27/6/16

La mirada permanent a la Terra.

La posició fixa dels satèl·lits geostacionaris servirà per dibuixar el trànsit de les estacions.

Els satèl·lits geoestacionaris tenen l'òrbita a una distància d'uns 36.000 km sobre la superfície de la Terra. Des d'aquesta distància tan llunyana, el giny espacial manté una posició fixa respecte a la superfície terrestre. Això és possible gràcies al fet que la seva òrbita volta de manera coordinada amb el moviment de rotació de la Terra.

Mantenir una posició fixa i a una distància tan gran, permet el seguiment permanent del satèl·lit sobre una extensa regió de la Terra. Aquesta particularitat és utilitzada de manera específica per dos tipus de satèl·lits: els de telecomunicacions i els meteorològics. En els primers, l'antena parabòlica que tenim al terrat de casa mai no perd el contacte amb el satèl·lit, mentre que en els segons el satèl·lit té la capacitat d'enregistrar imatges d'una mateixa regió de la Terra i fer-ho de manera quasi contínua. Aquest fet és clau, per exemple, per fer el seguiment d'una tempesta i, si fos necessari, alertar la població.

Avui, aprofitant que acabam d'entrar a l'estiu, un d'aquests satèl·lits –el Meteosat– ens servirà per representar i analitzar l'arribada del solstici.

Figura 1. Imatges enregistrades pel satèl·lit Meteosat durant els solsticis i equinoccis. Font: EUMETSAT  


La figura 1 mostra una combinació de tres imatges enregistrades pel Meteosat en tres moments concrets: l'arribada a –l'hemisferi nord– de l'hivern, de la primavera i de l'estiu. El primer que observam és que la Terra queda dividida en dues meitats, una de fosca i una altra il·luminada. La línia imaginària que separa aquestes dues meitats s'anomena terminador. Durant els equinoccis, tant el de primavera com el de tardor, el terminador passa pels pols, mentre que durant els solsticis, aquesta línia dibuixa un angle amb l'eix nord-sud de la Terra.

Com hem dit abans, ens centrarem en l'arribada de l'estiu al nostre hemisferi. La figura 2, amb l'ajuda d'una sèrie d'anotacions, facilitarà l'anàlisi.

Figura 2, Figura 1. Imatge enregistrades pel satèl·lit Meteosat durant el solstici d'estiu. Font: EUMETSAT


Observam que l'àrea compresa entre el terminador i l'eix N-S queda il·luminada a l'hemisferi nord, mentre que és fosca a l'hemisferi sud. Com a resultat d'això, a l'hemisferi nord, el dia serà més llarg que la nit i viceversa. Per tant, tindrem més hores d'insolació. Així, a mesura que anam augmentat de latitud, augmenta la durada del dia, fins al punt que, en el Pol Nord, el Sol no arriba a desaparèixer sota l'horitzó.

Però, no ens podem guiar únicament per les hores d'insolació, cal afegir-hi una nova variable: l'angle d'incidència dels raigs solars sobre la superfície de la Terra. És obvi que si els raigs solars cauen de forma perpendicular a la superfície de la Terra, fan arribar una major quantitat de radiació per unitat de superfície. Sense entrar en el detall, res de tot això seria possible sinó fos pel fet que l'eix imaginari que uneix el pol Nord amb el pol Sud està inclinat respecte al pla de l'eclíptica.

Hem vist com el dia més llarg es donarà al pol Nord, però amb un Sol baix a l'horitzó, que transmet poca energia. En canvi, sobre el Tròpic de Càncer, al migdia el Sol arribarà a una altura de 90º i els seus raigs incidiran de manera perpendicular sobre la superfície terrestre.


Si anam a la nostra latitud, sobre el paral·lel 40ºN, que travessa per Menorca, al migdia el Sol arribarà a una altura important, de 73.5º – a un pam de tenir-ho ben damunt el cap. Per tant, tindrem la combinació de moltes hores de Sol i ,a més a més, incidint amb força sobre la superfície o, com diuen les dites populars «el Sol de juny estalvia llum» i «El Sol va dir a sant Bernabé: més no m'alçaré».

