IMÁGENES
SATELITALES
PARA MONITOREO DE DESASTRES Y OTRAS APLICACIONES
Susana Calas
scalas@cantv.net
Facultad de Ingeniería, Postgrado de Redes y Telecomunicaciones. Universidad
Central de Venezuela.
RESUMEN
Las imágenes satelitales son imágenes tomadas por un satélite meteorológico
que revelan información como el flujo del vapor de agua, el movimiento de los
sistemas frontales y el desarrollo de un sistema tropical. Las imágenes
continuas en pantalla ayudan a los meteorólogos en sus pronósticos. Las
imágenes pueden ser tomadas de manera "visible" en las horas de luz
del día o también usando IR o rayos infrarrojos que revelan la temperatura de
las nubes y que pueden hacerse de día o de noche.
ABSTRACT
Satelital images, are images taken by a meteorological
satellite that reveals information like the flow of water vapor, the movement
of frontal systems and the development of a tropical system. Continuos images
on the screen help meteorologists in their forecasts. The images can be taken
in a "visible" manner in daylight or using IR (Infrared Rays) which
reveals cloud temperature and can be taken at day or night.
INTRODUCCION
La alta tecnología de información geográfica llega de la mano del satélite. Las
imágenes satelitales junto a la información digital contenida en CD brinda hoy
la más exacta evaluación de las condiciones climatológicas.
En muy pocos años, la técnica de resolución de imágenes satelitales ha
evolucionado hasta límites impensados. Desarrollado durante la guerra fría
entre los E.U. y la Unión Soviética para usos militares, las imágenes
satelitales proveen volúmenes de información a un bajo costo. Los nuevos
satélites comerciales ofrecen características como resolución (tamaño cuadrado
representado por un pixel), precisión posicional (la variación entre la
posición de un objeto en la imagen y su posición verdadera) y tiempo de entrega
revolucionaria, aumentando la variedad de posibles aplicaciones. Dado el corto
tiempo de entrega y sus precios bajos, las imágenes satelitales son
alternativas y/o complementos muy buenos a la fotografía aérea. Hasta el
momento, se cuenta con imágenes satelitales que tienen una resolución de 1 m2.
(Ver Imagen de San Francisco - CA).
A este prodigio técnico de imágenes se le suma la información digital contenida
en bancos de datos conformando lo que actualmente se denomina "cartografía
inteligente".
Con esta herramienta se pueden hacer consultas en la misma pantalla de la
computadora. Por ejemplo, si en la imagen que tenemos en la pantalla marcamos
un camino, la computadora nos informará su ancho, su estado, si es asfaltado o
no, distancias entre puntos y peso de vehículos que aguanta, etc.
Los avances meteorológicos alcanzados hasta el presente han permitido generar
una variada gama de aplicaciones, dando lugar a la presentación de servicios en
temas como los de emergencias agropecuarias, análisis de las características
productivas de establecimientos agropecuarios y forestales de cultivos,
mensuras, diseño de canales de drenaje, etc.
Recientemente estas aplicaciones se han visto complementadas con otras
desarrolladas con partes de satélites meteorológicos (con menor resolución
espacial pero mayor frecuencia de visita), como son las estimaciones de biomasa
de cultivos y pastizales, heladas, sequías, etc. Para esto se cuenta con los
satélites GOES, NOAA, Meteosat y SEAWIOFS en alta resolución, entre algunos.
Imagen de resolución de 1 metro del centro de la ciudad de San Francisco, con
un zoom alrededor del edificio TransAmerica
APLICACIONES DE LAS IMÁGENES
SATELITALES
Hoy en día disfrutamos de la oportunidad de aprovechar de imágenes satelitales
para una gran variedad de aplicaciones:
- capa base de catastro - uso GIS de municipios
- desarrollo y planificación urbano
- planificación / administración de uso de suelos
- infraestructura - teléfono, alcantarillado, agua potable, electricidad, gas
etc.
- alineamientos - carreteras, canales, tuberías etc.
- recursos naturales - forestales, petróleo, minería etc.
- investigación ambiental - cuencas hidrológicas, planos de inundación,
vegetación
- agricultura - "agricultura de precisión," clasificación de cultivos
etc.
- negocios o geografía empresarial - bienes y raíces, turismo, seguimiento de
vehículos, espionaje industrial etc.
