica esencial de los formatos digitales Los formatos digitales son muy frecuentes actualmente como son los CD de música, CD Rom, DVD, CD-RW, etc.

7

Una imagen de satélite se compone de muchos cuadrados denominados píxeles. El píxel, la unidad más pequeña de una imagen de satélite, es muy importante: los píxeles, juntos, proporcionan toda la información que componen una imagen entera. RESOLUCIÓN Es el tipo de de información que sobre la imagen da el píxel, es el tamaño cuadrado representado por un píxel, la primera cosa importante que hay que saber sobre una imagen de satélite, es su resolución. Aunque la resolución sé de cómo distancia se dice que un satélite tiene más Resolución cuanto es menor esa distancia. Los sensores a bordO de los satélites meteorológicos miden la energía radiante procedente de los objetos situados en la tierra dando cuenta esta medida de reflectividad de los mismos (imagen VIS) o de su temperatura (imágenes IR). cada punto en la imagen se denomina píxel y corresponde a una determinada área en tierra a la cual el satélite asigna un dato. Así el sensor es incapaz de distinguir un objeto cuyo tamaño sea menor que su resolución espacial que es de 2.5x2.5km2 para el sensor visible y 5x5 km2 para los infrarrojos. La resolución de una imagen es la distancia más pequeña que el sensor puede identificar. De las tres imágenes siguientes, la tercera es la que tiene mejor resolución, debido al píxel de dicha imagen representa el área más pequeña del campo en la realidad.

1 2 3 VALORES DEL PÍXEL Cada píxel de una imagen tiene un valor. El formato digital se basa en un procedimiento matemático denominado “sistema binario” mediante el cual las computadoras pueden registrar datos y transformarlos para poderlos calcular y guarda, incluso para crear imágenes. De hecho, el sistema binario es en lo que se basa todo el mundo de la informática lo único que puede “entender” son los impulsos eléctricos, si hay pulsos o sin no los hay. Esto se traduce en sí o no, en 0 o 1. Con los ordenadores, va de 0 a 1, y luego empieza una nueva serie (0 cuando no hay impulso eléctrico, 1 cuando si lo hay) en el “idioma” del ordenador tendríamos; 0=00 1=01 2=10 3=11 4=100 5=101 6=110 7=111 8=1000 9=1001 10=1100100

8

Un grupo de 2 números, también denominados dígitos se llama “bit” un grupo de 8 bits se llama “byte” (=256 en el sistema decimal) un kb equivale a 1.000 bytes un Mb equivale a 1.000.000 bytes En una imagen satelital: el valor corresponde a la intensidad de la radiación reflejada por el objeto observado dentro de los límites de longitud de onda a los que el sensor es sensible. Por ejemplo, si el objeto observado es una planta (sin flores) y el sensor empleado esta hecho expresamente para detectar el color verde, la intensidad seria muy alta. Con el mismo sensor, si el objeto observado es un coche rojo la intensidad seria muy baja. En la figura siguiente se representa el valor de píxel que va de 0 (=negro) a 255 (=blanco) por lo que hay 250 posibilidades, que corresponda a un byte.

La información que procede del satélite de observación terrestre se codifica digitalmente, almacenándose un valor numérico por cada parcela (píxel, punto luminoso que se supone cuadrado) de terreno equivalente a las resolución del sensor que en la pantalla del ordenador representa, mas o menos, la superficie de un cuadrado de 4 Km. de lado en el punto subsatelite, que es el punto de la tierra que esta justo debajo del satélite. Aunque la resolución sé de cómo distancia se dice que un satélite tiene más resolución cuanto es menor esa distancia. Esta cadena de valores se transmite a una serie de estaciones receptoras, en tiempo real, o ser grabada a bordo si el satélite no sé encuentra en el área cubierta por alguna antena en cuyo caso se transmite posteriormente. Las estaciones archivan las imágenes en cintas magnéticas para su posterior distribución al usuario. Cuanto mayor sea la resolución espacial, mayor será su coste de adquisición por unidad de superficie y también lo será el procesamiento. La resolución tiene también otro efecto y es de que cuanta mayor resolución tiene una imagen menos área cubre y por lo tanto se necesitaran más imágenes para cubrir una área determinada.

9

Concluyendo, podemos decir que se pueden reconocer dos tipos de imágenes satelitales, la imagen visual o análoga y la imagen digital. IMAGEN ANALOGA En esta imagen se precisa una conversión digital con objeto de obtener una copia en papel o película de la imagen análoga detectada. IMAGEN DIGITAL En esta imagen basta solicitar una copia de la cinta magnética para procesarla con la ayuda de una computadora. PARTES ANATOMICAS DE UN SATELITE El satélite es una imagen compleja, todos los satélites están hechos de varios subsistemas que trabajan juntos así como un gran sistema que ayuda a llevar a cabo su misión como satélite. La presente figura representa las partes claves de un satélite de percepción remota, las partes principales del subsistema están agrupados en color de una parte en particular.