21/6/16

La Terra davall els ulls d'un RADAR

El ressò captat pel satèl·lit descobreix i dibuixa la fisonomia del terreny.

Avui comentarem unes imatges del satèl·lit Sentinel-1A de l'Agència Espacial Europea. La nau fou enlairada el passat dia 3 d'abril de 2014, a una òrbita a 693 km de la Terra i duu incorporat un sensor radar.

Els sensors radar són sensors actius. Això significa que són capaços d'emetre un senyal propi i no precisen d'una font d'energia externa com el Sol. Per aquesta raó, poden enregistrar dades en qualsevol moment, tant de dia com de nit.

Una altra particularitat és la longitud d'ona del senyal que emetem, més gran que la mida de la majoria de les partícules de l'atmosfera. Això fa que l'atmosfera resulti transparent al seu senyal i que siguin de gran utilitat a zones de la Terra on la presència de niguls és molt elevada, com per exemple les regions tropicals.

El sensor disposa d'una antena que emet un senyal cap a l'objecte que vol observar i – en el cas que aquest proporcioni un eco cap al sensor– el capta i transforma en un senyal digital. Segons la intensitat del senyal de retorn podrem discriminar diferents cobertes i objectes. Cal recordar que el radar esdevingué un element estratègic durant la Segona Guerra Mundial, atès la seva capacitat de detectar avions i vaixells.

La figura 1 és una combinació de diferents imatges que ens servirà per posar a prova les característiques del radar. A la part (A) de la figura observam una imatge enregistrada pel Satèl·lit Sentinel-1A el passat dia 24 de maig a les 19:46 hora local. Quasi de forma simultània, a les 20:00 hora local, el Satèl·lit Meteosat enregistrava una imatge diferent (requadre B).

Figura 1. Imatges enregistrades dia 24/05/16 pels satèl·lits Meteosat i Sentinel-1A. Font: EUMETSAT / ESA


La imatge del Meteosat mostra les Illes Balears totalment ennigulades i amb la nit que s'apropa per llevant. En canvi, la imatge del satèl·lit Sentinel dibuixa clarament el perfil d'una part de Mallorca i de Menorca, totalment indiferent a la presència de niguls. En el petit requadre (A'), dins cercles vermells, podem observar a la mar alguns punts de color blanc i que corresponen a la presència de vaixells.

A més a més de detectar la presència de vaixells sota els niguls, el processament de la imatge ens pot ajudar també a esbrinar la seva eslora. Filtrant els objectes detectats entre [80, 400] metres ens apareixen fins a una dotzena de vaixells amb eslores dins aquest rang.

La figura 2 és un retall a diferent escala de la figura anterior. La interpretació d'una imatge captada per un sensor radar no és tan intuïtiva com altres imatges de satèl·lits equipats amb sensors que enregistren imatges a la zona del visible, com és el cas del Landsat.


Figura 2. Imatge enregistrada dia 24/05/16 pel satèl·lit Sentinel-1A. Font: ESA


Com hem vist abans, la imatge es forma a partir dels ecos que rep i, com aquests, depenen de les característiques de la superfície. A tall d'exemple, Mallorca apareix amb una sèrie de taques més blanquinoses (1, 2, 3) i que correspon a diferents nuclis urbans. El color blanc indica una major intensitat de la senyal rebuda per l'antena del radar –en aquest cas– a causa de la geometria cairada dels edificis. En el cas contrari, tenim la baixa intensitat de retorn de l'aigua deguda a un efecte especular, com és el cas de l'embassament de Cúber (4)

En tot cas, les diferents tipologies de sensors es complementen perfectament, oferint informació diferent. El radar, per exemple, és idoni per analitzar la presència de gel als pols, on els hiverns boreals i australs de llargues nits fan inoperants altres satèl·lits; cartografiar inundacions independentment de la presència de niguls; mesurar el moviment de la superfície terrestre després d'un terratrèmol o localitzar restes arqueològiques atesa la capacitat de penetrar el sòl en certes condicions, entre moltes altres coses.

