LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LA INVESTIGACIÓN DEL MEDIOAMBIENTE

Fuentes de Información La comprensión de la dinámica de la Tierra requiere enormes cantidades de información. La conquista del espacio y el uso de satélites de observación han proporcionado datos que hay que procesar y comprender. A esta tarea han contribuido los avances en informática y la potencia de cálculo de los ordenadores. La consecuencia de todo ello ha sido tanto la posibilidad de obtener y estudiar imágenes y datos, como elaborar modelos cada vez más detallados de la dinámica terrestre.

Satélites artificiales Dotados de sensores que recogen la información y la transmiten a los investigadores en forma de series numéricas o de imágenes. Clasificación: Según su órbita: Geoestacionarios o geosincrónicos (alrededor del ecuador a unos 36000 km) Polares o heliosincrónicos (alrededor de los polos entre 800 y 1500 km, más detalle)

Satélites artificiales Clasificación: Según su altura orbital: Geo. Geoestacionarios de uso científico, meteorológico y medioambiental. Meo. Entre 10000 y 20000 km para localizar y posicionar puntos sobre la superficie. Leo. Entre 600 y 1200 km para telefonía y prospección ambiental. Según la función: De servicio (telefonía, TV, datos). Intelsat Científico . Hubbel, Hiparcos. Medioambientales. Landsat, Terra, ERS y GOCE Meteorológicos. Meteosat, GOES.

Sensores de barrido multiespectral El barrido es un mecanismo llevado a cabo por sensores pasivos dotados de sistemas óptico-electrónicos, que actúan como escáneres realizando un rastreo minucioso y sucesivo de cada parcela del terreno a fin de recoger radiaciones visibles e infrarrojas reflejadas por las diferentes cubiertas del suelo, que son captadas mediante un espejo. Posteriormente, tras pasar por un prisma óptico las radiaciones son separadas en las distintas longitudes de onda, cada una enviada al sensor correspondiente. Los detectores convierten la señal analógica en eléctrica. En el interior del sensor, cada señal eléctrica se transforma en un valor numérico (señal digital), que puede almacenarse o transmitirse a la superficie terrestre.

Funcionamiento de un explorador de barrido

Sensores de microondas Operan en el espectro de radiación electromagnética correspondiente a las microondas. Pasivos: radiómetro microondas. Captan las radiaciones emitidas por la superficie. Para determinar el movimiento de los icebergs y la extensión de los hielos polares Activos: el radar. Emiten microondas y recogen y valoran su señal de retorno y el tiempo en volver.

Sensores lídar El sensor emite un pulso láser, en ondas visibles o en infrarrojos que choca contra los contaminantes o el polvo atmosférico, dispersándose y retornando de nuevo al sensor. La energía de retorno es recogida por un telescopio, transmitida a un foto-detector, grabada y almacenada en un ordenador. Se hace elegir un pulso adecuado para cada contaminante y con los datos se puede construir un mapa tridimensional de la contaminación de los mismos y deducir sus focos de emisión.

Sistemas de posicionamiento global (GPS) Es un sistema para localizar un punto mediante el análisis de las ondas que envían al satélite y su posterior recepción. Es un sistema estadounidense que cuenta con 27 satélites, de los que 24 están activos y 3 son de reserva. A una altura de unos 20000 km. Europa está desarrollando su propio sistema, el Galileo, que constará de 30 satélites.

Estructura de un GPS Sistema de Satélites. Distribuidos en tres planos orbitales polares y sincronizados entre sí y con las estaciones terrestres. Provistos de un reloj atómico. Estaciones de control. Terminales receptores. Que envían y reciben señales a partir de las cuales realizan los cálculos y establecen la posición.

Funcionamiento de un GPS Cada receptor localiza los tres satélites más próximos y se comunica con ellos mediante ondas de radio. Lo mismo hacen los satélites. Por triangulación, cada 15 segundos nos permite conocer la latitud y longitud de cualquier punto, con una precisión de +/- 1 m. también son capaces de determinar la velocidad y la dirección con que nos movemos.

Usos del GPS Navegación Rescate de personas Coordinar trabajos de extinción de incendios. Cartografía Gestión de espacios protegidos Recursos naturales Riesgos Impactos ambientales Biodiversidad

Sistemas de Información Geográfica (SIG) Es un sistema informático diseñado para gestionar un conjunto de datos geográficos con el objetivo de resolver problemas complejos relativos a la planificación y la gestión de recursos. El sistema permite capturar datos, almacenarlos, manipularlos y analizarlos, así como presentarlos de diversas formas. Además, se puede utilizar para realizar simulaciones de la evolución de un territorio sometido a modificaciones.

