Desarrollo de una metodología para la obtención de imágenes de inercia térmica a partir de los datos del sensor AVHRR/2

M.

Description

Resumen
En el presente trabajo se desarrolla una metodología de tipo operativo para determinar la inercia térmica de la superficie terrestre a partir de los datos suministrados por el sensor AVHRR/2 (Advanced Very High Resolution Radiometer) a bordo de la serie de satélites NOAAs. Esta metodo-logía tiene en cuenta la calibración de los datos de satélite, la geometría de observación y la corrección de los efectos atmosféricos. Con este fin, se proponen los algoritmos que permiten obtener la diferencia de temperatura de la superficie terrestre en las diferentes pasadas del sensor por la misma zona, y el albedo de la superficie. La importancia de la metodología desarrollada radica en que no necesita de datos externos a los proporcionados por el satélite. Finalmente se muestran los primeros ejemplos concretos de aplicación a una zona de Africa, usando para ello imágenes y datos correspondientes al proyecto de investigación HAPEX-Sahel.
Abstract
In the present work is set an operative methodology which permits to determine the thermal inertia from the on board of NOAA serie satellites AVHRR/2 (Advanced Very High Resolution Radi-ometer) sensor data. This methodology takes into account satellite calibrations, viewing geometry and correction of atmospheric effects. With this aim, the algorithms that allow to obtain the tem-perature difference on the Earth surface at the different passes of the satellite over the same area as well as the surface albedo are proposed. Finally, we present the preliminary results obtained using the proposed method and methodology from A VHRR/2 data over Africa. Otherwise, there are shown the first concrete examples of the aplication of the developed methodology, using images and data corresponding to the research project HAPEX-Sahel.

Sujets

• Inercia térmica
• National Oceanic and Atmospheric Administration
• Temperatura
• Albédo
• Volumetric heat capacity
• Température

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 1997
• Nombre de lectures: 29
• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 1997
Desarrollo de una metodología para la obtención
de imágenes de inercia térmica a partir de los
datos del sensor AVHRR/2
M. H. El Kharraz, J. A. Sobrino, J. Cuenca y N. Raissouni
Departamento de Termodinámica. Facultad de Física. Universidad de Valencia. 46100 Burjassot (Valencia)


RESUMEN ABSTRACT
En el presente trabajo se desarrolla una metodolo- In the present work is set an operative methodology
gía de tipo operativo para determinar la inercia which permits to determine the thermal inertia
térmica de la superficie terrestre a partir de los from the on board of NOAA serie satellites
datos suministra- dos por el sensor AVHRR/2 AVHRR/2 (Advanced Very High Resolution Radi-
(Advanced Very High Resolution Radiometer) a ometer) sensor data. This methodology takes into
bordo de la serie de satélites NOAAs. Esta metodo- account satellite calibrations, viewing geometry
logía tiene en cuenta la calibración de los datos de and correction of atmospheric effects. With this
satélite, la geometría de observación y la correc- aim, the algorithms that allow to obtain the tem-
ción de los efectos atmosféricos. Con este fin, se perature difference on the Earth surface at the
proponen los algoritmos que permiten obtener la different passes of the satellite over the same area
diferencia de temperatura de la superficie terrestre as well as the surface albedo are proposed. Finally,
en las diferentes pasadas del sensor por la misma we present the preliminary results obtained using
zona, y el albedo de la superficie. La importancia the proposed method and methodology from A
de la metodología desarrollada radica en que no VHRR/2 data over Africa. Otherwise, there are
necesita de datos externos a los proporcionados por shown the first concrete examples of the aplication
el satélite. Finalmente se muestran los primeros of the developed methodology, using images and
ejemplos concretos de aplicación a una zona de data corresponding to the research project HAPEX-
Africa, usando para ello imágenes y datos corres- Sahel.
pondientes al proyecto de investigación HAPEX-
Sahel.

PALABRAS CLAVE: Inercia térmica, NOAA, KEY WORDS: Thermal inertia, NOAA,
AVHRR/2, temperatura, albedo. AVHRR/2, temperature, albedo.



