El repte d'adaptar-se al Canvi Climàtic

La teledetecció ens pot ajudar a cartografiar aquelles zones més vulnerables a l'augment del nivell del mar.

La setmana passada tingueren lloc a la Cambra de Comerç de Mallorca les jornades Ramon Llull 2030. Un espai de debat on durant tres dies es varen aportar idees sobre el futur de la façana marítima de Palma. Arrel de les jornades vaig pensar en la possibilitat de despullar la geomorfologia del Port i del Passeig Marítim de Palma per veure la seva interacció amb la mar des d'una perspectiva diferent. La idea consistia en dibuixar el relleu d'una part de la Badia de Palma sense tenir en compte cap edifici, únicament les superfícies a nivell de sòl. Un intent de tornar a un moment zero per tenir una millor perspectiva del terreny.

Utilitzar feixos de llum làser llançats des d'un avió permet mesurar distàncies i representar el relleu. Així, utilitzant aquesta tecnologia, anomenada LIDAR es pot representar un model digital del relleu de la ciutat i que podem observar a la figura 1.

 Figura 1. Reprensentació digital del relleu d'una part de la Badia de Palma. Font CNIG

El model resultant ens descobreix aspectes interessants i prou evidents per aquells que coneixen la història del Port de Palma. En primer lloc observam un desnivell important a la part interior del Passeig Marítim i que té el seu origen en els penya-segats que històricament dominaven la línia de costa. Aquesta línia presenta algunes discontinuïtats provocades pel torrent de Sant Magí (1), el torrent de Sa Riera (2) o el Passeig des Born (3).

Al peu d'aquests penya-segats tenim el Passeig Marítim que es va construir guanyant terreny al mar. El tall on acaben els penya-segats i comença el Passeig Marítim queda perfectament perfilat a mode de replà que s'estén paral·lel al litoral amb una cota aproximada de 2 msnm. La llegenda del model indica, a títol orientatiu, l'altitud del terreny sobre el nivell del mar.

Es pot observar com també queden marcats els llits dels principals torrents: El torrent de Sant Magí, que en un punt desapareix degut al soterrament a abans d'arribar a la plaça del Pont (4) i sa Riera, amb el seu llit encaixonat per una cota particularment elevada i amb un traçat angulós, poc habitual per un curs d'aigua (5). En canvi, si ens fixam amb la Rambla i el passeig des Born observarem un relleu més apropiat per acollir un torrent. Fet que permet entendre que en el passat formà part del curs de sa Riera (6).

Aquest curs artificial del torrent de sa Riera, pel fossat de ponent de l'antiga murada, no és cap capritx. Fins el 1613 el torrent travessava pel centre de Palma, entrant per la Rambla, voltant davant l'actual Teatre Principal, continuant pel carrer de la Unió i voltant a la Plaça de la Reina per, finalment enfilar el Passeig des Born fins a desembocar al mar. El problema eren les inundacions que provocava al desbordar-se, fruit de pluges torrencials tan lligades al clima de Mallorca. La més tràgica fou la de dia 14 d'octubre de 1403 on fins a 5000 persones varen perdre la vida.

Per acabar, la làmina d'aigua del Parc de la Mar també queda perfectament dibuixada (7) així com el turó on, de forma estratègica, s'ubiquen el Palau de l'Almudaina i la Seu (8).

La figura 2 combina una fotografia aèria i un mapa temàtic derivat del model anterior. Sobre la fotografia aèria es pot observar, en una trama de colors, la superfície dins els primers quatre metres sobre el nivell del mar. Formant part d'aquests quatre metres apareix una part del Portitxol. Aquí, el relleu va augmentant de cota de forma suau cap a l'interior. En canvi, com hem vist abans, el Passeig Marítim dibuixa una esperada i marcada línia de tall provocada pels antics penya-segats.

 Figura2. Fotografia aèria amb la superfície localitzada entre zero i quatre metres sobre el nivell del mar. Font CNIG

En un escenari de canvi climàtic, amb tendència a un escalfament global i conseqüent augment del nivell de la mar, tenir en compte les zones més vulnerables sembla una mesura raonable a l'hora de planificar el territori. Paral·lelament, retardar en la mesura que sigui possible, aquest augment del nivell de la mar, pot ajudar a evitar que, d'aquí uns segles, el Passeig Marítim quedi submergit formant una tenassa al peu dels antics penya-segats.