Componentes de un SIG Datos: Hardware del ordenador Geográficos, son la base del sistema, localizan espacialmente los elementos del SIG, sus dimensiones y sus formas, y los relacionan topológicamente. Atributos temáticos, caracterizan las propiedades de los objetos del SIG que no tienen que ver con su geometría o disposición espacial. Hardware del ordenador Software o componentes lógicos , integran las funciones y herramientas básicas. Personal humano Métodos o procesos para el máximo aprovechamiento del SIG, característicos de cada organización.

El funcionamiento de un SIG La información se almacena en capas temáticas, que se relacionan con las demás de modo geográfico. Los datos quedan almacenados en forma de puntos o polígonos si se una un modelo vectorial, o en forma de píxel su se usa un modelo raster. Cada una de las capas está dividida en celdas que quedan determinadas por sus coordenadas geográficas. Para cada celda se definen las características que corresponden a la capa temática de la que forman parte. Finalmente el programa informático se encarga de correlacionar los datos de todas las capas para cada punto y mostrar la información.

Modelos de un SIG Raster Vectorial

Esquema de un SIG

Aplicaciones de los SIG Para inventariar recursos naturales, estudiar su distribución o simular tendencias en su explotación. Para el estudio de las actividades humanas y su impacto sobre el medio, valorar las consecuencias y los posibles métodos para evitarlos o minimizarlas. Para elaborar cartografía temática para la predicción y prevención de riesgos, y para la corrección de daños. Para valorar el estado de conservación de los ecosistemas, simular su evolución, distribución de organismos, estudios de densidad, necesidades ecológicas y tolerancia a diversos factores. Para facilitar la gestión de espacios naturales protegidos: su uso, factores que inciden en su conservación, etc.

SIG más importantes

Simulación ambiental Constituyen la principal aplicación de la informática a los estudios del medio ambiente. Los primeros modelos utilizados fueron World-2, en 1971 y World-3, en 1973. la última actualización de este último se publicó en 1991.

Diagrama causal simplificado del modelo World-2

Conclusiones de “Los límites del crecimiento” (1972) Según el modelo world-2 alcanzaríamos el equilibrio si se redujera un 50% la natalidad, un 75% la tasa de consumo de recursos naturales, un 25% la cantidad de alimentos producidos, un 50% la tasa de contaminación y un 40% la tasa de inversión de capital.

World-3 Trayectoria de comportamiento de la población en respuesta a distintos escenarios, en función de las diferentes decisiones políticas respecto a la tasa de consumo de recursos naturales

Diferentes escenarios de simulación según World-3

Conclusiones del informe “Más allá de los límites del crecimiento” (1991) Se apoyan en cinco variables: capital, recursos naturales, capital invertido, fracción del capital invertido en agricultura y contaminación. Las simulaciones permiten llegar a las siguientes conclusiones; La actual tendencia de crecimiento demográfico, industrialización, contaminación, producción de alimentos y consumo de recursos, llevarán al planeta a sus límites en los próximos 100 años. La tendencia actual se puede cambiar estableciendo unas normas que procuren la estabilidad ecológica y económica y que puedan mantenerse durante largos periodos de tiempo Cuanto antes se adopten estas normas, mayor será la probabilidad de tener éxito.

Posteriores análisis y críticas Se culpa de forma desmedida al crecimiento de la población, lo que afecta más a los países del sur, mientras que son los del norte los que más recursos por persona consumen y más contaminan. Representan una visión simplificada de la realidad, sólo ciertas tendencias de comportamiento. Hoy día nadie discute la utilidad de estos modelos. Se basaron en datos reales y son los precursores de otras medidas más actuales.

Modelos de simulación actuales

TELEDETECCIÓN

TELEDETECCIÓN Detección remota a través de sensores. Teledetección: técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie desde sensores en aviones o satélites. http://www.dielmo.com

TELEDETECCIÓN Esta información puede tener forma de imágenes o de datos numéricos obtenidos mediante el análisis de la radiación electromágnética que emiten o reflejan los objetos.

Evolución de las técnicas de teledetección Imágenes fotográficas desde globos aerostáticos en el siglo XIX. Imágenes con cámaras automáticas utilizando palomas mensajeras a principios del siglo XX. Durante la Primera Guerra Mundial se utilizaron aviones dotados de cámaras para espiar al enemigo. Durante la Segunda Guerra Mundial se llegaron a utilizar películas infrarrojas para distinguir la vegetación. En los años 60 se invento la película sensible a diferentes longitudes de onda. A partir de aquí llegaron los satélites artificiales.