- respuestas rápidas a desastres naturales / emergencias
- asuntos militares
- estimación de superficies de cosecha
- etapa de crecimiento en que se encuentra el cultivo
- evaluación de enfermedades de los cultivos
- estudios geológicos de acuerdo con la conformación del terreno
- tomando imágenes satelitales periódicas se evalúa cómo evoluciona una
inundación o un incendio
- erosión hídrica y eólica
- polución de los cursos de aguas
y otras aplicaciones que aún están siendo definidas.
INTERPRETACIÓN DE LAS IMÁGENES SATELITALES
Las imágenes satelitales son tomadas por diferentes canales, cada uno de
ellas para analizar, bajo diferentes puntos de vista, la misma situación.
Estos son:
Visible
Las imágenes en el espectro visible representan la cantidad de luz que es
reflejada hacia el espacio por las nubes o la superficie de la tierra. El agua
y la tierra sin nubes son normalmente oscuras, mientras que las nubes y la
nieve se presentan brillantes. Las nubes espesas son más reflectivas y aparecen
más brillantes que las tenues. Sin embargo, en estas imágenes del espectro
visible es difícil discernir entre nubes altas y bajas. Para esto son útiles
las imágenes de satélite en el infrarrojo. Las imágenes en el espectro visible
no se pueden obtener en ausencia de luz solar.
Infrarrojo
Las imágenes del infrarrojo representan la radiación infrarroja emitida por las
nubes o la superficie de la tierra. En realidad, son medidas de temperatura. En
una imagen infrarroja, los objetos más calientes aparecen más oscuros que los
fríos. Las zonas sin nubes serán normalmente oscuras, pero también las nubes
muy bajas y la niebla pueden aparecer oscuras. Casi todas las otras nubes se
presentarán claras. Las nubes altas son más claras que las bajas.
Vapor de agua
Las imágenes de vapor de agua representan la radiación infrarroja que es muy
modificada por la influencia de la atmósfera sin nubes. Son útiles para indicar
zonas de aire húmedo y seco. Los colores oscuros indican aire seco, mientras
que un blanco más brillante indica que el aire es más húmedo.
CASO PRÁCTICO: IMÁGENES METEOSAT
Debido a la gran cantidad de satélites meteorológicos existentes, para analizar
las imágenes satelitales, nos enfocamos en un satélite en particular: el
METEOSAT. Sin embargo, todo lo descrito para éste también aplica para el resto
de los satélites meteorológicos, con ciertas variaciones características para
cada uno en particular.
Descripción del satélite
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Antes de pasar a describir
las imágenes transmitidas por el METEOSAT, conviene saber algo acerca de cómo
es y cómo funciona. |
Muchas veces se suele hablar de la
"fotografía" enviada por el Meteosat. Realmente el mecanismo de toma
de imágenes es más complejo, el satélite gira constantemente sobre si mismo a
100 revoluciones por minuto, es decir que sus sensores barren la tierra de
Oeste a Este. A la vez, la óptica en cada barrido Oeste-Este apunta un poco más
al norte, con lo que poco a poco se va cubriendo todo el planeta. Un barrido
completo dura 25 minutos, así la imagen que vemos no es exactamente una
instantánea, los puntos al sur del planeta fueron tomados unos 20 minutos antes
que los del norte. El proceso de estabilización y calibración del satélite tras
tomar una imagen dura 5 minutos. La mejor resolución temporal que puede
obtenerse con el Meteosat es de una imagen cada media hora.
Características de las imágenes
Las imágenes METEOSAT son en Blanco y negro, sus matices de gris dan mucha e
importante información. De hecho esas imágenes son las que se usan para
distinguir los diferentes tipos de nubes.
Se toman tres tipos diferentes de imágenes (una por cada sensor):
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visible |
infrarojo |
vapor de agua |
Nota: Las resoluciones observadas en las explicaciones son
las máximas que toma el satélite. Las imágenes difundidas por Internet suelen
estar en una resolución mucho menor debido a procesos posteriores (ya que si
uno quiere las imágenes a resolución plena tiene que pagar...). Las imágenes
aquí mostradas tendrán una resolución de más o menos 8 Km. por pixel a la
altura de España. Realmente tienen algo menos debido a la compresión jpg con
las que se obtienen de Internet.
UTC
Antes de continuar con el análisis de imágenes satelitales, es importante
conocer el concepto de Tiempo Universal Coordinado (UTC), el cual se usa como
hora de referencia en la toma de imágenes satelitales.