Detectant la presència d'aigües superficials amb el satèl·lit

En termes generals, l'ull és un bon aliat per identificar la presència d'aigua superficial en una imatge de satèl·lit tot i que, en certes ocasions, pot resultar una tasca dificultosa. Pot ser el cas de la presència d'algues, que li donarà una tonalitat verdosa, la presència de sediments en suspensió que provocaran una coloració marronosa o simplement per raons d'extensió de la zona a estudi: Imaginem que necessitam cartografiar la zona afectada per una inundació important.

La màgia està en poder detectar la presència d'aigua a la imatge de forma semiautomàtica. Aquest fet és de gran utilitat, per exemple a l'hora de cartografiar les zones afectades per inundacions, on es requereix una resposta immediata per part dels serveis d'emergències.

Conèixer la resposta de l'aigua a les diferents bandes del sensor del satèl·lit – el seu comportament espectral – ens ajudarà a detectar la seva presència a partir de combinar algunes de les bandes. Una opció és l'anomenat Normalized Difference Water Index (NDWI) i que resulta de combinar les bandes del color verd amb la de l'infraroig proper. La utilització de la banda del color verd permet aprofitar el pic que marca l'aigua en aquesta banda de l'espectre visible.

Un cop aplicat l'índex es tractarà de determinar un valor llindar per indicar la presència d'aigua. La consulta de l'histograma ens servirà de guia. L'histograma és una forma de representar gràficament dades quantitatives, en aquest cas dels valors de la imatge que processam. Si ens fixam amb la pantalla de la part posterior d'una càmera digital és probable que després de fer una fotografia aparegui una gràfica. Això és l'histograma de la imatge.

La clau està en aprofitar la quantitat de radiació reflectida per una superfície, en aquest cas de l'aigua. De forma més precisa, del quocient entre la radiació solar que arriba a l'aigua i la reflectida cap al sensor del satèl·lit. La reflectància de l'aigua clara és baixa. Marca el seu màxim a la banda del color blau i va minvant a mesure que augmenta la longitud d'ona. En el cas que l'aigua presenti sediment en suspensió originarà un augment de la reflectància a l'extrem final del color vermell provocant que la veiem en color marronós.

A la figura 1 tenim una imatge enregistrada el passat dia 29 de març pel satèl·lit de l'Agència Espacial Europea, Sentinel 2A. A la part esquerra podem observar l'Albufera de Mallorca en una composició a color natural. Destriar la presència d'aigua costanera és evident però a l'interior de l'Albufera on tenim aigües superficials i de transició resulta més complicat. Podem intuir la presència de llacunes però, les diferents tonalitats verdoses i marronoses ens poden fer dubtar. Així, a la meitat dreta de la imatge, en color blau, apareixen les zones amb presència d'aigua a partir d'aplicar l'índex que hem comentat abans. La mar queda perfectament perfilada, així com l'Estany Gran darrera la Platja d'Alcúdia. A l'interior de l'Albufera, l'aplicació de l'índex ens facilita la tasca de forma específica, dibuixant la presència de llacunes. En aquest cas, la disponibilitat de noves imatges cada 10 dies ens pot servir per fer un seguiment de la seva evolució.

Figura 1. Imatge de l'Albufera de Mallorca, a la meitat dreta observam, en color blau, la presència d'aigua superficial. Font: ESA

A la figura 2 tenim una imatge enregistrada pel satèl·lit de la NASA Landsat-8 el dia 3 de març de 2015. Es pot observar la crescuda del riu Ebre al pas per la ciutat de Saragossa. La imatge posa de manifest la força de l'aigua. A poques hores de passar el satèl·lit ja es podia disposar de la imatge i cartografiar la zona afectada. Una eina pels serveis d'emergències i per la gestió posterior dels efectes de la crescuda. Superposant diferents capes d'informació geogràfica sobre la zona inundada podrem estimar l'abast de les infraestructures afectades.