CLASIFICACION ORBITAL LOS SATELITES METEOROLÓGICOS SE CLASIFICAN EN DOS GRANDES GRUPOS: 1.-heliosincrónicos o de orbita polar.-POES-polar operational environmental satellite-(significa que están sincronizados con el sol)que como su nombre lo indica orbitan la tierra de polo a polo, cada satélite orbital se mueve en una orbita casi circular cuyo centro es el de la tierra. Rodeándola como si fuera un anillo, Fig. siguiente. Cada punto terrestre queda bajo ella a la misma hora solar diariamente. el satélite transmite al mismo tiempo en que realiza las observaciones. su señales solas se pueden recibir mientras se encuentra por encima del horizonte de la estación de recepción y se van registrando a medida que él satélite viaja desde el horizonte norte al sur o viceversa, de donde esta situada la estación receptora. Cada paso dura unos 20 minutos como máximo.

10

CARACTERÍSTICAS: -los satélites de esta familia se encuentran orbitando a una altura en tre 800 y 900 kilómetros. -al ser de orbita baja permiten altas resoluciones. -orbitan quietos (sin rotar sobre su eje) y sus imágenes proporcionan resoluciones altas de unos 900 metros (transmisión AVHRR-el instrumento bordo, es el advanced very high resolution radiometer- radiómetro avan zado a muy alta resolución). Y bajas resoluciones de 4 Km. en visible y 8 Km. en infrarrojo (transmisión APT-automatic picture transmition- transmisión automática de imágenes). Que barre línea por línea la su perficie de la tierra a medida que avanza el satélite. -operan en cinco canales; dos en visible (VIS) y tres en infrarrojo (IR) 1. 0.55-0.68 MICROMETROS-VISIBLE 2. 0.72-1.10 MICROMETROS-VISIBLE 3. 3.55-3.93 MICROMETROS-INFRAROJO 4. 10.5-11.5 MICROMETROS-INFRAROJO 5. 11.5-12.5 MICROMETROS-INFRAROJO -la anchura de barrido del reproductor de imágenes con una resolución de 2 Km es de aproximadamente 2,600 Km -pasan dos veces por el mismo punto. Estos satélites están constituidos principalmente por la serie “TIROS” de la agencia NOAA (NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION) de origen norteamericano y los METEOR de origen ruso. los satélites TIROS, cuyos nombres figuran como NOAA seguido de un nume ro (NOAA-14, NOAA-15, ETC.) y los METEOR (METEOR-2, METEOR-5,etc.) son los más utilizados. Actualmente se encuentran en operatividad el N0AA 14-15 Y EL METEOR 3-5. se alimentan de energía mediante paneles solares que le suministran unos 200 watts de potencia.

11

NOAA QUICKSCAT METOR 2.- GEOESTACIONARIOS O DE ORBITA GEOSINCRONICA.-GOES-GEOESTATIONARY OPERA- TIONAL ENVIROMMENTAL SATELLITE-(significa que están sincronizados con él movimiento de rotación de la tierra, significa “simultaneo a la tierra”, que orbitan a mayor altura y se encuentran situados siempre en un mismo punto sobre o muy cerca de la línea ecuatorial, que es la que le permite completar una vuelta completa en 24 horas. Y como la tierra completa una rotación en ese mismo tiempo, hace que permanezcan sobre el mismo punto del ecuador. El primer satélite meteorológico Operativo “GOES-1” fue lanzado el 16 de Octubre de 1975. Desde el lanzamiento del GOES-2, los Estados Unidos han mantenido generalmente dos satélites geoestacionarios en orbita, uno a 75° de Longitud oeste (GOES-E), que incluye toda América, y otro a 13° de Longitud oeste (GOES-W) incluyendo al Océano Pacifico.

GOES-E GOES-W Estos satélites registran una imagen cada 15 minutos para los Estados Unidos, y cada 30 minutos para el globo donde se encuentran estacionados. En los espectros infrarrojo, vapor de agua y visible. El infrarrojo mide la temperatura que emiten los cuerpos y la graba en tonalidades de grises que van desde el rango del negro (las más cálidas) hasta el blanco (las más Frías). Desde que los meteorólogos pudieron observar por primera vez imágenes infrarrojas desde satélites, invirtieron los colores dé tal manera que las nubes aparecieron blancas mas bien que negras, el cerebro maneja mejor las nubes en color blanco que en el negro. La visible se basa en el principio de captar la reflectividad emitida Por los cuerpos, de forma tal que los más densos serán brillantes y los Más delgados se dirigirán más al gris y al negro. CARACTERÍSTICAS: -los satélites de esta familia se encuentran orbitando a una altura desde la superficie de la tierra entre 35,800-36,000 Km de la tierra. Que es la distancia a la que tiene que estar el satélite para que su fuerza centrífuga sea igual a la de atracción de la tierra, con lo que El satélite “ni se escapa ni se cae”.

12

-giran en torno a un eje casi paralelo al eje N-S terrestre. -la mayoria de estos satélites operan en tres canales.

