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.

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.  

L'illa de Cabrera Gran

Un tast al passat agrícola i als boscos de Cabrera Gran.

L'afirmació feta el segle I per Plini el Vell «Cabrera és una illa deserta i cau de corsaris» tendrà vigència durant quasi 18 segles, pràcticament fins a la seva utilització com camp de presoners durant la Guerra del Francès, en el segle XIX. En tot cas, les imatges d'avui parlen de la seva transformació a partir d'un recent passat agrícola i ramader.

Cabrera Gran és una illa on predomina el relleu i on els redols planers són minsos. La precipitació anual tot just arriba a 350 mm i els sòls són magres. Tot i així, hi veurem traces d'un espartà aprofitament agrícola.

La figura 1, a la seva part esquerra, mostra una fotografia aèria del mes de juny de 1979 on es pot observar que una part de l'illa fou rompuda amb l'arada. L'àrea de conreu coincideix amb la part més planera de l'illa i dibuixa una llengua que neix al Port (1) en direcció sud-est cap el comellar de ses Figueres, envoltant la Serralada del Canal de ses Figueres (2) i arribant a ses Quatre Quarterades (3), amb la seva particular forma triangular. Les condicions climatològiques que ja hem avançat, no permetien més que alguns conreus de secà de cereals i de lleguminoses.

Figura 1. Fotografies aèries (1979 -esquerra i 2015 -dreta) d'una part de l'illa de Cabrera Gran. Font: CNIG

Pegam un bot de 36 anys, fins el juny de 2015. La fotografia aèria que veim a la part dreta de la figura 1 mostra clarament com la zona de conreu ha desaparegut, engolida per la vegetació natural. També, en termes generals es veu un augment del pinar, com és el cas de la cara nord de La Miranda (4). La vegetació de Cabrera en gran part és fruït de la presència històrica de ramat. Una situació que es va revertir amb la declaració de Parc Nacional.

La figura 2 ens durà a una petita anàlisi forestal. Ens centrarem en una zona de pinar de la península del Cap Ventós (5). L'anàlisi, feta amb LIDAR, consisteix en mesurar distàncies amb feixos de llum làser que permetrà cartografiar l'àrea en tres dimensions i dibuixar la distribució i alçada dels arbres.

Dins el requadre en negre, que representa la zona d'estudi, observam algunes clapes que indiquen manca d'estrat arbori i que corresponen amb zones de rascler. La línia divisòria permet separar les diferents conques i observar com els arbres de major alçada es distribueixen paral·lels a la xarxa de drenatge, lluny de les carenes, a raser del vent i on probablement el sòl conserva millor la humitat.

Figura 2. Mapa amb la distribució i alçada dels arbres a la península del Cap Ventós. Font: CNIG  

Per acabar, el concepte de Cabrera com una illa deserta, narrat per Plini al segle I, sembla vigent – amb els matisos que cadascú consideri. Llevat del trist episodi dels presoners francesos i d'un intent frustrat a finals de segle XIX de crear una colònia agrícola amb el nom de «Villa Cristina», durant el segle XX, Cabrera ha mantingut una població d'una quarantena de persones. A la dècada dels 60 hi hagué un intent de desenvolupament turístic però, com explica el geògraf Vicenç M. Rosselló i Verger a la seva tesi «Mallorca. El sur y sureste» (1964), la manca d'aigua a l'illa fou un dels motius que frenà el projecte.

Perfilant patrons de temperatura

El repte de les illes de calor, pròpies d'entorns urbans, on la temperatura és superior a la del seu entorn immediat no urbà.

Quan les dones i homes del temps informen de la temperatura d'un lloc determinat, ho fan a partir de dades enregistrades per un termòmetre ubicat dins una garita ventilada, protegida de la radiació solar i a un metre i mig d'altura del sòl. Aquesta temperatura es coneix com la temperatura de l'aire.

Els sensors dels satèl·lits tenen capacitat per calcular la temperatura de la superfície terrestre i dels oceans. Per tant, en lloc de mesurar la temperatura de l'aire, ho fan de les diferents cobertes de la superfície terrestre: arena, aigua, gel, neu, asfalt, arbrat, etc.

