Algunas applicaciones marinas de la teledetección aérea y...

MARINF/70 Paris, Junio 1992 Oriainal: inalés

ORGANIZAClON DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA EDUCACION, LA CIENCIA Y LA CULTURA

Formación y Educación en Ciencias del Mar (TREDMAR)

ALGUNAS APLICACIONES MARINAS DE LA TELEDETECCION AEREA Y ESPACIAL

Un módelo de aprendizaje sobre base informática

Por R.D. Callison, I.S. Robinson, D.A. Blackburn,

A.P. Cracknell y D.L. Cummings

Esta traducción es una contribución de J. Morales y colaboradores Escuela-Taller, Lepe, Huelva, España

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Algunas Aplicaciones Marinas de la Teledetección Aérea y Espacial

- Un módulo de aprendizaje sobre base informática -

Lecciones por: R.D. Callison', I.S. Robinson2, D.A. Blackburn3y A.P. Cracknel14

Programa por: R.D. Callison

Editado por : D.A. Blackburn y D.L. Cummings3

Proyecto Dirigido por: D.A. Blackburn y D.G. Troost5

Pharos Scientific Ltd., Prospect Business Centre and Technology Park, Dundee, DD2 lTY, U.K.

Dept. of Oceanography, University of Southampton, SO9 5NH, U.K.

Bureau International des Poids et Mesures, Pavillon de Breteuil, 92312 Sèvres, Francia.

Dept. of Applied Physics and Electric & Manufacturing Engineering, University of Dundee, Dundee, DD1 4HN,. U.K.

TREDMAR Programme, UNESCO, 1 rue Miollis, 75732 Paris Cedex 15, Francia.

Las designaciones empleadas y la presentación del material de este documento no implica la expresión de ninguna opinión por parte de la UNESCO concerniente al estatus legal de ningún país, territorio, ciudad o área o de sus autoridades, o con respecto a la delimitación de sus limites o fronteras. Las ideas y opiniones expresadas son de los autores y no necesariamente representan los puntos de vista de la UNESCO.

Publicado en 1992 por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, 7, Place de Fontenoy, 75352 Paris 07 SP, Francia. Impreso en los Talleres de la UNESCO.

@ Unesco 1992 Impreso en Francia

Este texto y los discos que lo acompañan pueden ser copiados únicamente para fines educativos, no comerciales. El Programa BILKO puede ser usado para la creación de lecciones u otros productos, que podrán ser publicados en la presente serie Marinf 0 en cualquier otra, previa consulta con UNESCO-TREDMAR.

INDICE

Introducción.............................................l

Sección 1: Tutor de introducción: El Programa BILKO de procesado de imágenes......................3

Sección 2: Lecciones Prácticas en Oceanografía por Satélite.....................................21

Sección 3: Ejercicio de Temperatura Superficial del Agua de Mar..................................77

Sección 4: Acciones Ulteriores.........................101

Apéndices..............................................109

Algunas Aplicaciones de la Teledetección Aérea y Marina

INTRODUCCION

Este paquete de material en texto y discos fue preparado como parte del programa de la UNESCO para la educación y entrenamiento en ciencias marinas (TREDMAR). Para el presente trabajo se plantearon dos tareas: (1) poner a disposición una herramienta para la interpretación de datos teledetectados, que permita enseñar este tema usando terminales de bajo coste, en lugar de equipos especializados, y entonces (2) proporcionar un medio por el cual, aquellos interesados en la enseñanza de la oceanografia puedan intercambiar, evaluar, criticar y mejorar las lecciones basadas en esa herramienta.

Dos resultados se han derivado del proyecto. Uno es el seguimiento del programa de procesado de imágenes y el segundo una serie de lecciones basadas en ese programa. Ambos están descritos en este documento.

El nombre de este programa de procesado de imágenes es BILKO. Proporciona un fácil acceso del usuario a datos de imágenes de sensores de satélites y de plataformas aéreas, así como la oportunidad para un amplio manejo de las imágenes. BILKO es dirigido por un sistema de menús y está totalmente apoyado por instrucciones de ayuda, lo que lo hace adecuado para el uso de estudiantes que no tengan experiencia previa con ordenadores. Los trabajos que se pueden realizar son los apropiados para el análisis e interpretación de imágenes del océano.

Para hacer funcionar BILKO, el mínimo de equipo requerido es un ordenador personal IBM o compatible actuando MS-DOS con 512 K de memoria RAM y una disquetera que. admita discos de 360 K. Debe estar dotado con un monitor color y un adaptador gráfico (tarjeta gráfica) con el estándar EGA. Es más fácil usar el programa con un equipo que tenga dos disqueteras o incluso mucho mejor, un disco duro. Con el presente folleto se suministra un disco de 1.2 Mbyte de formato 5 114” que contiene el programa BILKO. Las lecciones de demostración ocupan otros cuatro discos.

Las lecciones que usan BILKO están basadas en datos de imágenes acoplados a un el texto educativo. Las que están descritas en este folleto, están diseñadas para llevar a los estudiantes a través de una secuencia de trabajos, que muestran

-l-

la interpretación de datos de imágenes marinas. Dado que los usuarios son estudiantes de ciencias marinas, el mayor énfasis se ha puesto en la aplicación de los datos, más que en la comprensión de los procesos físicos. Con este fín, la mayoría de las imágenes han sido pre-procesadas originales de los satélites,

a partir de los datos

calibrados de en forma de conjuntos de datos

las variables oceánicas y reelaborados en coordenadas geográficas, eliminando la distorsión de la visión geométrica.

El contenido de este folleto está dividido en tres secciones principales. En ellas se incluyen: un tutor de introducción al BILKO, siete lecciones prácticas de oceanografía por satélite; y una hoja de cálculo de demostración sobre como crear una imagen calibrada a partir de datos originales.

La sección 1 es una introducción al BILKO. En ella se listan los comandos del programa y se ilustra su uso. Esta es una sección clave de referencia para todas las lecciones que se derivarán de ella.

Las lecciones desarrolladas por los alumnos del tercer curso de la Universidad de Southampton, forman el conjunto de la segunda sección. Estos son los elementos prácticos de un Curso de Oceanografía desde el Espacio diseñado para no especialistas, con conocimientos de física, química y biología. Aunque ha sido diseñado para ser estudiado en serie, el texto se ha estructurado de forma que las lecciones sean independientes. De esa forma pueden ser copiadas y editadas para uso individual durante las sesiones prácticas.

Un tipo diferente de lección se incluye en la Sección 3. La única lección está diseñada para estudiantes de física que deseen explorar, con mayor detalle, uno de los procedimientos utilizados para imágenes calibradas usadas en oceanografía por satélite. En ella se muestra como la temperatura superficial del agua del mar es calculada a partir de datos originales, generados por un escáner infrarrojo.

La sección final de este folleto, va dirigida a profesores que deseen tomar parte en las fases futuras del actual programa UNESCO. Se sugieren algunos medios con los que de forma individual se puede tomar parte en el programa, relaciona los contactos que desean ayudar en la inclusión de nuevas lecciones en formato BILKO e indica algunas maneras en las que el programa puede ser distribuido. Una respuesta decidida y positiva a las ideas expuestas en la Sección Acciones Ulteriores, llevaría al desarrollo de una red de cooperación entre los profesores en teledetección marina, permitiendo, para beneficio mutuo, el intercambio de ideas, técnicas y materiales. Por último, este ha sido el motivo en el cual se apoyó la preparación del presente módulo, que podría llegar a ser el primero de toda una serie.

-2-

SECCION 1

TUTOR DE INTRODUCCION:

EL PROGRAMA DE PROCESADO DE

IMAGENES BILKO

-3-

TUTOR DE INTRODUCCION: El programa de procesado de imágenes BILKO

Finalidad de la Lección

Introducir el concepto de análisis de imágenes y demostrar una serie de operaciones por medio las cuales, características particulares de una imagen pueden ser puestas de manifiesto.

Objetivos específicos

Al finalizar esta lección, los estudiantes habrán aprendido:

l.- A cargar el paquete BILKO e imágenes digitales para su análisis.

2.- A seleccionar y aplicar el análisis de imágenes, así como las rutinas de modificación del sistema BILKO.

3.- A leer el valor del pixel para una coordenada dada; a visualizar e interpretar el histograma de la imagen cargada; a efectuar modificaciones simples de una tabla de visualiza- ción, para realzar las características particulares de una imagen; a seleccionar los colores mostrados en una imagen; a modificar una imagen para elegir zonas determinadas, aplicando transformaciones que refuercen o disminuyan gradientes; a representar transectos entre puntos elegidos de una imagen; a combinar imágenes de una escena única usando datos de una imagen para seleccionar, o de otra forma modificar, lo que se observa en otra.

4.- A llamar los archivos de ayuda cuando se esté en duda sobre cualquier procedimiento de manejo de la imagen.

Información Previa y Acuerdos de Anotación

BILKO es un sistema de procesado de imágenes desarrollado para usarse con hojas de cálculo y lecciones de aplicaciones oceanográficas de la teledetección. Sus rutinas pueden ser aplicadas al análisis de cualquier imagen e incluye muchas funciones estándar del procesado de imágenes. Sin embargo, no ha sido diseñado para competir en potencia, velocidad y versatilidad con sistemas comerciales de procesado de imágenes: Es una herramienta de bajo coste, deliberadamente optimalizada para ayudar a los estudiantes a aprender las técnicas de teledetec- ción.

-5-

Para empezar, se familiarizará al estudiante con todas las opciones y anotaciones usadas para seguir la demostración.

Para usar los programas se requerirá un ordenador estándar IBM PC o uno compatible, un monitor en color, una capacidad gráfica EGA y una disquetera de 5 114" 1.2 Mbyte.

Todos los archivos necesarios para hacer funcionar esta demostración se encontrarán en el disco 1. Si se han copiado en el disco duro, se observará que ocupan unos 800 K de espacio.

En esta lección se le solicitará su aportación con los nombres de archivos e introduciendo instrucciones por medio del teclado de su ordenador. Por lo que para ser explícito en la forma de dar las instrucciones se usará, en este tutor el siguiente convenio tipográfico:

Nombres de teclas

Los nombres de las teclas estarán indicados completos (ejemplo <ESCAPE>, <ENTER>, <CONTROL> y aparecen en mayúsculas. En su teclado la tecla de bloqueo de mayúsculas puede abreviar los nombres o representarlos de forma ligeramente diferente.

Teclas de dirección

Las teclas de <DIRECCION> son las cuatro teclas con flechas de su propio teclado. El nombre de la tecla individual se refiere a la dirección hacia donde apunta la flecha: Ejemplo las teclas <ARRIBA>, <ABAJO>, <IZQUIERDA> y <DERECHA>. Los pares de teclas son, a veces, indicados como <VERTICALES> y -cHORIZONTALES. LaS teclas de <DIRECCION> se utilizan para mover la selección, el cursor o el lugar de inserción en la pantalla.

¿QU~ escribir?

Cualquier cosa que sea necesaria escribir será impresa en itálica. Por ejemplo, si se le pide que escriba un archivo llamado MYVUE.LUT, lo que se escribe es mostrado en itálica: myvue.lut. (Este nombre de archivo se muestra en minúsculas ya que no importa si se escribe en mayúsculas o minúsculas).

Elección del menú

En BILKO la mayoría de las instrucciones se dan eligiendo una opción en un menú. El acuerdo adoptado aquí es que las opciones del menú se muestran en negrilla como, por ejemplo, Display Image e Histogram.

-6-

Comienzo

Para empezar el tutor se debe cargar y hacer funcionar el programa de control.

Actividad: Teclear Unesco <ENTER>

Pasando por una pantalla de crédito se tendrá acceso a la pantalla denominada Main Menu (Menú Principal).

A partir de este momento, usted controla el procesado de imágenes, desde dentro del programa.

Los Menús BILKO

El Menú Principal (Main Menu)

El Menú Principal es mostrado como texto blanco sobre fondo azul, con solo una de las 16 opciones coloreada en rojo. Las entradas representan opciones, indicando aquella en rojo la que se encuentra disponible para su selección inmediata. Cuando se muestra el Menú Principal sólo 7 teclas son activas:

l.- Teclas de <DIRECCION>: Usando estas teclas (<ARRIBA>, <ABAJO>, <DERECHA> e <IZQUIERDA>), se puede mover el

subrayado rojo entre las opciones del menú.

2.- <ENTER>: Pulsando esta tecla se selecciona la opción mostrada en rojo.

3.- <H> : Pulsando <H> se muestra una pantalla de ayuda relativa a la opción mostrada en rojo.

4.- <ESCAPE>: Pulsando esta tecla, se sale del programa regresando al DOS.

Tras efectuar la selección siempre se puede regresar al Menú Principal pulsando la tecla <ESCAPE>. La misma tecla proporciona el medio de retorno desde las pantallas de Ayuda. Observar que las pantallas de Ayuda proporcionan un amplio modo de conexión permanente, que está disponible en todo momento. La tecla <H> activa una pantalla que describe la opción seleccionada y/o las teclas disponibles para usar. Pantallas de ayuda muy largas pueden ser recorridas usando las teclas de flecha <ARRIBA> y aBAJo>.

-7-

Actividad: Familiarizarse con el menú y el teclado haciendo algunas selecciones. Comprobará que las teclas <HORIZONTAL,ES> mueven el subrayado rojo entre las columnas, mientras que las teclas <VERTICAI;ES lo hacen hacia arriba y abajo. Si se pulsa CH> aparecerá una descripción abreviada de los diferentes menús a elegir.

Intentar una o más selecciones usando la tecla <ENTER>. Encontrará que la mayoría dan mensajes de error o bien solicitan el nombre de un archivo. Esto es debido a que todavía no se ha cargado una imagen. Se puede regresar al Menú Principal usando la tecla <ESCAPE>.

Observar que si usa dos veces la tecla <ESCAPE>, se abandonará el programa, debiendo reiniciarse el procedimiento de arranque.

Usando las Opciones del Menú

Para hacer uso del programa BILKO es necesario proporcionar una imagen sobre la que realizar las operaciones disponibles.

Actividad: Regresar al Menú Principal. Seleccionar Load Image (= Cargar Imagen) y pulsar la tecla <ENTER>. Aparecerá un recuadro verde en el que se solicita el nombre de un archivo. Escribir entonces:

eire4 cENTER>

Se verá entonces un mensaje de Image Loading (= Cargando Imagen) seguido por un retorno al Menú Principal. (Si se comete un error en el nombre del archivo, el programa no podrá encontrar el archivo. Lo que le será comunicado, pudiendo volver a intentarlo).

Con el programa funcionando y con una imagen cargada, se puede empezar a explorar las capacidades del programa BILKO. El resto de esta sección introduce individualmente las opciones del Menú Principal una por una.

Las opciones ofrecidas en el Menú Principal son:

Load image Load LUT Load palette Display image Histogram Modify LUT Modify image Modify palette

Save image Save LUT Save palette Cursor Print image Multi image Transect Undefinided

-8-

1. Load Image (Cargar Imagen)

La opción Load image copia una imagen desde un disco en la memoria RAM, siendo esta una acción primaria esencial. Esto es lo que se hizo en la Actividad anterior. Una vez elegida, aparece un recuadro verde solicitando el nombre del archivo. En este momento se puede cargar cualquier imagen. La que usaremos es la llamada EIREI.

(Si se comete un error en el nombre del archivo, el programa no podrá encontrar el archivo, lo que nos será comunicado, para poder intentarlo de nuevo). Una vez que la imagen ha sido cargada en la memoria RAM, regresar al Menú Principal. Observar que esta opción no muestra una imagen: Carga la imagen y la hace disponible).

2. Display Image (Visualizar Imagen)

Esta opción permite visualizar en pantalla la imagen cargada.

Actividad: Elegir Display image para mostrar EIREI.DAT. Se observará una imagen térmica en falso color del Noreste de Irlanda y del Canal Norte que une el Oceáno Atlántico y el Mar de Irlanda.

A la derecha de la pantalla aparecerá un termómetro indicando la temperatura relativa de los colores mostrados: Negro es el más bajo y blanco el más alto. La imagen mostrada, permanecerá en pantalla hasta que se pulse cualquier tecla para regresar al Menú Principal. Pulsar cualquier tecla. Aparecerá el Menú Principal.

3. Cursor (Cursor)

La opción Cursor permite determinar las coordenadas de la imagen, el valor del pixel y el valor del color de cualquier pixel individual que sea mostrado. Todas las imágenes almacenadas en disco lo están en formato 8-bit, de manera que el valor del pixel para cada coordenada de imagen estará comprendido en el intervalo O-255. La relación de esos valores con la medida física variará, según el tipo de imagen que se esté mostrando.

-9-

Actividad: Seleccionar la opción Cursor. Aparecerá un cursor amarillo en la pantalla, detalles de su posición y valor del pixel son indicados en la parte inferior de la pantalla. El cursor está inicialmente situado en (x, y) = (171, 85) en EIREQ.DAT y el valor del pixel en este punto es de 146. Esto corresponde al color 9 en la tabla de visualización (LUT), la cual define el modo en el que cada uno de los 16 colores visibles son asignados a un intervalo de valores de pixel. Usar las teclas de flecha para mover el cusor sobre la imagen.

Pulsar, alternativamente, la tecla <BLOQUEO DE MAYUSCULAS para mover el cursor de forma individual, o en saltos de 20 pixels. Desplazar el cursor a la esquina izquierda de la imagen, en el área verde clara representada como color 10. Mover el cursor sobre esa sección verde y observar como no cambia el número del color, pero sí lo hace el valor del pixel. Salir ahora de la opción cursor: Pulsar <ESCAPE>. Esta última observación nos lleva al siguiente apartado de este tutor.

4. Load LUT (Cargar LUT)

El punto final de la última sección es importante: Cada color en una imagen cubre un intervalo de valores de pixel. El tipo de color que es usado viene determinado por el modo en que la tabla de visualización (Look up Table - LUT), es representado sobre los valores de pixel. Detalles de una característica particular pueden ser realzados representado un intervalo diferente o l'extensiónll distintos.

de los valores de pixel en colores

Actividad: Elegir la opción Load LUT e introducir el nombre del archivo EIREQ.STR. Regresar al Menú Principal y seleccionar Display Image. Observar como las zonas de tierra son mostradas en negro y como se ven muchos detalles en las áreas de agua. Observar como el termómetro que muestra la LUT actual ha sido modificado con relación a la LUT que aparece por defecto en el programa.

Actividad: Recuperar la extensión original usando la tecla <ESCAPE>. Elegir Load LUT e introducir el nombre del archivo DEFAULT.STR. Usar Display Image para mostrar que la imagen ha recuperado su aspecto inicial.

El uso de tablas de visualización (LUT) es un aspecto importante en el procesado de imágenes y será tratado de nuevo en la opción Modify LUT. Sin embargo, para apreciar lo que se puede hacer, primeramente se debe introducir la opción Histogram.

- 10 -

5. Histogram (= Histograma)

La opción Histogram muestra un histograma en el que se indica el número, f(N), de pixels en la imagen cargada que tienen un valor dado de pixel frente al conjunto de valores, N, que un pixel puede tomar un pixel. Usando las flechas horizontales, se puede mover una linea verde a través del histograma; la frecuencia correspondiente a los valores de los datos en la imagen es mostrado en la parte inferior. Las estadísticas de imagen vienen indicadas en la parte superior del histograma. La linea amarilla en el histograma indica el valor medio. Observar que elhistogra- ma de EIREI.DAT es esencialmente bimodal. Los valores más bajos representan pixels de tierra y los más altos pixels de agua.

Pregunta 1. Introducirse en la opción Histogram y usar las teclas de flecha horizontales.

1.1. ¿Qué valor de pixel es el que se encuentra más frecuentemente en el pico más pequeño del histograma mostrado?.

1.2. iCual es el mayor número de pixels que tienen un valor único en el histograma mostrado?.

6. Modify LUT (Modificar LUT)

La opción Modify LUT contiene un sub-menú que ofrece tres opciones: Histogram equalization (Ecualización del histograma), Linear stretch (Extensión lineal) y Manual stretch (Extensión manual).

Tal como sucede con el Menú Principal, usar las teclas de flecha para cambiar la opción mostrada en rojo y la tecla <ENTER> para seleccionar esa opción. Todas las opciones pueden usarse para modificar la LUT actual, en función de los valores de pixel.