Empleo de la teledetección Para observar el avance y retroceso de los hielos o los desiertos, el ambio climático , el agujero de la capa de ozono, el fenómeno del Niño; para evaluar el deterioro del suelo, así como su uso; los daños en los cultivos causados por granizo o por plagas; para predicciones sobre las cosechas, riesgos de sequía, incendios, …

RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS La atmósfera es un filtro para las radiaciones. Sólo se utilizan aquellas radiaciones que atraviesan la atmósfera : ventanas atmosféricas

Zona visible (V) región central. - Azul: (de 0,4-0,5) – B - Verde: (0,5-0,6) – G - Rojo: (0,6-0,7) – R Infrarrojo (IR) - (IRP) infrarrojo próximo(0,7-1,3) Detecta masas vegetales - (IRM) infrarrojo medio (1,3-8) detecta humedad. - (IRT) infrarrojo lejano o térmico (8-14) detecta calor producido por el Sol, seres vivos, incendios. Microondas (1mm-1m.) - Utilizadas para tomar imágenes sin iluminación o con nubes.

IMÁGENES DE TELEDETECCIÓN Características de las imágenes: Están divididas en pequeños recuadros: pixel y es la superficie mínima detectada. Tiene asociado un valor, cifra o dígito. Resolución de un sensor: Es la medida de su capacidad para discriminar los detalles.

Resolución de un sensor - Resolución espacial. Tamaño del píxel y representa el área menor que puede distinguirse de su entorno. - Resolución temporal. Frecuencia con que se actualizan los datos. - Resolución radiométrica. Capacidad para discriminar las variaciones de intensidad y se mide por el número de tonos de gris que posee una imagen.(6 bits por pixel –> 26=64 niveles gris) Resolución espectral. Longitudes de onda o bandas de detección que se es capaz de medir. (ver pag.70-fig.3.10).

Imágenes en color Obtención de imágenes en color: Cámaras compuestas por sensores digitales que son sensibles a diferentes bandas o longitudes de onda. Combinando tres de esas bandas y asignándolas un color a cada una: - Color natural o RGB=321 - Falso color o RGB=432 - Otras como RGB=754, RGB=742 . . . http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/ http://www.dielmo.com/productos/imagenes_satelite.html

Ver tabla 3.2 pag. 72

9 Pompeya Vesubio Nápoles Aeropuerto Herculano Torre del Greco Oplontis Golfo de Nápoles Solfatara (volcán extinguido que emite fumarolas de H2S)

Compara con la foto de Madrid de la página 87 del libro

Ejercicio 5 pag. 72 Imágenes Landsat TM. ¿Cual es la resolución espacial sabiendo que representa una superficie de 15x15 km.? (pixel de 30x30m.) ¿Número de píxeles?

Mecanismos de la teledetección Órbitas de los satélites: - Geoestacionaria: El satélite está situado a gran altitud, siempre sobre el mismo punto, moviéndose de forma sincronizada con la rotación de la Tierra. - Órbita polar: El satélite rota de forma circular pasando por los polos a baja altura. http://www.eduspace.esa.int/subtopic/default.asp?document=297&language=es

Sensores de barrido multiespectral: - Los sensores hacen un barrido de la superficie de forma perpendicular al movimiento del satélite. - Las radiaciones son separadas según su longitud de onda y convertidas en una señal digital. Sensores de microondas: - Pasivos : captan la radiación emitida por nieve o hielo (cuerpos fríos) - Activos: RADAR. Se emite el pulso de microondas y se recoge. La señal de microondas se distorsiona por la diferente reflexión de la cubiertas terrestres.

Imagen radar del Envisat del derrame de crudo del Prestige

Imágenes estereoscópicas: son dos imágenes realizadas del mismo punto, desde diferentes puntos. Se ve una imagen tridimensional. Fig. 3.25. Radarmetría: Los sensores radar nos dan información sobre la altitud del terreno. Fig 3.26. Imágenes anaglíficas: Imágenes estereoscopicas generadas por una imagen roja y otra azul.

Imagen radar del volcán Pinatubo la sensación de color se logra combinando 3 señales recogidas (total, vertical y horizontal) y asignándoles 3 colores.

Páginas WEB interesantes Instituto Nacional de Meteorología: http://www.inm.es/ http://www.inm.es/web/infmet/satel/meteose.html http://www.inm.es/web/infmet/radar/radar.html Página de búsqueda imágenes de cualquier lugar del mundo: http://earth.google.com/ Agencia europea del medio ambiente: http://www.eea.eu.int/main_html Instituto Geográfico Nacional http://www.fomento.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERALES/INSTITUTO_GEOGRAFICO/Teledeteccion/htm Otras páginas: http://recursos.gabrielortiz.com/ http://www.allmetsat.com/ http://www.landsat.org/

Observa la tres imágenes: Explica de qué tipo es cada una. ¿Cuál crees que tiene menor resolución espacial? La tercera imagen posee una resolución de 90 metros. ¿qué quiere decir? ¿Qué es un pixel?