Aquesta capacitat dels satèl·lits es fonamenta en que l'energia emesa des d'un objecte és primàriament una funció de la seva temperatura. Qualsevol objecte per damunt el zero absolut (-273°C) radia energia que augmentarà amb la temperatura i serà enregistrada pel sensor del satèl·lit.

La figura 1 mostra un mapa de la temperatura del sòl d'una part de l'illa de Mallorca a partir d'una imatge del satèl·lit Landsat de dia 11 de juliol de 2015 a les 10:30 GMT. La resolució espacial del sensor tèrmic del satèl·lit és de 100 m, això significa que la imatge registra una mesura de temperatura per hectàrea, fruit de la contribució de les diferents cobertes que la formen.

Figura 1: Temperatura del sòl dia 11/07/15 a les 10:30 GMT. Font: USGS, Servei Forestal CAIB.

A la part esquerra de la imatge la llegenda mostra una important amplitud tèrmica dels 21°C als 44 °C. En termes generals, la part central de l'illa registra la temperatura més elevada —clau per la formació de l'embat— mentre que a la major part de la Serra de Tramuntana és inferior —Es donen algunes excepcions, fixeu-vos en la zona afectada per l'incendi d'Andratx.

La part dreta de la imatge permet veure amb major detall aquesta distribució tèrmica, incorporant dades forestals que facilitaran la seva interpretació. A partir de dades de l'inventari forestal podem observar que les zones ocupades per alzinar i pinar registren una temperatura inferior a la del seu entorn immediat no arbrat. És el cas de la Serra de na Burguesa i el bosc de Bellver amb el seu entorn immediat del nucli urbà de Palma.

Aprofitarem aquest darrer detall per introduir la figura 2. Es tracta de la mateixa imatge de satèl·lit que la figura 1 però centrada a Palma. La fotografia aèria ens ajudarà a ubicar diferents elements i cobertes. Com ja hem vist abans, el Bosc de Bellver registra una temperatura suau així com, el traçat del torrent de la Riera on sol córrer l'aigua o la Rambla i el Passeig des Born, custodiats per fileres de plàtans.

Figura 2: Comportament de la temperatura a zones urbanes. Font: USGS, CNIG.

En canvi, a l'exterior de la via de cintura observam un important increment de la temperatura que correspon amb les zones ocupades pels principals polígons industrials. Aquests, amb les seves naus, presenten molta superfície exposada de forma directa a la radiació solar.

Els satèl·lits ens poden ajudar a entendre els patrons de temperatura i a localitzar les illes de calor. Les imatges mostren l'efecte suavitzant de la temperatura que tenen la vegetació i l'aigua. Tal com bé explica l'ecòleg Antoni Martínez Taberner, dissenyant parcs i jardins amb làmines d'aigua i superfícies poroses – que respirin–, canalitzant l'embat a través dels torrents mitjançant pantalles vegetals o augmentant la presència d'arbres als carrers, reduirem aquestes illes millorant la qualitat de vida a la ciutat.

D'Stromboli a Mallorca

Una imatge de satèl·lit amb un volcà en erupció dibuixa un nexe entre les dues illes.

Stromboli és una illa volcànica a l'arxipèlag de les Eòlies, a la mar Tirrena, davant les costes del NE de Sicília. Amb una superfície de només 12 km², està formada per un volcà en activitat constant que s'enfila fins a 926 msnm.

Una erupció volcànica és un fenomen perfectament visible des de l'espai, el repte es troba en la coincidència entre el moment de l'erupció i el trànsit del satèl·lit. Aquest és el cas de la figura 1, una imatge enregistrada pel satèl·lit Landsat dia 10 d'agost de 2014. A la part esquerra de la imatge, l'illa d'Stromboli queda amagada sota els gasos de l'erupció. També s'hi veuen les illes de Salina, Lipari, Vulcano i la més petita de Panarea. Així mateix, es pot intuir la presència d'una gran quantitat de vaixells navegant entre les illes.

Figura 1. Illes Eòlies i detall del volcà Stromboli en erupció. Font: USGS

A la part dreta de la imatge, una diferent combinació de bandes del satèl·lit permet veure l'illa amb més claredat, com també els detalls de l'erupció. Les elevades temperatures assolides en les erupcions volcàniques permet enregistrar la seva emissió en bandes de menor longitud d'ona que les utilitzades de forma habitual per enregistrar la temperatura.

