Las nuevas tecnologías en la investigación del medio ambiente

Introducción: los avances tecnológicos

Sistemas informáticos y simulación medioambiental Club de Roma: Un centenar de personalidades crea el Club en 1968 Inician un proyecto de investigación sobre la Condición humana Examen del conjunto de problemas que preocupan actualmente a la Humanidad: Agotamiento de recursos, crecimiento de la población, la pobreza y la abundancia, la degradación medioambiental,… Se busca aportar soluciones dentro de un marco global El primer trabajo encargado al MIT  modelo World-2 Después modelo perfeccionado  World-3

WORLD-2 Jay Forrester + + + Población TN + - - + + + Defunciones TM + Nacimientos + Población TN + - - + + + Defunciones TM + - + - Capital invertido Alimentos/personas + + + + + Alimentos producidos + Tierras de cultivo Tasa de consumo + - + Recursos naturales no renovables + Producción industrial - + + Contaminación

World-2 Son cinco las variables  valores iniciales: los datos reales correspondientes al año 1900 Bucles de realimentación positivos: Alimentos producidos  alimentos/personas  TN  Nacimientos  Población  Capital invertido  tasa de consumo  Reservas de recursos no renovables  producción industrial  Contaminación  alimentos producidos Alimentos producidos  alimentos/personas  TN  Nacimientos  Población  Capital invertido  tierras de cultivo  alimentos producidos Contaminación  TM  Defunciones  población  Capital invertido  Tasa de consumo  reservas de recursos no renovables  Producción industrial  contaminación Bucle de realimentación negativo: Alimentos/personas  TN  Nacimientos  Población  alimentos/personas

World-2 Se analizó el comportamiento del modelo desde 1900 hasta 2100 Para la estabilización del sistema Los límites del crecimiento, 1972 TN No podemos mantener indefinidamente nuestro actual ritmo de crecimiento Inversión de capital Alimen- tos produ- cidos Consumo de recursos 50% Conta- minación 75% 25% 40% 50%

World-3: Meadows y otros discípulos de Forrester Distintos escenarios, en función de las diferentes decisiones políticas respecto a la tasa de consumo de recursos naturales Crecimiento continuo o ilimitado Los recursos son ilimitados y crecen de forma exponencial La población crece de igual manera Sistema económico tradicional: explotación incontrolada de recursos naturales Mejoras tecnológicas para aumentar la cantidad de recursos disponibles

World-3 Aproximación al equilibrio Los recursos son limitados Su cantidad determina la capacidad de carga  población constante Sobrepasamiento y oscilación La población crece y sobrepasa la capacidad de carga El tamaño de la población sufre oscilaciones Equilibrio dinámico en función de los recursos se regeneran con rapidez

World-3 Sobrepasamiento y colapso La población sobrepasa el límite de carga Los recursos no son renovables Derrumbamiento y colapso de la población Propio de economías basadas en el consumo de combustibles fósiles Más allá de los límites del crecimiento, 1991

Seguir como hasta ahora: recursos disponibles: Primera conclusión Si se continúa con el actual crecimiento, la industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán en los próximos cien años Seguir como hasta ahora: Agotamiento de recursos Colapso económico y de población Duplicación de los recursos disponibles: Colapso de forma más brusca

Primera conclusión La modificación de todas las variables puede llevar a la estabilización del sistema: Tecnologías que propicien la duplicación de recursos y alimentos y, a su vez, aumenten la eficiencia en el uso de recursos, la disminución de la erosión y de la contaminación Las variables se estabilizan a partir del 2030 “Desarrollo sostenible”

Más conclusiones Segunda conclusión: Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica, que pueden ser mantenidas en el futuro Tercera conclusión: Cuanto antes se empiece a trabajar a favor de esta última alternativa, más posibilidades de éxito Utilidades: Alarma sobre enfoque global de problemas ambientales graves Modelos pioneros Muchos otros modelos posteriores sobre distintos temas Críticas: Se culpa al incremento de la población y no al consumo de recursos por persona Más contaminantes los países del norte Es sólo un modelo

Sistemas de teledetección técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satélites artificiales Permite obtener datos de un territorio de forma rápida, exacta y fiable Se pueden obtener muchas imágenes y de áreas inaccesibles Permite la observación periódica, detección de variaciones entre dos pasadas y establecimiento de comparaciones Avance y retroceso de hielos y desiertos Fenómeno de El Niño Predicciones de cosechas Cambio climático Usos y deterioro del suelo Todo tipo de riesgos Agujero de ozono Daños a cultivos por plagas o granizos Todo tipo de impactos