Figura 2. Crescuda del riu Ebre. Imatge enregistrada el dia 03/03/2015 Font: USGS

Com veim, de forma automàtica, el satèl·lit ens pot indicar les àrees potencials amb presència d'aigua superficial. Després, ens quedarà d'adaptar el model, ajustant el valor llindar amb l'histograma i de forma òptima, amb la verificació de punts de control sobre el terreny.

Atalaiant Es Trenc i es Salobrar de Campos des de 786 km d'altitud: Una imatge de satèl·lit, enregistrada la setmana passada, ens descobreix alguns elements de la zona.

Avui ens trobam davant una imatge recent, enregistrada el passat dia 29 de març pel satèl·lit de la ESA Sentinel 2A. El satèl·lit passa cada 10 dies per damunt les Illes Balears a 786 km d'altitud. La imatge –tal com es veu en el mapa de localització a la figura 1– agafa la totalitat de l'illa de Mallorca.

Ens aproparem a la zona d'Es Trenc i d'Es Salobrar de Campos. La figura 1 mostra una composició a color natural que equival als colors que veurien els nostres ulls des del satèl·lit. Podem observar el sistema dunar paral·lel a la línia de costa amb presència de vegetació d'un color verd fosc, perfilada des de la part interior per parcel·les agrícoles.

Figura 1: Es Trenc i Es Salobrar de Campos. Composició a color natural. Imatge enregistrada dia 29/03/2016 pel satèl·lit Sentinel 2A. Font: ESA

També podem veure alguns detalls del fons marí, on podem intuir la primacia d'un fons arenós a prop de la costa. A mesure que ens endinsam es perd la referència del fons. Les ones electromagnètiques del sensor del satèl·lit no es transmeten de forma eficaç dins l'aigua, ho fan millor les ones mecàniques, com és el cas del sonar. En l'actualitat, la disponibilitat de bandes que van entre l'ultraviolat i el blau a millorat aquest comportament dins l'aigua de les ones electromagnètiques. Es poden consultar alguns treballs mostren com cartografiar plantes del fons marí com la Posidonea oceanica.

També observam la zona humida d'Es Salobrar de Campos, amb els estanys artificials caracteritzats per la seva geometria d'origen antròpic. En definitiva, amb major o menor detall, aquesta imatge inicial ens permet una primera aproximació prou bona a tota una sèrie d'elements del medi.

Gràcies a la component multiespectral de la teledetecció, podem representar la mateixa imatge en una nova combinació de bandes. L'objectiu és fer més evidents alguns elements de la imatge anterior, així com la possibilitat de veure'n de nous. La figura 2 esquerra incorpora la banda de l'infraroig proper. Un dels elements que es fa més manifest és Es Salobrar de Campos. L'aigua és més evident que a la figura 1. Podem observar diferents tonalitats de blau que ens indicaran aquells estanys amb més fondària (blau fosc) i aquells amb menor fondària i major concentració de sal (cian). També és pot veure amb claredat la presència d'aigua a la restinga que separa la zona humida del mar.

Figura 2: Es Trenc i Es Salobrar de campos. Composició amb la banda d'infraroig proper (esquerra) i índex de vegetació NDVI (dreta). Font: ESA.

Pel que fa a la vegetació, ve indicada per una gama de tonalitats de vermell. El sistema dunar està cobert per un color vermell fosc. Es tracta de vegetació arbòria, principalment pi blanc. A simple vista no es pot veure aquest detall però, una anàlisi espectral posterior ho indicaria. Les espècies vegetals tenen una signatura espectral pròpia que permet la seva classificació a partir d'imatges de satèl·lit. Un aspecte molt interessant i que comentaré en un futur article. La major part de les parcel·les agrícoles tenen poca presència de color vermell i que ens indica una vegetació poc vigorosa.