Histogram equalization es una extensión automática del contraste, lo que permite, asignar áreas de visualización aproximadamente iguales a cada uno de los 16 colores disponibles en la imagen. Esta opción da una buena visión de la imagen, sin revelar detalles a pequeña escala.

Pregunta 2: Ejecutar la opción Histogram equalization y observar la imagen resultante y el termómetro. ¿Cómo es esta extensión comparada con la EIRE4.STR cargada anteriormente?

- 11 -

La opción Linear stretch permite elegir dos puntos entre los cuales se lleva a cabo una simple extensión lineal. El punto inferior define el valor del pixel por debajo del cual todos los demás serán equiparados al 255 (blanco). Entre esos dos puntos, la LUT representa linealmente los valores de pixel.

Actividad: Seleccionar Linear stretch: Se mostrará un histograma. Ajustar el límite superior de la extensión activando el <BLOQUEO MAYUSCULAD y mover las teclas de flechas de forma apropiada, con ello moveremos el cursor rojo, a mano derecha, a través del histograma. Para situar el límite inferior de la extensión desactivar el <BLOQUEO MAYUSCULAS> y usar las teclas de flechas horizontales para mover el cursor azul, situado a la izquierda, a través del histograma. Pulsar <ENTER> al finalizar, y responder N cuando se le pregunte si desea superponer la extensión. Recordar que se puede pulsar <H> en cualquier momento para solicitar ayuda sobre lo que está haciendo.

Visualizar el resultado de las siguientes extensiones

1. Límites en 0 y 60 2. Límites en 135 y 175

Estas extensiones muestran lo importante que es usar la LUT correcta para un trabajo detallado. En la extensión 1, la tierra es realzada, mientras que el agua es saturada; en la extensión 2, se da el caso contrario.

La opción Manual stretch, permite seleccionar los valores de pixels (o intervalos de pixels) en los que los colores serán representados, es decir, el usuario crea su propia LUT. Esta opción tiene posibilidades que van más allá de las necesidades del presente tutor.

Observar que el resultado de ejercitarse en la elección de las opciones de Modify LUT es producir pantallas de diferentes tipos. Histogram equalization produce una imagen; Linear stretch da un histograma con control en la selección de los límites; Manual stretch muestra un histograma representado frente a la paleta de colores.

7. Modify palette (Modificar paleta)

A través de la opción Modify palette pueden seleccionarse los colores usados en una imagen. Observar que esta es realmente una elección de color: No altera el modo en el que los valores de pixel son representados en colores por medio de la LUT. Inicialmente, está cargada una paleta por defecto de 16 colores, aunque se es libre de cambiarla, pudiendo elegir cualquier serie de 16 colores entre los 64 disponibles.

- 12 -

Esta opción permite una considerable libertad para elegir los colores usados en las imágenes. Queda claro que una paleta bien organizada realza, considerablemente, la capacidad de interpretar una imagen visualizada. Las opciones MoUify LUT y Modify palette juntas dan un control completo sobre como son representados los valores de pixel y que colores son usados en una representación particular.

En el vocabulario del procesado de imágenes, cada uno de los 16 colores elegidos es asignado a una banda de valores de pixel, es decir, un único color es asignado a cada pixel cuyo valor esté comprendido entre los límites definidos por la LUT. A los colores le son asignados números, con el 0 correspondiendo al negro y el 255 al blanco.

Cuando seleccione la opción Modify palette podrá ver la imagen cargada, y una columna a la derecha con 16 bandas horizontales de color. Por debajo de la imagen hay un recuadro marcado como slot y otro como colour.

Cuando en la opción Modify palette se usan las teclas de flechas verticales, se mueve un marcador arriba y abajo de la columna coloreada y al mismo tiempo asciende o desciende el número en el recuadro del slot. El uso de las flechas horizontales cambia el color en la banda marcada de la columna vertical y el número en el recuadro colour. También se observa un cambio inmediato en el color de la imagen.

Actividad: 1. Seleccionar la opción Modify palette y crear su propia paleta. Mirar los cambios en la imagen.

2. Tratar de formar una paleta con un sentido de progresión en ella - quizás con los colores del espectro - y ver si puede identificar un modelo en la imagen.

3. Salir al Menú Principal y seleccionar Modify LUT. Seleccionar después Manual stretch. Veremos las 16 bandas (slots) mostradas horizontalmente por debajo del histograma. Las bandas son de una longitud variable dependiendo de la &JJT que está activa. Seleccionar ahora Histogram Equalization en la opción Modify LUT y regresar a Manual stretch: Se verán ahora los colores como bandas iguales.

- 13 -

Observar en los ejercicios anteriores que la pantalla de Ayuda siempre está disponible para indicar un modo de salir de apuros.

Pregunta 3: Cargar EIRE4.STR usando la opción Load LUT y EIRE4.PAL usando la opción Load palette. Observar la imagen. ¿Qué es lo que ve?

Actividad: Completar el ejercicio regresando a la paleta de color original. Salir al Menú Principal: Seleccionar la opción Load palette y cargar el archivo DEFAULT.PAL.

8. Modify image (Modificar imagen)

Cuando se elige esta opción aparece un sub-menú azul, mientras que el Menú Principal se torna verde. Las selecciones en este sub-menú se hacen, como anteriormente, moviendo el subrayado rojo hasta la opción deseada y pulsando <ENTER>.

Tal como sugiere su nombre, Modify image proporciona maneras de alterar la imagen residente en memoria. Las opciones son: Sub image (Sub-imagen), Smooth (Suavizado), Gradients (Gradientes) y Boom (Zoom).

Sub-image permite obtener una sub-imagen de aquella que se encuentra cargada y posteriormente tratarla como si fuese una imagen residente en memoria, es decir, la sub-imagen es tratada como si fuese una nueva imagen. Al acabar, la sub-imagen creada puede ser grabada en un disco, por medio de la opción Save image (Archivar imagen).

La opción Zoom permite que cualquier usuario seleccione una sección de la imagen residente en memoria y la amplie temporal- mente. Cuando aparece la imagen ampliada, también la hace un cursor, de manera que los valores de pixel puedan ser examinados.

Las opciones Smooth y Gradient actúan como filtros de paso bajo y paso alto respectivamente, tal como sugieren sus nombres. Estas opciones actúan sobre la imagen cargada.

Actividad: Aplicar Gradients a la imagen EIRE4.DAT. Seleccionar la opción Modify LUT y hacer una extensión del contraste con Histogram equalization. El borde entre las áreas de tierra y agua es delimitado, como lo son también los gradientes dentro de la propia zona de agua. Observar, por ejemplo, los gradientes térmicos asociados con el frente situado en la parte exterior de la Costa Noreste de Irlanda del Norte. Regresar al Menú Principal y seleccionar Histogram. Observar como la selección de la opción Gradients ha modificado el modelo bimodal original del histograma.

- 14 -

Pregunta 4: Cargar de nuevo el original de EIRE4.DAT y antes de hacer correr Gradients sobre ella, aplicar primero la opción Smooth. ¿Cual es el efecto de aplicar previamente Smooth?

9. Multi image (Multiimagen)

La selección de la opción Multi image produce la aparición de un sub-menú. Este tiene 4 opciones: Radiometric masking (Enmascaramiento radiométrico), Twoband ratioing (Relación entre dos bandas), Scattergram (Escaterograma) e Image arithmetic (Aritmética de la imagen). Tal como sucede en el Menú Principal las teclas de flecha cambian la opción mostrada en rojo, mientras que <ENTER> selecciona la opción.

Las opciones de este sub-menú difieren de las descritas anteriormente, ya que aqui se requiere la introducción de dos nombres de archivo de imagen.

Radiometric masking hace posible usar un intervalo de pixels seleccionado de una imagen, para enmascarar parcialmente una segunda. Esta opción es particularmente útil cuando están disponibles los canales visible e infrarrojo de la misma escena. En este caso, la imagen visible puede ser utilizada para identificar los límites tierra/agua y esta información ser aplicada a la imagen térmica, donde los bordes podrían ser más inciertos.

El programa requiere los nombres de dos archivos para realizar el enmascaramiento radiométrico. El primero es el del archivo que define la máscara, y el segundo el de la imagen que va a ser examinada.

El archivo máscara es cargado en memoria de forma que su histograma pueda ser analizado. Tras la introducción del segundo nombre de archivo, se muestra el histograma. Por debajo del histograma, se observan dos recuadros que indican el intervalo que va a ser enmascarado, desde cero hacia arriba, y el porcenta- je de la imagen que será enmascarado. Una vez seleccionada la máscara más adecuada pulsar <ENTER>. El segundo archivo de imagen es entonces leído en memoria y la máscara aplicada.

Una vez completado este proceso, el programa regresa al Menú Principal. Para visualizar la imagen enmascarada, seleccionar la opción Display image. El examen del histograma de una imagen enmascarada muestra que los valores enmascarados son ignorados en las estadísticas y en las extensiones ulteriores.

- 15 -

Actividad: Usar EIREZ.DAT como archivo de máscara y EIRE4.DAT como archivo de imagen. Intentar el valor 13 como intervalo a enmascarar. Se verá el enmascaramiento requerido de los datos de tierra. Ensayar algunas extensiones de los datos, para confirmar que sólo los pixels no enmascarados contribuyen a las estadísticas de la imagen.

La opción Two band ratioing efectúa una relación simple sobre el conjunto de datos de alguno de los dos archivos de imágen. Esto significa que el valor de pixel en la fila i y columna j de la primera imagen, o numerador, es dividido por el valor correspondiente de la fila i y columna j de la segunda imagen, o denominador, distinto de cero.

asumiendo que este segundo valor es El intervalo de las posibles relaciones se

sitúa entre los valores Rmín y R . donde R, es la relación entre el valor mínimo de la primer?%agen, div%ido por el valor máximo de la segunda imagen, y Rmáx está indefinido o bien es la relación entre el valor máximo en la imagen uno dividido por el valor más pequeño en la imagen dos. El límite superior es indefinido en casos donde el valor mínimo en la segunda imagen sea cero.

Para visualizar los valores determinados por la relación, se aplica un extensión lineal para representar las relaciones en el intervalo (0, 255). La representación se establece seleccionando los subintervalos apropiados en el numerador y el denominador. Esto se hace eligiendo una porción del escaterograma (ver más adelante para la explicación del escaterograma) de las dos imágenes. El numerador se situa en el eje de las X y el denominador en el eje de las Y. Los dos cursores definen los límites superior e inferior de la representación.

El cursor situado en la parte superior izquierda corresponde a Rnlín y es representado como cero, mientras que el cursor situado en la parte inferior derecha, representado por 255.

corresponde a Rtix y es Todas las relaciones fuera del intervalo

son representadas como cero ó 255 respectivamente. Se debe recordar que dos recuadros cualesquiera seleccionados en el escaterograma, que tienen el misma área y esos cuyos vértices se sitúen en la familia de líneas y = x + c, generarán líneas de representación similares.

Una vez seleccionado el intervalo más apropiado para la extensión, pulsar <ENTER>. Para completar el programa regresar al Menú Principal. La relación de las dos imágenes pueden ser visualizadas seleccionando la opción Display imagen.

- 16 -

La opción Scattergram (Escaterograma) genera una representa- cion bidimensional de la información correspondiente a dos imágenes seleccionadas. En ella los ejes toman valores entre cero y 255, y corresponden con los posibles valores de pixel de cada archivo de imagen. Un punto de la gráfica en la posición (x, y) indica que para una posición única (a, b) en los archivos de imagen, el valor x es tomado de la imagen 1, e y es tomado en la imagen 2. Esta opción permite al usuario el seleccionar una adecuada subregión de interés para el escaterograma.

Como conclusión, el escaterograma es mostrado pulsando o bien <ENTER> o la barra espaciadora, entonces la primera imagen puede se revisada y seleccionar una nueva región de interés.

La opción Image arithmetic permite al usuario efectuar una de las tres operaciones aritméticas simples, sobre un área de interés escogida y situada en uno de los archivos de imagen. Tras introducir los nombres de los archivos de las dos imágenes, aparece un sub-menú de opciones. Las tres posibilidades son: (i) addition (suma), (ii) average (media) y (iii) subtraction (resta). Una vez seleccionada la opción que se desee realizar, la primera imagen es mostrada.

Para aumentar la velocidad del proceso, es posible seleccionar una pequeña subregión de especial interés pero usando los cursores de los dos cuadrados. Puede ser necesario iniciar estos cursores pulsando <ENTER>. Un vez completado el programa, regresar al Menú Principal, donde la imagen resultante puede ser visualizada seleccionando la opción Display image.

10. Transect (Transecto)

La opción Transect permite representar un transecto entre dos puntos cualesquiera de una imagen. Esto se muestra en la pantalla como una gráfica de valores de pixel, frente a la posición a lo largo de la línea entre los puntos. Para definir los puntos extremos del transecto se usan dos cursores.

Los transectos pueden ser superpuestos, pulsando la barra espaciadora, cuando se están visionando.

Actividad: Utilizar la pantalla de Ayuda para guiarse en la creación de un transecto a través del límite tierra/agua en EIRE4.DAT. Formar un segundo transecto que cruce el frente observado previamente.

- 17 -

ll. Save image, Save LUT, Save palette (Grabar imagen, Grabar LUT, Grabar paleta)

Las tres opciones de Save tienen elementos en común que las hacen útiles para describirlas conjuntamente. Cada una de esas opciones, será usada tras ejercitar con la Modify correspondiente y se usan para grabar en un disco de trabajo, lo que se ha hecho en una imagen.

Las opciones de archivo se utilizan, por ejemplo, tras haber cambiado la LUT para adaptarla a algunos requisitos particulares, deseando conservarla para usos posteriores. Con la nueva LUT activada, seleccionar Save LUT. Se le solicitará un nombre de archivo. Introducir un nombre con un máximo de 8 caracteres, y una extensión de 3 caracteres.

Dentro de BILKO el acuerdo utilizado es que la extensión del archivo para tablas de visualización (LUT) sea STR, por ejemplo, DEFAULT.STR y EIRE4.STR. Las extensiones de archivos de imágenes son DAT, por ejemplo EIRE4.DAT, y para las paletas PAL, por ejemplo EIRE4.PA.L. No necesita usar esas extensiones, pero probablemente encontrará que son útiles, si nombra sus propios archivos según este acuerdo.

El programa BILKO fue escrito por R.D. Callison. Este Tutor de Introducción fue redactado por R.D. Callison y D.A. Blackburn.

Comentarios o sugerencias relativas a esta lección, pueden ser enviados a:

Dr. R.D. Callison Pharos Scientific Ltd. Uní t-9, Prospect Business Centre and Technology Park Dundee, DD2 ITY, United Kingdom

- 18 -

Respuestas a las Preguntas - Sección 1

Pregunta 1

1.1. 34 1.2. 3668

Pregunta 2

Se puede ver en detalle las zonas de tierra, pero queda muy poco de las áreas marinas.

Pregunta 3

Se puede ver claramente que las aguas más cálidas se muestran en tonos rojos, mientras que las más frías lo hacen en tonos azules, y la parte de tierra ha sido enmascarada.

(Observar que puede ser necesario ajustar los controles de el contraste y brillo en su monitor, de forma que los diversos tonos de color sean claramente distinguibles)

Pregunta 4

Existe una pérdida de detalle.

- 19 -

SECCION 2

Lecciones prácticas en Oceanografía por Satélite

- 21 -

Lecciones Prácticas de Oceanografía por Satélite

INTERPRETACION OCEANOGRAFICA DE IMAGENES

1: IMAGENES DE TEMPERATURA SUPERFICIAL EN MAR ABIERTO


Proporcionar experiencia en la interpretación de imágenes de temperatura superficial del agua de mar, basadas en datos infrarrojos del sensor AVHRR del satélite NOAA, así como demostrar las oportunidades y limitaciones oceanográficas de tales datos para el estudio de la estructura térmica del mar abierto.


Tras completar esta unidad, los estudiantes habrán aprendido:

1) A usar las herramientas básicas para el procesado de imágenes con el fin de realzar los datos de la imagen para poner de manifiesto los módulos espaciales de la estructura de la temperatura superficial del agua de mar.

2) A identificar varias características dinámicas a mesoescala (ej. remolinos oceánicos, frentes e inestabilidades en esos frentes) y relacionar su visión por satélite con las observaciones convenciales.

3) A identificar la temperatura en un punto particular especificado por la longitud y la latitud.

4) A representar un transecto de temperatura superficial a lo largo de un recorrido dado.

5) A medir la longitud a escala de las características dinámicas (ej. diámetro de los remolinos, longitud de onda de las inestabilidades).

- 23 -

Información previa

El programa de procesado de imágenes BILKO

No se necesita un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de Ayuda accionada pulsando <H>, explica la operación del comando activo; mientras que <ESCAPE> nos devuelve al Menú Principal. Esta lección ilustrará la aplicación de algunas de las posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y dándose una guia en el uso de ellas para lograr un mejor efecto.

Otros equipos

Para poder trabajar en este ejercicio, probablemente encontrará útil el tener una calculadora, papel de gráficas y lápices de colores si desea ampliar algunas de las característi- cas observadas. oceanográficos

Para relacionar las imágenes con los procesos subyacentes, será útil referirse a una carta

hidrográfica que abarque la región en estudio.

Las imágenes usadas en esta lección

Se proporcionan tres conjuntos de datos de imágenes para esta lección. Están basados en los datos infrarrojos recogidos en la Estación Receptora de Satélites de la Universidad de Dundee, a partir de una pasada del sensor AVHRR instalado en el satélite meteorológico en órbita polar TIROS-N. Esos datos han sido procesados usando el programa informático MIDOCEAN de la Universidad de Southampton, para convertir datos originales en datos elaborados, en forma de imágenes de temperatura geolocalizadas. (MIDOCEAN: Datos de Imagen de Resolución Media - Calibra- ción Oceánica, Realce y Navegación).

Dado que no hay una ventana de ruptura en la banda lo-12 micras de longitud de onda en el sensor AVHRR utilizado, la temperatura producto es el reflejo de la temperatura medido en el Canal 4, sin corrección ninguna por efectos atmosféricos. Esto significa unos pocos décimas de grado más bajas que la verdadera temperatura superficial del agua de mar, pero representa de forma precisa gradientes de temperatura con una sensibilidad de 0.2 *C. Temperaturas por debajo de cero se asume son nubes y se igualan a cero. Valores digitales entre O-255 en la imagen procesada corresponden a temperaturas de O-25.5 OC. Observar que la resolución de la temperatura aparente de 0.1 QC es usado por conveniencia, y no está justificado por la sensibilidad del instrumento que es de 0.2 QC.

La geolocalización se espera sea con una precisión inferior a los 3 km. Las imágenes han sido elaboradas en una rejilla de longitud/latitud con un tamaño de celda de 0.5' en latitud y l'en longitud.

- 24 -

Recordar que a una latitud de 60 QN un pixel que tiene 0.5' de alto y l'de ancho en longitud, representa un cuadrado de 0.93 km de lado. A otras latitudes, tángulo entierra,

un pixel representa un rec- cuya anchura varía en función del cos(latitud)

incrementándose en dirección sur, pero cuyas alturas permanecen constantes a través de la imagen. Esto es una mayor resolución que está justificada porqué el sensor tiene una resolución nadir de 1.1 km.

Las definiciones de la imagen son las siguientes:

Nombre del archivo Satélite de imagen .

Datos de la pasada

Nombre Orbita Fecha Hora

AAl TIROS-N 8155 13/05/80 14.22 AA TIROS-N 8155 13/05/80 14.22 AA TIROS-N 8155 13/05/80 14.22

Tipo de datos

Sensor Canal Producto

AVHRR 4 BT4 AVHRR 4 BT4 AVHRR 4 BT4

(El producto BT4 del programa MIDOCEAN es el brillo de la temperatura registrado por el canal 4).

La definición geométrica y las coordenadas de localización de las imágenes son las siguientes:

Nombre del Dimensión del pixel Coordenadas de localización archivo de (minutos de arco) de la imagen

imagen Super. Izquier. Infer. Derecha

Long. Latitud Long. Lat. Long. Lat.

