Satélites Meteorológicos

Sensores Remotos/Sensores “in situ”

� Las observaciones con satélite son una herramienta de observación complementariamuy importante de la atmósfera terrestre, los continentes y los océanos, especialmente cuando las observaciones “in situ” son escasas o inexistentes.

Por qué medir desde el espacio?

Ubicación de las estaciones de globos meteorológicos

(Radiosondas)

– Notar la baja densidad sobre los océanos

Red global de radiosondas

Importancia de las observaciones desde satélites

� Los sondeos de temperatura y humedad de la atmósferaproveen información que es crítica para el pronóstico del tiempo.

� Previo a la existencia de los satélites, eran los globosmeteorológicos los que proveían información de sondeosatmosféricos (perfiles verticales de la atmósfera).

� El primer satélite meteorológico fue el TIROS I (Television andInfrared Observtion Satellite), 1960 y el primero que produjosondeos fue el Nimbus III, 1969

Global Observing System (GOS)

Tipos de satélite

1. Órbita polar (cuasi polar) o sol-sincrónica (LEO)2. Órbita geostacionaria (GEO)

Características que los diferencian

1. Resolución espacial2. Resolución temporal (revisita)3. Bandas o canales (VIS, IR, MW)4. Datos que generan

a) Imágenesb) Perfiles verticales de T, humedad,

concentración de gases

OperaciónAgencias espaciales de distintos países

Cobertura global con un satélite de órbita polar

� La cobertura global es casi total

� El período de revisita es de unas 12 horas cerca del Ecuador y de 1 o 2 horas cerca de los polos

� La constelación nominal para la operación de los satélites geoestacionarios incluye 6 satélites paraasegurar una cobertura total del globo terrestre desde50°S a 50°N con un ángulo cenital menor que 70°.

Cobertura global con los satélites geoestacionarios

Factor importante

� La tecnología de los instrumentos que transportan los satélites ha mejorado significativamente en la última década incorporando:

- Observaciones Hiperspectrales en el IR para mejorar los sondeos- Altimetría para derivar alturas del océano - Escaterometría para obtener los vectores de viento sobre el océano- Bandas en MW Banda L para medir humedad del suelo y salinidad

Current geostationary (GEO) satellites contributing to the GOS

http://www.wmo.int/pages/prog/sat/GOSgeo.html

Current Low Earth Orbit (LEO) satellites contributing to the GOS

http://www.wmo.int/pages/prog/sat/GOSleo.html

NOAA KLM USER'S GUIDE

http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/klm/index.htm

ALGUNAS CONSIDERACIONES

� Radiación Electromagnética (REM), en ella se basan todos los sistemas de percepción remota.

� Radiación es la energía emitida en forma de ondas por todas las sustancias que no están al cero absoluto.

� Percepción remota o teledetección o sensoramiento remoto: provee mediciones de propiedades físicas de un objeto obtenidas a distancia.

� El espectro electromagnético es un espectro continuo de todos los tipos de radiación electromagnética.

� En el espectro, la REM es ordenada generalmente de acuerdo a su longitud de onda (λλλλ) o frecuencia (νννν) o número de onda (κκκκ).

� Los objetos emiten energía en rangos específicos de longitudes de onda, que son normalmente conocidos como espectro del objeto o firmas (curvas de reflectancia o emitancia espectral).

Las ondas electromagnéticaspueden exhibir un rango continuo de longitudes de onda y la totalidad de todas las longitudes de onda posibles se denomina espectro electromagnético

Espectro electromagnético

Para los sensores remotos, la porción más significativa de la transferencia radiativa en la atmósfera es la que está delimitada por la radiación ultravioleta (UV) en el límite inferior de y por las microondas en el superior.

Inés Velasco

Espectro o firmas o curvas de reflectancia espectral para:a) agua, b) vegetación, c) suelo

1 2 3 4 5 7 6

111 2

PAN

Espectro de emisión de la tierra y su atmósfera.Curvas de Planck para distintas temperaturas.

