Tema 3: Las nuevas tecnologías en la investigación del Medio Ambiente

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1 Tema 3: Las nuevas tecnologías en la investigación del Medio Ambiente

2 La simulación medioambiental
La simulación medioambiental. Modelos encargados por el Club de Roma (1968). World 2 (Forrester). Los límites del crecimiento, 1972. Son 5 las variables que determinan el comportamiento del mundo: población, recursos no renovables, alimentos producidos, contaminación y capital invertido. Tomaron valores iniciales reales de 1900, y concluyeron que: No se puede mantener indefinidamente nuestro ritmo de crecimiento (poblacional y económico). Si reducimos todos los valores iniciales sí se llega a un estado estacionario.

3 La simulación medioambiental
La simulación medioambiental. Modelos encargados por el Club de Roma (1968). World 3 (Meadows). Más allá de los límites del crecimiento, 1991. Con la tendencia actual de crecimiento, los límites del planeta se alcanzarán en menos de 100 años, seguramente por una caída brusca e incontrolable (de población y de capacidad industrial). Si se duplican los recursos (por ejemplo por avances tecnológicos), será más rápida la caída (por un comportamiento anti-intuitivo).

4 La simulación medioambiental
La simulación medioambiental. Modelos encargados por el Club de Roma (1968). World 3 (Meadows). Más allá de los límites del crecimiento, 1991. En cambio, si modificamos todas las variables, se puede estabilizar el sistema, garantizando todas las necesidades básicas de cada habitante. Cuanto antes se haga más probabilidades de éxito habrá.

5 La simulación medioambiental
La simulación medioambiental. Modelos encargados por el Club de Roma (1968). Críticas a estos modelos: Son maltusianos (Malthus, ): culpan de los problemas ambientales al aumento de la población, especialmente en los países del Sur. (En el Norte, se consumen más recursos/persona y se genera más contaminación/persona). No son la realidad sino una versión simplificada: sólo indican tendencias de comportamiento.

6 Sistemas de teledetección.
Teledetección: observación a distancia (remota) y obtención de imágenes de la superficie terrestre desde sensores. Componentes de un sistema de teledetección: Sensor o cámara. Flujo de energía detectada Centro de recepción. Sistema de distribución.

7 Componentes de un sistema de teledetección:
Sensor. Cámara capaz de captar, codificar y transmitir imágenes desde un avión o satélite. Flujo de energía detectada: externa al sensor o emitida por el propio aparato y reflejada en los objetos. Según el origen de la energía se distinguen 2 tipos de sensores: Pasivos: la energía puede venir del Sol, y la superficie terrestre la refleja. Activos: los sensores emiten energía y captan el reflejo de la misma. Centro de recepción. La imagen llega codificada (es digital) hasta la antena o a través de un satélite intermedio. Se procesa la imagen para corregir imperfecciones. Sistema de distribución. Llega a los usuarios.

8 Aplicaciones de la teledetección:
Se obtienen muchas imágenes de cualquier zona (incluso de zonas inaccesibles) con la periodicidad deseada, para poder compararlas y estudiar la evolución de los parámetros. Permiten la observación de: Avance/retroceso de hielos o desiertos. Cambio climático. Agujero de ozono. El Niño. Deterioro del suelo. Daños en cultivos debidos a plagas, granizo, etc. Predicciones de cosechas. Riesgos de sequía, incendios, etc. Impactos de minas, presas, etc. Mareas negras. Variaciones de temperatura. Forma y tamaño de conos volcánicos. Localización de fracturas generadoras de seísmos.

9 Radiaciones electromagnéticas empleadas
La atmósfera filtra la radiación solar, y sólo deja pasar 3 zonas del espectro (ventanas atmosféricas): 1. Región central o visible (λ = 0,4 -0,7μm). Nuestro ojo distingue 3 colores primarios: Rojo (R=red), Verde (G=green) y Azul (B=blue). Hay sensores que captan la media de los 3 colores (pancromáticos) o captan los 3 colores por separado. 2. Región infrarroja. (Detectan fuentes de calor: seres vivos, incendios). IR próximo al visible (λ = 0,7 – 1,3μm). Útil para masas vegetales. IR medio (λ =1,3 - 8μm). Para la energía que emiten los medios húmedos (el agua absorbe el calor). IR Térmico o lejano (λ = 8 -14μm). Calor que emite la Tierra previamente calentada por el Sol. Detecta variaciones de temperatura y sirve para estudios globales de cambio climático. 3. Microondas (λ = 1mm – 1m). Utilizadas por sensores de radar, cuando hay circunstancias especiales: Territorios siempre nublados (ej. trópicos). Imágenes nocturnas.