Radiaciones electromagnéticas empleadas en teledetección Sensores empleados Visible Infrarrojo Microondas Instalados en aviones y satélites

Región central o zona visible del espectro El ojo humano distingue 3 bandas o colores primarios: Rojo (R), verde (G) y azul (B) Imágenes tomadas por cada una de las siete del satélite LANDSAT-TM, durante un incendio en el parque de Yellowstone el 8 de septiembre de 1988

Región del infrarrojo IRP Infrarrojo próximo IRM Infrarrojo medio IRT Infrarrojo lejano o térmico Emiten los medios húmedos Percibe la humedad, p.e. nubes Detecta el calor emitido por la tierra Detectan variaciones de temperatura Detectan seres vivos y otras fuentes de calor Útil para detectar masas vegetales

Región de microondas Utilizadas por los sensores de radar Realizan imágenes de la superficie terrestre en circunstancias especiales, que impedirían su captación a través de otras ondas del espectro, ejemplos: Territorios cubiertos de nubes (zonas ecuatoriales) Imágenes nocturnas

Se diferencian entre sí por la intensidad con que se recibe la señal Características de la imágenes digitales obtenidas mediante teledetección PÍXEL: superficie mínima detectada sobre el terreno y que se corresponde con el recuadro o celdilla: unidad mínima de información en la que se divide una imagen Se expresa mediante un valor numérico que se corresponde con un tono de gris Imágenes divididas en Recuadros o celdillas de diferentes tonos de gris Cuanto más intensa sea la señal, más claro será el gris del pixel Se diferencian entre sí por la intensidad con que se recibe la señal

Resolución de un sensor Mide la capacidad de un sensor para discriminar detalles RESOLUCIÓN ESPECTRAL: La mayoría de satélites poseen sensores que operan más de una banda del espectro: Multibanda Aumenta a medida que lo hace el nº de bandas en las que opera el sensor RESOLUCIÓN ESPACIAL: Se refiere al tamaño del pixel Representa el área menor que puede distinguirse de su entorno RESOLUCIÓN RADIOMÉTRICA: Capacidad para discriminar las variaciones de intensidad de radiación emitida por los objetos Se mide por la cantidad total de niveles o tonos de diferentes gris que posee una imagen RESOLUCIÓN TEMPORAL: Tiempo que transcurre desde que un sensor toma una imagen hasta que toma otra de la misma zona

Obtención de imágenes en color Una imagen en color resulta de la combinación de imágenes tomadas en 3 bandas espectrales Procesado digital a través de ordenador En función de las bandas que elijamos, podemos obtener imágenes en color natural o en falso color

Color natural o RGB = 321 A cada pixel de esta imagen se le otorga el color rojo. Su intensidad está determinada por el tono de gris que posea A cada pixel de esta imagen se le otorga el color verde. Su intensidad está determinada por el tono de gris que posea A cada pixel de esta imagen se le otorga el color azul Su intensidad está determinada por el tono de gris que posea

RGB = 321 Cada pixel de esta imagen tendrá un color resultante de la combinación de los tres colores anteriores Queda definido por tres dígitos ( de 0 a 255) Los colores vienen de la adición de los tres colores primarios El total de colores diferentes que puede tener una imagen es de 2563

Imágenes en falso color RGB = 432 Útil para detectar masas vegetales Los primeros sensores sólo trabajaban con estas bandas  siguen siendo las más empleadas Imágenes que realzan los detalles: detección de masas vegetales: cuanto más intenso es el rojo, más vigorosas Detección de recursos mineros zonas ocupadas por agua (en negro) Espacios urbanizados: en gris azulado Interpretación de los elementos de una imagen por su color  tabla 3.3.

Imágenes en falso color RGB = 754 Útiles para discriminar zonas quemadas RGB = 742 Se distinguen bien zonas urbanizadas y cultivos Es decir: las huellas de las actividades humanas RGB = 743 Para evaluar zonas encharcadas, detectar cultivos de regadío, etc

Órbitas de los satélites de teledetección

Sensores de barrido multiespectral Es el mecanismo de teledetección más habitual Llevado a cabo por unos sensores que actúan como escáneres realizando un rastreo minucioso y sucesivo de cada parcela de terreno Recogen las radiaciones visibles e infrarrojas reflejadas por el suelo LANDSAT, TERRA, AQUA poseen sensores de barrido que rastrean conjuntamente todo el planeta ENVISAT, de la Agencia Espacial Europea, barre minuciosamente el planeta El tiempo de permanencia es de 6-7 años en el espacio.