UTC (Universal Time Coordinated), es el estándar de tiempo internacional. UTC
es equivalente tiempo solar medio en el meridiano primero (longitud 0°), expresado
antes en el GMT (Greenwich Mean Time). Es también equivalente al hora Z (Zulu
time). Cuando es 0 UTC, es medianoche en Greenwich (Inglaterra), en la línea
meridiana de la longitud cero.
UTC se calcula en el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) que
empiezan con los datos de aproximadamente doscientos relojes, distribuidos en
casi cincuenta laboratorios nacionales.
Time Service Department, U.S. Naval Observatory, (USA), da UTC en tiempo real.
Análisis de Imágenes Satelitales tomadas por el METEOSAT
Las imágenes que se muestran a continuación fueron tomadas por el METEOSAT en
las fechas y hora indicadas, bajo las características de Visible e Infrarrojo.
Estas están orientadas a la observación de formaciones nubosas sobre las
regiones indicadas. Las cuales permiten pronosticar los estados del tiempo.
Cirros, contrastes de tierra - mar
24 de junio de 1999 16:28 UTC
Una tira del cirros cruza el área del noroeste al sudeste. Son nubes finas con
una reflectividad pequeña en visible. No aparecen claramente en la imagen
visible. Aparecen mucho más brillantes en infrarrojo porque, hecho del hielo,
son muy fríos. El mar es más brillante que la tierra en la imagen infrarroja
porque este, a finales de la tarde, es más frío. El mar es más oscuro que la
tierra en la imagen visible, porque absorbe más la radiación solar.
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imagen visible |
imagen infrarroja |
Nubes altas, mar, montañas, bosques
20 de junio de 1999 13:59 UTC
Sudoeste de Francia por un día de calor de junio. En la imagen infrarroja, la
tierra caliente aparece muy oscura mientras que el mar (en la izquierda de la
imagen), más frío, es más brillante. En el fondo de la imagen, los Pirineos son
también más brillantes que el llano porque la tierra es menos caliente. En la
imagen visible, el mar es más oscuro que la tierra, porque absorbe más la
radiación solar. De la misma manera, el bosque de Landes aparece más oscuro que
las regiones circundantes. Las nubes en el mar, son blancas en la imagen
infrarroja. Eso significa que son frías, y son así nubes altas. En la imagen
visible, estas nubes no son fáciles de ver: son nubes finas. Son probablemente
cirros.
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imagen visible |
imagen infrarroja |
Nubes altas y bajas, stratus, niebla
5 de setiembre de 1999 13:45 UTC
Sur del Mar del Norte. En la imagen visible, una tira de las nubes aparece a lo
largo de Inglaterra. El cielo está claro en el resto del mar, excepto una
pequeña medialuna de nubes arriba de la imagen. En la imagen infrarroja, la
tira de las nubes a lo largo de Inglaterra está solamente levemente más clara
que el mar. La temperatura de la cima de estas nubes no es mucho más fría que
la temperatura del mar. Eso significa que son nubes bajas, probablemente
stratus o niebla. Por otra parte, la pequeña medialuna de nubes arriba de la
imagen, aparece definitivamente más blanca que el mar, ellos es así nubes más
altas.
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imagen visible |
imagen infrarroja |
Nubes de la onda, cumulonimbus
17 de mayo de 1999 18:18 UTC
Sur de Francia. Abajo derecho, éste es el mar Mediterráneo. Una depresión
meteorológica arriba de España genera un viento sur o suroriental arriba de los
Cevennes, que da lugar a las nubes de la onda. Ésos son visibles en el mismo
tiempo en las imágenes visibles e infrarrojas, en la dimensión de una variable
de dos tiras levemente divergentes (en el centro de las imágenes). En la
izquierda de las imágenes, hay nubes de la tempestad de truenos: cumulonimbus.
Discos muy blancos en la imagen infrarroja, porque su cima, muy alta, es muy
fría. Estas nubes de la extensión vertical grande tienen una sombra
significativa que se pueda ver en la imagen visible en la luz de la tarde.