AA 1.0' 0.5' 4Q45'W 61Q40'N 3Q46'E 59033 'N AA 1.0' 0.5' 4Q45'W 63Q48'N 3Q46'E 61Q41'N AA 1.0' 0.5' 4Q27'W 65Q56'N 4Q04'E 63Q49'N

Esos detalles pueden controlarse en el archivo <NOMBRE DE ARCHIVO>.HDR usando el comando TYPE del MS-DOS. La localización aproximada de cada imagen y su situación con relación a las demás se muestra en la Figura 1.

Algunos archivos adicionales suministrados con los datos de la imagen son una paleta TEMPl.PAL, apropiada para la representa- ción de la temperatura, y una tabla de visualización (LUT) AA.STR.

- 25 -

La Estructura Térmica del Noreste del Océano Atlántico

Las imágenes han sido seleccionadas para cubrir el Noreste del Océano Atlántico, en la región entre Noruega y Escocia. Esta es una zona importante con respecto a las masas de agua y a la circulación del Atlántico Norte, ya que es allí donde se produce el intercambio de agua entre el Mar de Noruega en el Norte y la mayor parte del Atlántico Norte en el Sudeste. Por otro lado, es en el borde Norte del Mar del Norte, donde la plataforma continental poco profunda, de unos 200 m, encuentra el océano y el talud continental, que va aproximadamente de Sudeste a Noreste. profundo,

La región de la plataforma es intersectada por un cañón por fuera de la costa noruega. La Corriente Costera

Noruega fluye por encima de este, desde el Báltico, en dirección Norte a lo largo de la costa noruega.

Las aguas en estas altas latitudes no están fuertemente estratificadas. En Mayo, sólo se desarrolla una débil termoclina y en consecuencia, las imágenes de la temperatura superficial del agua de mar (SST) revelan algo de la estructura dinámica del océano superficial. Sin embargo, en las imágenes diurnas, existe siempre la posibilidad que se presente una termoclina diurna que puede enmascarar la estructura de la SST, como sería medida por instrumentos situados algunos metros por debajo de la superficie.

Esquema de la Lección

La lección está previsto que dure, al menos, una hora.

l.- Entrar en el programa BILKO, visualizarla.

cargar la imagen AAI y

2.- Se puede usar la función Modify palette para producir una escala de color a su medida y que realce más la temperatura de lo que lo hace la paleta por defecto al entrar en BILKO. De forma alternativa, usar la función Load palette para introducir la paleta contenida en el archivo TEMPI.PAL. Este archivo contiene una paleta que va desde el blanco en el extremo inferior (frío), hasta el marrón en el extremo más alto (caliente), pasando por el azul, el verde, el amarillo y el rojo. Observar, sin embargo, que los valores muy bajos son negros.

3.- Usar la función Modify LUT para mejorar la imagen hasta que revele los modelos de estructura de la SST. Observar cuando se use la opción Modify LUT que la extensión lineal (=Linear stretch) es la más útil. (Nota: Responda NO cuando se le solicite si desea o no superponer la extensión).

- 26 -

Figura 1

- 27 -

Hay un gran intervalo de temperaturas por encima de unos lOQC, que se encuentran raramente en estas imágenes. Todas ellas pueden ser situadas en el máximo de la Tabla de visualización (LUT). Tener cuidado en el extremo inferior, el de las bajas temperaturas, de temperaturas del mar,

de no sobrepasar el intervalo y que sólo las áreas nubosas sean

relegadas al cero en la visualización.

Identificar en la imagen las zonas que tienen temperaturas mayores o menores que las del pico principal del histograma, y describirlas por sus diferentes valores. ¿Cual es la zona de tierra que se puede ver en la imagen? ¿Que partes de la imagen están nubosas?

Si su extensión (= stretch) no logra el realce deseado de la variabilidad de la SST, asegurarse que se realza la parte correcta del histograma. Es una simple cuestión de volver a introducir la función Modify LUT e intentarlo de nuevo, ya que los valores de pixel en la imagen almacenada en el ordenador no cambian por este procedimiento.

4.- Si tiene alguna duda sobre los resultados obtenidos en sus intentos de modificar la LUT, se puede usar la función Load LUT y solicitarle un archivo llamado AA, que ha sido preparado para ser usado con las imágenes AAI, AAZ y AA3. Sin embargo, pueden no revelar todas las características espaciales tan claramente como en realidad podrian hacerlo, por lo que se recomienda la experimentación.

5.- Usando la imagen realzada, se da una descripción general de la distribución total y las tendencias de la temperatura a través de la imagen, ignorando el cuadrante situado en la posición más occidental, que está contaminado de nubes.

¿Qué evidencia hay de la Corriente Noruega que fluye en dirección Noreste desde el Atlántico, entre las islas Faroe y Escocia hacia el Mar de Noruega?

iPuede identificar la corriente costera noruega, que tiene sus origenes en el Báltico y que será más fría que el agua del Mar del Norte en este período del año?

6.- Identificar cualquier característica a mesoescala presente en la imagen (es decir, las características dinámicas con longitudes de escala entre 10 y 100 km).

7.- Entrar en la función Cursor y familiarizarse con su funcionamiento. Usar la numeración de pixel (x, y), y la información de geolocalización proporcionada con la image para confirmar la precisión en la localización de las Islas Shetland.

- 28 -

¿Cual es la longitud de la escala de los meandros en la corriente costera noruega?

¿Cual es el cambio de temperatura a través de la corriente costera noruega (ej. entre (450, 85) y (470, 70)?

¿Cual es la longitud espacial de la escala y la magnitud de la signatura de la temperatura (es decir, la amplitud de la variación de temperatura) de las características de un remolino centrado en (344, 128) y también en (164, 48)?

8.- Cargar la imagen AA2. La paleta no necesita ser cambiada dado que es una continuación hacia el Norte de la imagen AAI, el uso de la misma LUT ayudará a revelar la extensión de los modelos térmicos desde la parte superior de la imagen previa. Sin embargo, isería posible mejorar el realce del modelo de SST, con una LUT diferente?

9.- Repetir los pasos 5 y 6 para esta imagen.

lO.- Cargar la imagen AA y repetir los pasos 8 y 9. Dibujar un mapa esquemático de la estructura térmica del total de la región cubierta por las imágenes AM, AA. y AA3.

ll.- Usando las imágenes AA1, AA y AA3, obtener el valor de la SST en las siguientes localizaciones:

R (OQ OO'E, 600 OO'N) S (2Q 30'E, 64Q 30'N) T (1Q 2O'W, 62Q 50'N)

iPorqué esperaríamos que esos valores fuesen inferiores a los de las temperaturas registradas por medidas "in situ" tomadas al mismo tiempo que se sobrevuela la zona?

12.- (Optativo). Un barco de investigación navega en dirección Norte a lo largo del meridiano de Greenwich desde 600 N hasta 659 N. Representar la temperatura por satélite a lo largo de ese transecto en intervalos de 5'y comentar si hay suficiente resolución espacial por comparación con las medidas "in situ". Podría usar la función Transect para obtener una visión rápida del transecto dentro de una imagen única, pero esto no proporciona bastante resolución de temperatura para una representación precisa.

- 29 -

Bibliografía

Oceanografía Física del Noreste Atlántico:

Capitulo 5 de Tchernia P., 1980. Descriptive Regional Oceano- graPW/ Pergamon Press, 253 pp.

Capitulo 7 de Pickard G.L. y Emery W.J., 1982. Descriptive Physical Oceanography, 4ê Edición, Pergamon Press, 249 pp.

Medidas de Temperatura Superficial del Mar (SST) utilizando satélites con radiómetros infrarrojos:

Maull G.A., 1985. Introduction to Satellite Oceanography, Martinus Nijhof Publishers, 606 pp.

Capítulo 7 de Robinson I.S., 1985. Satellite Oceanography, Ellis Horwood Publishers, 455 pp.

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Noviembre de 1987.

Comentarios o sugerencias relativas a esta lección, pueden ser enviadas a:

Dr. I.S. Robinson Department of Oceanography The University Southampton SO9 5NH UNITED KINGDOM

- 30 -

SECCION 2

Lecciones Prácticas de Oceanografía por Satélite


2: IMAGENES TERMICAS DE FRENTES OCEANICOS


Proporcionar experiencia en la interpretación de las imágenes de SST basadas en datos infrarrojos del sensor AVHRR del satélite NOAA, demostrando las posibilidades y limitaciones de tales datos para el estudio de frentes térmicos.



1) A usar las herramientas del procesado de imágenes para realzar los datos de la imagen y poder revelar las estructuras frontales del océano.

2) A identificar remolinos (eddies) e-inestabilidades de un frente oceánico.

3) A medir los gradientes de SST a través de frentes oceánicos y de otras características.

4) A usar la función Transect para poner de manifiesto el perfil de temperatura a través de un frente y observar su variación a lo largo del mismo.

5) A usar la función Gradients del procesado de imágenes para generar nuevas imágenes que indiquen la localización de las zonas del frente.

6) A usar las funciones Zoom y Smooth para mejorar las propiedades geométricas de una imagen distorsionada.

- 31 -

Información básica


No se necesita un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de ayuda accionada pulsando <H>, explica la operación del comando activo; mientras que <ESCAPE> nos devuelve al Menú Principal. Esta lección ilustrará la aplicación de algunas de las posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ellas para lograr un mejor efecto.

Otros equipos

Para poder trabajar en este ejercicio, probablemente encontrará útil el disponer de una calculadora, papel de gráficas y lápices de colores, si desean ampliar algunas de las caracte- rísticas observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil referirse a una carta hidrográfica que abarque la región en estudio.


Dos versiones de una única imagen de datos son facilitadas con esta lección. Están basadas en los datos infrarrojos recibidos en la Estación Receptora de Satélites de la Universidad de Dundee, a partir de una pasada del AVHRR instalado en el satélite meteorológico de órbita polar NOAA-6. Esos datos han sido procesados usando el programa MIDOCEAN de la Universidad de Southampton para convertir los datos originales en imágenes de temperatura elaboradas y geolocalizadas.

Dado que no hay una ventana de ruptura en la banda de lo-12 micras de longitud de onda del sensor AVHRR utilizado, la temperatura producto es el reflejo de la temperatura medida en el Canal 4, sin corrección ninguna por efectos atmosféricos. Esto significa unas pocas décimas de grado más baja que la verdadera temperatura superficial del agua de mar, pero representa, de forma precisa, gradientes de temperatura con una sensibilidad de 0.2 QC. Temperaturas por debajo de cero se asumen como nubes y se igualan a cero. Valores digitales entre O-255 en la imagen procesada corresponden a temperaturas de O-25.5 QC. Observar que la resolución de la temperatura aparente de 0.1 QC es usada por conveniencia, Y no está justificada por sensibilidad del instrumento que es de 0.2 QC.

- 32 -

La geolocalización tiene una precisión estimada superior a 3 Km. Las imágenes han sido elaboradas en una rejilla de Latitud/Longitud con un tamaño de celda de 0.5*-1.0' en latitud Y 1' en longitud.

Conviene recordar que a una latitud de 60 QN, un pixel de 0.5' de altura en latitud y 1 t de anchura en longitud, representa un cuadrado de 0.93 km de lado. A otras latitudes, un pixel semejante representa un rectángulo en tierra cuya anchura varía con el cos(latitud), aumentando en dirección sur, aunque su altura permanece constante en toda la imagen. Esto es una mayor resolución que está justificada, porque el sensor tiene una resolución nadir de 1.1 km. Los pixels basados en l'x 1' representan un rectángulo de 1.85 km de alto (Norte-Sur) y 0.93 km de ancho (Este-Oeste a 60 QN).

Las definiciones de las imágenes son las siguientes:

Nombre del Satélite Datos de la Tipos de datos archivo pasada de imagen

Nombre Orbita Fecha Hora Sensor Canal Producto

AB1 NOAA-6 4388 1/5/80 08.00 AVHRR 4 BT4 ACl NOAA-6 4388 1/5/80 08.00 AVHRR 4 BT4

(El producto BT4 del programa MIDOCEAN corresponde al brillo (= reflejo) de la temperatura registrada por el canal 4).

La definición geométrica y las coordenadas de localización de las imágenes son las siguientes:

Nombre del archivo

de imagen

AB1 ACl

Dimensiones Coordenadas de localización del pixel de la imagen

(minutos de arco)

Superior izq. Inferior der.

Long. Latit. Long. Latit. Long. Latit.

1,O' 1,O' 15QOO'W 66Q48 'N 6Q28'W 62Q32'N 1,O' 0.5' 15QOO'W 65QOO'N 6Q28'W 62Q52'N

Estos detalles pueden ser controlados en el archivo <Nombre del archivo imagen>.STR usando el comando TYPE del MS-DOS.

- 33 -

Archivos adicionales suministrados con los datos de imagen son una paleta TEMPl.PA.L, apropiada para la representación de temperatura, y dos tablas de visualización (LUT) AB.STR y ACl.STR.

La Estructura Térmica Uel Noreste del Océano Atlántico

Las imágenes han sido seleccionadas para cubrir el Noreste del Océano Atlántico, en la región de Islandia (Ver Fig. 1). Esta es una zona importante con relación a las masas de agua entre el Mar de Noruega en el Norte y la parte principal del Atlántico Norte en el Sur. Topográficamente, esas áreas están separadas por una serie de cordilleras que van desde Islandia hasta las Islas Faroe, y cruzan hasta la plataforma del Reino Unido por las Islas Shetlands. Estas cordilleras actuan como un umbral para restrin- gir que las frías aguas del fondo del Mar de Noruega fluyan en el Atlántico Norte, excepto durante los periodos de Yebosamien- to". El agua de rebosamiento contribuye a la capa de mayor densidad de las aguas profundas en el Atlántico. Por esta razón, los oceanógrafos han estudiado profusamente el área con barcos convencionales y con boyas de observación.

El rebosamiento sucede en profundidad y no afecta, necesariamente, a las condiciones de la superficie, aunque hay algunos fenómenos cercanos a la superficie con signaturas obvias para satélites infrarrojos. Al Este de Islandia, aproximadamente en 64Q N, se encuentra parte del Frente Artico, que forma un borde entre la superficie dirigida por el viento del Giro Sub-Artico al Sur y el Océano Artico al Norte.


l.- Cargar la imagen ACI y visualizarla. Esta subimagen fue seleccionada cerca del extremo oeste del arco del AVHRR, donde el ángulo es más oblícuo. De la misma forma que cuando se introducen grandes efectos atmosféricos, aquí también se reduce la resolución espacial. Esto es debido a los efectos t'pixelados8' que son particularmente observables en la parte oeste (izquierda) de la imagen. De cualquier manera, la imagen da un ejemplo de pobre calidad en los datos AVHRR.

2.- Si la paleta por defecto está cargada, puede ser útil usar la función Modify palette para tener una nueva paleta representativa de la temperatura. De forma alternativa, se puede cargar el archivo TEMP1.PA.L usando la función Load palette.

- 34 -

Esto parece no mejorar la imagen si están en funcionamiento la LUT por defecto, u otra LUT inadecuada. Antes de proceder con el apartado 3, usar la función Cursor para encontrar el intervalo de temperatura a través de la imagen, y localizar la posición de Islandia en ella. Observar que Islandia se situa en la esquina superior izquierda y que se extiende hacia el Este apenas unos 50 pixels.

3.- Usar la función Modify LUT para realzar la imagen en una forma que genere, de forma inmediata, información oceanográfica.

Observar 2 picos en el histograma. ¿Cual es la causa de ello? Usar la información obtenida en el apartado 2 para determinar los limites superior e inferior de la extensión más adecuados, para resaltar los modelos de SST, y ello a expensas de la variabilidad frente a tierra.

En caso de duda, usar la función Load LUT para completar la LUT AB.STR que se ha proporcionado. Usar esto para poder comprender el contenido de la imagen, y entonces tratar de nuevo de producir una LUT adecuada, usando la función Modify LUT.

4.- Describir el campo de temperatura representado por la imagen, y relacionarlo con la información de oceanografía fisica conocida de la región. ¿Que amplitud tiene la diferencia de temperatura entre las masas de agua al Norte y al Sur de la imagen?

Representar en un mapa esquemático, la posición del Frente Islandia/Faroe, y los meandros y remolinos creados desde él hacia el Este de la imagen.

Usar la función Cursor para estimar la longitud de la escala de los meandros y la variabilidad a lo largo del frente.

5.- Usar la función Cursor para representar la temperatura a lo largo de varios transectos Norte-Sur cruzando el frente, cada 30' de longitud. Medir la pendiente (es decir, el gradiente máximo de temperatura) del frente, y descubrir como varía ese gradiente a lo largo del frente.

- 35 -

Observar que se puede usar la función Transect para mostrar el perfil de temperatura a través del frente y para controlar sus representaciones de forma aproximada, aunque no es factible obtener medidas precisas usando esta función. Es posible visualizar varios transectos a la vez usando el programa BILKO, permitiendo la realización de comparaciones de las variaciones del perfil a lo largo del frente. Esto se hace pulsando <ENTER>, en lugar de <ESCAPE>, tras visualizar un transecto. Seleccionar un nuevo lugar para el transecto, manteniendo su color original. Es más útil usar esta operación eligiendo un transecto Norte-Sur y cambiar entonces el transecto un número fijo de pixels al Este o al Oeste, construyendo con ello una representación clara de como cambia el perfil frontal del Este al Oeste.

6.- Cargar la imagen AJ31 y mostrarla. Observar que esta es la misma imagen del frente pero con pixels de dimensiones 1' de latitud por 1' de longitud. Es necesario cambiar la LUT, para obtener una representación clara de la estructura de temperatura. Esta imagen ha sido incluida para demostrar los problemas de interpretación que se pueden encontrar, si existe distorsión geométrica.

7.- Usar la opción Boom de la función MoUify Image para eliminar la distorsión introducida por el hecho de que pixels cuadrados en la pantalla representan rectángulos en tierra, dos veces más altos (Norte-Sur) que anchos (Este- Oeste).

¿Que factores de Zoom se deben usar si la anchura de la imagen no debe ser afectada ? Observar que si la selección es correcta, el Frente y la forma de Islandia, serán extendidas en dirección Norte-Sur, y los remolinos adoptarán una forma circular. El resultado tendrá un aspecto similar al de la imagen ACI. iSerá la resolución Norte-Sur la misma en cada una de las imágenes?

8.- Regresar a la imagen original ACI. Usar la opción Gradients de la función Modify Image para subrayar la posición del frente y la de otras regiones de gradientes térmicos. (Observar que se necesitará usar una nueva LUT para visualizar la imagen del gradiente). Considerar el valor oceanográfico operativo de una imagen de gradiente.

9.- Para retornar a la imagen original esta debe ser recargada y la LUT adecuada descrita o recargada. Introducir la opción Smooth de la función Modify Image. iMejora esto el aspecto de la imagen eliminando las ltpixelaciones'V? ¿Se mejora la calidad de los datos o es simplemente un ejercicio de cosmética?

- 36 -

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Noviembre de 1.987.

Comentarios y sugerencias relativas a esta lección, pueden ser enviados a:

Dr. I.S. Robinson Department of Oceanography The University Southampton SO9 5NH UNITED KINGlWM

- 37 -

Lecciones prácticas en Oceanografía por Satélite


3: DATOS DEL ESCANER DE COLOR DE ZONAS COSTERAS (CZCS) DE LAS AGUAS EXTERIORES DE ISLANDIA


Proporcionar experiencia en la interpretación de imágenes multicanal del color del océano basadas en los datos de longitudes de onda visibles del sensor CZCS del satélite NIMBUS-7, y demostrar las aplicaciones oceanográficas de tales datos en una región costera y en la proximidad de un frente Oceánico.



1) A usar las herramientas de procesado de imágenes para realzar los modelos espaciales de las radiancias provenientes del agua, en imágenes de longitud de onda visible.

2) A usar el programa de procesado de imágenes para extraer información del color proporcionado por los cuatro canales del CZCS.

3) A definir la signatura espectral de la radiancia procedente del agua en una localización geográfica particular.

4) A sugerir interpretaciones de que componente del agua contribuye a los modelos en las imágenes CZCS.

5) A interpretar el color del océano como un indicador de los procesos dinámicos del propio océano.

6) A medir la longitud de la escala de las características dinbmicas.

- 39 -

Información previa


No se necesita un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de ayuda (= Help) accionada pulsando <H>, explica la operación del comando activo; mientras que <ESCAPE> nos devuelva al Menú Principal. Esta lección ilustrará la aplicación de algunas de las posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ellas para lograr un mejor efecto.