Les erupcions estrombolianes agafen el nom de l'illa de Stromboli. Són un tipus d'erupció explosiva i una de les seves conseqüències és la formació de roca pumita o pedra tosca. És tracta d'una roca molt porosa i poc densa que permet que suri dins la mar. Així, es pot afirmat que hi ha roques que suren i que, en aquest cas, empeses pel vent de llevant, poden navegar els més de 1000 km que separen Stromboli de Mallorca. A la figura 2 s'hi veu un tros de pedra tosca juntament amb una altra imatge d'Stromboli, aquest cop en repòs i que permet veure millor la seva fisonomia.

Figura 2. Fragment de pedra tosca i Illa d'Stromboli. Font: ESA

Vaig descobrir aquest origen particular de la pedra tosca aquest hivern passat, en un dia de matances a can Coa d'All, a Son Macià. Un cop mort el porc i socarrat el pèl, arribava el moment de raspar la pell. La capacitat abrasiva de la pedra tosca la converteix en un estri òptim per aquesta funció. Va ser l'amo en Miquel que me va explicar com la pedra, que ja era del seu padrí, havia arribat surant fins a Mallorca. La pedra es convertia així en cadena de transmissió de coneixement intergeneracional.

Pocs dies després, parlant amb el professor i geògraf manacorí Miquel Grimalt, em va confirmar que, en el segle passat, era habitual enviar els al·lots a cercar pedra tosca per les platges i cales de la contrada i que aquestes eren molt apreciades. La història va arribar també a orelles d'en Toni Gomila, guionista i intèrpret de la magnífica obra de teatre 'Acorar'. Ho féu curiosament en un moment que tantejava la possibilitat de traduir l'obra a l'italià.

Per acabar, al fil d'objectes que suren a la mar, aquesta setmana conversava amb Salud Deudero, investigadora de l'Institut Oceanogràfic, sobre la possibilitat de detectar la presència de plàstics a l'oceà a partir d'imatges de satèl·lit. Salud em trametria la seva preocupació per l'elevada presència de plàstics que suren al Mediterrani. Sembla que caldrà un miracle per revertir aquesta situació. En certa manera, que una roca suri dins la mar ajuda a creure amb els miracles.

En tot cas, mentre esperam el miracle o que arribi l'oportunitat de visitar Stromboli, no deixeu de veure la pel·lícula homònima de Roberto Rossellini, és probable que hi identifiqueu més paral·lelismes amb Mallorca.

La teledetecció aplicada als incendis forestals: Els satèl·lits són instruments per preveure, fer seguiment i analitzar els incendis forestals.

Els incendis forestals formen part del clima mediterrani i exerceixen un paper de selecció en l’evolució de les comunitats vegetals tot i que, la seva multiplicació durant les darreres dècades, ha derivat cap a conseqüències negatives i, per tant, en la necessitat d’una millor prevenció, detecció i extinció.

Una particularitat dels incendis forestals és que la societat es focalitza en l'extinció. En canvi, en altres riscos naturals, com les inundacions o els terratrèmols, l'accent es situa en identificar les possibles vulnerabilitats i adaptacions.

Les imatges enregistrades per satèl·lits són eines utilitzades amb freqüència per analitzar els incendis forestals des de quatre vessants: la predicció, l'evolució, la cartografia de l'àrea afectada i el seguiment de la regeneració.

La figura 1 representa una imatge enregistrada el dia 22 d'agost de 2013 pel satèl·lit Landsat en què es pot observar la ferida d'un incendi forestal al quadrant Sud-Oest de la Serra de Tramuntana. Es tracta d'una zona amb una mitjana de precipitació anual baixa, d'uns 620 mm on, dia 26 de juliol de 2013, va tenir lloc el major incendi forestal a les Illes Balears des de que se'n registren dades. L'incendi va afectar de manera majoritària al municipi d'Andratx, i va botar als municipis veïns de Calvià i Estellencs.

