Página: 1

TEMA 3. LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LA INVESTIGACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE

Guión del tema

1. Introducción 2. Sistemas informáticos y simulación medioambiental 3. Sistemas de teledetección 4. GPS 5. Sistemas telemáticos apoyados en la teledetección

Desarrollo del tema

1. Introducción

En los últimos 30 años el ordenador se ha convertido en una herramienta de gran aplicación en los estudios medioambientales:

o Usos informáticos o Usos telemáticos o de comunicación a distancia:

o Trabajo en red o Internet o Telefonía móvil o Satélites espaciales o Aplicaciones multimedia (videoconferencias)

Todo ha contribuido a una mejora en la cooperación internacional y la creación de comunidades virtuales de trabajo, aunque el 79 % de los usuarios de internet se concentra en las grandes ciudades de los países industrializados (14 % de la población mundial).

2. Sistemas informáticos y simulación medioambient al

El Club de Roma, fundado en 1968, encargó la realización de sistemas o modelos informáticos con aplicación medioambiental con objeto de explicar de forma global el funcionamiento del mundo. 2.a World-2 Jay Forrester

Cinco variables determinan el comportamiento del mundo:

Población Recursos naturales (no renovables) Alimentos producidos Contaminación Capital invertido

Diagrama libro,

Los valores de partida son los reales correspondientes al año 1900 y se simula la evolución hasta el 2100. Resultados en Los límites del crecimiento (1972):

No podemos mantener por un tiempo indefinido nuestro actual ritmo de crecimiento

(tanto de población como de economía) Son necesarias una serie de reducciones de todos los parámetros iniciales:

o Un 50 % en la tasa de natalidad o Un 75 % en la tasa de consumo de recursos naturales

Página: 2

o Un 25 % en la cantidad de alimentos producidos o Un 50 % en la tasa de contaminación o Un 40 % en la tasa de inversión de capital

2.b World-3 Dennis L. Meadows, Donatella H. Meadows

Muestran las diferentes trayectorias que representarían distintos comportamientos de una población en respuesta a distintos escenarios simulados de acuerdo con diferentes decisiones políticas respecto a la tasa de consumo de los recursos naturales.

Diagramas libro,

Las conclusiones en el informe Más allá de los límites del crecimiento (1991):

Si se continúa con la tendencia actual de crecimiento de la población mundial, la

industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán dentro de los próximos cien años. El resultado sería un declive súbito de población y de capacidad industrial. Si se modifican las variables el sistema puede llegar a estabilizarse.

Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica que pueden ser mantenidas por mucho tiempo en el futuro.

Si los pueblos de la Tierra se deciden por esta segunda alternativa, cuanto antes se empiece a trabajar a favor de ella mayores serán sus posibilidades de éxito.

Las críticas a los modelos:

Son maltusianos: culpa al aumento de población de todos los problemas ambientales y con ello a los países del Sur que son, por otra parte, los que menos recursos consumen.

Se trata de modelos, es decir, de versiones simplificadas de la realidad y representan tendencias posibles no evolución real.

Tabla de modelos libro, 3. Sistemas de teledetección

Es la técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satélites artificiales.

3.a Componentes de un sistema de teledetección

Figura libro.

Sensor . Capta, codifica y transmite las imágenes de la superficie terrestre. Este se situaría en un avión o satélite que actúa de plataforma.

Flujo de energía detectada por los sensores. Según sea externa o interna los clasifica en:

o Sensores pasivos. Recogen energía que procede del Sol y se refleja en la superficie terrestre o bien energía procedentes de los elementos situados en la superficie.

o Sensores activos. Emiten un tipo de radiación y captan el reflejo de la misma por parte de la superficie terrestre.

Centro de recepción . La imagen formada por los sensores se convierte en una información digital que se recoge con ayuda de antenas situadas en el radio de acción de algún satélite. Aquí se procesa y se corrige la información digital, se destacan los elementos de mayor interés para facilitar su interpretación y se distribuye a los interesados tanto en formato digital, como analógico o visual.

Página: 3

Sistema de distribución . Suele ser de tipo telemático para facilitar el acceso a la información recogida para su estudio e interpretación de cara a extraer conclusiones y/o tomar decisiones.