12/6/16

El llenguatge dels colors en teledetecció

Els colors ajuden a interpretar energia no visible per l'ull humà.

La teledetecció té per finalitat l’obtenció remota de dades a través de sensors, així com el seu processament i la seva anàlisi. El sensor d’un satèl·lit proporcionarà dades remotes de la Terra des de l’espai. En una escala diferent, el cervell humà percep el món exterior a través dels sentits i, en tres d’ells –la vista, l’oïda i l’olfacte– també empra sensors remots. 

Un requeriment per la teledetecció és disposar d’una font energètica capaç d’enviar energia en forma d’ones electromagnètiques fins a l’objecte destinació. En el cas dels sensors satel·litals, per obtenir dades de la Terra, el Sol resulta una font magnífica.

L’energia que ens arriba des del Sol ho fa en diferents longituds d’ona. Els sensors de la vista –els ulls– són sensibles a una longitud d’ona particular que correspon a la dels colors primaris (blau, verd i vermell), mentre que no són sensibles a altres longituds d’ona com per exemple l’infraroig. La visualització d’imatges que reprodueixen els colors de manera similar a com els percebria l’ull humà es coneix com a ‘color natural’.

En canvi, els sensors dels satèl·lits estan fabricats amb sensibilitat a altres longituds d’ona com l’ultraviolat, el radar o l’infraroig que ja hem dit abans. Així, ens trobam davant un petit trencaclosques: com descodificar l’energia que captura el satèl·lit però que el nostre ull no és capaç de veure? La solució es troba en l’ús de colors –on l’ull és sensible– per representar aquesta energia no visible per ell.

Aquest és el motiu pel qual moltes imatges de satèl·lit tenen colors estranys. Aquestes imatges que reprodueixen sobre una escena colors que són diferents als que percebria l’ull humà es coneixen com a ‘color fals’.

La Figura 1 representa una imatge en color natural de l’illa de Menorca. Fou enregistrada dia 12 de juny de 2013 a les 12.26 (hora local) pel satèl·lit Landsat-8 de la NASA. És una imatge d’un dia clar i, malgrat els 705 km que separen el satèl·lit de Menorca, podem albirar algunes infraestructures com el nou port exterior de Ciutadella (1) o l’aeroport (2). També podem observar alguns vaixells d’eslora important, atès que el pí- xel del satèl·lit té 30 m, així com la seva estela (3).

 Figura 1. Imatge a color natural de l'illa de Menorca enregistrada pel satèl·lit Landsat dia 12/06/13 Font: NASA
Com que és una imatge en color natural, la vegetació queda representada en color verd, però costa trobar-hi matisos que permetin veure diferents tipus de vegetació. Aquí és on una imatge en color fals ens pot ajudar.

La Figura 2 mostra dues composicions diferents en color fals i que corresponen a l’àmbit geogràfic dins el requadre vermell de la Figura 1. A la part esquerra de la imatge (A) tenim una composició que combina una banda d’infraroig que substitueix el color vermell, juntament amb les bandes de color verd i blau. La detecció d’aigua és millor, ho podem comprovar amb les làmines d’aigua – en color negre– de la depuradora del Mercadal (1) o del prat de Lloriac (2).

 Figura 2. Representació parcial de la figura 1 utilitzant bandes d'infraroig. Font: NASA
La vegetació es mostra més sensible a diferents tonalitats de vermell, com és el cas de la vegetació més esponerosa –representada en un vermell més viu– del barranc de Son Boter (3) o del prat de Son Bou (4). La part dreta de la fotografia (B) és semblant a l’anterior, si bé incorpora una segona banda d’infraroig que defineix encara més el contrast de l’aigua i els diferents tipus de vegetació.