Satélites Zaragoza LANDSAT TERRA

Sensores de microondas

Sensores de microondas Imágenes estereoscópicas Se realizan dos tomas del mismo territorio en dos pasadas distintas con distinto ángulo de incidencia Aprovechar las ventajas de los altímetros que poseen los sensores radar para la representación topográfica del terreno Imagen con secuencia de bandas coloreadas a intervalos regulares de altitud Se generan MODELOS DIGITALES DE ELEVACIONES O DEM Radarmetría

Sensores de microondas ANAGLIFO es la superposición de imágenes, una en rojo, otra en azul, que al ser miradas con lentes especiales producen una sensación de relieve Las imágenes se toman de forma similar a las estereoscópicas Una de las imágenes obtenidas se colorea de azul, la otra en rojo Se superponen y se contemplan con unas gafas con cristales de dos colores: rojo el izquierdo, azul el derecho Imágenes anaglíficas Se toman con sensores de radar imágenes del mismo lugar en dos pasadas en días diferentes Se registran variaciones en la topografía En secuencias marcadas mediante una serie de bandas coloreadas a intervalos de altitud regulares Interferometría

Sensores LÍDAR El sensor emite un pulso de láser, en visible o en infrarrojos, que choca contra el polvo atmosférico o los contaminantes, y regresa al sensor Se emplea para detectar la contaminación del aire Pueden instalarse en furgonetas que recorren una ciudad. Con los datos obtenidos se construye un mapa tridimensional de la concentración de los contaminantes y se puede deducir sus focos de emisión

El GPS: Global Positioning System Pequeños aparatos que captan las señales emitidas por unos satélites especialmente diseñados para ello Hay 28 satélites GPS a 20.200 km de altitud Cada aparato recibe señales de al menos tres satélites Nos permite conocer datos sobre la latitud y la longitud de cualquier punto geográfico, con +/- 1 m de precisión. Nos permiten determinar la velocidad y la dirección con que nos movemos Útiles en navegación, rescate de personas, coordinación de la extinción de incendios, realización de mapas, localización de bosques, recursos, hábitats, … Se pueden instalar en animales en peligro de extinción Nos permiten localizar mareas negras.

Sistemas telemáticos apoyados en la teledetección Un sistema telemático se basa en la interconexión entre múltiples ordenadores mediante una red de comunicaciones de intercambio de mensajes para la realización de una tarea común Los datos se toman a través de sensores o GPS La información se digitaliza y se procesa a través de ordenador Después se puede transmitir mediante cables o satélites

Los SIG: Sistema de información geográfica Es un programa de ordenador que contiene un conjunto de datos espaciales de la misma porción de un territorio organizados de forma geográfica Los datos se representan en capas superpuestas Los datos proceden de fotografías tomadas por teledetección o de mapas de todo tipo Los SIG están destinados a almacenar, representar gráficamente, manipular y gestionar una información sobre el territorio Esta información se guarda en formato digital y se puede visualizar en el ordenador Debe ser actualizada con frecuencia Nos permiten realizar simulaciones para ver qué puede ocurrir en un territorio si variamos algún parámetro de alguna de las capas. Muy utilizados: prevención de riesgos, ordenación territorial,…

Sistemas telemáticos de cooperación internacional Uno de los más importantes es el basado en la información meteorológica WMO, 1950  puso en marcha el sistema de VIGILANCIA METEOROLÓGICA MUNDIAL, 1968 Equipos de teledetección por satélite Estaciones meteorológicas terrestres y marinas Sistema de telecomunicaciones entre todas ellas Los datos son analizados, procesados y retransmitidos a los distintos CENTROS METEOROLÓGICOS NACIONALES Los satélites meteorológicos tienen un sensor de barrido multiespectral que opera en las bandas visibles Pueden tomar imágenes en infrarrojos, por lo que pueden detectar la humedad atmosférica Destacan: NOAA (EEUU), METEOSAT (Europa)