1. 0.55-0.75 MICRONES-VISIBLE (VIS) COVERTURA DE NUBES 2. 6.50-7.0 MICRONES-VAPOR DE AGUA 3. 10.5-12.5 MICRONES-INFRARROJA (IR) TEMPERATURA EN LA

SUPERFICIE Y EN LAS NUBES. -velocidad de giro de 100 RPM (REVOLUCIONES POR MINUTO). -la resolución en el canal visible, es de 1 Km. en los canales infrarrojo la resolución es de 4 Km. en el canal vapor de agua, la resolución es de 8 Km -operan en dos modos, uno de alta resolución HRI (high resolution image) y otro de baja resolución WEFAX (weather facsímile) con un máximo de 25 Km. ACTUALMENTE SE ENCUENTRAN EN OPERATIVIDAD: -ESTADOS UNIDOS: GOES-8 (O·N,75·W), GOES-9 (0·N,135·W) -EUROPA: METOSAT-7 (OPERATIVO EN POSICIÓN 0·N,0·E), METEOSAT-6(0·N,9·E) -RUSIA: GOMS (0·N,76·E) -CHINA: FY-2 (0·N,105·E) -JAPON: GMS (O·N,140·E) -INDIA: INSAT (0·N,93·E)

GOES METOSAT GOMS FY-2 INSAT

PRODUCTOS DE LOS SATELITES METEOROLOGICOS

De los diferentes tipos de imágenes satelitales. Las de menor resolución y de datos que carecen de calibraciones precisas, solo son útiles a los fines observacionales y en meteorológica sinóptica, para análisis de nubes, formación de frentes, estimaciones globales, etc. Y las imágenes de alta resolución que contienen gran cantidad de información porque son sumamente procesadas pueden utilizarse para la observación, análisis u estudio más exacto de la atmósfera y el suelo. De estos dos tipos de imágenes se derivan tres tipos diferentes de imágenes que son: 1. IMÁGENES DEL ESPECTRO VISIBLE (VIS) 2. IMÁGENES EN EL ESPECTRO INFRARROJO (IR). 3. IMÁGENES DE VAPOR DE AGUA (WV).

13

IMÁGENES DEL ESPECTRO VISIBLE (VIS)

OBJETIVOS: comprender los principios básicos del canal visible de los satélites meteorológicos, interpretar imágenes visibles, analizar estructuras nubosas y detalles de interés. QUE ES UNA IMAGEN VISIBLE. El tipo más directo de imágenes de satélite son las imágenes visibles (VIS). La palabra “visible” no significa que sus imágenes puedan verse; significa que el sensor (radiómetro) esta detectando radiación cuya longitud de onda cae dentro del rango visible del espectro electromagnético. Esta imagen consiste principalmente de luz reflejada o dispersada de vuelta al satélite. Los satelites meteorológicos simples, solo detectan la cantidad de radiación que no se descompone en colores individuales, de manera que la imagen obtenida esta en realidad en blanco y negro. Dicho en otra forma las imágenes satelitales visibles registran luz visible solar reflejada hacia el satélite desde La superficie de la tierra, las nubes y los océanos. Estas imágenes monocro-maticas (en blanco y negro) indica lo que su ojo vería si estuvieran a bordo del satélite (y daltónico); así que no son mas que una especie de fotografías de la tierra desde el espacio. La luminosidad de cualquier aspecto de una imagen satelital depende de:

1- que tan directa le llega la luz solar. 2- Su grado de reflectividad.

La parte superior de las nubes, la nieve y las superficies con hielo reflejan bien la luz solar, y de esta manera estos aspectos de la superficie terráquea son los más luminosos o blancos en las imágenes monocromáticas. Las superficies de los océanos reflejan poca luz y por esta razón son las regiones más oscuras en las imágenes transmitidas. Si las estructuras no están iluminadas por él sol no tendremos información de las superficies reflectoras en el visible. Las imágenes VIS nos dan una visión de la cobertura nubosa según la capacidad que tienen dichas nubes de reflejar la luz solar. Pero cuidado!, no podemos conocer directamente las zonas donde llueve, nieva, etc. Al menos sabremos donde no hay precipitaciones por ausencia de nubes. Por otra parte los centros de tratamiento de imágenes de satélites meteorológicos suelen usar en la mayoría de las ocasiones una escala en grises para representar las imágenes finales. A continuación se enlistan algunos de los elementos que suelen aparecer en las imágenes VIS y su correspondiente valor de albedo. Nieve, 75 a 95 % Nubes, (gruesas) 60 a 90 % Nubes (delgadas) 30 a 50 % Arena, 15 a 45 % Agua, 10 % Bosques, 3 a 10 %

14

imagen VIS del satélite GOES con distintas zonas iluminadas y no iluminadas. La imagen VIS, y en este caso, es equivalente a la que verían nuestros Ojos desde el satélite en una escala de grises: blanco-gris-negro la Mitad oriental, Europa y África se ven en negro y es de noche. La imagen VIS solo registrara datos con la luz diurna, durante la noche a la falta de esta sé Observara totalmente en negro. Mientras la parte occidental de la imagen se ve nublada y claramente Definidos los contornos terrestres de la republica de Chile, Perú y México.