Otros equipos

Para poder trabajar en este ejercicio, será probablemente útil el disponer de una calculadora , papel de gráficas y lápices de colores; si se desean ampliar algunas de las características observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil referirse a una carta hidrográfica que cubra la región en estudio.


Para esta lección se proporcionan cuatro conjuntos de datos de imágenes. Están basadas en datos de las bandas 1 a 4 del CZCS recibidos en la Estación Receptora de Satélites de la Universidad de Dundee, a partir de una pasada única del satélite NIMBUS-7. Estos datos han sido procesados usando el programa MIDOCEAN de la Universidad de Southampton, para convertir los datos originales en imágenes elaboradas y geolocalizadas de radiancias provenientes del agua. Se ha aplicado una corrección para eliminar la radiancia en el recorrido atmosférica, favorecida con la dispersión Rayleigh (molecular) de la luz en el campo de visión del sensor, aunque no se han hecho correcciones para el efecto de dispersión de los aerosoles.

LOS valores digitales corresponden a la radiancia en mW/sr/cm2/~m, multiplicada por 25. De esta forma el intervalo de 0 a 255 disponible en el conjunto de datos de una imagen dada, corresponden entre 0 y 10.2 mW/sr/cm2/pm. En esta lección no se hará uso de los valores actuales de radiancia, aunque esta información puede ser potencialmente explotada en calibraciones cuantitativas, en términos de parámetros de calidad de agua.

- 40 -

La geolocalización se calcula que tenga una precisión superior a los 4 Km. Las imágenes han sido elaboradas en una rejilla de latitud/longitud con un tamaño de celda de 0.5' en latitud y 1' en longitud. Debemos recordar que a una latitud de 60 QN, un pixel que tiene 0.5' de alto en latitud y l.O'de ancho en longitud, representa un cuadrado de 0.93 Km de lado. Esta resolución está justificada por la visión del sensor en el nadir, donde su resolución es de 825 m, aunque en los extremos de la linea de barrido una resolución tan alta, no está justificada, especialmente en la dirección del barrido (aproximadamente Este- Oeste).

Las definiciones de la imagen son las siguientes:

Nombre del archivo de imagen

CC11 CC12 CC13 CC14

T Satélite- 1 eopssa 1~~ Tipos de Datos

Nombre Sensor Canal Producto

NIMBUS-7 czcs czcs czcs czcs

1 Radiancia(1) 2 Radiancia(1) 3 Radiancia(1) 4 Radiancia(1)

El producto radiancia (1) del programa MIDOCEAN es la radiancia proveniente del agua, más la radiancia por aerosoles en el recorrido (La radiancia Rayleight en el recorrido ha sido calculada y eliminada).

La elaboración geométrica y la localización por coordenadas de las imágenes son las siguientes:

Nombre del archivo

de imagen

CClx

Dimensión del pixel Coordenadas de localización (minutos de arco) de la imagen

Long. Lat. Super. Izq. Inf. Der.

Long. Lat. Long. Lat.

1,O' 0,5' 17Q3O'W 65QOO'N 8Q58'W 62Q52'N

(Donde se hace referencia a los cuatro canales, la referencia CClx se usará para significar CCll, CC12, CC13 y CC14).

Estos detalles pueden ser controlados en el archivo CClx.HDR usando el comando TYPE del MS-DOS. La localización aproximada de las imágenes coincide con el Sudeste de Islandia en la esquina superior izquierda.

- 41 -

1

Otros archivos adicionales suministrados con los datos de imagen, son la paleta COLl.PAL, que algunos usuarios consideran apropiada para la representación de radiancias en longitudes de onda visible y cuatro tablas de visualización (LUT) CClx.STR.

Factores que afectan la interpretación de datos de color del océano.

El color del océano tal como se ve desde el espacio está controlado por los constituyentes opticamente activos del agua de mar. El agua de mar pura aparece azul, ya que absorbe la luz roja y dispersa la azul. Si hay sólidos en suspensión existe una tendencia en todos los colores de la luz a ser reflejados. Si existe una población de fitoplancton vivo, la clorofila absorbe preferentemente en la banda azul, lo que hace que el agua aparezca más verde. Los compuestos orgánicos disueltos de vegetación en degradación (la llamada sustancia amarilla), absorben la luz azul y verde.

El CZCS fue diseñado para detectar algunos de estos factores. Sus canales espectrales son:

1 433 - 453 nm (azul)

2 510 - 530 nm (verde/azul)

3 540 - 560 nm (verde)

4 660 - 680 nm (rojo)

Las variaciones relativas de radiancia en los diferentes canales pueden proporcionar pistas sobre lo que puede ocurrir en la columna de agua. Si el canal 1 se vuelve oscuro, pero en cambio el canal 3 no lo hace, entonces esto significaría que hay un incremento de clorofila. A pesar de que los datos serán corregidos completamente, desde el punto de vista atmosférico, antes de aplicarles un algoritmo cuantitativo de la clorofila, el examen de la relación verde/azul (canal 3/canal 1) puede indicar si hay o no un afloramiento de plancton. Si la radiancia aumenta a lo largo de todo el espectro, eso vendría a indicar que la causa de ello sería un incremento de los sedimentos en suspensión en la capa superficial. A veces, los materiales particulados causantes de la dispersión pueden ser afloramientos fitoplanctónicos con elevadas escalas de reflectividad (ej. cocolitofóridos). Si el canal azul aumenta destacándose de los otros, puede ser por efecto de la reflectividad de una batimetría pequeña (por debajo de los 20 m de profundidad en aguas claras), dado que cuanto menor es la longitud de onda, más penetra la luz.

- 42 -

Estas reglas generales, unidas con algunas suposiciones razonables sobre las condiciones oceanográficas locales, formarán la base de la interpretación de las signaturas de color en las imágenes presentadas en esta lección.

Aspectos relevantes de la oceanografía local

Alrededor de la costa de Islandia, ltcalidad de agua"

los parámetros de se pueden esperar que estén fuertemente

influenciados por los vertidos locales, provenientes de tierra, asi como por la interacción con la costa. El Este de Islandia, en aproximadamente 65 QN, se encuentra en el extremo Oeste del Frente Islandia-Feroes, que forma un limite entre la superficie movida por el viento del Giro Sub-Artico al Sur y el Océano Artico al Norte.

Las aguas de estas altas latitudes no están fuertemete estratificadas, excepto en la zona frontal. En Mayo, sólo se desarrolla una débil termoclina y en consecuencia, trazadores cercanos a la superficie revelarán algo de la estructura dinámica de la parte superior del océano, como un todo. Cerca de la costa la mezcla en las aguas poco profundas llevará a unas condiciones bastante uniformes en la vertical.


La lección está prevista que dure al menos una hora.

l.- Cargar el programa BILKO, y visualizarla.

cargar después la imagen CC13 A menudo es un buen ejercicio ver primero el

canal 3 del CZCS, dado que si hay alguna señal de reflectividad, esta tiende a mostrarse más claramente en este canal. Tanto este canal, como el 4 proporcionan, normalmente, un mejor contraste entre tierra y mar que los canales 1 y 2.

2.- Si se desea, usar la función Modify palette para producir una escala de color a su medida, que parezca más representativa del incremento de radiancia que la presentada por defecto al entrar en BILKO. De forma alternativa, usar la función Load palette para introducir la paleta incorporada en el archivo COLl.PALl.

3.- Usar la función Modify LUT para mejorar la imagen hasta que muestre los modelos de estructura de la radiancia en el agua (si los hubiera). Observar que si una estructura regular muy lineal comienza a aparecer, es muy probable que se hayan alcanzado los límites de la digitización del sensor, y una mayor extensión tenderá a oscurecer las características oceanográficas que se están buscando.

- 43 -

Identificar en la imagen las áreas que tienen radiancias mayores y menores que el pico principal del histograma y justificar esas diferencias. ¿Cuales son tierra y cuales son nubes?

4.- Repetir los pasos 1 - 3 con las otras imágenes CCll, CC12 y cc14. En cada caso, representar un mapa con los modelos de variabilidad que son mostrados.

5.- Comparar y contrastar las imágenes de los diferentes canales. Usar la función Cursor para obtener signaturas espectrales (es decir, los valores de radiancia en los cuatro canales) en puntos seleccionados de la escena y que puedan considerar- se como representativos de las diferentes regiones y caracte- rísticas. Teniendo en cuenta los posibles factores oceanográ- ficos locales y las reglas generales dadas anteriormente sobre la interpretación de signaturas de color, sugerir que es lo que en el agua está produciendo las signaturas de color observadas.

6.- Usar la opción Two-band en la función Multi-image para obtener una relación entre las bandas 3 y 1. Dado que no se ha aplicado una corrección atmosférica completa, esta no será una estimación verdadera de la relación verde/azulprovenien- te del agua; pero aún así puede desvelar si hay modelos subyacentes debidos a la absorción de la clorofila, más que a los procesos de reflectividad de la anchura de bandas, que parecen ser dominantes en este caso. (Se recomienda alguna experimentación con las relaciones). El procedimiento ltextiendett linealmente y de forma automática los resultados, para ajustar los valores máximos y mínimos de la relación (encontrada dentro del recuadro prescrito) a un intervalo numérico entre 0 y 255. Así pues, si el cero es verdadero, el recuadro prescrito debe bajar hasta el eje de las x.

7.- Medir la longitud de las escalas de los modelos evidenciados en las imágenes. La función Gradients puede ayudar a identificar en que lugar las características son más fuertes. iExiste alguna evidencia de que diferentes características están siendo reveladas en los diferentes canales?

8.- Asumiendo la interpretación de los parámetros del agua considerada en el apartado 5, ordenar por su distribución espacial en términos de procesos regionales, ej. batimetría, vertidos costeros, frentes, olas, circulación, etc... Referencias a las cartas batimétricas pueden ser de ayuda en esta etapa. ¿Puede el color teledetectado del océano decirnos algo que de otra forma no sería fácilmente encontrado, sobre la oceanografía de la región?

- 44 -

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Enero de 1.988.

Comentarios y sugerencias relativas a esta lección, pueden ser enviados a:

Dr. I.S. Robinson Department of Oceanography The University Southampton SO9 5NH UNXTED KINGLXAY

- 45 -

SECCION 2

Lecciones prácticas en oceanografía por Satélite


4: COMPARACION DE DATOS CZCS Y AVHRR COINCIDENTES


Proporcionar experiencia en la interpretación de imágenes multiespectrales del océano, a partir de los datos de longitud de onda visible del sensor CZCS del NIMBUS-7, y de los datos infrarrojos del sensor AVHRR; asi como explorar las aplicaciones oceanográficas de la combinación de ambos.

1)

Al completar esta unidad, los estudiantes habrán aprendido:

A comprobar la exactitud de la geolocalización (localización geográfica) y la recogida de datos a partir de satélites independientes con diferentes tipos de sensores.

2) A usar el procesador de imágenes para comprobar el color del océano y la temperatura superficial del agua (modelos/tipos) desde diferentes sensores pero en el mismo tiempo de paso.

3) A identificar diferencias significativas entre color y temperatura (modelos/tipos).

4) A relacionar estas diferencias con los diversos procesos físicos, controlando los dos métodos de teledetección y a partir de aquí:

5) Adquirir una nueva percepción sobre procesos oceanográficos dinámicos u de otro tipo, que sirva de base en las imágenes tipo, pudiendo de este modo obtener más información de la que podría ser deducida tanto de la técnica, como sobre el propio terreno.

Información bhica


La No es necesario un conocimiento previo del sistema BILKO.

disponibilidad continua de ayuda (= Help) accionada pulsando . . _ - .


<H>, explica con facilidad la operación a realizar; pulsando <ESCAPE> se retorna al Menú Principal. Esta lección mostrará la aplicación de algunas posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ella paa lograr un mejor resultado.

- 47 -

Materiales adicionales

Para poder trabajar en este ejercicio, será útil tener una calculadora, papel milimetrado para gráficos y lápices de colores; si se desean ampliar algunas de las características observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil referirse a una carta hidrográfica que cubra la región en estudio.


Para esta lección se proporcionan cinco conjuntos de imágenes. Cuatro están basadas en datos de las bandas 1 a 4 del escáner de color para zonas costeras (CZCS) (el mismo que en la Lección 3), convertidas y elaboradas para la geolocalización de imágenes de radiación proveniente del agua. Se ha aplicado una corrección para eliminar los cambios de trayectoria de la radiancia en la atmósfera, causados dentro del campo de visión del sensor, por la dispersión Rayleigh (molecular), aunque no ha sido hecha ninguna corrección sobre la dispersión causada por aerosoles. La quinta imagen es un mapa calculado de la temperatura superficial del agua, utilizando el Canal 4 del radiómetro avanzado de alta resolución (AVHRR), instalado en el satélite NOAA-6 (el mismo usado en la lección 2).

Todas fueron recibidas en la Estación Receptora de Satélites de la Universidad de Dundee (Escocia) y fueron procesadas usando el programa MIDOCEAN de la Universidad de Southampton (Inglate- rra).

Los valores digitales en las imágenes de longitudes de onda visibles corresponden a la radiancia en mW/sr/cm2/pm, multiplicada por 25. De este modo, el intervalo de 0 a 255 disponible en el conjunto dado de datos en las imágenes, corresponde con el 0 a 10.2 mW/sr/cm2/pm.

La geolocalización se calcula tenga una precisión superior a los 4 Km. Las imágenes han sido elaboradas en una rejilla de coordenadas latitud/longitud, con un tamaño de celda de 0.5' en latitud y 1.0' en longitud. Debemos recordar que a una latitud de 600 N, un pixel que tiene 0.5' de alto en latitud y 1.0' de ancho en longitud, representa un cuadrado de 0.93 Km. de lado. Esta resolución está justificada por la visión del sensor en el nadir, donde su resolución es de 825 m, aunque en los extremos de la línea de barrido, una resolución tan alta no está justificada, especialmente en la dirección del movimiento de barrido (aproximadamente Este-Oeste).

- 48 -


Nombre de archivo

de imagen

CC11 CC12 CC13 CC14 ACl

Datos de Tipo de datos Satélite la Pasada

Nombre Orbita Fecha Hora Sensor Canal Producto

NIMBUS-7 7673 1/5/80 12:oo czcs 1 Radiancia II II ll ll czcs 2 ll II II ll Il czcs 3 ll ll II Il II czcs 4 ll

NOAA-6 4388 ll 08:OO AVHRR 4 BT4

El producto radiancia del programa MIDOCEAN es la radiación proveniente del agua, más la radiaciancia por aerosoles recogida en el recorrido (La dispersión Rayleight del recorrido ha sido calculada y corregida).

La elaboración geométrica y la localización por coordenadas de las imágenes son las siguientes:

Nombre de Dimensiones Coordenadas de localización archivo del pixel de la imagen

de imagen (minutos de arco) Super. Izq. Infer. Der.

Long. Lat. Long. Latit. Long. Latit.

CClx 1.0' 0.5' 17Q3O'W 65QOO'N 8Q58'W 62Q52 'N ACl 1.0' 0.5' 15QOO'W 65QOO'N 6Q28'W 62Q52'N

(Donde se hace referencia a los cuatro canales, la referencia CClx, se usará para significar CCll, CC12, CC13 y CC14).

La localización aproximada de las imágenes coincide con el Sudeste de Islandia en la esquina superior izquierda.

La imagen térmica (ACl) está nominalmente en la misma latitud que los datos de color (Cclx), pero desplazada 2.50 hacia el Este.

El emparejado exacto de una imagen con otra es uno de los ejercicios a realizar en esta lección. Los archivos adicionales facilitados con los datos de la imagen son las paletas COLl.PAL y TEMPl.PAL que algunos usuarios han encontrado apropiadas para la representación, respectivamente, de la radiancia de longitud de onda visible y de la SST; así como cinco tablas de visualiza- ción (LUT), CClx.SRT y ACl.SRT.

- 49 -

Otros problemas sobre estas imágenes y el medio ambiente de Islandia han sido presentados en las lecciones 2 y 3.


l.- Observar con detenimiento, las cinco imágenes suministradas, y familiarizarse con las zonas que en cada imagen corresponden a tierra, al mar y a las nubes.

2.- Localizar, al menos, un punto de control en tierra, en las imágenes ACl y CClx (el prominente promontorio de la esquina sureste es probablemente el más idóneo) y a partir de las coordenadas de su pixel, determinar su latitud y longitud conforme a la información proporcionada en esta lección.

3.- Comparar la localización pronosticada con la real en la carta. Cual es el tamaño de la posición señalando el error. Establecer un factor de corrección para cada imagen, lo que permitirá asegurar la localización geográfica de un pixelcon precisión. Además, evaluar el tamaño del pixel (en filas y columnas) (thaciendo una compensación?) entre la misma localización geográfica en imágenes ACl y CClx. Esto puede permitirnos localizar ahora, la misma posición en cada imagen.

4.- Trazar en el mapa la localización del Frente Faroes Islandia, a partir de la imagen infrarroja (ACl), utilizando papel milimetrado. Dibujar entonces, sobre el mismo mapa, la posición de la pluma de alta reflectividad en CClx. Dar una explicación física de que se puede deducir de la yuxtaposi- ción de la pluma y el frente.

5.- Identificar donde las signaturas de color y temperatura parecen no estar relacionadas. Explicar estas diferencias.

6.- ¿Existen algunas regiones donde los modelos de color y temperatura parecen entrecortarse, lo que podría indicar la aparición de una mezcla en el cruce frontal?

7.- [Si no se hizo previamente en la Lección 3, localizar la posición de las plumas onduladas en la carta, y considerar si están relacionados, de alguna manera, con la batimetría, topografía de la costa o cualquier otro parámetro geográfi- co. ]

8.- Con referencia particular a la región frontal, hacer una lista de la información oceanográfica que es obtenida, con solo considerar juntos los datos de las imágenes infrarroja y de color.

- 50 -

- .- ..-_

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Febrero de 1.988.


Dr. I.S. Robinson Department of Oceanoqraphy The University Southampton SO9 SNH UNITED KINGlWM

- 51 -

SECCION 2

Lecciones Prácticas en oceanografía por Satélite


5: ESTRUCTURA TERMICA DE MARES CON PLATAFORMA l.- MAR DEL NORTE, COMIENZOS DEL VERANO


Proporcionar experiencia en el análisis e interpretación de imágenes de la temperatura superficial del agua de un típico mar poco profundo, cuando los vertidos costeros poseen una temperatura muy diferente.



1) A usar el conjunto de herramientas del procesado de imágenes para realzar las imágenes térmicas de mares poco profundos, con el fin de poder clarificar la estructura de la temperatura superficial del mar.

2) A generar una LUT que proporcione un mapa de contornos de temperatura, que pueda ser utilizado para comparar las temperaturas de imágenes diferentes.

3) A detectar el efecto de la descarga de ríos y estuarios en mares poco profundos.

4) A sugerir hipótesis acerca de los procesos de dispersión en mares con plataforma, partiendo de análisis de imágenes de temperatura.



No es necesario un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de ayuda (= Help) accionada pulsando <H>, explica con facilidad la operación a realizar; pulsando <ESCAPE> se regresa al Menú Principal. Esta lección mostrará la aplicación de algunas posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ella para lograr un mejor resultado.

- 53 -


Para poder trabajar en este ejercicio, será útil tener una calculadora, papel milimetrado para gráficos y lápices de colores; si se desean ampliar alguna de las características observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil disponer de una carta hidrográfica que cubra la región en estudio.


Para esta lección se proporcionan tres imágenes. Estas corresponden a la temperatura supercificial del agua de mar (SST), obtenidas usando el algoritmo "ventana fraccionada" de los canales 4 y 5 del sensor AVHRR/2 del satélite NOAA-7. Los datos fueron recibidos en la estación de seguimiento de satélites de la Universidad de Dundee (Escocia), siendo procesadas por medio del sistema MIDOCEAN de la Universidad de Southampton.