La utilització d’imatges amb infraroig té el seu origen en la II Guerra Mundial, quan es va desenvolupar la pel·lícula sensible a l’infraroig. L’objectiu era detectar armament pesant i infraestructures militars camuflades dins la vegetació. Un tanc pintat de color verd dins una vegetació espessa podia passar desapercebut a una fotografia aèria de ‘color natural’, perquè quedava representat de color verd, com el seu entorn. En canvi, amb l’infraroig, que té a veure amb la clorofil·la de les plantes, l’acer del tanc quedava perfectament perfilat.

Per acabar, el sentit del gust i del tacte encara no disposen de sensors remots. Esperem que – lluny de realitats virtuals– així sigui per molts d’anys.


7/6/16

La temperatura dels oceans

La immensitat dels oceans els converteix en un entorn idoni per la teledetecció.

Els oceans juguen un paper rellevant en el clima de la Terra. La seva immensa massa d'aigua els converteix en magatzems d'una gran quantitat de calor que es perd i es guanya poc a poc, i que modera la temperatura de la Terra. La seva magnitud, que ocupa el 71% de la superfície de la Terra, origina que els satèl·lits esdevinguin eines magnífiques per a la seva anàlisi.
La capacitat dels sensors satel·litals permet esbrinar diferents variables dels oceans com ara: la salinitat, la clorofil·la, la presència de gel, d'hidrocarburs o la temperatura de la superfície, entre moltes altres coses. Avui veurem dos exemples lligats a la temperatura diürna de la superfície del mar.
La figura 1 representa un mapa del món amb les anomalies de temperatura de la superfície del mar. L'anomenam "d'anomalies" en el sentit que compara la temperatura d'un mes concret —en aquest cas de juliol de 2015— amb la temperatura mitjana dels mesos de juliol dels darrers 15 anys. Per tant, el que ens diu el mapa no és la temperatura de l'aigua sinó la variació positiva o negativa davant d'una mitjana.
 Figura 1. Mapa amb la variació de la temperatura de la superfície del mar. Font: Nasa
El mapa resulta de combinar diferents imatges del sensor MODIS del satèl·lit Aqua de la NASA. En aquest cas, hem d'entendre les imatges com matrius amb cel·les de 16 km2 en que cadascuna de les cel·les registra un valor de temperatura. Aquest format permet fer operacions algebraiques i determinar, per exemple, que la mitjana de la temperatura de juliol 2015 ha estat 0.22°C superior a la mitjana de juliol dels darrers 15 anys.
Paral·lelament, una anàlisi visual del mapa ens permet veure el diferent comportament zonal de la temperatura. Observam àrees amb una temperatura particularment superior a la mitjana, com és el cas del Pacífic oriental equatorial, on tenia lloc el fenomen de variabilitat climàtica d"l Niño" (1) o també una mar Mediterrània occidental particularment calenta (2). En el sentit oposat tindríem les costes de Nova Escòcia (3) fins a la mar Bàltica (4) amb una mar més freda que la mitjana.
A la figura 2 ens centrarem en la temperatura de la superfície de la mar Mediterrània —no en la seva variació—. Els valors corresponen a juliol de 2015 i el mapa obtingut dibuixen una sèrie de patrons de temperatura, alguns dels quals comentarem.
 Figura 2. Mapa amb la temperatura de la superfície del mar Mediterrani (juliol 2015). Font: Nasa  
D'oest a est, el primer que destaca és l'oceà Atlàntic, més fred. Fins i tot veim com part d'aquesta aigua freda entra per l'estret de Gibraltar (1). El golf de Lleó —zona on també es renova l'aigua— també registra una temperatura inferior (2). En canvi, la mar Tirrena (3) és una de les zones més escalfades, així com la mar Adriàtica (4) o el golf de Gabès, a Tunísia (5).Per contra, una part important de la Mediterrània oriental està més freda, sobre tot la mar Egea (6).
Per acabar, observam com la mar Roja (7) registra la temperatura més elevada i, mentre que la seva etimologia es discuteix, representarem la seva escalfor de color vermell, en senyal de respecte als mestres de la cartografia mallorquina dels segles XIV i XV i a les seves magnífiques cartes nàutiques, amb un mar roja pintada de color vermell.