10 IMÁGENES OBTENIDAS POR TELEDETECCIÓN
Características: Están divididas en recuadros con diferentes tonos de gris, llamados píxeles. Cuánto más claro es el gris, más intensa es la señal. Píxel (Picture element): Superficie mínima que el sensor detecta sobre el terreno. Corresponde a cada recuadro de la imagen. El tono de gris se expresa con una cifra.

11 Resolución (de un sensor).
Mide la capacidad de discriminar los detalles. Hay 4 tipos de resolución: espacial, temporal, radiométrica y espectral. 1. Espacial. Tamaño del píxel (= área mínima que puede distinguirse de su entorno). Por ejemplo: 20km x 20km. Resolución 1m Resolución 188m Resolución 30m Resolución 1km

12 Resolución (de un sensor).
2. Temporal. Frecuencia con la que actualiza los datos (= tiempo que pasa desde que toma una 2ª imagen de la misma zona). 3. Radiométrica. Capacidad para discriminar variaciones de intensidad de radiación emitida (= cantidad total de diferentes tonos de gris, representados por valores numéricos). 4. Espectral. Bandas (o longitudes de onda) en las que puede medir un sensor. Cuántas más bandas, más resolución espectral y más calidad de la imagen. La mayoría de satélites tienen sensores que reciben varias bandas del espectro (son multibanda). Formación de una imagen en color por la combinación de tres imágenes monocromas de distintas bandas

13 Obtención de imágenes a color.
Para obtener una imagen a color se combinan las imágenes tomadas en 3 bandas espectrales (hay muchas combinaciones posibles). Color natural: RGB = 321 A la imagen de la banda 3 le damos R (rojo) A la imagen de la banda 2 le damos G (verde) A la imagen de la banda 1 le damos B (azul) Cada píxel resultante tendrá 3 dígitos (uno por banda). Sólo hay 3 colores fundamentales, el resto son aditivos. Delta del Ganges. RGB= 321

14 Obtención de imágenes a color.
Falso color: cualquier otra combinación (que no sea RGB = 321). Hay algunas combinaciones que se emplean frecuentemente, como: RGB = 432 (la más común). RGB = 754 (para zonas quemadas). RGB = 742 (para zonas urbanas, cultivos). RGB = 743 (para zonas encharcadas, regadíos). RGB= 321 RGB= 432 RGB= 542 RGB= 742

15 MECANISMOS DE TELEDETECCIÓN.
Para la adquisición de datos se emplean sensores que pueden estar en aviones o en satélites en órbita. Órbitas. Geoestacionaria. El movimiento del satélite está sincronizado con la rotación de la Tierra: siempre observan la misma zona. Altitud: km: abarcan áreas amplias y sirven para la observación de fenómenos globales. Polar. La órbita es circular y perpendicular al ecuador. Observan diferentes zonas terrestres. Altitud: km: permiten ver áreas más pequeñas en detalle.

16 Ejemplo de satélite de órbita geoestacionaria: Meteosat.

17 TIPOS DE SENSORES: de barrido multiespectral Pasivos Activos
microondas Pasivos Activos Imágenes estereoscópicas Radarmetría Imágenes anaglíficas Interferometría lídar

18 Sensores de barrido multiespectral.
Sensores pasivos que rastrean el terreno y recogen radiaciones visibles e IR que refleja el suelo. Un espejo las recibe y un prisma las separa por longitudes de onda y las envía a diferentes sensores, que las codifican. Se almacenan o se envían a receptores.

19 Sensores de microondas:
Sensor pasivo Posición del hielo en el mar 1. Pasivos: Radiómetros microondas. Captan las microondas emitidas por la superficie terrestre. Son especialmente útiles para nieve y hielo.