15

ESTRUCUTURAS DE MAYOR Y MENOR REFLECTIVIDAD Para interpretar una imagen VIS debemos de tener en cuenta que superficies son las que más reflejan la luz solar y las que menos lo hacen. En una pri- mera aproximación las estructuras que más brillan son las nubes y las que menos son las zonas boscosas y las superficies acuosas (océanos, mares, ríos, lagos, etc.) la nieve relativamente reciente, refleja y brilla como Sí fuera de noche. Por convenio lógico, y en términos generales, se suelen asociar a las estru cturas más brillantes al blanco (como son las nubes) y a las menos brillantes al negro. Así, tendremos que la tierra, desde el espacio y con este criterio, presentaría unas superficies blancas (brillan mucho), otras mas o menos grises (brillos intermedios) y zonas oscuras o incluso negras (escaso brillo o poca capacidad de reflexión) observando la imagen VIS siguiente, correspondiente a la republica mexicana del mediodía (2044utc bien y uniformemente iluminada) vemos como:

• La mayoría de las estructuras nubosas son blancas: corriente en cho rro, en la Parte media del país.

• Las zonas del pacifico y norte de la península de Yucatán está despe-

jadas de nubes reflejan poco y su tonalidad es oscura.

• Algunas zonas del golfo de México aparecen blancas al estar cubiertas de nubes altas.

• La tierra donde no hay bosques y sin nubosidad aparecen con un gris tenue brillante. Las superficies de la tierra que más reflejan son: las cubiertas por la nieve (blanco) y los desiertos (gris brillante)

Las superficies acuosas (mares, océanos, lagos, ríos, etc.) son malas reflectoras dando lugar a tonalidades oscuras en el VIS. Solo en determinadas ocasiones pueden actuar como verdaderos “espejos” reflejando gran cantidad de luz y tomando tonalidades brillantes. La arena de los desiertos suelen reflejar más que las superficies terrestres del continente europeo, ver ejemplo siguiente.

16

IMAGEN VIS DEL SATELITE TIROS-NOAA SOBREVOLANDO ITALIA

La nieve, en este caso de los Alpes, puede reflejar la luz solar de la misma forma que las nubes. Sus formas dendríticas asociadas a los valles, ríos y montañas la delatan como su origen no es nuboso. Los lagos suizos aparecen en negro/oscuro, al igual que el golfo de Génova: el mar es mal reflector. Solo cuando las aguas actúan como “espejo”, estas son capaces de dar una señal brillante y es lo que ocurre entre Sicilia y Cerdeña (A en la figura). Lo mismo ocurre en B y en C. NUBES DE MAYOR REFLECTIVIDAD Las nubes que más reflejan en el canal VIS son aquellas que, en igualdad de condiciones son las más espesas, grandes y están formadas por gotitas de agua por el contrario, las nubes tenues y poco espesas están formadas por cristales de hielo son las que dan una señal blanquecina o grisasea. Según esto podemos formar una escala de nubes según su nivel de brillo o de reflejo. En esta escala las nubes tormentosas “jóvenes” (cumulonimbus), que pueden generar fuertes precipitaciones en el área mediterránea, (en la siguiente figura) serian las más brillantes (grandes, espesas y formadas mayoritariamente por gotitas de agua) al fin de la escala tendríamos los cirrus: nubes altas, sedosas, poco espesas, filamentosas y formada por cristales de hielo que dan una señal gris.

17

IMAGEN VIS DE METEOSAT DE LA PENINSULA IBERICA Nubes tormentosas, cb, se observan en el SW y NE peninsular (brillantes y compactas). En el extremo opuesto aparecen los cirrus (Ci) muy altas (poco brillantes y espesos) que llegan a dar sobras (S) sobre el desierto. Otra capa de cirrus llegan a dar sombras sobre otras nubes más bajas en Italia.

QUE SE DEBE ANALIZAR EN UNA IMAGEN VISIBLE

Cuando se analiza una imagen de satélite se debe de comenzar por una imagen simple del tipo de GOES. En ella deberemos de buscar las zonas nubosas que nos interesen; las que nos estén afectando o nos vayan a afectar. A veces serán nubes de frentes fríos y cálidos, otras veces trataremos de ver nieblas nubes bajas y estratos. Otras nubes muy importantes son las nubes tormentosas o de desarrollo vertical, etc. Poco a poco iremos descubriendo como se ven unas y otras. Es recomendable el disponer cerca de nosotros de un mapa de meteorológico de superficie de una hora próxima a la imagen, con el dibujo de isobaras ciclones y anticiclones, frentes, etc. Además un mapa de 500 Hpa. Por ultimo, indicar que siempre debemos de analizar desde las estructuras nubosas más grandes a las más pequeñas, y no al revés. Interpretar imágenes de satélite requiere ciertos conocimientos básicos, ha- bilidad y un poco de practica. Todo esto lo iremos viendo poco a poco, sin prisas. Al ir analizando estas imágenes descubriremos detalles locales de nuestras zonas que se nos pasarían por alto si solo utilizáramos otro tipo o fuente de información. Además tenemos en nuestra computadora la visualiza- cion de imágenes con acercamiento para ver con una mejor definición dichos detalles antes mencionados. Por lo tanto para comenzar trataremos de:

Usar imágenes GOES en una escala o gama de colores blanco-gris-negro. tratando de evitar las imágenes falsamente coloreadas.

Las imagenes VIS de mediodía son ideales para comenzar a trabajar,

pues eliminamos los problemas de no-iluminación. El sol ofrece una iluminación uniforme de las zonas que vamos a tratar.

En la medida de lo posible tendremos una mapa de superficie con él trazado estándar de isobaras, frentes, etc. Y otro de 500 Hpa de ser posible.