El algoritmo Wentana fraccionada" fue calculado en el Laboratorio Rutherford Appleton, basándose en las condiciones atmosféricas apropiadas para el Atlántico Norte. Normalmente, es posible obtener una calibración totalmente precisa de la temperatura superficial del mar, con un error inferior a 1Q C. Sin embargo, dado que las condiciones en el Mar del Norte pueden ser a menudo provocadas por masas de aire continentales, más que por la propia atmósfera oceánica, el algoritmo puede caer, a veces, en errores mucho mayores que 1Q C. La precisión relativa (por ejemplo, la capacidad para detectar gradientes de temperatura en una imagen) estará sobre los 0.2Q C. Los valores calculados de la temperatura superficial del mar (SST) han sido codificados en formato 8-bit, con una resolución de O.lQ C; de esta forma el intervalo 0 a 255 corresponde a temperaturas entre 0 y 25.50 C. Estas imágenes han sido geolocalizadas aproximadamente, y rectificadas geométricamente; con un tamaño de pixel de 1' de latitud por 1.75' de longitud, lo que representa, de forma aproximada, celdas cuadradas sobre el terreno. Sin embargo, en un mar cerrado y circundado por una linea de costa con señales características en tierra, son fáciles de localizar las mismas posiciones relativas, en diferentes imágenes, y ello sin necesidad de superponer exactamente las imágenes.


- 54 -

Nombre de archivo Satélite de imagen

Nombre Orbita

Datos de la Pasada

ADl NOAA-7 14622 24/4/84 03:50 AD2 NOAA-7 14629 24/4/84 15:25

l AD3 NOAA-7 14679 2814184 04:42 I I I

Tipo de sensor 1

Sensor Canal Prod.

(El producto SST(2) del programa MIDOCEAN es la temperatura superficial del mar corregida atmosféricamente, usando el algoritmo RAL de ventana fraccionada, basado en el brillo de las temperaturas en los canales 4 y 5).

Los detalles de la corrección geométrica de las imágenes son los siguientes:

l

Nombre de ' Dimensiones del Localización aproximada archivo de pixel de la imagen la imagen (minutos de arco)

' Margen Izq. Margen sup. Long. Lat. Long. Lat.

ADl 1.75' 1.0' 2Q45'W 55Q15'N AD2 1.75' 1.0' 2Q45'W 55Q30'N AD3 1.75' 1.0' 3Q40'W 54Q50'N

Estructura térmica del Mar del Norte

El Mar del Norte es un mar poco profundo, con menos de 200 m de profundidad, bordeado por el Reino Unido al Oeste y por continente europeo al Sur y al Este.

Los procesos dinámicos del mar están dominados por las mareas, y en la zona sur en estudio, los flujos de las mareas son suficientemente fuertes, como para asegurar que el mar esté bien mezclado verticalmente, a lo largo del año. De esta forma, la temperatura superficial es característica del total de la columna de agua, pudiendo actuar como indicadora de las diferentes masas de agua. Esto es particularmente cierto en el caso de ríos y estuarios que vierten sus aguas con una temperatura diferente a la del mar. A finales de Abril, principios de Mayo, el calentamiento solar es suficiente para asegurar que el agua cercana a la orilla y los vertidos estuáricos sean más calientes que el resto del mar; de este modo la pluma del agua vertida es fácilmente localizable.

- 55 -

Ocurren algunas estratificaciones en verano en la zona norte del mar, y cuando el límite entre aguas estratificadas y no estratificadas, está adecuadamente establecido, este se localiza frente a la costa de Yorkshire -- Frente de Flamborough. (El Promontorio Flamborough es el terreno más elevado por encima del estuario Humber). En días soleados, cuando el viento es suave, el calentamiento solar puede producir una termoclina diurna que puede aumentar la temperatura superficial en uno o dos grados centigrados, en los primeros metros.


l.- Visualizar la imagen ADl. Familiarizarse con ella y seleccionar una tabla de referencia (LUT) para distinguir entre tierra, agua y nubes. Observar que en esta imagen nocturna la tierra está más fría que el agua. Identificar referencias en tierra, en la línea de costa, en un mapa o carta. Observar que hay nubes y contaminación parcial por nubes en la parte noreste de la imagen.

2.- Crear una LUT utilizando la extensión lineal que proporcione un mapa calibrado de contornos de la temperatura superficial del mar. Situar los extremos de la extensión en 52 y 94, los 14 niveles que intervienen representan un intervalo de 4.20 C; por ejemplo, cada color abarca un inter valo de 0.3Q C. Crear esta extensión y comprobar que los contornos son correctos utilizando la función Cursor.

3.- Dibujar la estructura térmica, y hacer una indicación de la extensión espacial y el tamaño de la signatura espectral (es decir, la diferencia de temperatura comparada con la del entorno), de algunas características relevantes. Por ejemplo, se puede detectar lo siguiente:

a) Una pequeña mancha cálida en la parte externa de la costa Norte de Yorkshire, que posiblemente sea el comienzo de la estratificación.

b) La pluma de agua vertida por el Río Támesis. c) La franja de agua templada costera existente en numero-

sas localidades, particularmente a lo largo de la costa belga.

d) El vertido del Río Rin. e) El agua en los mares interiores de Holanda y entre la

costa holandesa y las islas exteriores (El Mar de Wadden).

f) Las aguas del Wash y del Estuario Humber.

- 56 -

4.- Cargar la imagen AD2 y visualizarla usando la misma LUT producida en al apartado 2. Hacer comentarios sobre el nivel total de temperaturas, comparándolo con el de la imagen ADl. Teniendo en cuenta que estas imágenes proceden del mismo satélite, y que fueron tomadas con 12 horas de diferencia, sugerir las posibles razones, aparte de un error fortuito, por las que AD2 es generalmente más cálida que ADl. Observar que aunque se puedan sugerir poderosas razones para explicar esta discrepancia de temperaturas, no existe un modo objetivo de comprobarlas, sin medidas "in situ".

5.- Seleccionar una LUT más adecuada para resaltar la estructura térmica de AD2. imagen primitiva?.

¿Qué características permanecen de la Comparar la extensión espacial y la

magnitud térmica de las características en las dos imáge- nes. Observar que es mejor comparar sus temperaturas relativas en relación con sus alrededores, que fijarse en sus temperaturas absolutas, las cuales dependen de los niveles totales de temperatura considerados en el apartado 4.

6.- Cargar la imagen AD3. más hacia el Sur,

Observar que se extiende levemente

Canal Británico. que las anteriores y muestra parte del

Existe una gran región de nubes en la parte central norte de la imagen. Usando una LUT adecuada, comparar la temperatura total de esta imagen con la de las dos anteriores. debido?

¿A cual se asemeja más? ¿A qué puede ser

7.- Comparar las características de esta imagen con las registradas en los apartados 3 y 5. Registrar cualquier cambio o similitud, y tratar de justificarlos en términos de procesos físicos en mares poco profundos. Se necesitará, probablemente, regresar a las imágenes anteriores para facilitar la comparación.

Observar que comparando distintas imágenes tomadas con unos días de diferencia, se hace más patente que las características de una imagen son debidas a la contamina- ción por nubes y que por lo tanto varían significativamen- te de una imagen a otra; que son efectos diurnos y por lo tanto desaparecen en las imágenes nocturnas; y que son aspectos genuinos de la estructura térmica del mar, va- riando solo muy lentamente. Observar que cualquier carac- terística podría ser malinterpretada, si se consultase solamente una imagen, en lugar de utilizar la información de las tres.

8.- Usando la estructura térmica del Mar del Norte detectada a partir de las imágenes, sugerir posibles modelos de flujo residual que suceden en el mar en ese momento, y considerar que conocimiento se puede obtener partiendo de las imágenes sobre la dispersión de material en la región.

- 57 -

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Abril de 1.988.


Dr. I.S. Robinson Department of Oceanoqraphy The University Southampton SO9 5NH UNITED KINGDOM

- 58 -

SECCION 2

INTERPRETACION DE IMAGENES OCEANOGRAFICAS

6: ESTRUCTURA TERMICA EN MARES CON PLATAFORMA

2 l - ESTRATIFICACION DEL MAR DE IRLANDA A COMIENZOS DEL VERANO


Proporcionar experiencia en el análisis e interpretación de imágenes de temperatura superficial del agua en un mar con plataforma, durante el comienzo de la estratificación térmica a finales de la primavera/comienzos del verano.



1) A usar las herramientas del procesado para realzar imágenes térmicas de mares con plataforma, a fín de poder clarificar la estructura térmica de la superficie del mar.

2) A comparar y contrastar la estructura térmica de varias imágenes de la misma zona, espaciadas en algunas horas o días.

3) A distinguir entre cambios diurnos en la temperatura superficial del agua de mar y aquellos que son más permanentes.

4) A detectar el comienzo de la estratificación térmica en forma aislada sobre un mar con plataforma, identificando el borde frontal que la separa de las aguas bien mezcladas.

5) A sugerir hipótesis sobre los procesos de dispersión en mares con plataforma, a partir del análisis de imágenes de temperatura.



No es necesario un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de ayuda (= Help) accionada pulsando CH>, explica con facilidad la operación a realizar; pulsando <ESCAPE> se retorna al Menú Principal. Esta lección mostrará la aplicación de algunas posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ella para lograr un mejor resultado.

- 59 -


Para poder trabajar en este ejercicio, será útil tener una calculadora, papel milimetrado para gráficas y lápices de colores; si se desea ampliar alguna de las características observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil referirse a una carta hidrográfica que cubra la región en estudio.

Las imágenes usadas para esta lección

Para este ejercicio se proporcionan cuatro imágenes. Hay imágenes de SST del Mar de Irlanda y del Atlántico Oeste, por la parte exterior de la costa de Irlanda, calculadas usando el algoritmo de "ventana fraccionada" de los canales 4 y 5 del sensor AVHRR/2 del satélite NOAA-7. Los datos fueron recibidos en la estación receptora de satélites de la Universidad de Dundee y fueron procesados usando el programa MIDOCEAN de la Universidad de Southampton. Las escenas abarcan un período de cuatro días. Se incluye una imagen de día y otra de noche del primer día, una imagen de día tomada dos días después y una nocturna tras dos días más.

El algoritmo de ventana fraccionada (= split window) fue calculado por el Laboratorio Rutheford Appleton, basándose en las condiciones atmosféricas adecuadas del Atlántico Norte. Normal- mente, es posible obtener una precisión absoluta de la calibra- ción de la SST mayor que 1Q c. Sin embargo, dado que las condiciones sobre el Mar del Norte pueden ser, a veces, las de una masa de aire continental más que las de una atmósfera oceánica, el algoritmo puede en estas ocasiones tener un error superior a 1Q C. La precisión relativa (es decir, la capacidad de detectar gradientes de temperatura en una imagen) será de alrededor de 0.2Q C. Los valores calculados de SST han sido codificados en forma 8-bit con una resolución de O.lQ C, de forma que los números en el intervalo 0 a 255 corresponden a temperaturas entre 0 y 25.5Q C.

Estas imágenes han sido localizadas geográficamente, de forma aproximada, y rectificadas geometricamente, con un tamaño de pixel de 1 ' de latitud por 1.75' de longitud, lo que representa, aproximadamente, una celda cuadrada en tierra. Sin embargo, en un mar cerrado rodeado por una línea de costa con señales características en tierra, es fácil localizar estas posiciones en diferentes imágenes, no habiéndose realizado ningún ensayo de superponer exactamente, las distintas imágenes.


- 60 -

Nombre del archivo de Satélite

Datos de la Pasada

Nombre

NOAA-7 NOAA-7 NOAA-7 NOAA-7 I

Orbita Fecha - Hora

14622 2414184 03:50 14629 24/4/84 15:25 14657 2614184 15:oo 14679 2814184 04:42

Tipo de sensor

(El producto SST (2) del programa MIDOCEAN es la SST atmosféricamente corregida, usando el algoritmo PAL de ventana fraccionada, basado en los brillos de las temperaturas medidos en los canales 4 y 5).

Los detalles de la corrección geométrica de las imágenes son los siguientes:

Nombre del archivo de la imagen

-__--__

AEl AE AE AE

Dimensiones del Localización aproximada pixel de la imagen

(minutos de arco) c Margen Izq. Margen Sup.

Long. Lat. Longitud Latitud .--__

1.75' 1.0' 1.75' 1.0' 1.75' 1.0' 1.75' 1.. 0 '

13Q50'W 55Q50'N 15QOO'W 55Ql5"N 14QlO'W 55QOO"N 13QOO'W 55Q20 'N

Factores que afectan la estructura térmica del Mar de Irlanda

El Mar de Irlanda es un mar poco profundo (con profundidades típicas inferiores a 100 m) semicerrado por la Gran Bretaña e Irlanda, pero conectado al resto de la plataforma continental al NW de Europa por estrechos al Norte y al Sur.

La altura de marea es de hasta 8 m, y las corrientes de marea son fuertes, excepto entre Irlanda y la Isla de Man. En esta región se produce estratificación en verano, aunque en el resto del mar existe una buena mezcla vertical. La estratifica- ción estival también se produce en el Mar Celta, al Sur de Irlanda.

El inicio de la estratificación se calcula hacia finales de Abril o comienzos de Mayo. Una vez que se produce es un fenómeno estable, pero inicialmente su formación está promovida por un período de tiempo soleado y de calma.

- 61 -

Existe una considerable influencia alrededor de los márgenes del Mar de Irlanda, especialmente en el Noreste, donde estuarios tales como los de Dee, Mersey y Solway desembocan en él. De igual forma es observable, en la mayoría de las imágenes, la región Oeste de Irlanda. Esta es una típica plataforma continental en el margen del Océano Atlántico, y su oceanografía fisica está controlada por los aportes costeros locales y por los procesos oceánicos que son capaces de penetrar cruzando la región del talud continental, pasando sobre la plataforma.


l.- Cargar la imagen AEI y familiarizarse con la localización. Usar una extensión adecuada para determinar que áreas son de tierra, de agua y nubes. Siguiendo el procedimiento aprendido en la lección 5, establecer una LUT que pueda proporcionar un mapa con contornos de color de la temperatura superficial. Seleccionar los límites apropiados del intervalo para abarcar el intervalo de temperaturas encontrado en el mar y presente en esta imagen.

2.- Describir la estructura total de temperatura del Mar de Irlanda, que aparece en esta imagen. Registrar en un mapa esquemático la forma espacial y el tamaño, así como la magnitud térmica de algunas características destacadas. Sugerir explicaciones físicas para estas características (ej. dispersión de los vertidos costeros, entrada de agua del Atlántico o del Mar Celta). ¿Hay alguna evidencia de estratificación al Oeste de la Isla de Man, que pudiera llevar a unas temperaturas superficiales más altas separadas por un frente, de las aguas circundantes más frías y bien mezcladas?

3.- Cargar la imagen AE2. Familiarizarse con ella. ¿Porqué es ineficaz con esta imagen la LUT que se habia usado con la imagen AEI?

(Nota: Esta es una imagen diurna registrada menos de 12 horas después de la AEZ y es improbable que la estructura térmica de la columna de agua haya cambiado de forma significativa en ese lapso de tiempo. Cualquier diferencia entre las imágenes es probablemente debida, al procedimiento inadecuado de corrección atmosférica usado para combatir los cambios de temperatura del aire que suceden entre el día y la noche, o bien a la formación, durante el día, de una capa superficial temporal cálida a causa del calentamiento solar, sin una mezcla importante por efecto del viento (la termoclina diurna). El efecto anterior es esperado que suceda sobre grandes áreas, mientras que este último puede ocurrir en zonas relativamente pequeñas).

- 62 -

4.-

5.-

6.-

7.-

8.-

¿Cual es la diferencia de temperatura típica entierra entre esta imagen y la anterior? ¿Cual es el intervalo de temperatura del mar encontrado en esta imagen? Crear una LUT para abarcar este intervalo. Compararlo con el de la temperatura del mar en la imagen AEl.

Identificar cualquier nueva característica térmica que haya aparecido en esta imagen, comparándola con la AEl. Representar su estructura y medir la magnitud de la signatura térmica. Observar, particularmente, las plumas fuera de los salientes de la costa atlántica de Irlanda.

Los registros (datos) indican que habia un viento suave (fuerza 2 a 4) en dirección noroeste. ¿Ayuda esta informa- ción a sugerir una hipótesis que explique los lVpuntos calientes" asociados a salientes costeros?

Cargar la imagen AE3. Establecer una LUT adecuada para visualizar la estructura térmica. Observar el intervalo total de temperatura en esta imagen diurna comparándola con las dos anteriores. Observar una región frontal formada entre (295, 50) y (330, 50), y por fuera de la costa irlandesa en (285, 90). (X, Y) son las coordenadas de los pixels definidas en la función cursor. Representar la localización exacta de esos frentes, y la magnitud de sus signaturas térmicas.

Cargar la imagen AE4. Observar los cambios totales de temperatura con relación a las imágenes anteriores. Establecer una LUT adecuada para visualizar la estructura térmica. iExiste aún el frente regional que aparecía en AE o ha desaparecido?

Si esta fuese una mancha "caliente II diurna en la imagen AE3. Su persistencia en una imagen nocturna implicaría que correspondería auna característica más fuerte, probablemente el comienzo de la estratificación estacional y a un frente de mezcla mareal que es esperable en esta región.

En el apartado anterior se habrá observado que el frente ha cambiado estando ahora situado entre (245, 125) y (295, 75). Representar la localización del frente, incluyen- do los meandros y observar la magnitud de la signatura térmica. ¿Como ha crecido espacialmente y en magnitud térmica, la región estratificada (el lado caliente del frente) comparado con la imagen AE3?

- 63 -

9.- Hasta ahora la atención se ha concentrado en el crecimiento previsto de la región estratificada al Oeste de la Isla de Man y en los efectos diurnos evidenciados en AE2. Revisar ahora, las cuatro imágenes, identificando otras caracterís- ticas, observando las que persisten entre el día y la noche, y durante el período de cuatro días, así como si se observa algún movimiento, de crecimiento o contracción. Estas son las características más significativas para la compresión de la oceanografía física de la región. Sugerir explicaciones oceanográficas a estas características.

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Abril de 1.988.


Dr. I.S. Robinson Department of Oceanoqraphy The University Southampton SO9 5NH UNITED KINGDOM

- 64 -

LECCIONES PRACTICAS DE OCEANOGRAFIA POR SATELITE


7 .- DATOS DEL CARTOGRAFIADOR TEMATICO AEREO (ATM) - LOS MUELLES DE SOUTHAMPTON


datos Proporcionar experiencia en el análisis e interpretación de

aéreos de un estuario, temático (ATM).

por medio de un cartografiador


Al completar esta unidad, los estudiantes habrán aprendiah

1) A usar las herramientas del procesado de imágenes para realzar los datos del escáner aéreo y poder clarificar la topografía costera, así como a desvelar los modelos espaciales de la radiación proveniente del agua.

2) A comparar los puntos de control en tierra con un mapa de la zona, de forma a poder determinar la escala aproximada y las distorsiones geométricas en la imagen.

3) A identificar varias signaturas de radiancia visible en términos de reflectividad superficial y fenómenos de calidad de agua.

Información previa


No es necesario un conocimiento previo del sistema BILKO. La disponibilidad continua de ayuda (= Help) accionada pulsando <H>, explica con facilidad la operación a realizar; pulsando <ESCAPE> se retorna al Menú Principal. Esta lección mostrará la aplicación de algunas posibilidades ofrecidas por esta herramienta de trabajo y nos dará una guía en el uso de ella para lograr un mejor resultado.

- 65 -

, I 4

0 1 2 km

Figura 2

- 66 -


Para poder trabajar en este ejercicio, será útil tener una calculadora, papel milimetrado para gráficas y lápices de colores; si se desea ampliar alguna de las características observadas. Para relacionar las imágenes con los procesos oceanográficos subyacentes, será útil referirse a una carta hidrográfica que cubra la región en estudio.


Se proporcionan seis conjuntos de datos para esta lección. Existen datos originales de los canales 1 a 6 del escáner aéreo Daedalus 1268, instalado en un avión Piper Chieftain, pertene- ciente al Consejo de Investigaciones Naturales y Medioambientales del Reino Unido. Los datos fueron recogidos un dia de Septiembre de 1.987, sobre los muelles de Southampton (Ver Figura 2).

