Introducción a los Productos de Agua de NASA Curso de Capacitación en Percepción Remota (NASA) Geo Latin America and Caribbean Water Cycle capacity Building Workshop Colombia, 28 de noviembre - 2 de diciembre, 2011 ARSET Applied Remote Sensing Education and Training (Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada) Un proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASA

Objetivo http://wmp.gsfc.nasa.gov/ Presentar una descripción general de los productos de recursos de agua de NASA obtenidos de satélites y modelos Programa de Ciencias Aplicadas de NASA Página Web de Recursos de Agua: http://wmp.gsfc.nasa.gov/

Los productos se pueden usar para: Productos de recursos de agua de NASA obtenidos con satellites y modelos Los productos se pueden usar para: Monitoreo y conocimiento de: Lluvia e inundaciones Cantidad de nieve y derretimiento de la nieve Sequias Recursos de Agua y variabilidad y cambio climatico

Productos de Agua de la NASA Lluvia Nieve/Hielo Vapor de Agua Nubes Humedad de Suelo Agua Subterránea Lluvia, Nubes, Vapor de Agua Evaporación/Transpiración Escorrentía Componentes del Ciclo del Agua Productos en rojo - derivados de medidas satelitales Productos en azul - derivados de modelos de superficie atmosférica/terrestre en los cuales las medidas satelitales son asimiladas

Productos de Agua de la NASA Lluvia Nieve/Hielo Vapor de Agua Nubes Humedad de Suelo Agua Subterránea Lluvia, Nubes, Vapor de Agua Evaporación/Transpiración Escorrentía Componentes del Ciclo del Agua Productos en verde: la Lluvia y la Nieve son el foco de este curso de capacitación Las nubes y el vapor de agua serán introducidos para apoyar estudios de lluvia y nieve

Porque utilizar Satélites y Modelos para estudiar los recursos hídricos ? Información consistente y global Complementan los datos terrestres y ofrecen información donde no hay datos terrestres. Alerta temprana sobre eventos inminentes y desastres como por ejemplo las inundaciones. Los modelos ofrecen parámetros que no se pueden observar directamente como por ejemplo vientos en 3D y el flujo del vapor de agua. Los modelos ayudan a comprender los procesos asociados con el ciclo del agua dentro del sistema climático.

Productos de Agua de la NASA Lluvia: - Tasa de lluvia sobre la superficie (cantidad de lluvia por unidad de área y por unidad de tiempo) …………………………………………………………………… - Lluvia acumulada (cantidad de lluvia durante un día o un mes) ……………… - Perfil de la tasa de Precipitación Vertical (tasa de lluvia, líquida y congelada, a varios niveles en la atmósfera) …………………………………….…………… Nieve: - Tasa de caída de nieve (cantidad de nieve por unidad de área y por unidad de tiempo) …………………………………………………………………………… - Area de Cobertura de Nieve (fraccional) ………………………………………. - Profundidad de Nieve ……………………………………………………………. - Masa de Nieve ……………………………………………………………………. - Derretimiento de la Nieve ……………………………………………………….. Vapor de Agua: - Columna integrada de Vapor de Agua ………………………………………… - Perfil Vertical de Humedad Específica ………………………………………… - Perfil Vertical de Humedad Relativa …………………………………………… Nubes: - Area de Nube (fraccional) ………………………………………………………. - Presión y Temperatura de la parte superior de la nube ……………………… Unidades mm/hora mm mm/hora Kg/m^2/hora fracción m Kg/m2 Kg/m2/s Kg/m2 Kg/kg fracción fracción hPa & grados

Contenido Productos de agua derivados de satélites Concepto de percepción remota satelital Satélites e instrumentos de la NASA Productos de agua derivados de modelos Modelos de superficie atmosférica y terrestre de la NASA Herramientas basadas en la web para acceder a productos de agua

Contenido Productos de agua derivados de satélites Concepto de percepción remota satelital Satélites e instrumentos de la NASA Productos de Agua derivados de Modelos Modelos de superficie atmosférica y terrestre de la NASA Herramientas basadas en la web para acceder a productos de agua Ejemplos y análisis de casos particulares del uso de productos de agua

Percepción Remota Satelital Percepción Remota : medida de una cantidad asociada a un objeto por un dispositivo que no está en contacto directo con el objeto Percepción Remota Satelital: medidas desde el espacio de las propiedades del sistema tierra-atmósfera Actualmente hay muchos satélites en órbita alrededor de la tierra

Radiación Electromagnética Luz Visible Onda de radio cortas Ondas de radio AM Infrarrojo cercano Infrarrojo medio Ultravioleta Microondas Ondas TV Onda Corta o Radiación Solar Onda Larga o Radiación Terrestre

Radiación en la Parte Superior de la Atmósfera Parámetros que influencian la cantidad de radiación en la parte superior de los sistemas tierra-atmósfera: Radiación Solar tipo de superficie – vegetación, nieve/hielo, nubes, aerosoles Radiación en Infrarrojo temperatura de la superficie, gases de efecto invernadero (vapor de agua, dióxido de carbono, metano, ozono) y nubes Radiación en Microonda tipo de superficie (nieve/hielo, humedad del suelo), lluvia, vapor de agua, nubes

Principios de Percepción Remota Los satélites llevan una variedad de instrumentos que miden la radiación electromagnética reflejada o emitida por el sistema tierra-atmósfera. La energía radiante medida es registrada en cuentas digitales, las cuales son transmitidas a estaciones en tierra. Estas cuentas son procesadas y convertidas a parámetros geofísicos adecuados mediante procedimientos complejos (algoritmos).