18

IMÁGENES FALSAMENTE COLOREADAS

Todos los satélites meteorológicos llevan incorporados un “ojo” o canal VIS. El satélite toma los datos y estos son enviados a centros de tratamiento de información, y posteriormente, son puestos a disposición del público y usuarios. En todos los casos existe un tratamiento informática de datos originario y cada centro de emisión trata y presenta la información de una u otra forma. En algunos casos, y para presentaciones en los medios visuales o para darle mayor atractivo, se suelen poner, por ejemplo, las zonas marítimas en azul y las terrestres en ocre u otro color que recuerde la superficie terrestre. Las nubes se gradúan en una escala de blanco-gris-negro. Aunque de cara al público estas imágenes son muy llamativas, nosotros no las usaremos para nuestros propósitos.

IMÁGENES DEL ESPECTRO INFRARROJO (IR)

OBJETIVO: comprender los principios básicos del canal infrarrojo, IR, de los satélites meteorológicos, interpretar imágenes IR, analizar estructuras nubosas y detalles de interés, particularmente las estructuras tormentosas. QUE ES UNA IMAGEN IR: LA TEMPERATURA DE BRILLO E IMAGEN TERMICA. una imagen infrarroja (IR) es aquella que toma un satélite en el llamado canal o banda infrarroja. Las longitudes de onda IR, a las cuales son sensibles los sensores u “ojos” del satélite, son del orden de los 10-12 micrómetros. En dicha zona del espectro electromagnético el “ojo” IR del satélite esta detectando estructuras nubosas, terrestres o marítimas que emiten señales en dichas longitudes de onda. El sensor IR como un “ojo” térmico. El canal IR se basa en un principio básico de la física nos dice que: “todo cuerpo que se encuentre a una temperatura determinada emite una radiación electromagnética que depende de dicha temperatura de emisión. A esta temperatura se le denomina temperatura de brillo del cuerpo emisor, tb de aquí en adelante.” El sol emite una Tb. equivalente al orden de los 6 000 GRADOS Celsius. La tierra y para un observador en el espacio como es un satélite, emite, por termino medio, como si tuviera una Tb. del orden de los 17 C a 20 C. Lo mismo le sucede al ser humano: por poseer una temperatura dada (36 C), nuestro cuerpo emite radiación térmica que nuestros ojos, sensibles a la luz visible o “blanca”, no ven. “A mayor Tb., mayor es la energía emitida por el cuerpo emisor y mayor es él intervalo de longitudes de onda de emisión” O sea, un cuerpo como el sol emite mas energía que la tierra, como era de esperar, y esta energía esta repartida en un espectro de lomgitudes de onda mayor: el sol emite energía en longitudes de onda visible o luz blanca, infrarroja, ultravioleta, rayos X, etc.. por el contrario la tierra, emite menos energía y esta se concentra, sobretodo, en longitudes del IR (de esto sé aprovecha el satélite) El ojo del ser humano es sensible a las longitudes de onda del espectro visible, al igual que el canal VIS de los satélites, pero no ve casi nada en las longitudes de inda IR. Durante el día vemos sin problemas los cuerpos que nos rodean, pero en la noches cerradas o en zonas oscuras nuestra visión no es sensible a la energía térmica o IR que emana de los cuerpos por poseer una temperatura determinada. No ocurre así con algunos

19

animales que sus sensores están preparados para trabajar en plena oscuridad y detectar focos de calor: ellos son capaces de ver y generar mapas térmicos de sus presas. Esto mismo hace el satélite en el canal IR: detecta focos térmicos en el sistema tierra-atmósfera. Por lo tanto, y como consecuencia fundamental tenemos que: Los sensores con canal IR son capaces de generar mapas térmicos de las superficies emisoras terrestres que estén explorando Cuando el satélite explora a la tierra en el IR estaremos viendo las Tb. o de emisión con las que emiten las diferentes superficies o blancos térmicos: él suelo, zonas marítimas, nubes a diferentes alturas, etc. Por lo tanto. Una imagen IR representa un mapa TERMICO asociado a las superficies que han sido exploradas por el satélite y que poseen una temperatura de brillo que es la representada en dicha imagen. La gran ventaja que tienen las imágenes IR es que durante el día y la noche (24 horas) siempre tendremos información de las superficies emisoras en el IR (nubes, tierra, mar, etc..) porque las estructuras analizadas siempre emiten una Tb., Independientemente de que estén o no iluminadas por el sol. IMÁGENES IR Y SUS REPRESENTACIONES BASICAS: ESCALA DE GRISES Una imagen IR se suele representar generalmente en una escala de grises. para hacerlas comprensibles al ojo del ser humano se toman los siguientes convenios:

- las superficies emisoras cálidas (suelos y agua) se presentan en tona- lidades negra y oscuras. A mayor temperatura de emisión, mayor es él grado de tonalidad oscura.