 Figura 1. Àrea afectada per l'incendi a Andratx de 2013. Font: NASA

En total, es varen cremar fins a 1942 ha. Per tenir una referència, si observam a la mateixa imatge la superfície de Palma dins la via de cintura, incloent-hi el bosc de Bellver, aquesta no arriba a 1700 ha. En tot cas, el fet insular imposa una escala particular. La superfície afectada pels incendis forestals és relativament baixa comparada amb una escala continental. La línia litoral, actuant de tallafocs natural, seria un factor determinant.

La teledetecció també va contribuir durant el segle passat a conèixer l'abast dels incendis forestals en àrees remotes, com és el cas de Sibèria, i que ja havia anticipat l'explorador, naturalista, cartògraf i militar Vladímir Klavfievich Arséniev (1872 - 1930) a la seva magnífica novel·la Dersú Uzalà, duita a la pantalla el 1975 pel director de cinema Akira Kurosawa.

La figura 2 mostra un mosaic d'imatges enregistrades pel satèl·lit Landsat els dies 21 i 23 d'agost de 2015. S'hi pot observar una gran quantitat d'incendis envoltant al llac Baikal, a la regió de Sibèria. També s'hi veuen les ferides d'antics incendis, ja extingits. Per entendre la seva magnitud, he superposat el mapa de Mallorca i l'àrea malmesa per l'incendi d'Andratx. La superfície que crema és superior a tota l'illa de Mallorca.

En tot cas, malgrat les diferències d'escala —tan evidents des del satèl·lit—, seria prudent recordar que els espais insulars són entorns especialment vulnerables. El nombre d'espècies que l'habiten és limitat i la probabilitat d'extinció major com més petita sigui l'illa.

 Figura 2. Cadena d'incendis al llac Baikal. Font: NASA

La pols sahariana i la pluja de fang

El desert del Sàhara és un immens rebost de pols capaç d'omplir d'ocre la mar Mediterrània i l'oceà Atlàntic

Els episodis de pols en suspensió sobre el mar Mediterrani provinents del continent Africà són un fenomen observable amb certa freqüència. Segons dades facilitades pel Ministeri d'Agricultura, Alimentació i Medi Ambient, durant el 2015 foren enregistrats fins a un total de 40 episodis sobre les Illes Balears.

Un resultat immediat de la presència de pols en suspensió a l'atmosfera, lligada de forma habitual a vents de component sud, és una desagradable sensació de xafogor. La figura 1 mostra una imatge enregistrada el passat dia 27 de setembre del 2013 pel satèl·lit Aqua de la NASA. A la imatge s'observa una notable ploma de pols en suspensió provinent del continent Africà. La ploma, empesa pel vent de Xaloc, deixava Àfrica per Algèria, a prop de la frontera amb Tunísia i arribava a les Illes Balears. Recordo aquest dia, a partir d'una anotació que vaig fer a una plagueta que habitualment duc en el butxacó de la camisa: « Xafogor, calitja, cel blanquinós, vent de xaloc, malsofridura».

En ocasions, aquesta xafogor és particularment notòria a pobles com Estellencs, Banyalbufar, Deià o Sóller, localitzats al vessant nord de la Serra de Tramuntana, degut a que el vent que baixa des dels cims que els envolten es va escalfant. Paral·lelament, aquestes situacions, normalment amb fort vent de Xaloc, representen un augment del risc d'incendis forestals.

La coincidència d'un episodi de pols sahariana amb precipitació provocarà l'anomenada pluja de fang. La pluja arrossega les partícules de pols i les diposita damunt terra, un fenomen ben distingible a la roba estesa, sobre els cotxes o sobre els terrats.

Altres vegades, la pols sahariana empesa pels vents Alisis pot iniciar un viatge transatlàntic, a la manera dels antics navegants, fins arribar al continent Americà. A la figura 2 podem observar com, una immensa llengua de pols, connecta els dos continents. Paradoxalment, la pols, en arribar a la conca Amazònica i convertir-se en pluja de fang, fertilitzarà amb els seus minerals la seva exuberant vegetació.

Aquesta segona imatge fou enregistrada el passat dia 17 de juny de 2015 pel satèl·lit Terra de la NASA. Els episodis de pols en suspensió són fenòmens fàcilment visibles des de l'espai. Les franges de color negre que observam a la imatge separen les diferents passades que fa el satèl·lit. La nau necessita uns 90 minuts per completar una òrbita. Ho fa a una velocitat de vertigen, d'uns 30.000 km/h.