Los seis canales del escáner tienen las siguientes caracte- rísticas espectrales:

Nombre del archivo Canal

Dll D12 D13 D14 D15 D16

Longitud de onda (micras)

0.42 - 0.45 0.45 - 0.52 *1 0.52 - 0.60 *2 0.605- 0.625 0.63 - 0.69 *3 0.695- 0.75

*n = equivalente a la banda n del Cartografiador Temático (TM) de Landsat

Notas sobre la Interpretación de datos ATM sin procesar:

Aunque los datos no han sido calibrados directamente en términos de radiancia, existe una relación lineal entre los números digitales y la radiancia recibida por el sensor. Dado que el cero de las ordenadas y los gradientes de calibración son diferentes para las diversas bandas, sería imprudente intentar cualquier interpretación cuantitativa basada en datos originales (brutos) o basada en relaciones entre diferentes bandas de los datos originales. Sin embargo, las relaciones de bandas pueden proporcionar información cualitativa, especialmente si una característica es más evidente en una banda que en otra.

- 67 -

No se ha aplicado ninguna corrección geométrica. Esto significa que es previsible una distorsión en los extremos de la línea de barrido, es decir, la anchura de pixel a través de la pantalla es variable. La porción de imagen extraída no es la anchura total de las líneas de barrido, hacia el centro de la linea.

y se encuentra localizada La escala de arriba-abajo no es

necesariamente la misma que a través de la imagen, aproximadamente uniforme por toda la imagen.

aunque sea


El completar esta leccción llevará, al menos, 30 minutos.

l.- Observar por turno cada canal e instalar una LUT apropiada para resaltar los modelos del agua en cada uno de ellos. La banda 6 será el mejor medio para discriminar el límite entre tierra-mar, imagen.

siendo la más útil para fijar la posición en la

Examinar las distorsiones geométricas en la imagen. Usando un mapa de la zona de los muelles, intentar trabajar longitudes de escala aproximadas en ambas direcciones.

Listar las características y modelos presentes en cada imagen. Observar cuales están presentes en todos y cuales están sólo en alguno de los canales. Comparar cualitativamen- te, la signatura espectral de diferentes características, representando cada característica como una línea en una gráfica de valores de pixel, frente al número de canal.

Sugerir interpretaciones de las características observadas en el canal 3, e intentar distinguir entre objetos en el agua, modelos causados por la rugosidad superficial y modelos debidos a la variación de las propiedades ópticas del propio agua.

Observar el gran barco que está anclado en el muelle del centro de la imagen. Habia arribado pocos minutos antes de la toma de la imagen y los remolcadores que habían ayudado al atraque pueden ser observados mientras se alejaban. Observar también la gran formación con aspecto de pluma a la izquierda de ese barco. Sugerir que puede ser, por compara- ción de su signatura espectral con la de otras característi- cas más rapidamente identificables en la imagen.

- 68 -

Esta lección fue preparada por I.S. Robinson, Marzo de 1.988.


Dr. I.S. Robinson Department of Oceanography The University Southampton SO9 5NH UNITED KINGDOM

- 69 -

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS ------- SECCION 2

Notas Sobre las preguntas

Las lecciones incluidas en esta sección sobre interpretación de imágenes, contienen una serie de preguntas en las instrucciones del esquema de cada lección. Muchas de ellas tienen respuestas numéricas que permiten ser controladas directamente por un profesor trabajando con el material. Existen, sin embargo, un cierto número de preguntas más abiertas, que animan al estudiante a pensar de forma más creativa sobre la interpretacion oceanográ- fica de los datos en la imagen. Estas no tienen, obligatoriamen- te, una respuesta acertada o errónea, y pueden no ser completamente contestadas sin una mayor investigación cientifica de la región en cuestión. Sin embargo, puede ser útil conocer lo que el autor tenía en mente cuando efectuó la pregunta. Estas breves notas son ofrecidas con esta finalidad.

Los párrafos numerados, corresponden con los apartados indicados en el esquema de la lección de la que se ha extraído la pregunta.

LECCION 1

3.- La parte de altas temperaturas delhistograma corresponde con pixels sobre tierra, en el centro de la imagen. Estas son las Islas Shetland. La cola de bajas temperaturas del histograma es la masa de pixels contaminados de nubes al oeste de la imagen. En el preprocesado de los datos, los pixels completamente nubosos han sido mayoritariamente retirados con un valor de temperatura por defecto de 0 y forman un pico, fácilmente observable, en la parte izquierda del eje del histograma.

5.- La evidencia de un flujo en dirección Noreste desde el Atlántico hacia el Mar de Noruega es el agua más caliente encontrada en la parte oeste de la imagen. El agua más fría de la Corriente Costera Noruega se puede encontrar en el margen este de la imagen.

7.- Los meandros en la Corriente Costera Noruega parecen tener una longitud de escala típica de unos 30 pixels, equivalente a una longitud de escala real de 28 Km. El cambio de temperatura a través del frente es de 1-2 QC.

Las características del remolino tienen una diferencia de temperatura entre el centro y la parte externa de unos 0.5 QC y un diámetro de alrededor de 22 pixels (20 Km).

- 71 -

ll.- Las temperaturas en la imagen son brillos de temperaturas basados en la medida de un solo canal radiométrico (ver la definición de los datos de la imagen). No se han aplicado correcciones para el efecto de contaminación atmosférica de la señal infrarroja procedente del agua. De forma general, esto seria previsible que redujera la temperatura aparente en algunos grados centigrados, por debajo de la verdadera temperatura de la corteza.

LECCION 2

3.- Los dos picos en el histograma de temperatura son debidos a la división de esta imagen en dos regiones; una, aproximadamente, 4 QC más fría que la otra; separadas por el Frente Islandia-Faroes. Los pixels correspondientes a la pequeña parte de Islandia, en la parte superior izquierda de la imagen, forman una pequeña curvatura caliente en elhistogra- ma, a la derecha de los picos principales. Este es un histograma atípico. Normalmente, una separación térmica tan evidente entre los picos, indicaría la diferencia entre mar y tierra, o entre las temperaturas del mar y de las nubes. La razón por la que hay simplemente un amplio histograma de las temperaturas del agua de mar, en este caso, es que el frente tiene una forma en la que existen muy pocos pixels con temperaturas intermedias entre los dos picos. El pico más frío es el menor, dado que en esta escena, el agua fría ocupa una superficie más pequeña que la del agua caliente en el sur. A raiz del histograma atípico y de la forma del frente, sería fácil para un analista inexperimentado el interpretar el frente como un borde costero.

7.- Para rectificar la imagen ABI de forma que represente una geometría verdadera, se aplicará una ampliación de "zoom" de orden 2 (x 2) en dirección norte-sur, mientras que el eje este-oeste permanece constante (x 1).

8.- Una imagen de gradientes de temperatura, normalmente, contiene poca información. La mayoría de las estructuras no son distinguibles del V'ruidoVV, salvo donde existe un fuerte gradiente térmico. Sin embargo, en un caso como este es posible hacer una distinción clara del frente sobre el "ruido", y poder así concentrar la atención del observador sobre el frente, que es desde el punto de vista dinámico, el rasgo más interesante de la imagen. De forma operativa, sería posible usar una imagen de gradiente para observar la varia- ción en la posición del frente entre las diferentes pasadas.

- 72 -

9.- La calidad de estos datos está degradada por el suavizado, con lo que se ha perdido información. Sin embargo, hay a veces valores en el suavizado que permiten que la estructura completa sea observada rápidamente; ya que el ojo no es distraido por el punteado o sombreado de una imagen con ltruidott. Si tal como sucede en este caso, la resolución radiométrica de la imagen es menor de lo que estaría justificado por las especificaciones el sensor, entonces el suavizado no pierde mucha información importante. Su efecto más degradado aparece en el borde del frente, donde se debilita el gradiente horizontal de temperatura; asi como en los bordes costeros o de nubes en los que se difumina.

LECCION 3

3.- La mayor parte del histograma corresponde a los pixels del mar. Los pixels de baja radiancia son los más oscuros. El pico más alto corresponde a las nubes (esquina inferior derecha) o a la propia Islandia. Observar que sobre las partes cubiertas de nieve de Islandia, hay radiancias muy altas, pero que alrededor de la región costera, la tierra es más oscura, aunque no tanto como el agua. Una cuidadosa selección de la tabla de visualización (LUT) producirá una línea de costa nítida, a lo largo de un borde adecuado entre los dos colores correspondientes a la separación tierra-mar.

5 & 8.- Sin el análisis de las muestras de agua sería complicado (incierto) interpretar esos datos de forma fiable, en términos de calidad de agua; especialmente, ya que no se han aplicado correcciones atmosféricas por aerosoles. Sin embargo, la señal es fuerte en todos los canales del CZCS, lo que sugiere una reflectividad de banda amplia, debida a un material opticamente dispersante, más que a una signatura suave verde/azul de una población normal de fitoplancton. Esto es confirmado por los análisis de la relación entre los canales (apartado 6 de la lección). La causa podría ser un afloramiento de cocolitofóridos, aunque también podrían ser sedimentos en suspensión. Sin embargo, dado el aparente origen del material reflectivo cerca de la costa de Islandia, lo último parece lo más probable, con sedimentos glaciales de descongelación, lavados hasta el mar desde los ríos de Islandia.

Lo que nos dicen los modelos de alta reflectividad y que puede no ser aparente en las medidas oceanográficas convencionales locales, es que al pluma de material está siendo llevada mar adentro a lo largo de la línea del Frente Islandia-Faroes.

- 73 -

LECCION 4

2.- El canal 4 dará el mejor resultado de contraste entre tierra/mar, dado que mide la luz a 670 nm, que es más rápidamente absorbida por el mar que longitudes de onda más cortas. La reflectividad del agua por debajo de la superficie en el canal 4 es mucho menor pues, que en los canales 1 y 3. La reflectividad sobre tierra en el canal 4 no es, necesariamente, diferente de la de las otras bandas, por lo que el contraste tierra/mar en el canal 4, será mejor que en las otras bandas.

4, 5 & 8.- La pluma de color parece dibujarse a lo largo del frente térmico. Transectos a través del frente, mostrarán la mayor reflectividad en la parte más pendiente del frente térmico. Ello es predecible a partir de las consideraciones dinámicas, ya que es previsible un fuerte flujo geostrófico, a lo largo del frente; este flujo debe ser el portador del material ópticamente reflectivo que ha recogido en el área costera de Islandia. Las imágenes en color proporcionan, de esta forma, una evidencia del flujo, que sólo puede ser inferido dinámicamente de la imagen térmica. A este respecto, los dos tipos de datos son complementarios. El color actua aqui como un trazador del movimiento del agua. Si se le considera como un trazador debilitado, entonces la reducción en la concentración a lo largo del frente, indica la dirección del flujo de oeste a este. El trazador de color identifica muy claramente, que el canal de flujo asociado con el frente discurre en forma sinuosa siguiendo el contorno de la temperatura.

No hay una correlación estricta entre la magnitud de la reflectividad visible y la temperatura de los pixels correspondientes. Un simple análisis estadistico revelaría poco. Baja reflectividad es encontrada a altas y bajas temperaturas. Reflectividades altas aparecen a todas las temperaturas, aunque con una mayor correlación a valores intermedios. Sin embargo, es cuando comparamos los modelos espaciales de los dos tipos de imágenes, cuando queda clara la interdependencia de la interpretación de las dos imágenes.

- 74 -

LECCION 5

4 & 6.- Las imágenes nocturnas aprecen ser un total de varías décimas de grado centígrado más bajas que las diurnas. Esto puede ser debido a la ausencia, durante la noche, de la termoclina diurna (algunas manchas caracteristicas del calentamiento superficial de la tarde se encuentran en AD2). Puede ser también un efecto del enfriamiento de la corteza en las imágenes nocturnas o incluso el efecto de enfriamiento de la atmósfera durante la noche, no estando adecuadamente manejadas por las correcciones atmosféricas de rutina que se han aplicado.

8.- El agua caliente vertida por los ríos proporciona un trazador no permanente de la pluma de asimilación del río en el Mar del Norte. Parece existir una tendencia de flujo costero hacia el sur, desde el noreste de la costa inglesa, aunque existe un flujo en dirección norte llevando el vertido del Rin a lo largo de la costa holandesa. Las plumas de vertido de agua parecen mantenerse cohesionadas y poco dispersas, con lo que se puede contar con la temperatura como un trazador representativo.

LECCION 6

2.- Hay evidencia, a partir de esta secuencia de imágenes, del desarrollo de la estratificación estacional al oeste de la Isla de Man, así como del frente asociado entre aguas estratificadas y no estratificadas. (Ver apartados 6, 7 y 8).

4 & 5.- Las plumas calientes que parecen comenzar en los salientes y que se curvan gradualmente hacia el Océano Atlántico son, probablemente, manifestaciones de un efecto de termoclina diurna. Esto sólo se encuentra en la imagen AE2, indicando un fenómeno efímero y poco profundo. Las vetas calientes parecen alinearse con la dirección del viento. Presumiblemente, los salientes están creando una protección contra el viento, por detrás de la cual, el viento sería lo suficientemente débil como para permitir la formación de la termoclina diurna, mientras que en otras regiones, esta es destruida por la acción mezcladora del viento.

- 75 -

SECCION 3

Ejercicio de Temperatura Superficial del Agua

- 77 -

Figura 1. Localización de las zonas 1 y 2 mostradas en las imágenes

- 78 -

LECCIONES PRACTICAS EN OCEANOGRAFIA POR SATELITE

ESTIMACION DE LAS TEMPERATURAS ABSOLUTAS SUPERFICIALES DEL AGUA DE MAR


Listar los procesos físicos que unen medidas de escáner infrarrojo, a las temperaturas de un campo de imagen: Demostrar cuantos datos de un escáner infrarrojo son almacenados y como son usados para crear un mapa térmico del océano.

1)

2)

3)

4)

5)

Objetivos ESp8CifiCOS

Al completar esta lección los estudiantes habrán aprendido:

Identificar datos calibrados en los campos de cabecera de las imágenes escaneadas.

Estimar: Temperaturas medias de referencia de un cuerpo negro; medias de resultados digitales de los cuerpos negros de referencia; medias de resultados digitales de señales del espacio exterior.

Construir una curva de calibración de un detector.

Estimar brillos de temperaturas de pixels seleccionados en una imagen infrarroja térmica.

Corregir brillos de temperaturas para estimar la temperatura superficial del agua, haciendo las correciones atmosféricas apropiadas.

Información previa

Detalles de los archivos de imagen usados en esta lección

En este ejercicio se proporcionan archivos de datos de imagen provenientes del satélite NOAA-7. Estos han sido tomados de la órbita número 14608, de fecha 23 de Abril de 1.984, a las 0403 GMT y muestran las zonas geográficas representadas en la Figura 1. Las imágenes están referidas como:

- 79 -

Coeficiente de calibración del cuerpo negro: NOAA-7

4

Ti = xaij(yi)j; i = 1,2,3,4 para PRTi, Ti en grados Kelvin j=O

PRTi aiO ail ai ai ai

i=l 277.099 5.048E-02 2.823E-06 0 0 i=2 276.734 5.069E-02 2.493E-06 0 0 i=3 276.876 5.1483-02 l.O40E-06 0 0 i=4 276.160 5.1283-02 1.414E-06 0 0

Nota: Los valores difieren ligeramente de satélite a satélite.

T= CbiTi; generalmente bi = 0.25

Tabla 1 : Coeficientes de calibración PRT

- 80 -

IMAGEIl.DAT IMAGE42.DAT IMAGESl.DAT

TB41.DAT TB42.DAT TBSl.DAT TB52.DAT SSTl.DAT SST2.DAT

Cada uno de esos archivos de datos tienen 512 pixels y 256 lineas, apareciendo con su correspondiente archivo .HDR.

Los nombres de los archivos están codificados de forma que puedan ser de ayuda al realizar los ejercicios, así tenemos que:

1) El último número del nombre del archivo, 1 ó 2, define el área geográfica a la que pertenece el archivo, en la Figura 1.

2) El penúltimo número en el nombre del archivo, 4 ó 5, especifi- ca el número del canal del AVHRR que se aplica.

3) El texto que antecede a los números, IMAGE, TB o SST, indica el origen de la información -- datos originales, datos de brillos de temperatura o datos de temperatura superficial del agua, respectivamente.

LOS datos originales de la imagen vienen en formato lo-bit (es decir, valores en el intervalo o-1023). Dado que BILKO requiere datos de entrada en formato 8-bit, los archivos IMAGE están presentados en una forma convertida. Una compensación de 350 ha sido restada de los datos lo-bit para hacer esos archivos de IMAGE: Para retornar a los valores lo-bit, se debe añadir esa compensación a los datos 8-bit dados por la opción Cursor de BILKO. Los archivos de temperatura TB y SST son mostrados como 0 - 25.5 QC, en tramos de 0.1 QC.


1. Introducción

Las imágenes obtenidas por un escáner térmico infrarrojo desplazándose por encima de la superficie terrestre, representan la intensidad de la radiación térmica infrarroja recibida desde un campo de visión instántaneo (IFOV) sobre la superficie terrestre. La intensidad de esta radiación depende de (i) la temperatura de la superficie terrestre en el IFOV, (ii) la emisividad de los materiales en la superficie terrestre del IFOV y (iii) el grado en que la radiación es atenuada o aumentada en su recorrido desde la Tierra hasta el avión o satélite que transporta el escáner.

- 81 -

SITUACION FISICA PROCESADO

Radiaciones IR recibidas por el

Satélite

1

Radiancia desprendida

digitales * Numéros

Sensor del Satélite

3 Efectos

i

atmosféricos

Intensidad IR (Radiaciones) recibidas por

r- ~~~~ I Inversión de la I

I I distribución de Planck 1

Brillo de temperatura, Tb

r I I !

Corrección atmosférica 1

Temperatura superficial del mar

MAR

Figura 2.

- 82 -

Sobre la superficie terrestre, tanto la temperatura como la emisividad son desconocidas y por tanto no es posible determinar ambos parámetros a partir de una única medida de intensidad de cada IFOV. Sobre el mar, sin embargo, la emisividad es casi constante. Por otro lado, afortunadamente, también sucede que el presente valor es alrededor de 0.98 y para muchos fines puede ser tomado como unidad. Así pues observando una imagen térmica infrarroja del mar se está viendo un mapa de temperatura superficial del mar, aunque con algunas reservas a causa de la atenua- ción atsmosférica.

Las imágenes de satélite son a menudo impresas usando una escala de grises. Esto significa que diferentes tonos de grises en una imagen corresponden con diferentes temperaturas, siendo corriente mostrar la imagen, de forma que las temperaturas más altas aparezcan más claras y las más bajas en tonos oscuros. Dado que el adaptador gráfico usado en este ejercicio da una elección de sólo cuatro grises, es más fácil y apropiado usar una escala de color. Sin embargo, todavía podemos mantener la norma de que los colores más claros se refieren a las temperaturas más altas.

Actividad: Cargar y mostrar en pantalla IMAGEIl.DAT. Usar los comandos Modify LUT y Modify Palette para formar una imagen que muestre las variaciones de la temperatura superficial del agua de mar y que siga la norma de que los colores más claros representan las temperaturas más elevadas.

Para algunos fines, imágenes cualitativas de este tipo son perfectamente adecuadas. Para estudiar la localización geográfica de los frentes de la plataforma, no es necesario tener una calibración absoluta de la escala de grises en términos de temperatura. Aunque para otros fines sea necesario obtener temperaturas reales de la superficie del mar; un ejemplo sería la relación entre la temperatura superficial del agua de mar y los movimientos de las poblaciones de peces, ya que son temperaturas absolutas, y no relativas, a las que son sensibles los peces.

Los ejercicios que siguen, sirven para dar ejemplos de los procedimientos usados para calcular las temperaturas absolutas a partir de los datos AVHRR. Tales procedimientos difieren en los detalles, de un satélite a otro, pero se derivan de principios físicos comunes. El Apéndice 1 da una breve comparación del AVHRR con otras fuentes de datos.

La Figura 2 señala, en la parte izquierda, los procesos físicos por los que la radiación infrarroja del mar es vinculada al registro digital de la escena. En la parte derecha se muestra los procesos de cálculo por los que el registro es convertido en una estimación de temperatura superficial del mar.

- 83 -

2. Procedimientos de Interpretación de los Datos

Para hacer una estimación de la temperatura superficial del agua de mar usando datos AVHRR se requiere un conocimiento de los datos disponibles y una comprensión de los procedimientos matemáticos usados en su interpretación. En las tres secciones siguientes, los procedimientos son tratados en la secuencia indicada anteriormente, siendo introducidas las fuentes de datos mas relevantes como es necesario.