- Las nubes, que en general son superficies emisoras frías, se represen- tan en grises claros o blanquecinos, y en blanco las mas frías. De esta forma mantenemos que las nubes son blancas o grisáceos para la vista humana. Así concluimos que la radiación emitida por los cuerpos dependen en gran medida de su temperatura. Las imágenes IR en este canal consti- tuyen de esta forma un mapa térmico de la tierra y las cimas de las nubes. A los cuerpos más FRIOS le corresponden bajos valores de ra- diacion y a los CALIENTES al revés; con objeto de compararlas con la imagen VIS se invierte el código de colores de forma que las nubes que son objetos fríos, se vean blancos y los cuerpos calientes (véase en la siguiente figura la arena del Sahara, por ejemplo) se vean oscu ros. Las diferentes tonalidades de las nubes corresponden a diferen- tes temperaturas de la cima lo que permite identificar capas de nubes a diferentes alturas.

20

EL IR Y LA ALTURA DE LAS NUBES Si suponemos que la temperatura en la troposfera decrece a medida que no elevamos tendremos que: las nubes más altas (cirrus y tormentas bien desa- rrolladas) poseerán topes mas fríos que las nubes mas bajas (estratos y nieblas). De aquí podemos sacar otra consecuencia importantísima: Las imágenes IR nos dan INDIRECTAMENTE una estimación de la altura relativa de las estructuras nubosas. Las nubes más blancas estarán mas altas que las nubes grises y estas, a su vez, más altas que las superficies emisoras más cálidas y oscuras.

21

LAS NUBES EN LOS CANALES VIS E IR: COMPARACIÓN. comparando en el siguiente ejemplo, de las dos imágenes una es IR (izquierda) y la otra contemporánea en el canal VIS (derecha). Recordando que las superficies en la imagen VIS deben ser iluminadas por el sol para poder ser analizadas y ver sus detalles. Recuerda también que en VIS las nubes que más reflejan son las mas espesas y formadas por gotitas de agua; el mar refleja poco y aparece oscuro en VIS. Las imágenes IR tienen en general mucho menos resolución que las imágenes VIS.

imagen IR 18-sep-01 1800 utc

imagen VIS 18-sep-01 1800 utc

en gran parte de Europa era de noche, como se ve en el VIS, pero en canal IR estamos viendo una imagen térmica de las superficies emisoras, independientemente que estén o no iluminadas por el sol. Destacar que para las escalas de grises el suelo del desierto, desprovisto de nubes, ofrece una tonalidad oscura o negra ya que su Tb. o de emisión es alta o cálida en IR. Las nubes muy altas poseen topes muy fríos y aparecen en blanco como sé observa en el sistema frontal del Atlántico y orientado de norte-sur. Las nubes mas bajas poseen topes menos fríos por lo que aparecen en tonalidad- des de gris. Un ejemplo lo tenemos en las nubes del Golfo de Valencia y al norte de la costa Cantábrica. El suelo de la península sin nubes apa- rece menos oscuro que el desierto. Los restos del huracán Félix se encuentran en el borde inferior izquierdo de ambas imágenes. En la VIS se aprecia otro giro ciclónico de la pertur- bacion. Las tonalidades grisáceos asociadas en el IR nos indican que los

22

topes nubosos son muy fríos. Una banda nubosa blanca y fría (IR) pero poco brillante (VIS) penetra por el SW peninsular pero es poco compacta en esos momentos. Observando al norte de Canarias, en el IR, existe una banda nubosa en forma de línea filamentosa orientada de oeste a este. Al ser blanca es fría y alta: son cirrus. En el mismo lugar coexisten nubes grisaceas y, por ende, son algo más cálidas y están más bajas: son estratus o estratocumulus. En este caso podemos ver estructuras en diferentes niveles o altitudes, esto es, estructuras nubosas en diferentes capas. En resumen, y tomando una escala de grises como referencia (negro-gris- blanco) en el IR, tenemos que: topes muy fríos están asociados a nubes altas o de gran desarrollo y sé presentan con tonalidades blancas topes o superficies cálidas se les asocia con tonalidades oscuras y sé encuentran en niveles inferiores topes o superficies con Tb. intermedias entre las anteriores se les aso- cian tonalidades grisáceas y ocupan porciones troposfericas de niveles medios QUE ESTRUCUTURAS NUBOSAS SON LAS MÁS FRIAS Y LAS MÁS CALIDAS Podemos inferir que las nubes mas frías (que equivalen a las mas blancas y Mas altas) son las nubes cirriformes y de ciertas tormentas. Las de tipo medio aparecerán con tonalidades grisáceos blanquecinas. Las nubes bajas sé veran en IR con gris tenue difuminado. Por ejemplo las nieblas y estratos bajos son difíciles de ver en IR por contrario las nubes altas son muy llamativas por su color blanco. En igualdad de condiciones del tipo de nubes, las más frías serán las de mas espesor. Así los cirrus translucidos poco espesos darán una señal menos intensa que los cirrus espesos y profundos en IR. LAS TORMENTAS EN EL CANAL IR: CIRRUS CUMULOGENITUS Un caso especial lo constituyen las nubes de desarrollo vertical de tipo cumuliforme que crecen en altura a medida que se desarrollan. Estas nubes poseen varias fases en su ciclo de vida.

a) Fase de cúmulos congestus. Al comienzo las corrientes ascendentes generan nubosidad en las capas bajas-medias y los topes nubosos se verán poco fríos en el IR (grises)

b) Fase de cumulonimbus, Cb. Cuando las corrientes ascendentes llevan

ciertas porciones de la nube a alturas del nivel de la tropopausa, o cerca de ella, los topes serán muy fríos y aparecerán en IR como blancos. Por lo tanto los cumulonimbus bien desarrollados y de cierto tamaño aparecen en IR como nubes muy frias/altas/blancas.

