Método TES - UV · Lake Tahoe (California/Nevada) Visible: 15 metros Térmico: 90 metros RGB:...

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El método TES y el sensor ASTER

UNIVERSIDAD DE VERANO DE TERUEL (XXI EDICIÓN)TELEDETECCIÓN APLICADA AL MEDIO AMBIENTECURSOS 2005, 25-29 JULIO, 30 horas

CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA EN EL INFRARROJO TÉRMICO

Juan Carlos Jiménez Muñoz

Universitat de ValènciaFacultat de Física

Dpt. TermodinàmicaUnidad de Cambio Global

Método TES

Temperature and Emissivity Separation

Gillespie, A. R., Rokugawa, S., Hook, S., Matsunaga, T., and Kahle, A. B.

A Temperature and emissivity separation algorithm for AdvancedSpaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) images

IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 36:1113-1126, 1998


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- El método TES permite separar los valores de temperatura de la superficie terrestre y emisividad espectral para cada canal, por lo que se puede reproducir el espectro de emisividades.

- Utiliza como datos de entrada los valores de radiancia en la superficie, un valor de emisividad inicial y valores de radianciaatmosférica descendente.

- El método ha sido originariamente diseñado para trabajar con datos proporcionados por el sensor ASTER, con un total de 5 canales térmicos, aunque es posible aplicarlo a cualquier otro sensor con varios canales térmicos (mínimo 4 o 5 canales).

- La corrección atmosférica es un factor crítico a la hora de obtener unos valores de emisividad lo suficientemente precisos.

- Está formado por un total de 3 módulos: NEM, RATIO y MMD.


Módulo NEM

inicial

iatminicialierficiesi

RLTB

εε ↓−−

= ,,sup )1()'(

↓

↓

−

−=

iatmsi

iatmierficiei RTB

RL

,

,,sup

)(ε

Ts = max(T’s) Obtenemos Ts

Obtenemos εi

Proceso Iterativo. Número máximo de iteraciones: 12.


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Módulo RATIO

En este módulo se obtiene el espectro β, que no es mas que un espectro de emisividades normalizadas. Para ello, la emisividad correspondiente a cada canal se divide por la emisividad media de todos los canales:

εεβ i

i =

N

N

ii∑

== 1

εε

ESPECTRO β


Módulo MMD

MMD = max(β i) – min(β i)Contraste Espectral (MMD)

εmin = 0.994 – 0.687 MMD0.737

Expresión válida para ASTER

Relación entre la emisividad mínimay el contraste espectral

=

)( i

minii min β

εβεRecuperación del valor

de la emisividad

Una vez obtenidas las emisividades, estas pueden volver a introducirse en el módulo NEM y volver a repetir el proceso, realizando de esta forma un proceso iterativo.


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PRECISIÓN DEL MÉTODO

Emisividad: 0.015

Temperatura: 1.5 K


El Sensor ASTERAdvancedSpaceborneThermalEmission

andReflectionradiometer


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- Se encuentra a bordo de la plataforma Terra, un satélite lanzado en Diciembre de 1999 como parte del programa de observaci ón de la Tierra (EOS, Earth Observing System) llevado a cabo por la NASA.

- ASTER ha sido creado gracias a la cooperación entre la NASA, el Ministerio japonés de Economía, Trabajo e Industria (METI) y el ERSDAC (EarthRemote Sensing Data Analysis Center)

- El radiómetro ASTER se puede utilizar para obtener mapas detallados de la temperatura de la superficie terrestre, de la emisividad y de la reflecitividad de las superficies naturales.

- Las plataformas EOS forman parte del proyecto de la NASA sobre Ciencias de la Tierra (EarthScience Enterprise), cuyo objetivo es conseguir un mejor entendimiento de las interacci ón entre la biosfera, la hidrosfera, la litosfera y la atmósfera. www.asterweb.jpl.nasa.gov


El Sensor ASTER: Características

Visible e Infrarrojo Próximo: Bandas 1, 2 y 3. Resolución: 15 m

Infrarrojo de Onda Corta: Bandas 4, 5, 6, 7, 8 y 9. Resolución: 30 m

Infrarrojo Térmico: Bandas 10, 11, 12, 13 y 14. Resolución: 90 m

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Para aplicar el método TES y obtener valores de emisividad y temperatura de la superficie terrestre se utilizan los 5 canalessituados en la región del infrarrojo térmico, con las siguienteslongitudes de onda efectivas:

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0

wavelength (µ m)

filt

er r

espo

nse

(nor

mal

ized

)

Band 10Band 11Band 12Band 13Band 14

Banda 10: 8.279 µm

Banda 11: 8.635 µm

Banda 12: 9.074 µm

Banda 13: 10.659 µm

Banda 14: 11.267 µm

El Sensor ASTER: Características

ASTER Spectral Library

La librería espectral de ASTER está formada por unos 2000 espectros de materiales naturales y artificiales. Esta librería espectral recopila los datos de tres librerías espectrales correspondientes a los siguientes centros: Johns Hopkins University(JHU), Jet Propulsion Laboratory (JPL) y United States GeologicalSurvey (USGS-Reston).