2.1 Puntos de calibración

Existen tres canales infrarrojos en las versiones antiguas del AVHRR y cuatro en las nuevas. infrarrojo

El primero de estos es un canal cercano que recibe casi exclusivamente radiancia

reflejadas más que emitidas, no siendo de interés en el presente contexto. Los restantes son un canal en infrarrojo medio (con longitud de onda entre 3.5 - intervalo 10.5 -

3.9 Pm) y uno o dos canales en el 12.5 Pm; durante el día la radiancia en el canal

infrarrojo medio está compuesta tanto de la emitida, como de la reflejada y los datos de este canal sólo pueden ser usados para la determinación de la temperatura superficial del agua de mar, durante la noche.

Los canales infrarrojos térmicos del AVHRR son controlados en cada línea de barrido por una calibración interna de vuelo en dos puntos, usando dos fuentes de radiancia de cuerpos de temperatura conocida. Las fuentes son (i) un cuerpo negro situado a bordo y (ii) el espacio profundo. En el registro también va incorporado una medida de la temperatura del cuerpo negro a bordo. La temperatura del espacio profundo se asume como conocida.

Dado que las temperaturas son conocidas, las radiancias del cuerpo negro para las dos fuentes pueden ser calculadas; esas radiancias pueden ser utilizadas con los correspondientes resultados digitales del escáner y una recta de calibración preparada. Frecuentemente se aplica una corrección no lineal a esta recta de calibración, aunque es pequeña. La recta de calibración puede entonces ser usada para convertir los valores digitales resultantes del escáner, en radiancias recibidas de satélite.

- 84 -

<-..Header > --

sync 6 words

TIP Spare AVHRR video data sync data 127 10,240 words 100 520 words words

. words

Lsync 1 Word, 103 -Space data 50 words, 53-102

LBack scan data 30 worda -rPelemetry data 10 wordsi

23-52 3 AVHRR only 13-22

-Time code 4 words, 9-12 Identif'ication 2 words, 7,8

-Sync 6 words, l-6

Ident. Words. Telemetry Word Bit Allocetions (2) Allocations (10)

1 Syn ID 2-3 Frame ID 4-7 Spacecraft address

8 Resync marker 9 Data 0

10 Data 1 Second word spare

1-5 ramp calibration 6 chan 3 target temp. 7 chan 4 target temp. 8 chan 5 target temp. 9 chan 3 patch temp.

10 spare

Figura 3. Estructura HPRT de pequeño formato

- 85 -

Los datos son transmitidos, y generalmente almacenados, en pequeñas estructuras; cada una de ellas contiene una cabecera seguida por los datos de cada línea de barrido de la superficie terrestre; la estructura se muestra en la Figura 3. Para los fines presentes se requieren ciertas palabras en la cabecera. Las palabras 18, 19 y 20 de una de estas estructuras están relacionadas con la temperatura del cuerpo negro a bordo:

palabra 18 = canal 3 temperatura del cuerpo negro



El cuerpo negro a bordo es calibrado antes del lanzamiento y mantenido a la temperatura aproximada de funcionamiento del radiómetro, nominalmente 15 QC ó 288 K. Su temperatura es medida con cuatro termómetros de resistencia de platino, siendo las lecturas producidas incorporadas en el flujo de datos. Los datos de un termómetro son incorporados en una pequeña estructura (correspondiente a una línea de barrido), los datos del segundo termómetro lo son en la siguiente estructura (correspondiente a la siguiente línea de barrido) y así siguiendo con los datos del tercer y cuarto termómetro; en la quinta estructura un valor de referencia mucho menor que los probablemente medidos por los termómetros es insertado en cada una de las tres palabras 18, 19 y 20. Esta referencia proporciona una forma de saber cual de las lecturas de los cuatro termómetros es cada una. Así podemos encontrar, por ejemplo, en 5 pequeñas estructuras sucesivas:

Palabra

(datosltanal 3) (datoSCana 4) (datos Cina1 5)

n PRT3 PRT3 PRT3 n+l PRT4 PRT4 PRT4 n+2 REF REF REF n+3 PRTl PRTl PRTl n+4 PRT2 PRT2 PRT2

4

El valor REF puede ser facilmente identificado por inspec- ción. En los datos presentados anteriormente, tenemos una medida de temperatura por cada uno de los tres canales infrarrojos del AVHRR y por cada uno de los cuatro termómetros de resistencia.

- 86 -

-. -

Mejor que usar sólo los datos de un conjunto de 5 líneas de barrido es tomar la media de varios conjuntos de 5 líneas. Supongamos que Xi es el valor medio de un conjunto de lecturas de PRTi tomadas de un conjunto de pequeñas estructuras n, n+5, n+10, n+.Z5, etc. Existe una serie de coeficientes de calibración a.. por parte de NOAA, para la conversión de los valores de un flu$g de datos en temperaturas. Los coeficientes aij son determinados en tierra antes del lanzamiento, la fórmula para la temperatura de un cuerpo negro seria:

Ti = aio + ail(Xi) + ai2(Xi)2 + ai3(Xi13 + ai4(Xi)4

Es importante observar que el a.. particular usado en nuestro ejemplo y dado en la Tabla 1 so o es válido para datos *'iY provenientes del AVHRR específico a bordo del satélite NOAA-7; para cualquier otro satélite de la serie se deben de obtener los otros valores. Finalmente, para estimar la temperatura de un cuerpo negro es necesario hacer una media ponderada de los valores T,, T2, T3 y T, escribiendo:

donde los valores de los coeficientes bi también están disponibles en la NOAA. Es útil recordar que para cada AVHRR a bordo de los satélites que han sido lanzados hasta la fecha, se ha utilizado una simple media, con bi = 0.25.

Punto 1: La Tabla 2 contiene los datos en palabras 18, 19 y 20 de 60 líneas de barrido en IMAGEN4l.DAT. Usando estos datos, icuales son las temperaturas del cuerpo negro en los canales 4 y 5?

Dado que los datos de calibración son muy estables con relación al tiempo, será asumido que la calibración llevada a acabo sobre esas 60 líneas de barrido será suficiente para las áreas de imagen usadas en esta lección. De manera ideal, sin embargo, cada imagen sería calibrada separadamente usando datos de calibración sobre la imagen entera.

- 87 -

300 299 299 2 1 1

306 307 306 314 314 314 292 292 292 300 300 300

2 1 1 306 307 306 315 315 314 292 291 292 300 299 299

2 1 1 306 306 306 314 314 314 292 292 292 300 299 299

2 1 1 304 304 304 315 314 314 292 292 292 300 299 299

2 1 1 307 307 307 314 314 314 292 292 292 300 299 299

2 1 1 306 306 306 315 314 314 292 292 292

Tabla 2. Palabras 18, 19 y 20 de las líneas de barrido

- 88 -

--.---_~ ---

Si continuamos a través de los datos de cabecera de cualquiera de estas pequeñas estructuras, encontraremos los datos correspondientes a las radiancias recibidas por el escáner de la observación del cuerpo negro y del espacio profundo. Los datos del cuerpo negro son conocidos como datos de barrido de retorno y la ordenación de los datos es la siguiente:

Palabras

Datos de barrido de retorno (30 palabras) 23 - 52 Datos del espacio (50 palabras) 53 - 102

Los datos de barrido de retorno contienen 10 valores del radiómetro de la lectura del cuerpo negro, expresados como canal 3 (primer valor), canal 4 (primer valor), canal 5 (primer valor), canal 3 (segundo valor), canal 4 (segundo valor), canal 5 (segundo valor), . . . canal 3 (décimo valor), canal 4 (décimo valor), canal 5 (décimo valor). Los datos del espacio contienen 10 valores de lectura del radiómetro de la observación del espacio profundo, en un formato similar, pero con los 5 canales. (Es decir, canal 1 (primer valor), canal 2 (primer valor), canal 3 (primer valor), . . . canal 3 (décimo valor), canal 4 (décimo valor), canal 5 (décimo valor)). Observar que existen datos de barrido de la Tierra en los 5 canales, mientras que hay unicamente datos de la observación del cuerpo negro en los canales infrarrojos (térmicos).

Se podría, por supuesto, tomar unicamente los valores de una sola estructura para dar los resultados del radiómetro en los puntos de calibración. Sin embargo, es mejor utilizar la media de los valores de un cierto número de estructuras adyacentes. Tales medias serán representadas de la siguiente forma:

NT = resultado digital del cuerpo negro

Y

N SP = resultado digital del espacio

En la Tabla 3 se recogen datos de barrido de retorno y del espacio de una de las líneas de barrido en IMAGE41.DAT, correspondientes a los datos de calibración en la Tabla 1. Se muestran también los datos de barrido de retorno y del espacio para las 5 estructuras anteriores y posteriores a esa línea específica de barrido. Para los fines de este ejercicio sólo se usarán esos datos para la media, aunque es generalmente aconsejable hacer la media del barrido de retorno y del espacio de al menos 50 pequeñas estructuras.

- 89 -

684 340 349 683 341 349 687 341 350 687 341 350 689 341 350 692 341 350 694 340 350 694 341 349 691 341 350 691 341 350 35 37 996 992 991 35 37 996 993 991 35 37 991 992 991 35 37 990 992 991 35 37 988 992 991 36 37 990 992 991 35 37 995 992 991 35 37 995 992 991 35 37 996 992 991 35 37 994 992 991 685 341 349 681 341 350 681 341 350 679 341 350 681 341 349 680 341 349 683 341 350 686 341 350 686 341 350 689 341 349 35 37 994 992 991 35 37 997 992 991 35 37 999 992 992 35 37 1002 992 991 35 37 1004992 991 35 37 1000 992 991 35 37 999 992 991 36 37 994 992 990 35 37 993 992 991 35 37 989 992 991 689 340 349 690 341 349 692 341 350 694 341 350 693 341 350 693 341 350 692 341 350 692 341 350 688 341 350 691 341 350 35 37 997 992 991 35 37 996 993 991 36 37 986 992 991 35 37 985 992 991 36 37 981 992 991 36 37 984 992 991 35 37 988 992 991 35 37 988 992 991 35 37 990 992 991 35 37 994 992 991 691 341 349 677 341 349 675 341 349 674 341 350 677 340 350 677 340 350 683 341 349 688 341 350 690 341 349 695 340 350 35 37 993 992 990 35 37 993 992 991 35 37 995 992 991 35 37 993 992 991 35 37 998 992 990 35 37 997 992 991 35 37 997 992 991 36 37 994 992 990 35 37 994 992 991 35 37 996 992 992 687 340 349 691 341 349 691 341 350 697 340 350 699 341 350 702 341 350 698 341 350 698 341 350 693 341 350 691 341 350 35 37 993 992 991 35 37 992 992 991 35 37 995 992 991 35 37 995 992 990 35 37 996 992 990 35 37 993 992 991 35 37 992 992 991 36 37 989 992 990 35 37 986 992 990 35 37 987 992 991 684 341 349 684 341 350 687 341 350 693 341 350 695 341 350 699 340 350 699 341 350 703 341 350 701 341 350 700 341 349 35 37 991 992 990 36 37 995 992 991 36 37 993 992 991 36 37 994 992 990 36 37 993 992 991 36 37 992 992 991 36 37 991 992 991 36 37 987 992 991 35 37 988 992 991 36 37 986 992 991 691 341 349 691 341 350 694 340 350 694 340 350 696 341 350 694 341 350 693 340 350 690 341 350 688 341 350 686 341 350 35 37 995 992 991 35 37 991 992 991 35 37 990 992 991 35 37 985 992 991 35 37 987 992 991 36 37 983 992 990 36 37 985 992 991 35 37 986 992 992 35 37 990 993 991 35 38 993 992 991 701 341 349 696 341 350 692 340 350 686 341 349 680 341 350 679 341 350 676 341 350 676 341 350 677 341 350 681 341 350 35 37 974 992 990 35 37 977 992 992 35 37 984 992 991 35 37 987 992 991 35 37 995 992 991 36 37 998 992 991 35 37 1004992 990 36 37 1004992 991 35 37 1007992 991 35 37 1003992 991 685 341 349 683 341 349 684 341 350 683 341 350 685 341 350 690 341 350 690 341 350 694 341 350 693 341 349 696 341 350 35 37 983 992 991 35 37 985 992 991 35 37 981 992 992 35 37 987 992 991 36 37 989 992 991 36 37 992 992 991 35 37 996 992 991 35 37 1000 992 991 35 37 1003 992 991 35 37 1002 992 991 685 340 349 687 340 349 690 341 351 689 341 350 691 341 350 690 341 350 695 341 350 692 341 350 693 341 350 694 341 350 35 37 995 992 991 35 37 991 992 992 35 37 987 992 991 35 37 987 992 990 36 37 985 992 990 36 37 986 992 991 35 37 987 992 991 36 37 987 992 991 35 37 989 992 991 36 37 993 992 990

Tabla 3. Barrido de retorno y datos del espacio para 10 días de barrido.

- 90 -

Punto 2: Calcular a partir de los datos de la Tabla 3, la media de los resultados digitales NT y N,, para los canales 4 Y 5.

Tenemos pues la media de los resultados digitales, NT y N,,, del espacio profundo y del cuerpo negro de referencia, así como las temperaturas correspondientes. Estos datos pueden usarse para proporcionar estimaciones de los brillos de temperatura, siendo este el próximo paso de esta lección.

2.2 Determinación de la curva de calibración

Un detector responde a la radiancia, esto es a la cantidad de radiación que lo alcanza. En el establecimiento de los puntos de calibración, sin embargo, el resultado del detector fue relacionado a la temperatura del cuerpo negro y la relación entre brillo de temperatura, siendo el resultado del escáner no lineal.

Las curvas de calibración están basadas en el supuesto de que el resultado de un detector es una función lineal de la radiación que lo alcanza. Representando la radiancia incidente sobre el instrumento en el canal i por Li y el resultado digital ("recuentol@) en el canal i por Ni, entonces la curva de calibra- ción para ese canal tendrá la forma:

Li = GiNi + Ii (1)

Donde Gi es la pendiente y Ii es la intercepción.

Ahora la radiancia Li es la integral sobre el intervalo v, la frecuencia, (o de k, el número de onda) del producto de E(v) dv, la radiación que alcanza el detector en el intervalo dv, y la función de respuesta del detector a esta frecuencia. Expresada en términos de números de onda, en lugar de frecuencias e indicada como la suma sobre números de onda, en lugar de como una integral, lo que daría:

n Li = c B (kj,Tbi) 4 (kj)kj

j=l

- 91 -

(2)

donde B(k., Tbi) provienen de la función de distribución de Planck, dh de un deteczor

es la función de respuesta espectral normalizada (Lauritson et al. 1979) en el número de onda Kj,

n es el número de intervalos en los que se ha dividido el total del número de onda, para fines de adición, y kj es la anchura del intervalo correspondiente al número de onda k.. Para la calibra- ción es necesario calcular las radiancias de!l espacio profundo y del cuerpo negro a las temperaturas TSp y T obtenidas anteriormente.

Punto 3: Usando la siguiente expresión para B(kj, T)

2mhc2x3 B(kj,T) =

exp (hcx/kT) -1

y los valores de la función de respuesta del detector dada en la Tabla 4, encontrar los valores de Li para las dos temperaturas de calibración que se usaron en la Punto 3. Hacer esto mismo para los canales 4 y 5.

Punto 4: Estimar la pendiente Gi y la intersección Ii definido en la ecuación (1) a partir de los datos de los puntos de calibración para cada uno de los tres canales infrarrojos térmicos del AVHRR.

2.3 Cálculo de reflejos de temperatura

Las pendientes e intersecciones que acaban de ser calculadas pueden usarse para determinar las radiancias correspondientes a una selección de pixels en su imagen.

Punto 5: Usando la opción Cursor, seleccionar un número de pixels en IMAGE41.DAT. Registrar sus posiciones y valores de pixel. Cargar a continuación IMAGE51.DAT y registrar los valores de pixel correspondientes al canal 5. Recordar de añadir el valor de compensación de 350, a los datos registrados, para tener los valores originales de lo-bit. Usar la ecuación (1) con la pendiente y la intersección que se han calculado para este canal y determinar después las radiancias recibidas en el satélite, Li, para esos pixels.

- 92 -

.69617E-05

.45125E-04

.84853E-03

.31530E-02

.33826E-02

.32850E-02

.34546E-02

.34724E-02

.33274E-02

.19381E-02 13393E-03

:29556E-04

.68434E-04

.32774E-03

.37972E-02

.87867E-02 10489E-01

:ii626E-01 .12932E-01 12998E-01

:13440E-01 .52078E-02 .39308E-03 .41953E-04

.49010E-04

.21364E-04 13478E-02

:10796E-01 . 12697E-01 14817&-01

:14704E-01 16155E-01

:i4066E-01 .20574E-02

z

.41089E-05

.66233E-04

.14798E-02

.32102E-02

.33587E-02

.33827E-02

.34761E-02

.34182E-02

.3268OE-02

.12374E-02 10993E-03

:25869E-04

.37976E-04

.50486E-03

.51690E-02

.90399E-02 10624E-01

:11927E-01 .12948E-01 .13105E-01 .12832E-01 .34448E-02 .22416E-03 .39776E-04

.62146E-05

.11408E-03

.28821E-02 11085E-01

:i3106E-01 14739E-01

:15189E-01 .15556E-01 .12693E-01 .87339E-03

0 0

.97904E-05

.10897E-03

.21954E-02

.32463E-02

.32897E-02

.34112E-02

.34664E-02

.33705E-02

.31985E-02

.7066lE-03

.79010E-04

.20396E-04

Canal 3

.31403E-04

.75401E-03

.63215E-02

.94533E-02

.10989E-01

.12171E-01

.12944E-01

.13329E-01 11287E-01

:21374E-02 13631E-03

:45328E-04

Canal 4

.213:6E-03

.5335OE-02

.11362E-01

.135468-01

.14555E-01

.15702E-01 14925E-01

:10209E-01 .33229E-03

.838:3E-06

.24751E-04

.19509E-03

.27416E-02

.32882E-02

.32258E-02

.33919E-02

.34677E-02

.336263-02

.30322E-02

.36595E-03

.50431E-04

.13924E-04

.72602E-04 13345E-02

173632~~02 .99801E-02 11130E-01

:12519E-01 .12901E-01 13504E-01

:9563OE-02 .12548E-02 .85331E-04 .54746E-04

.327:0E-03

.83316E-02

.11731E-01 13900E-01

:i4644E-01 .16109E-01 14607E-01

:71193E-02 .12324E-03

0 .24503E-04

Canal 5

Tabla 4. Función de respuesta @(kf) para los

.36205E-04

.41587E-03

.30246E-02

.334393-02

.32131E-02

.34071E-02

.34844E-02

.33611E-02

.26125E-02

.19387E-03

.35117E-04 0

17647E-03 123817~~02 .82421E-02 .10065E-01 11457E-01

:12767~-01 12917E-01

113687~~01 .73611E-02 .70548E-03 .55726E-04

0

.601:lE-03

.10276E-01

.12250E-01 14347E-01

:14609E-01 .16356E-01 14529E-01

:41545E-02 .37170E-04

:

canales 3, 4 y 5 del AVHRR de NOAA-7. Cadá función de respuesta viene dada por j = 60, como en la ecuación (2).

- 93 -

pixel La determinación de los brillos de temperatura para cada

implica una inversión de la ecuación (2) para encontrar Tbi, para un valor dado de Li. Para un pixel determinado conoc- emos todo lo referente al lado derecho de la ecuación (2) y sabemos el valor de Li: Necesitamos un medio para CalCUhr Tbi* Es necesario tomar un número de valores de T;ei, calcular los valores correspondientes de Li y así construir una curva de calibración que pueda ser usada para determinar las temperaturas requeridas del cuerpo negro, a partir de unas radiancias de pixel dadas. Esto es tedioso y en la práctica se ha encontrado que, dentro de un intervalo restringido de temperatura, la relación entre Tbi y Li, para cada canal i, siguiente forma:

se podría representar de la

B In = Q +

Tbi

Que puede ser readaptada para dar

B T = bi

In - Q

Los valores de los coeficientes para los canales 3, 4 y 5 del AVHRR del NOAA-7 han sido calculados, con el siguiente resultado:

i 3 4 5

a 12.2554 9.2050 0.9373 B 3021.046 1344.832 1226.109

Punto 6 : Usar la ecuación (4) para convertir las radiancias que se han calculado en el Punto 4, en brillos de temperatura. Los resultados estarán en grados Kelvin (K).