20 Sensores de microondas: 2. Activos: Radar (radio detection and ranging).
Emiten microondas y recogen la señal de retorno. La imagen llega distorsionada, pues cada material terrestre dispersa las microondas de diferente forma: Se verá más claro cuánto más inclinadas lleguen las ondas (ej. superficies irregulares) y más oscuro cuanto más perpendiculares lleguen (ej. superficies lisas como el agua). Son útiles para topografía, para realzar relieves.

21 Sensores de microondas: 3. Imágenes estereoscópicas.
Requieren 2 tomas en diferente posición, como hacen nuestros ojos. Se realizan combinando radar con sensores multibanda.

22 Sensores de microondas: 3. Imágenes estereoscópicas.

23 Sensores de microondas:
4. Radarmetría. Los sensores radar llevan altímetros: se colorean las bandas a intervalos regulares de altitud. A partir de ellas se pueden generar modelos digitales de elevación.

24 Sensores de microondas: Modelos digitales de elevación.

25 Sensores de microondas:
5. Imágenes anaglíficas. Superposición de imágenes: una en rojo y otra en azul, procedentes cada una de ellas de una toma diferente (como ocurre con las estereoscópicas). Se miran con unas gafas especiales que tienen el cristal izquierdo rojo y el derecho azul.

26 Imágenes anaglíficas.

27 Imágenes anaglíficas. Puerto de Barcelona Triplano

28 Imágenes anaglíficas. Zeppelin

29 Imágenes anaglíficas.

30 Imágenes anaglíficas. Fuente de la plaza Campitelli, Roma

31 Sensores de microondas:
6. Interferometría. Son 2 tomas del mismo sitio en diferentes días. Registran variaciones topográficas (por ejemplo en un volcán, un deslizamiento, un seísmo) en secuencias con bandas coloreadas a intervalos de altitud. Terremoto de L’Aquila. Daños en una iglesia. Cada serie de bandas de color indica una diferencia de 2,8 cm entre mediciones.

32 Sensores lídar. Emiten un pulso láser (visible o IR) que choca contra la contaminación o el polvo, que absorbe una parte de esa energía y se recoge la parte que retorna sin ser absorbida.

33 EL GPS (Global Positioning System).
Son pequeños aparatos que captan señales emitidas por satélites. Cada GPS recibe señales de al menos 3 satélites, y por triangulación nos informa de la latitud y longitud de cualquier punto geográfico con precisión de +/- 1m. También determinan la velocidad y dirección del movimiento.

34 EL GPS (Global Positioning System).
Tienen diferentes usos: Navegación por tierra o mar. Rescates en desastres. Coordinación en la extinción de incendios. Localización de bosques, minas… Seguimiento de animales (si se colocan sobre el propio animal) Control de mareas negras (si se colocan en una boya marina).

35 Sistemas telemáticos apoyados en teledetección.
Toman datos mediante sensores o GPS y los digitalizan y procesan. SIG (Sistema de Información Geográfica). Es un programa de ordenador que contiene un conjunto de datos espaciales del mismo territorio, organizados geográficamente. Los datos se representan en capas superpuestas: Hidrografía, pendientes, tipo de roca, vegetación, situación de pueblos/ciudades, infraestructuras (carreteras, ferrocarriles, alta tensión). El origen de los datos puede ser: teledetección, mapas, catastro, censos…

36 SIG (Sistema de Información Geográfica).
En un SIG, se divide el espacio en celdillas (teselas) determinadas por coordenadas geográficas. Cada punto contiene la información correspondiente a todos los datos del SIG para ese lugar. Hidrogeología Fauna Pendientes Modelo digital terreno Mapa de propiedades mineras

37 SIG (Sistema de Información Geográfica).
Un SIG sirve para almacenar, representar gráficamente y gestionar información sobre un territorio, en formato digital. Se actualiza con frecuencia y está disponible para los usuarios. Se pueden hacer simulaciones modificando algún parámetro de alguna de las capas del SIG. Utilidades: Prevención de riesgos. Ordenación del territorio. Gestión de recursos: agrícolas, forestales, fauna silvestre. Meteorología.

38 Sistemas telemáticos de cooperación internacional.
Permiten amplia difusión de la información, como la meteorológica. Para predecir riesgos (huracanes, gota fría) u otros problemas ambientales.