3.b Empleo de la teledetección

Comienza a emplearse a mediados del siglo XIX con las primeras fotografías aéreas tomadas desde un globo. Se desarrolla para usos militares durante el siglo XX y se mejora con el uso de satélites espaciales.

La teledetección aporta datos sobre el territorio de una forma más exacta, rápida y fiable que los métodos tradicionales, abarca grandes áreas de la superficie terrestre, incluso las más inaccesibles y permite la comparación a lo largo del tiempo.

Se emplea en el estudio de:

Avance y retroceso de los hielos o de los desiertos Cambio climático Agujero de ozono Fenómeno del Niño Usos, evaluación y deterioro del suelo Daños en la agricultura por plagas o fenómenos atmosféricos Riesgos de sequía o de incendios Impactos de las explotaciones mineras o presas Mareas negras Riesgos de volcanes o terremotos

Ventajas y aplicaciones de la teledetección espacia l

Cobertura global y sinóptica Observación sistemática y actualización continua de datos Homogeneidad de los datos Formato digital de la información

3.c Radiaciones electromagnéticas empleadas en la teledetección Los sensores utilizan las radiaciones del espectro que no son absorbidas por la atmósfera, sobre todo:

Región central o zona visible. Aunque contiene los siete colores del arco iris, el ojo

humano percibe el azul, el verde y el rojo. Se emplean en fotografías convencionales pancromáticas (b/n) o en color.

Región del infrarrojo. Dividida a su vez en tres zonas: o Infrarrojo próximo . Usada en fotografía convencional con películas

especiales y en sensores digitales. Útil para masas de vegetación. o Infrarrojo medio . Solo con sensores digitales. Recoge el calor emitido por los

objetos o medios cuando contienen humedad. o Infrarrojo lejano o térmico. Calor emitido por la superficie terrestre

previamente calentada por el Sol. Detecta presencia de seres vivos u otras fuentes de calor como incendios. Sirve para estudiar el cambio climático.

Microondas . Utilizadas por los sensores de radar sirven para realizar imágenes de la superficie en situaciones especiales como cuando están cubiertas de nubes, o en oscuridad.

3.d Imágenes obtenidas mediante la teledetección

Proceso de obtención de imágenes digitales desde sensores instalados en satélites.

Página: 4

Características de las imágenes digitales Las imágenes se dividen en una serie de parcelas pequeñas de diferentes tonos de grises llamadas píxeles (superficie mínima detectada sobre el terreno o unidad mínima de información de una imagen) diferenciados por la intensidad, a mayor intensidad de la señal, más claro es el tono.

Resolución de un sensor

Medida de su capacidad para discriminar los detalles. Se distinguen varios tipos de resolución:

Resolución espacial. El área menor que puede distinguirse de su entorno. Varía según los sensores llegando a 10 x 10 m

Resolución temporal. Frecuencia con la que se actualizan los datos en un sensor. También varía según el satélite desde unos minutos (METEOSAT) hasta varios días.

Resolución radiométrica. Capacidad de discriminar las variaciones de intensidad de la radiación emitida por los objetos y se mide por la cantidad total de niveles o tonos diferentes de gris que posee una imagen. Una resolución de 6 bits por píxel conllevará 64 tonos de gris diferentes.

Resolución espectral. Se refiere a las longitudes de onda o diferentes bandas en las que es capaz de medir. La mayoría de los satélites poseen sensores que operan más de una banda del espectro y se denominan multibanda. Las imágenes correspondientes a cada una de las bandas tienen diferentes tonos de gris

Obtención de imágenes en color Ha mejorado desde que se utiliza la imagen digital y es más fácilmente manipulable. Resulta de la combinación de imágenes tomadas en tres bandas espectrales. En los sensores multibanda existen múltiples combinaciones posibles de 3 bandas diferentes. Según las bandas que elijamos tendremos:

Color natural o RGB (321). Los píxeles tomados en banda 3 serán rojos, los de 2 serán verdes y los de 1 serán azules, con distintas intensidades según el tono de gris que posean en cada caso. El resultado será la combinación de los tres colores. Y quedará definido por tres dígitos. El total de colores diferentes será de 16 millones.