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imagen visible |
imagen infrarroja |
Frentes fríos, chaparrón, contrastes
del tierra - mar
5 de junio de 1999 08:15 UTC
Un frente frío acaba de pasar concluido el noroeste de Francia. Detrás del
cielo está casi claro. La sombra de la tira nublada aparece en la imagen
visible. Un frente frío secundario acerca a Bretaña. El contraste termal es más
significativo: hay muchas nubes de chaparrón detrás de este frente secundario.
El mar no se diferencia de la tierra en la imagen infrarroja: sus temperaturas
respectivas deben ser casi iguales. Por otra parte, en la imagen visible, el
mar es mucho más oscuro que la tierra, porque no refleja la radiación solar como
lo hace la tierra.
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imagen visible |
imagen infrarroja |
Otras Imágenes Satelitales
1. Tomadas por NOAA
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Imagen Visible del Huracán Hugo tomada en el Atlántico |
Huracán Fred después de tocar tierra.Photo Date: 9/12/79 22Z |
2. Tomadas por GOES-9 (Ejemplo de Imagen de Vapor de Agua)
El canal de Vapor de Agua en GOES responde a niveles medios y altos de la
atmósfera. Sin embargo, el nivel de presión de máxima respuesta varía con el
perfil atmosférico, cercano a 400 mb. Por lo tanto este canal es útil para
analizar patrones de flujo en general, incluyendo altas y bajas, corrientes de
aire, y fenómenos a niveles altos.
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31 de Mayo 1996. 1200 UTC Imagen de Vapor de Agua. En esta imagen se observa como se distingue una masa de aire en el canal de vapor de agua, que tiene forma de una "coma". Los pixels blancos y morados en el oeste del estado de Colorado están asociados con las nubes causadas por el movimiento ascendente vertical en el lado noroeste de la masa de aire. Este tipo de movimiento es un proceso de enfriamiento que puede crear lapso ascendente, lo cual es favorable para la formación de tormentas. El levantamiento frontal de la masa de aire, parece haber ayudado en la iniciación de tormentas (una de ellas con carácter de tornado) en el este de Colorado, en momentos más tardes del mismo día. |
CENTROS DE RECEPCIÓN DE IMÁGENES SATELITALES
Existen centros de recepción de imágenes satelitales donde distintos tipos de
usuarios adquieren estas imágenes, a un determinado precio, para múltiples
propósitos. Uno de ellos, tomado como ejemplo del funcionamiento de los mismos,
es el Centro de Recepción de Imágenes Satelitales (CRIS). Funciona en el Centro
Nacional Patagónico (CENPAT) merced a un convenio entre la Comisión Nacional de
Actividades Espaciales (CONAE) y el CENPAT (CONICET).
Su función es la de recibir, normalizar y catalogar imágenes satelitales NOAA
AVHRR y atender las solicitudes de dichas imágenes presentadas por los
potenciales usuarios de las mismas. Tales usuarios podrán ser organismos
privados o estatales relacionados con actividades científicas, educativas o de
la producción, como así también cualquier persona con interés en el uso de
imágenes satelitales.
Cualquiera sea el caso se deberá informar del uso que se hará de las mismas.
Características De Las Imágenes Recibidas
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Se reciben y almacenan imágenes de los satélites NOAA12 y NOAA14 diariamente que tienen un ángulo mayor a los 45°. Los límites aproximados de las mismas son: vértice superior izquierdo 76°W, 20°S y vértice inferior derecho 50°W, 60°S. Cada imagen ocupa aproximadamente 76Mb. Esta es una imagen de baja resolución Quick look de una sola banda.. |
ALGUNOS SITIOS DE INTERES PARA MAYOR
INFORMACIÓN SOBRE IMÁGENES SATELITALES
Monitoreo volcánico:
http://www.cenapred.unam.mx/mvolcan.html
Otros sitios con imágenes:
http://visi.net/~tomgay/1weatherlinks.html#IWINHeadline
http://www.weatherimages.org/index.html
http://www.accuweather.com/adcbin/index
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
http://www.ddnet.es/personales/beleng/davis/index.html
http://explorador.lander.es/Ciencia/Tierra/Meteorologia/
http://www.cira.colostate.edu/ramm/advimgry/toc.htm
FICHA BIOGRAFICA
Ingeniero de Sistemas, graduada en la Universidad Metropolitana, Caracas,
Octubre de 1.992. Actualmente trabajo en la empresa ISC-Bunker Ramo, dedicada a
la entrega de Soluciones Bancarias en sistemas. Areas de interés profesional:
Telecomunicaciones.