- 94 -

2.4 Correcciones atmosféricas

La corrección de los brillos de temperatura para permitirnos recuperar las temperaturas superficiales del agua es, en si misma, un tema digno de una lección completa y por tanto no entraremos en demasiados detalles en este momento. Simplemente observar: (i) que la presente corrección es muy pequeña, generalmente de una fracción de grado K y muy probablemente exceda de 5 QK, (ii) en una primera aproximación el efecto de la corrección atmosférica será compensar todos los reflejos de temperatura calculados por una cantidad fija; (iii) correcciones más refinadas son muy complicadas, existiendo diversos factores que deben ser tenidos en cuenta y diversas formas de hacer las correcciones.

Para esta lección usaremos una corrección atmosférica lineal. Esta es una aproximación multicanal o multiespectral y es aplicada en una forma empírica. (Ver, por ejemplo, Singh 1984, Browers et al., 1982, Llewellyn-Jones et al., 1984). El método implica el cálculo de la forma indicada anteriormente, de los brillos de temperatura T3, T4 y T, de los datos en los canales 3, 4 y 5 respectivamente del AVHRR. Se asume que la temperatura superficial del mar puede ser calculada de los brillos de temperatura, usando una fórmula cuyos coeficientes hayan sido calculados por comprobación de la fórmula con datos in-si tu tomados desde barcos o boyas. Recordar que el canal 3 sólo puede usarse para datos nocturnos, por lo que tenemos diferentes fórmulas para el día y la noche. la NOAA,

La fórmula siguiente se debe a y en ella los coeficientes han sido calculados por

comprobación de datos obtenidos por boyas.

Diurna: T = 1.0351T, + 3.046(T, - Ts) - 283.93

Nocturna: T = l.O239T, + 0.9936(T, - Ts) - 278.46

Ensayos con las fórmulas han indicado que son capaces de producir resultados con una precisión absoluta de más de 1 QC.

Punto 7: Elegir la fórmula multicanal apropiada para convertir los brillos de temperatura que se calcularon en el Punto 6, en temperaturas superficiales del mar. Aunque las imágenes presentadas están tomadas en pasadas nocturnas/matinales, se ha usado el algoritmo diurno para producir SSTl.DAT y SSTZ.DAT. Cargar y visualizar SSTl.DAT. Examinar los pixels para los que se han calculado las temperaturas superficiales del mar. ¿Son similares?

- 95 -

También se presentan los archivos correspondientes de brillos de temperatura para el canal 4, llamados TB41.DAT y TB42.DAT. Los valores digitales entre O-255 corresponden a temperaturas entre O-25.5 QC. ¿Está el incremento de 0.1 QC justificado?. ¿Cual es la sensibilidad del instrumento? Esto se puede determinar aproximadamente, calculando los brillos de temperatura para dos números digitales consecutivos en uno de los canales. ¿Cual es el resultado?

Usando la opción Multi-image de BILKO, crear un archivo que contenga las correcciones atmosféricas aplicadas a la imagen. Esto se puede hacer simplemente restando uno de los archivos de SST (Temperatura superficialdelagua de mar), de los archivos TB (Brillos de temperatura) correspondientes. Observar las variaciones en la imagen.

- 96 -

Referencias

Browers, D.G., Crook, P.J.E., Simpson, J.H., 1982. An evaluation of sea-surface temperature estimates from the AVHRR. Proceedings of the Annual Technical Conference, (Reading:

Liverpool December 1982 Remote Sensing Society), pp. 143-154.

Lauritson, L., Nelson, G.J., Porto, F.W., 1979. Data extraction and calibration of TIROS-N/AVHRR Radiometers. NOAA Technical Memorandum NESS 107, US Department of Commerce, Washington DC.

LLewellyn-Jones, D.T., Minnet, P.J., Saunders, R.W., A.M., 1984.

Zavody, Satellite multichannel infrared measurements of sea

surface temperature of the N.E. Atlantic Otean using AVHRR/2. Quartely J. Roy. Met. Soc., 110: 613.

Singh, S.M., 1984. Removal of atmospheric effects on a pixel by pixel basis from the thermal infrared data from measurements on satellites. The Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). Int. J. Remote Sensing, 5: 161.

Esta lección fue preparada por R.D. Callison y A.C. Cracknell

Comentarios o sugerencias relativas a esta lección pueden ser enviadas a:

Dr. R. D. Callison Pharos Scientific Ltd. Unit-9, Prospect Business Centre and Technology Park Dundee, DD2 1TY U.K.

0:

Prof. A. C. Cracknell Department of Applied Physics andElectronic & manufacturing Engineering University of Dundee, DD1 4HN Scotland, U.K.

- 97 -

Apéndice 1: Datos AVHRR

Sería útil comparar datos AVHRR con los de otros escáners y justificar asi su uso para este estudio en particular.

Las ventajas del AVHRR incluyen:

1) Los datos de infrarrojo térmico del AVHRR tienen mucho menos ruido que, por ejemplo, los otros escáners operados desde satélites, tales como el Escáner de Color de Zonas Costeras (CZCS) instalado en el NIMBUS-7.

2) El AVHRR está equipado con su propia calibración en vuelo, que no se encuentra en otros muchos satélites, como por ejemplo el METEOSAT.

3) La resolución espacial (aproximadamente 1 km en el nadir de la superficie terrestre) es sustancialmente mejor que la de cualquier satélite geoestacionario de meteorología (aproximadamente 5 km en el nadir para el METEOSAT).

4) El sistema es operativo: existe un considerable archivo de datos desde el lanzamiento del TIROS-N en 1978 y el sistema está garantizado que continue hasta mediados de los años noventa.

Existen, por supuesto, desventajas en el AVHRR. Entre ellas se incluye el hecho de que los datos que genera para una zona determinada de la Tierra son menos frecuentes que los producidos por los satélites meteorológicos geoestacionarios; sin embargo, en las regiones polares esta desventaja no es de aplicación, ya que los satélites NOAA de órbita polar cruzan las regiones polares frecuentemente, y además están por debajo del horizonte de un satélite geostacionario. En segundo lugar, la resolución espacial, de aproximadamente 1Km. , podría no ser suficientemente buena para estudiar efectos a pequeña escala, tales como plumas térmicas en aguas costeras. En esta situación, el Cartografiador Temático (TM) de LANDSAT, con una resolución de 120 m. en el canal infrarrojo térmico, proporciona una mejor resolución espacial; sin embargo, este satélite sobrevuela una zona determinada de la superficie terrestre con mucha menor frecuencia de lo que lo hacen los satélites NOAA.

- 98 -

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS ------- SECCION 3

Punto 1:

T = 292.4 K T = 292.5 K T = 293.1 K T = 291.3 K T = 292.3 K

Los canales 4 y 5 dan los mismos valores.

Punto 2:

N = 341 (tanto en los canales 4 como 5)

N = 992 (canal 4), 991 (canal 5)

Punto 3:

Para radiancia 992, Li = -1.176

Para radiancia 341, Li = 99.58

Punto 4:

Canal 4 G= -0.1548 1 = 152.1

Canal 5 G= -0.178 1= 175.1

Punto 5:

El estudiante proporciona los números.

Punto 6:

El estudiante proporciona los números.

Punto 7:

i. Los valores serían similares. ii. La sensibilidad del instrumento es de unos 0.12 K, por

lo que el incremento de 0.1 QC está justificado.

- 99 -

SECCION 4

Acciones ulteriores

- 101 -

ACCIONES ULTERIORES

A pesar de haber sido concebido para la enseñanza de la teledetección marina, BILKO no está limitado, ni a la enseñanza, ni a las ciencias del mar.

Esta es una herramienta de procesado de imágenes versátil en todos sus aspectos, geología, agricultura,

con usos potenciales en campos como la

cación urbana. control de la contaminación o la planifi-

No posee todas las características de programas profesionales especializados, de pequeño tamaño,

pero permite un completo análisis pudiendo realizarlo a una velocidad correcta.

usado El interés en BILKO se centra en la posibilidad de poder ser

(i) para mejorar la enseñanza de la teledetección de aguas oceánicas y costeras, (ii) para fomentar la cooperación y el intercambio de experiencias entre profesores, y (iii) para llevar la avanzada experiencia del procesado y análisis de imágenes a un amplio número de estudiantes, que de otra forma no tendrían acceso a dispositivos de especialista.

Es previsible que este proyecto progrese de cinco formas distintas. Estas son: ampliar la circulación del presente módulo; aportaciones sobre lecciones presentes o futuras; elaboración de nuevas lecciones; disponible.

establecimiento de redes y mejora del programa La velocidad de desarrollo de estas diferentes

actividades no está establecida: e inevitablemente,

Dependerá del interés mostrado, de la disponibilidad de fondos.

1. Circulación.

Serán Copias de este módulo están disponibles previa petición.

suministradas gratuitamente hasta el agotamiento de las existencias.

Tener en cuenta que los receptores del módulo son libres de hacer copias, tanto del texto como de los discos para estudiantes y colegas, aunque éstas no pueden ser vendidas.

Observar igualmente que el disco 4 incluye un archivo a partir del cual es posible imprimir una copia del módulo. Este archivo está en formato TEX.

Contactar:

Dirk Troost - Para copias del módulo de aprendizaje. - Para asuntos generales relativos a la

distribución.

- 103 -

2. Aportaciones de los receptores.

Los autores del primer módulo presentan sus lecciones para su evaluación y una crítica constructiva. Informes sobre el uso por los estudiantes del módulo serán bienvenidas, sirviendo de manifestación de como mejorar o modificar de una manera práctica las lecciones. Para modificaciones de la lección, el medio preferible es el disco flexible (floppy disc) con un archivo de texto incorporado en él.

Contactar:

El autor principal --- Para temas referentes a las lecciones específicas.

Richard Callison --- Para temas relativos al programa de procesado de imá- genes BILKO, así como para el uso del módulo en general.

3. Lecciones posteriores.

Una de las funciones de este módulo es de servir de invita- ción abierta a aquellos implicados en la enseñanza de ciencias del mar, para crear nuevas lecciones, o lecciones similares a las de este módulo pero con aplicaciones a otras zonas geográficas. Seria de un gran interés el poder extender la cobertura geográfi- ca de las lecciones a aguas tropicales.

No existe un formato de lección predefinido; en realidad el programa se beneficiará de la variedad de exposición. Los autores intentarán, sin embargo, observar algunas reglas básicas.. En particular, las que se refieren a:

* proporcionar párrafos introductorios que permitan al usuario potencial de una lección evaluar si esta es significativa en su trabajo.

* usar imágenes que hayan sido corregidas geométricamente YI si es posible, radiométricamente.

* identificar claramente al autor del trabajo.

Los fines, objetivos e información previa en el formato de las lecciones del presente módulo, es una forma de cubrir los dos primeros puntos. Los autores cumplirán el acuerdo de que la finalidad describa las aspiraciones de un profesor en el establecimiento de una lección, mientras que los objetivos indicarán lo que el alumno será capaz de hacer al terminar la lección.

- 104 -

La correción y calibración de las imágenes no es una obligación, pero uno de los fines de este proyecto educativo es demostrar el uso cuantitativo de la teledetección y para ello parece prudente evitar el uso de fotos de satélite. Los centros nacionales de teledetección serán, a menudo, capaces de proporcionar datos de imagen corregidos, aunque pensando en los autores que no dispongan más que de un ordenador personal y el programa BILKO. Estos pueden obtener ayuda de los autores de este módulo.

Contactar:

Ian Robinson --- Para asesorar sobre las lecciones y ayudar en la corrección de los datos de imagen.

4. Establecimiento de redes.

Las listas de aquellos interesados en recibir lecciones y módulos, así como de las lecciones escritas en respuesta a esta iniciativa, serán conservadas por el programa TREDMAR de la Unesco. Este programa también promoverá una red informal para el intercambio y distribución de nuevas lecciones, por medio del intercambio de discos flexibles.

Si el proyecto genera un nivel de interés suficiente, la intención es que las colecciones de lecciones circulen en forma de módulos de estilo similar al presente. Los artículos en tales módulos serán tratados como publicaciones académicas convencionales, con la característica atípica de que las ilustraciones -las imágenes en formato digital- serán accesibles para los lectores pixel a pixel.

Incluso usando discos flexibles de alta densidad, es improbable que sea posible circular gran número de módulos, dado que el número de discos implicados sería formidable. Una solución a largo plazo para este problema será la publicación de un cierto número de módulos en forma de CD-ROM. Los posibles autores son invitados a dar sus opiniones sobre esta posibilidad.

Contactar:

Dirk Troost -a--- Para las expresiones sobre el interés y sugerencias en lo referente al establecimiento de redes.

Ian Robinson ---- Para aportaciones.

David Blackburn - Para sugerencias en cuanto a alt- ernativas a la publicación sobre base de pixel.

- 105 -

---

5. Mejora del programa.

Un último punto a tener en cuenta es que BILKO funciona en formato 8-bit, sobre sistemas de visualización EGA de 512 x 512, cuando equipos de 32-bit, con dispositivos de visualización poderosos y sofisticados, se están haciendo más cada vez más corrientes. Es por tanto esencial el desarrollo de una politica de mejora del sistema, para satisfacer los requisitos de aquellos con posibilidades superiores y de compatibilidad con aquellos que no disponen de ellas.

Un avance, actualmente en marcha, es la creación de una versión de BILKO para sistemas VGA. Se pueden esperar otras mejoras, por medio de progresos en la red de cooperación para la enseñanza de la teledetección marina, lo que podría proporcionar un foro adecuado para el intercambio de información, con el que se especificarían los requisitos del programa para sistemas de visualización más avanzados.

Contactar:

Richard Callison --- Para todos los aspectos de BILKO y aquellos referentes al desarrollo del programa.

6. Direcciones.

Prof. David A. Blackburn(*) Oxford Research Unit The Open University Foxcombe hall Boars Hili Oxford, OX1 SHR, United Kingdom Tel: (44-865) 73.00.31

Dr. Richard D. Callison(*) Pharos Scientific Ltd. Unit 9 Prospect Industrial Park and Business Centre Dundee, DD2 lTY, United Kingdom Tel: (44-382) 56.15.73 Tlx: 76266 PRSPCT G Fax: (44-382) 56.15.90

- 106 -

Dr. Ian S. Robinson(*) Dept. of Oceanography The University Southampton, SO9 SNH, United Kingdom Tel: (44-703) 59.34.38 Tlx: 47661 Fax: (44-703) 59.39.39 Tmail: SOTON.OCEAN

Dr. Dirk G. Troost Unesco Division of Marine Science Place de Fontenoy 75700 Paris, France Tel: (33-l) 4568 3971 Tlx: 204661 or 270602 Paris Fax: (33-l) 4306 1122 Tmail: c/o IOC.SECRETARIAT

* Por favor, facilitar copia de la correspondencia a Dirk Troost cuando se contacte con David Blackburn, Richard Callison o Ian Robinson en lo referente a Aportaciones, Lecciones Ulteriores, Establecimiento de Redes o Mejora del Programa.

- 107 -

Este apéndice contiene detalles de los archivos que se encuentran en cada uno de los cinco discos facilitados con el módulo. El programa principal y los archivos de ayuda están localizados en el disco 1, y si se trabaja con una única disquetera, este disco deberá ser repuesto en la disquetera A cada vez que se haya cargado alguno de los archivos de imagen contenidos en los otros discos.

- 109 -

Contenidos del Disco 1

Este disco contiene el programa UNESCO.EXE y el archivo de ayuda HLPINF.TXT usados para todas las lecciones y ejercicios. El disco también contiene el material preciso para el Tutor de Introducción y la Lección 1.

UNESCO HLP1NF README EIRE4 EIRE4 EIRE4 EIRE2 EIRE2 EIRE4 DEFAULT DEFAULT AAl

AA TEMPI

EXE 146158 28-07-87 0:41 TXT 41200 29-07-87 5:39 Doc 7376 29-02-88 10:49 HDR 18 24-05-87 0:42 STR 256 20-02-88 16:38 DAT 131072 8-03-87 0:37 HDR 18 24-05-87 0:42 DAT 131972 8-03-87 1:09 PAL 20 5-12 87 21:ll PAL 20 20-10-88 20:49 STR 256 20-10-88 20:49 DAT 131072 27-11-87 20:41 HDR 233 30-11-87 17:28 DAT 131072 27-11-87 20:38 HDR 260 30-11-87 17:38 DAT 131072 27-11-87 20:49 HDR 254 30-11-87 17:30 STR 256 24-11-87 16:17 PAL 20 g-09-87 17:46

(22 Archivos)

- 110 -


Este disco contiene elmaterialnecesario para las lecciones 2, 3 y 4.

AB1 DAT AB1 HDR AB STR ACl STR ACl DAT ACl HDR TEMPl PAL CC13 DAT CC13 HDR CC13 STR CC14 STR CC14 DAT CC14 HDR CC11 STR CC11 DAT CC11 HDR CC12 DAT CC12 HDR CC12 STR COL1 PAL (23 Archivos)

131072 27-11-87 20:23 256 30-11-87 17:42 256 30-11-87 ll:03 256 l-02-88 19:17

131072 l-02-88 19:19 22 l-02-88 19:19 20 g-09-87 17:46

131072 l-02-88 19:24 22 l-02-88 19:24

256 S-02-88 17:26 256 S-02-88 17:28

131072 l-02-88 19:3s 22 l-02-88 19:35

256 S-02-88 17:18 131072 l-02-88 19:29

22 l-02-88 19:29 131072 l-02-88 19:27

22 l-02-88 19:27 256 S-02-88 17:20

20 22-01-88 12:43


Este disco contiene el material necesario para las lecciones 5 y 6.

ADl DAT ADl HDR AD2 DAT AD2 HDR AD3 DAT AD3 HDR AEI DAT AEl HDR AE DAT AE HDR AE DAT AE HDR AE DAT AE HDR (17 Archivos)

ll6736 6-05-88 12:21 22 6-05-88 12:21

ll6736 6-05-88 12:23 22 6-05-88 12:23

ll6736 6-05-88 12:24 22 6-05-88 12:24

ll6736 6-05-88 12:ll 22 6-05-88 12:ll

116736 6-05-88 12:13 22 6-05-88 12:13

116735 6-05-88 12:16 22 6-05-88 12:16

116736 6-05-88 18:07 22 6-05-88 18:07

- 111 -


Este disco contiene el material necesario para la realiza- ción de la lección 7. Los archivos fuente TEX usados para generar el texto de este folleto, también aparecen incluidos en este disco en el subdirectorio TEX. Consultar el archivo README.TXT si se desean usar estos archivos para generar otras copias de este módulo.

015 DAT D15 HDR 016 DAT 016 HDR 014 DAT 014 HDR 013 DAT 013 HDR Dll DAT Dll HDR 012 DAT 012 HDR (15 Archivos)

131072 7-03-88 ll:29 22 7-03-88 ll:29

131072 7-03-88 ll:42 22 7-03-88 ll:42

131072 7-03-88 ll:23 22 7-03-88 ll:23

131072 7-03-88 ll:19 22 7-03-88 ll:19

131072 7-03-88 10:55 22 7-03-88 10:55

131072 7-03-88 ll:15 22 7-03-88 ll:15


Este disco contiene el material necesario para el ejercicio de Temperatura Superficial del Agua

IMAGE51 DAT IMAGE51 HDR IMAGE52 DAT IMAGES2 HDR IMAGE41 DAT IMAGE41 HDR IMAGE42 DAT IMAGE42 HDR SSTl DAT SSTl HDR SST2 DAT SST2 HDR TB41 DAT TB41 HDR TB42 DAT TB42 HDR (19 Archivos)

131072 3-03-88 18:36 22 3-03-88 18:36

131072 3-03-88 18:41 22 3-03-88 18:41

131072 3-03-88 18:15 22 3-03-88 18:15

131072 3-03-88 18:26 22 3-03-88 18:26

131072 3-01-88 22:55 23 8-12-87 14:32

131072 3-01-88 23:22 23 8-12-87 14:32

131072 16-02-88 12:36 23 10-02-88 23:33

131072 16-02-88 13:02 23 10-02-88 23:33

- 112 -

del Mar.

Algunas applicaciones marinas de la teledetección aérea y...

Documents

Transcript of Algunas applicaciones marinas de la teledetección aérea y...