Imágenes en falso color o RGB (432). El color rojo corresponderá a la imagen obtenida en banda 4, el verde a la 3 y el azul a la 2. Este tipo de imágenes realza los detalles y facilita el estudio de masas vegetales y su vigor, recursos mineros, zonas ocupadas por el agua y espacios urbanizados.

Existen también imágenes térmicas obtenidas empleando película sensible a la radiación infrarroja emitida por las nubes y por todos los objetos situados sobre la superficie terrestre.

3.e Principales mecanismos de teledetección espacial

Para la toma de imágenes se tienen en cuenta varios factores:

Órbita de los satélites

Los hay de dos tipos:

De órbita geoestacionaria. Su movimiento está sincronizado con el de rotación de la Tierra, siempre observan la misma zona. Al estar a gran altitud (36.000 km) las imágenes abarcan zonas muy amplias. Útiles para el estudio de fenómenos globales.

De órbita polar. Órbita circular perpendicular al Ecuador. Observan diferentes zonas y al estar a menor altitud (800-1.500 km) abarcan una zona más pequeña pero con más detalle.

Sensores de barrido multiespectral

Página: 5

Son los más habituales y funcionan a modo de escáner realizando un rastreo minucioso y sucesivo de cada parcela del terreno recogiendo las radiaciones visibles e infrarrojas reflejadas.

Sensores de microondas

Los hay:

Pasivo o radiómetro microondas. Muy útiles para detectar el movimiento de icebergs

y cartografiar la extensión de los hielos polares, dado que la emisión de microondas aumenta al disminuir la temperatura de la superficie estudiada.

Activo o radar. Emiten microondas y recogen y valoran su señal de retorno. Uno de los mejores es el radar de apertura sintética (SAR).

Las imágenes suelen estar algo distorsionadas y presentar distintos tonos de grises, aunque luego puede colorearse. En general cuanto más lisa sea una superficie más radiación refleja y por tanto menos vuelve al sensor, de modo que se verá oscura o negra (masas de agua, por ejemplo). Las superficies secas y rugosas reflejarán menos radiación y se verán más claras en la imagen.

Los sensores de radar son útiles: En el estudio del relieve Cuando el cielo está cubierto o es de noche Para detectar movimiento en la superficie del mar o en la tierra Para comprobar el vigor de la vegetación, crecimiento de cosechas, estado de

bosques Valoración del alcance de mareas negras

Imágenes estereoscópicas

Desde aviones o satélites y empleando imágenes de sensores multibanda y sensores de radar simultáneamente. Es lo que se conoce como fotografía aérea y se compone de un par de fotos realizadas con distintos ángulos de incidencia y que se superponen al ser miradas a través de un estereoscopio. Dan sensación de relieve.

Radarmetría

Hace una representación topográfica del terreno a base de bandas coloreadas a intervalos regulares.

Imágenes anaglíficas

Resultan de la superposición de dos imágenes, una en rojo y otra en azul, de una misma zona y que al ser miradas con lentes especiales (ojo izquierdo rojo y ojo derecho azul) producen una sensación de relieve.

Sensores lídar

Emiten un pulso de láser, en ondas visibles o infrarrojos que choca contra los contaminantes o el polvo atmosférico, dispersándose y retornando al sensor. Se emplea en la detección de contaminación atmosférica y es capaz de diferenciar cada uno de los gases contaminantes por el tiempo transcurrido entre la emisión del pulso y la señal de retorno, además de por la intensidad de la señal.

3.f Aplicaciones multidisciplinares

Página: 6

En la actualidad hay alrededor de 45 satélites en órbita provistos de gran variedad de sensores que proporcionan gran cantidad de información sobre numerosos parámetros geofísicos y fenómenos que permiten conocer cada vez mejor el funcionamiento del sistema Tierra.

Las disciplinas que más datos obtienen son:

Meteorología. Predicción, evolución de fenómenos, etc. Agricultura. Identificación, seguimiento, gestión, etc. de cultivos Geología. Identificación de estructuras y recursos minerales Hidrología. Cartografía de zonas afectadas por inundaciones, zonas vulnerables,

calidad de aguas, explotación de acuíferos, etc. Biogeografía. Inventario de recursos forestales, cartografía de zonas afectadas por

incendios, plagas, desertización, etc. Gestión de zonas costeras. Cambios en la línea de costa, vertidos, dinámica litoral,

etc. Oceanografía. Bancos de pesca, corrientes, anomalías térmicas, cartografía de los

fondos, contaminación marina, etc.