de las variaciones diurnas o anuales de la tempera-INTRODUCCIÓN
tura del aire.
La variación diaria de la temperatura de la super- Este parámetro, que de aquí en adelante simboli-
-l/2 -ficie terrestre (capa biológica), está condicionada zaremos por la letra P y que viene dado en J mS
2 -len gran parte por la naturaleza y contenido en agua K , se define como:
del suelo, así como por su cobertura vegetal. En
función de esto, podemos utilizar las medidas de (1) P = ρck
temperatura para deducir de ellas información de
utilidad agrometeorológica. En particular, el cono-
-3cimiento de la humedad del suelo en una zona donde r es la densidad del suelo (Kg m ), c es el
-1 -1agrícola es del mayor interés, ya que el microclima calor especifico del suelo (J Kg K ) y k es la
-1 -1 -1bajo el cual se produce el desarrollo de la vegeta- conductividad térmica (J m s K ).
ción está condicionado en gran parte por el conte- La Tabla 1, construida de Caselles (1983), mues-
nido en agua del suelo. tra los valores de inercia térmica obtenidos por
La influencia microclimática de este complejo varios autores para diferentes tipos de superficies y
sistema puede estudiarse mediante la determina- distintas coberturas vegetales de la superficie del
ción de su inercia térmica (Bernier y Bonn, 1979), suelo. De la misma se desprende que el intervalo
parámetro que nos proporciona una medida de la total de variación de la inercia térmica es impor-
resistencia que presenta el sistema suelo- tante para suelos, desde 500 a 2500 UIT (unidad de
vegetación a cambiar su temperatura. inercia térmica que utilizaremos en lo que sigue de
-2 -1 1/2La inercia térmica es por tanto una medida de la este trabajo, 1 UIT=l W m K s ) dependiendo
respuesta térmica de un material a las variaciones del contenido en humedad. Por otra parte, las rocas
de temperatura, y comanda las temperaturas que presentan valores de inercia térmica más elevados,
puede alcanzar la superficie terrestre bajo el efecto de 2000 a 4000 UIT, dependiendo de su naturale-
Nº 8 – Diciembre 1997 1 de 9 M. H. El Kharraz, J. A. Sobrino, J. Cuenca y N. Raissouni
za. Para suelos cubiertos de vegetación los valores el HCMM pero sin corregir de los efectos pertur-
son mayores que para aquellos sin cobertura vege- badores que introduce la atmósfera. El modelo
tal, aumentando a medida que lo hace la altura y desarrollado por Price (1977) relaciona la inercia
densidad de ésta. Además, y a la vista de los datos térmica P con la reflectividad y la temperatura de
de la Tabla 1, se muestra otra de las posibles apli- la superficie, de acuerdo con:
caciones del concepto de inercia térmica, como lo
(1-α)πAes la distinción entre la nieve, el hielo y las nubes, 1 (2) P = N
que como es sabido es difícil por su color. Sin ∆T
embargo esta diferenciación es posible si se utiliza
-2 -l/2donde la constante N vale 41923,68 K m s , a es el concepto de inercia térmica (ya que la nieve
fresca tiene un valor del orden de 150 UIT, el hielo el albedo de la superficie, ∆T es la diferencia de
2000 UIT y las nubes superior a 5000 UIT). temperaturas día-noche del mismo pixel y a la hora
Ahora bien, el cálculo de los valores de inercia de paso del satélite y A es el primer coeficiente l
térmica a partir de medidas realizadas "in situ", del desarrollo en serie de Fourier, que viene dado
presenta la dificultad de proporcionamos una me- según:
dida puntual, que si bien puede ser suficientemente
2 1precisa, no puede tomarse como representativa de (3) A = senδ senλ senψ + cosδ cosλ [sen (2ψ) + 2ψ]l
π 2πzonas extensas. Por esta razón, y desde un punto
de vista técnico, la única forma de obtener una
con Ψ=arccos (tgδ tgα), δ es la declinación solar y representación sinóptica de la inercia térmica a
λ es la latitud del lugar en el que aplicaremos el escala regional, es mediante el uso de datos sumi-
método, ambas medidas en radianes. nistrados por sensores situados a bordo de satélites
Ahora bien, después del lanzarniento del o aviones.
HCMM, los últimos años se han caracterizado por Los primeros intentos para determinar la inercia
un importante avance en cuanto a la versatilidad y térmica a partir de los datos procedentes de los
calidad de los satélites artificiales operativos. Un satélites se remontan al año 1978, con el lanza-
claro ejemplo de esto son la serie de satélites miento el 26 de abril de ese año del satélite
NOAAs. Éstos consisten en 2 satélites que operan HCMM (Heat Capacity Mapping Mission). El
simultáneamente en órbitas casi-polares comple-HCMM posee dos canales, uno que cubre la banda
mentarias, de forma que una de ellas cruza el comprendida entre los 0,5 a los 1,1 µm (visible-
Ecuador aproximadamente a las 7h30min y infrarrojo próximo), permitiendo por tanto deter-
19h30min TMG y la otra a las 2h30min y minar el albedo de la superficie terrestre, y otro
14h30min TMG. Entre otros sensores estos satéli-que cubre la banda espectral comprendida entre los
tes llevan a bordo el AVHRR/2, que gracias a su 10,5 a los 12,51J1n (infrarrojo térmico), que per-
cobertura espacial (1,1 kmx1,1 km), espectral (5 mite determinar la temperatura de la superficie
canales) y temporal los convierten en los más terrestre. Con este sensor, Price (1977) obtiene un
adecuados para nuestro objetivo de obtener la producto que denomina inercia térmica aparente
inercia térmica, ya que permiten: mediante una expresión simple que utiliza los
a) gracias a que poseen 2 canales térmicos el canal datos de temperatura y albedo proporcionados por
4 y el 5 centrados en los 11 y 12 mm respecti-
vamente, una adecuada corrección del efecto Material P (UIT) Fuente
perturbador que introduce la atmósfera mediante
Agua y Nubes 5000 Vieillefose y Favard (1979)
el uso de la técnica split-window. Esta correc-
Hielo 2000 " ción no era posible con el HCMM, ya que al po-
Nieve150"seer un único canal térmico en la ventana atmos-
férica necesita para obtener la temperatura de la Arena seca 590
Price (1982)
Arena húmeda 2500 superficie terrestre de radiosondeos atmosféricos
Arcilla seca 550 coincidentes con la hora de paso del sensor (So-"
Arcilla húmeda 2200 brino et al., 1991). Esto evidentemente resulta un
Pizarra 1900 Miler y Watson (1977) inconveniente además de restar operatividad al
Granito 2200 " método de corrección, y
b) la determinación de la inercia térmica a la escala Cuarzo4000Price(1982)
regional con