ELEMENTOS QUE PARTICIPAN EN LAS OBSERVACIONES CON SATÉLITE

* FUENTES DE REM(sol, tierra + atmósfera, sensores)

** INTERACCIÓN DE LA REM(c/ el blanco y c/el sensor)

*** PROPAGACIÓN DE REM(entre el blanco y el sensor)

**** PROCESAMIENTO DE LOS DATOS EMITIDOS(obtener parámetros físicos ubicados espacialmente)

***** INTERPRETACIÓN(en función de la disciplina de aplicación)

* FUENTES DE REM(sol, tierra + atmósfera, sensores)

** INTERACCIÓN DE LA REM(c/ el blanco y c/el sensor)

Emisión, absorción, reflexión, dispersión, transmisión

� Dependen del estado del sistema (líquido, sólido, gaseoso)

y de la longitud de onda (λ) de la REM

� En la atmósfera, para λ < 1 µm, dispersión >> absorción

para λ ≈ IR, dispersión << absorción

� Para superficies sólidas o líquidas, la emisión, absorción, reflexión y

dispersión abarcan un rango amplio de λ.

� En el rango VIS e IR las interacciones ocurren en los niveles superficiales,

� En el rango de las microondas (MW) las interacciones ocurren en superficie y subsuperficie.

Inés Velasco

Esquema de onda electromagnética

κλν cc == −1

� La REM consiste en campos eléctricos y magnéticos alternados.

Se suele especificar por su longitud de onda (λ), por su frecuencia (ν)o por el número de onda (κ)

*** PROPAGACIÓN DE REM(entre el blanco y el sensor)

C = 2.99792458 10-8 m s-1

[ ] m10Angstromm10nmm10m1096 −−− ==== ;;µλ

[ ] cps10GHzcps1Hertz9=== ;υ

(1)

Interacciones principales entre la radiación, la superficie, la atmósfera y las nubes en función de la longitud de onda

VIS IR MW

Notar que:

Las interacciones en la región de las MW son función de:

1. rugosidad superficial,

2. contenido de H2O líquida,3. dispersión por partículas.

Por ej. el suelo, la nieve y el hielo secos absorben poco, por lo tanto emiten poco,

Pero… si se le agrega una pequeña cantidad de H2O líquida,

⇒ la emisividad (ε) aumenta mucho, → 1.

� La radiación que llega al sensor proviene de la radiación solar reflejada y de la radiación infrarroja que emergen el tope de laatmósfera (TOA).

� Estas a su vez dependen de las características de la superficie, de los elementos que forman la atmósfera y de cómola radiación interactúa con todos ellos.

GOES/POES

RADIACIÓN SOLAR – RADIACIÓN TERRESTRE

� La mayor parte de la radiación proveniente del sol está entre los 100 nm y los 4 µm, y consiste en radiación UV, visible (VIS) e IR cercana (NIR). El 99% de la emisión del sol está entre el VIS (0.4 - 0.75 µm) y el IR cercano (0.74 - 5 µm) y menos del 1% del total proviene del UV.

� La energía radiante emitida por la Tierra está casi totalmente entre los 4 y 200 µm (IR térmica).

EN RESUMEN:

� Los sistemas dotados de sensores remotos operan en diferentes partes del espectro: visible (VIS), infrarrojo (IR) y microonda (MW).

� La interacción de la radiación con la materia depende de:

1. el estado de la materia (sólido, líquido o gaseoso) -2. la longitud de onda de la radiación

� Estos factores determinan la forma de la interacción:

1. emisión,

2. dispersión, 3. absorción o 4. reflexión.

**** PROCESAMIENTO DE LOS DATOS EMITIDOS

Datos emitidos = "datos crudos" = valores numéricos

⇒ Es necesario:

a) CALIBRAR (correcciones radiométricas y geométricas)

b) GEOREFERENCIAR (localizar o navegar)

para pasar a:

***** la INTERPRETACIÓN

Componentes de un sistema de recepción y procesamiento de datos obtenidos por sensores remotos. (Adaptado de Chuvieco, 1996).

Nociones de transferencia radiativa

¿….?