4. GPS Sistema formado por unos pequeños aparatos que captan señales emitidas por satélites diseñados con este fin.

Existen 28 (24 en otros libros) satélites GPS situados a 20.200 km de altitud. Cada aparato, según su posición, recibe señales de al menos 3 satélites y por

triangulación, cada 15 segundos, nos permite conocer datos sobre la posición (latitud, longitud y altitud) de cualquier punto geográfico con exactitud de +- 1 m (en Santillana 10 m, en Oxford afirma que dada la utilidad militar del sistema se introducen errores de hasta 30 m para evitar su uso para fines no deseados)

Pueden informar sobre la velocidad y dirección con la que un objeto se mueve. Útiles para:

Navegación terrestre y marítima Rescate de personas Seguimiento de animales en estudio Localización de incendios, mareas negras, bosques Coordinación de trabajos de extinción Realización de mapas

5. Sistemas telemáticos apoyados en la teledetecci ón

5.a Los SIG (Sistemas de Información Geográfica)

Programa de ordenador que contiene un conjunto de datos espaciales de la misma porción de un territorio, dividido en celdillas o teselas, y organizados de forma geográfica, en capas superpuestas en las que se describen:

Topografía, pendientes Hidrografía Litología Vegetación Localidades Infraestructuras, etc.

Datos obtenidos a partir de fotografías de satélites o de mapas.

Página: 7

Están destinados a: Almacenar, representar gráficamente, manipular y gestionar una información sobre

el territorio que se guarda en formato digital y se actualiza continuamente. Realizar simulaciones si se modificara algún parámetro de alguna de las capas. Facilitar estudios de medio ambiente como prevención de riesgos, gestión de

recursos y detección de impactos.

5.b Sistemas telemáticos de cooperación internacional WMO (World Meteorological Organization, 1950)

Uno de los más importantes es el basado en la información meteorológica. Existe un sistema de Vigilancia Meteorológica Mundial desde 1968 que cuenta con equipos de teledetección, estaciones terrestres y marinas por todo el planeta, un sistema de telecomunicaciones que pone en conexión todos los Centros Meteorológicos Nacionales.

Los satélites meteorológicos realizan un barrido multiespectral que opera en bandas visibles y también en infrarrojo de modo que pueden estudiar el estado de la atmósfera y también los tipos de nubes y la evolución de los huracanes.

Programa CORINE (Coordination of Information on the Environment)

Proyecto dirigido por la Agencia Europea del Medio Ambiente (AEMA) para recopilar datos, coordinar y homogeneizar la información sobre el estado del medio ambiente y los recursos naturales en la Unión Europea. Incluye varios programas centrados en distintos sistemas (Corine-Land cover, Corine-aire, etc.)

Cuenta con datos recogidos por satélites como LANDSAT y SPOT. Así, en el primero de los programas se ha llegado a la conclusión de que la desertización en España está siendo menor de lo que se pensaba para estos 10 años porque la reforestación está compensando en parte la pérdida de masa forestal por incendios.

Programa GLOBE (Global Learning and Observations to Benedit the Environment) Es

un programa eminentemente educativo de carácter internacional, práctico y científico.

Comenzó en 1995 en Estados Unidos y hoy participan en él más de 15.000 centros de Primaria y Secundaria de casi cien países, también en España.

Consiste en el registro de datos relativos a un buen número de parámetros ambientales en cuatro apartados (atmósfera, hidrología, suelo y vegetación). Los datos se toman en el centro y en el entorno más cercano y se ponen en común en la www.globe.gov

Pretende aumentar el grado de concienciación de los estudiantes de todo el mundo sobre los problemas ambientales.

Actividades

- Además de los hechos en clase. - Observar las fotografías del tema leyendo los pies de foto para poder identificar el

tipo de imagen y relacionarlo con los métodos de teledetección y realización de imágenes estudiados.

Página:

8

Página: 9

Página: 10

Página: 11