c) Fase de Cb y desarrollo de cirrus cumulugenitus. En la fase de la parte de los Cb aporta gran cantidad de cristalitos de hielo en capas superiores cubriéndose y expandiéndose en la dirección del viento en las capas alta: se generan los llamados cirrus cumulogenitus. En esta fase y en la imagen IR observaremos un crecimiento espectacular de la zona nubosa, pero realmente gran parte de dicha nubosidad se corres— ponde con topes fríos cirriformes que dan una apariencia engañosa a la zona convectiva y activa, que es mucho menor en el canal IR.

¿Que pasa con la superficie terrestre desprovista de nubes?: calentamiento diurno y enfriamiento nocturno. El suelo aparecerá en negro en IR si esta sometido a altas temperaturas (desierto). En las zonas de latitudes medias el suelo aparece con gris tenue y en latitudes frías como gris o incluso blanquecino. Al analizar una secuencia de imágenes IR podemos ver como el suelo de la península Ibérica

23

pasa a tener tonalidades oscuras en las horas del día, y sobre todo en verano, y, posteriormente, da tonalidades mas claras durante la noche, y aun más en invierno al irradiar con menor Tb. Las zonas marítimas aparecen con tonalidades algo oscuras pero sobretodo son más inertes a los cambios térmicos que genera el ciclo diurno. De lo comentado hasta ahora trataremos de identificar elementos significativos en el siguiente par de imágenes IR&VIS

imagen IR del día 19-sep-2001 a las 0930 utc

imagen VIS del día 19-sep-2001 a las 0930 utc

las nubes convectivas muy desarrolladas en la vertical dan topes muy fríos en IR y aparecen muy blancas. En VIS las zonas más activas son las de mayor espesor vertical y aparecerán muy blancas. En este sentido, observe los cuatro núcleos convectivos que están en Alboran, norte de África y las costas andaluzas del Mediterráneo. Si no disponemos de la información VIS podríamos pensar que toda la zona de Alboran y parte de Andalucía oriental esta afectada por núcleos convectivos en IR. Nada más lejos de la realidad: los focos convectivos resaltan mucho en VIS. Los cirrus cumulogenitus dan un aspecto muy espectacular a la conveccion en IR de lo que realmente es.

24

imagen IR del día 21-mar-2004 a las 2301 utc

imagen VIS del día 21-mar-2004 a las 2301 utc

en las imágenes podemos observar claramente los focos tormentosos en la región centro y occidente de nuestro país.

25

IMÁGENES FALSAMENTE COLOREADAS. En internet se ofrecen imágenes IR con falsos colores con el objeto de hacerlas más atractivas al publico. Este mismo hecho con las imágenes de satélite en VIS. Aunque de cara al publico estas imágenes son muy llamativas, no es menos cierto que se suele perder información de capas bajas. Es recomendable trabajar con las que lleven asociadas una escala de grises con objeto de no perder detalles, sin embargo el centro de análisis y pronósticos aeronáuticos de SENEAM utiliza el “falso color” logrando una escala de colores que indican diversas temperaturas de los topes de las nube. Para los casos aquí presentados los valores aproximados están indicados en la tabla siguiente.

26

QUE Y COMO SE DEBE ANALIZAR EN UNA IMAGEN IR. Repasaremos aquí algunas de las consideraciones que hicimos con las imágenes VIS: Cuando se analiza una imagen de satélite se debe comenzar por una imagen simple, en ella deberemos de buscar las zonas nubosas que nos interesen: las que nos estén afectando o nos vayan a afectar. A veces serán nubes de frentes fríos y cálidos, otras veces trataremos de ver nieblas (nubes bajas) otras nubes muy importantes son las nubes tormentosas o de desarrollo vertical, etc. Poco a poco iremos descubriendo como se ven unas y otras. Un ejercicio muy recomendable será el de disponer cerca de nosotros de un mapa meteorológico de superficie de una hora próxima a la de la imagen con el dibujo de isobaras, bajas y altas presiones, frentes, etc...sí además disponemos de un mapa de 500 hPa, tanto mejor, trata de relacionar las estructuras nubosas con los elementos meteorológicos de dichos mapas. Siempre debemos de analizar desde estructuras nubosas más grandes a las más pequeñas y no al revés. Interpretar imágenes de satélite requiere ciertos conocimientos básicos, ha bilidad y un poco de práctica. Por lo tanto para comenzar trataremos de:

- usar imágenes en una escala o gama de colores blanco-gris-negro, aunque SENEAM utiliza las imágenes falsamente coloreadas, trataremos de utilizarlas ya que son de gran apoyo dentro del medio aeronáutico.

- Un análisis de la imagen IR debe ir acompañado con su homologa VIS durante el día de la misma; cada una de las imágenes nos dará una información complementaria y útil. Por la noche solo disponemos del canal IR.