Fins aquí hem aplicat una anàlisi visual de la zona utilitzant dues combinacions de bandes diferents. Per acabar, a la imatge de la dreta he aplicat un índex de vegetació que permet passar a una anàlisi digital. Els valors que veiem a la llegenda van entre -0.8 i 1 i faciliten discriminar, entre d'altres, la presència / absència d'aigua i de vegetació. La particularitat és que aquesta tècnica faculta desenvolupar un seguiment quantitatiu de l'evolució dels diferents elements de la zona, comparant els valors actuals amb imatges d'arxiu i imatges futures. A mode d'exemple, amb aquesta tècnica seria possible anar als arxius d'imatges del satèl·lit Landsat-5 TM, enlairat l'any 1984 i veure com ha evolucionat la zona durant els darrers 30 anys.

Atalaiant des de l'espai IV: Modelant el relleu amb l'ajuda del radar i el làser.

Un radar a bord del transbordador espacial i un làser a un avió dibuixen el relleu a escala global i regional respectivament.

Una forma habitual de representar el relleu de la superfície de la Terra és mitjançant un model digital d'elevacions (MDE). Aquest model consisteix en una matriu amb cel·les que incorporen dades que permeten la seva localització espacial: una coordenada de longitud (x), una de latitud (y) i l'altura sobre el nivell del mar (z). Paral·lelament, la mida del costat de la cel·la ens donarà la resolució espacial: com menor sigui aquest valor, major serà la resolució i el detall del model.

Hi ha diferents formes de crear un MDE, una d'elles és a partir d'un sensor radar. El radar és un sensor actiu que envia polsos d'energia electromagnètica que impacten en el terreny i retornen en forma d'ecos. Aquests, són captats per una antena i en base al temps que es torben –viatgen a la velocitat de la llum– permeten mesurar la distancia recorreguda i derivar l'altitud del terreny.

En el mes de febrer del 2000 es va enlairar el transbordador espacial Endeavour. Durant els 11 dies que va durar la missió va acumular 176 voltes a la Terra. Anava equipat amb un sensor radar i va enregistrar dades per crear un MDE a nivell global entre els 60º N i els 56º S. La resolució espacial del model era d'un segon d'arc – uns 30 m a l'equador. Aquest model es coneix com SRTM acrònim de Shuttle Radar Topography Mission.

Una altra tecnologia per modelar el relleu és el LIDAR acrònim de Light Detection and Ranging. També es fonamenta en mesurar distàncies, en aquest cas a partir de feixos de llum làser que també viatgen a la velocitat de la llum. A l'exemple representat, el LIDAR anava a bord d'un avió. Correspon a un vol organitzat el 2014 pel Plan Nacional de Ortofotografía Aérea PNOA. El LIDAR permet obtenir una malla amb una densitat molt elevada de punts. Aquests, contenen informació de la seva posició i d'altres atributs com la intensitat que ens permetrà reproduir models amb elevada resolució espacial.

Figura 1: La Calobra i el torrent de Pareis. Representació en 3D del model digital d'elevacions a partir de LIDAR Font: CNIG

A la figura 1 podem veure un model digital d'elevacions a partir de LIDAR. L'àrea correspon a La Calobra i a un tram del torrent de Pareis. L'elevada densitat de punts disponibles permet crear un model amb una resolució prou bona. Disposar del valor d'altitud permet representar el model en 3D. Podem observar les geomorfologies pròpies de la roca calcària de la zona com és el cas d'algunes dolines o el canó càrstic que forma el torrent. La figura 2 és exactament el mateix model representat en 2D. La llegenda representa els valors d'altitud amb diferents tonalitats de color.

Figura 2: La Calobra i el torrent de Pareis. Representació en 2D del model digital d'elevacions a partir de LIDAR Font: CNIG

La tecnologia LIDAR obri un important ventall de possibilitats. Entre les aplicacions més habituals està la de crear mapes de riscos de zones inundables o simular com afectarà al litoral l'augment del nivell del mar. També podem estudiar els boscos, calculant i representant l'alçada de l'arbrat o del sotabosc.

Ningú posarà en dubte la utilitat dels models digitals que ens brinda la teledetecció. Des de l'espai o des de l'aire podem descobrir patrons que ens costaria molt veure des de terra. En tot cas, no es pot perdre de vista que el model no substituirà la sensació d'endinsar-se al bosc o de trescar pel torrent de Pareis –una excursió magnífica– sense oblidar que requereix fer-la de forma segura.