Estos datos resultan de gran utilidad a la hora de realizar simulaciones y a la hora de analizar los espectros tanto de emisividad como de reflectividad de las superficies naturales.

http://speclib.jpl.nasa.gov

ESPECTROS DE EMISIVIDAD


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EMISIVIDAD DE LAS ROCAS

0.80

0.82

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

7 8 9 10 11 12 13 14 15

longitud de onda (µm)

emis

ivid

ad

basaltodioritacuarzomármol


EMISIVIDAD DE LA VEGETACIÓN Y DEL AGUA

0.80

0.82

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

7 8 9 10 11 12 13 14 15longitud de onda (µm)

emis

ivid

ad

Aguahierba secahierba verde


8

REFLECTIVIDADvs

EMISIVIDAD

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

longitud de ona ( µ m)

refle

ctiv

idad

(%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5


refle

ctiv

idad

(%

)

Hierba Verde

Mármol

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

7 8 9 10 11 12 13 14 15longitud de onda (µm)

emis

ivid

ad

Spectral LibraryASTER

0.960

0.965

0.970

0.975

0.980

0.985

0.990

0.995

7 8 9 10 11 12 13 14 15


emis

ivid

ad

Spectral LibraryASTER

Valoresde emisividad

correspondientesa los canales

térmicos de ASTER.

Para obtener estosvalores es necesariofiltrar los espectrosconsiderando lasfunciones filtro.

basalto

agua

9

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

1.02

1.04

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5longitud de onda (µm)

emis

ivid

ad &

bet

a

emisividadbeta

diorita

Comparación entre el espectro beta y el espectro de emisividad: se conserva la forma, pero no los valores.


0.970

0.975

0.980

0.985

0.990

0.995

1.000

1.005

1.010

1.015

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5


espe

ctro

bet

a

MMD = 0.033

mármol

Contraste Espectral (MMD): Diferencia entre el valor máximo y elvalor mínimo


10

0.96

0.97

0.98

0.99

1.00

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5longitud de onda (µm)

esp

ectr

o b

eta

basalto - MMD = 0.076hierba - MMD = 0.021agua - MMD = 0.008

Contraste Espectral para algunos materiales:

ROCAS: MMD altoVegetación/Agua: MMD bajo

En este tipo de superficies el método TES no proporciona los resultados deseados (umbral: 0.03)

APLICACIONES: imágenes ASTERDeath Valley (California)

RGB: Bandas 13, 12, 10RGB: Bandas 3, 2, 1

Visible: 15 metros Térmico: 90 metros


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APLICACIONES: imágenes ASTERLake Tahoe (California/Nevada)

Visible: 15 metros Térmico: 90 metros

RGB: Bandas 3, 2, 1 RGB: Bandas 13, 12, 10


Aplicación de la emisividad- El espectro de emisividad aporta valiosa información sobre la composición de las superficie, sobre todo para estudios geológicos.

- Una aplicación curiosa está relacionada con la detección de yacimientos arqueológicos: la obsidiana.

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

7 8 9 10 11 12 13 14 15

longitud de onda ( µ m)

emis

ivid

ad

Obsidiana


12


15 metros

90 metros

Imagen ASTER de Barrax(Escena completa)


0 .0

0 .1

0 .2

0 .3

0 .4

0 .5

0 .6

0 .7

0 .8

0 .9

1 .0

7 .0 8.0 9 .0 1 0 . 0 1 1 . 0 12.0 13.0 1 4 . 0

wavelength (µ m)

filte

r fu

nctio

n

B 7 1B 7 2B 7 3

B 7 4B 7 5B 7 6B 7 7B 7 8

B 7 9B 8 0

Sensor AHS(Operado por el INTA)

10 bandas térmicas

13


Córdoba (2.5 m) Barrax(7 m)

0.80 0.98

BANDA 75 BANDA 76 BANDA 77 BANDA 78 BANDA 79

EMISIVIDAD295 K 325 K

Temperatura y emisividad a partir de datos AHS

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Aplicación de la Temperatura

- La temperatura de la vegetación es importante para el estudio de la actividad fotosintética de las plantas.

- La temperatura de la nieve es importante para predecir deshielos y aportes de agua, así como para riesgos de inundaciones.

- La temperatura del océano se utiliza para estudiar los bancos de pesca y otras aplicaciones biológicas.

- La temperatura de las ciudades se está utilizando para analizar los efectos de isla térmica.

- La temperatura de la superficie terrestre es necesaria para estimar los balances de energía y obtener la evapotranspiración.

- La temperatura de la superficie terrestre también se puede utilizar para estudiar el cambio climático y para el seguimiento de la cobertura terrestre.

CONCLUSIONES

- Existe un acoplamiento entre la temperatura y la emisividad de la superficie terrestre.

- El método TES consigue separar la temperatura y la emisividad, con una precisión de 1.5 K y 0.015 respectivamente.

- La corrección atmosférica es un factor crítico.

- Para superficies con un contraste espectral bajo, como cultivos y agua, el método no proporciona los resultados adecuados.

- El espectro de emisividad proporciona valiosa información para aplicaciones geológicas.

- La temperatura de la superficie terrestre es importante para estudios medioambientales.


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APUNTES

Existen otros métodos de corrección atmosférica en el espectro térmico que permiten obtener la temperatura y la emisividad de la superficie terrestre.

Entre los métodos más conocidos para obtener Ts (NO emisividad) se encuentran:

MÉTODO MONOCANALMÉTODO BICANAL O SPLIT-WINDOW

MÉTODO BIANGULAR

OTROS MÉTODOS: umbrales NDVI (sólo ε), índices TISI, métodos día/noche, etc.


FIN …

A COMER !!!


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