- En la medida de lo posible tendremos un mapa de superficie y otro de 500 hPa

- para en caso de los focos tormentosos debemos buscar en o IR, nubes blancas con topes muy fríos y de aspecto globular,

compactas.

o VIS, nubes blancas, brillantes y de aspecto parecido que el IR: globular y compactas.

- Es muy recomendable que antes de analizar una imagen en detalle realice una secuencia con las imágenes anteriores: los cambios de nubosidad, brillo, etc, nos resaltan detalles y efectos tales como movimientos de las zonas nubosas y su desaparición, crecimiento explosivo de la conveccion, etc.

IMÁGENES DE VAPOR DE AGUA (WV)

Objetivos: comprender los principios básicos del canal de vapor de agua de Los satélites meteorológicos interpretar, analizar y observar en las imágenes los detalles de interés. Las imágenes de vapor de agua (Water Vapor) se obtiene a partir de la radiación emitida a una longitud de onda alrededor de los 6.7 micrómetros. En esta longitud de onda, la mayor parte de la radiación proviene de la capa atmosférica ubicada entre los 600 y los 300 hPa. En la siguiente figura se muestra una imagen de WV regularmente con la radiación emitida convertida a temperatura. las regiones con humedad en la troposfera alta aparecen frías (color claro) y las regiones con baja humedad, aparecen cálidas (oscuras). Esto significa que, cuándo la troposfera superior esta seca, la radiación que llega al satélite, esta originada en los niveles más bajos de la atmósfera.

27

las nubes de topes mas altos pueden ser observadas, pero las características. de la superficie no pueden ser detectadas. Es importante destacar que aunque una imagen de WV indique una troposfera alta muy seca, puede haber aire húmedo cerca de la superficie, como podemos observarlo en la siguiente imagen

28

el canal espectral en cuestión es una zona de fuerte absorción del vapor de agua, llegando al satélite una cantidad de radiación que ha sido emitida fundamentalmente por este componente atmosférico. Como se encuentra distribuido por toda la atmósfera, normalmente no se perciben los contornos del suelo. Los niveles de gris que aparecen en cada imagen están relacionados en definitiva con el contenido de vapor de agua en la atmósfera, es decir con la humedad; la interpretación a grandes rasgos es la siguiente: Gris oscuro o negro: seco a todos los niveles o húmedo solamente en los niveles más bajos. Gris medio: valores de humedad media en la media y alta troposfera. Blanco brillante: humedad alta a todos los niveles y/o presencia de nubes densas.

29

REGIONES EN NUESTRO PAIS QUE SE APOYAN CON LA IMAGEN SATELITAL Son dos grandes regiones, la del pacifico y golfo de México en que los me- teorologos se apoyan con la foto satelital GOES-10 y GOES-12 para la llega- da de los sistemas frontales en invierno y de huracanes en el verano

30

CONCLUSIÓN La interpretación de las imágenes de satélite y, de forma especial, la identificación del tipo de nubes y los que puede inferirse de lo observado en las imágenes (en sus diferentes canales) y los procesos dinámicos y termodinámicos que tienen lugar en la atmósfera terrestre, se ha convertido, desde el lanzamiento de los primeros satélites meteorológicos, en una tarea fundamental de todos los centros dedicados a la predicción meteorológica. Conforme se ha ido avanzando en el conocimiento e interpretación de los datos de satélite, su uso se ha ido extendiendo rápidamente, sobretodo en lo que respecta a las tareas de análisis, diagnosis y predicción a muy corto plazo. Esto se ha debido básicamente a que las imágenes de satélite proporcionan una ayuda inestimable en : la identificación del estado de desarrollo de los distintos sistemas atmosféricos, seguimiento de perturbaciones que van de la escala planetaria a la escala convectiva, en el estudio y observación de las interacciones que se produce en el sistema atmosférico, validación de los modelos numéricos de predicción, etc. En este documento se ha hecho un breve repaso a algunos conceptos relativos a la radiación electromagnética emitida por el sol y por el sistema tierra- atmósfera, fundamentales para comprender la razón de la elección de los distintos canales del satélite visible (VIS), infrarrojo (IR) vapor de agua (WV) en relación con la interpretación subjetiva de nubes desde satélites así como algunos ejemplos ligados a distintos tipos de nubes.

31

BIBLIOGRAFÍA Introducción a la interpretación de imágenes de satélite. SENEAM, MEX. 2002 Meteorología General. Servicio Nacional de Meteorología e Hidrologia SENAMHI. Peru. Capitulo 12 los satélites meteorológicos. www.eduspace

http://www.goes.noaa.gov/

http://www.ghcc.msfc.nasa.gov/GOES/

http://www.weather.msfc.nasa.gov/

http://wwww.eumetsat.de

www.profc.udec.cl

www.almetsat.com

www.imarpe.gob.pe

www.aintel.bi.ehu.es/-amsat-ea/meteo/

http://meteosat.meteorred.com/

http://www.meteorologia.com.uy

NOAA GEOSTAT AND POLAR ORBITING SATELLITE

www.noaa.gov/

www.geocities.com/camussi/satel.html#1

www.cira.colostate.edu/ramm/picoday/discussion.html#TOP

http://collections.ic.gc.ca/satellites/english/main.html

http://www.thetech.org/exhibits_events/online/satellite/home.html

http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(gh)/guides/rs/sat/home.rxml