Percepción Remota de Cantidades de Agua Para medir cantidades de agua, se utiliza la radiación solar emitida en el infrarrojo y microonda, y reflejada, ya sea individualmente o en conjunto. La radiación en el infrarrojo y solar en el rango visible no pueden medir la lluvia directamente ya que no pueden penetrar las nubes - pero perciben el vapor de agua y los tipos y alturas de las nubes. Esta información de nube puede ser calibrada estadísticamente para obtener medidas de la lluvia en la superficie. La radiación en microonda puede atravesar la lluvia y es dispersada por la nieve y e hielo. Por esto, puede ser utilizada para percibir la precipitación directamente. Actualmente hay una variedad de satélites en órbita con varios instrumentos que miden radiación en longitud de onda infrarroja, visible y microonda.

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Percepción Remota de Productos de Agua Satélites de la NASA que miden Cantidades de Agua TRMM (11/1997 - presente) Terra (12/1999 - presente) Aqua (5/2002 - presente) GRACE (3/2002 - presente) TRMM: Tropical Rainfall Measuring Mission (Misión para Medir Caída de Lluvia Tropical) GRACE: Gravity Recovery and Climate Experiment (Experimento de Recuperación de Gravedad y Clima)

Satélites de la NASA para la Percepción Remota de Cantidades de Agua Productos TRMM .Tasa de Lluvia, Cantidad de Lluvia, . Perfil Vertical de la Tasa de Lluvia Terra . Cobertura de Nieve (fraccional), . Cobertura de Nubes (fraccional), . Presión/Temperatura en la parte superior de las Nubes Aqua . Cobertura de Nieve (fraccional), . Presión/Temperatura en la parte superior de las Nubes, . Columna integrada de Vapor de Agua, . Perfil Vertical de Humedad Específica y Humedad Relativa GRACE . Agua Subterránea

Satélites e instrumentos de la NASA para la Percepción Remota de Cantidades de Agua Productos TRMM - Radar para Precipitación - TRMM Instrumento de imágenes en microonda - Scanner en el visible e infrarrojo - Espectroradiómetro de resolución moderada (MODIS por sus siglas en inglés) - Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) - Advanced Microwave Scanning Radiometer para EOS (AMSR-E) Tasa de lluvia, Tasa de lluvia vertical Perfil, Lluvia Acumulada Cobertura de Nieve (fraccional), Cobertura de Nubes (fraccional), Presión/ Temperatura en la parte superior de las Nubes Cobertura de Nubes (fraccional), Presión/Temperatura en la parte superior de las Nubes, Columna integrada de Vapor de Agua, Perfil Vertical de Humedad Específica y Humedad Relativa Equivalente Nieve/Agua, Concentración de Hielo de Mar, Columna integrada de Vapor de Agua, Tasa de lluvia Terra/Aqua Aqua

TRMM Radar para Precipitación (PR por sus siglas en inglés) Primer Instrumento Activo en Microondas en el espacio que provee mapas tridimensionales de la estructura de las tormentas y una medida cuantitativa de la lluvia sobre el océano y la tierra Provee perfiles verticales de reflectividad de radar y tasas de lluvia desde la superficie hasta 20 km de altura Franja relativamente estrecha (cobertura de las mediciones) 8/24/2011 Reflectividad del Huracán Irene

Tasa de lluvia del Huracán Irene TRMM Instrumento de Imágenes en Microondas (TMI por sus siglas en inglés) Sensor de microondas pasivo que mide la intensidad de radiación en cinco frecuencias (10.7, 19.4, 21.3, 37, y 85.5 GHz) Mide tasas de lluvia precisas Franja mas grande que PR Tasa de lluvia del Huracán Irene

TRMM Escaner en el visible e infrarrojo (VIRS por sus siglas en inglés) Mide la radiación emitida desde la tierra en 5 regiones espectrales, del visible al infrarrojo (0.63 a 12 µm) Indicador de lluvia indirecto, vincula medidas de TRMM con aquellas de ‘Polar Orbiting Environmental Satellites’ (POES) y ‘Geostationary Operational Environmental Satellites’ (GOES) 5/28/2008 VIRS

Derivación de la Tasa y Cantidad de Lluvia Producto TRMM 3B42 (Las sesiones de capacitación actuales utilizarán estos datos) El TRMM 3B42 inter-calibra y combina las Tasas de lluvia de PR y TMI con las de SSMI, AMSR y AMSU-B, y las estimaciones de las Tasas de lluvia obtenidas de mediciones en el infrarrojo por satélites geoestacionarios y en baja órbita terrestre. El producto final de Tasas de lluvia es calibrado con análisis de medidas de lluvia en escala de tiempo mensual. SSMI: Special Sensor Microwave Imager en los satélites de DMSP AMSR: Advanced Microwave Scanning Radiometer en Aqua AMSU: Advanced Microwave Sounding Unit en los satélites de NOAA

Terra and Aqua MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) (Espectroradiómetro de Resolución Moderada) 36 bandas espectrales en el rango de 0.41 a 14.385 micrones Muchas aplicaciones, incluyendo nubes, nieve/hielo, vegetación, aerosoles Disponible en varias resoluciones (depende del producto) Diciembre-Enero-Febrero 2010-11 MOSIDS/Terra Fracción de Nube Junio-Julio-Agosto 2011

Aqua Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E) (Radiómetro Avanzado en Microondas para EOS) A bordo de los satélites Aqua de la NASA Provee precipitación (lluvia), nieve/hielo, temperaturas de la superficie del océano, columna total de humedad atmosférica Doce canales, seis frecuencias, microonda pasiva 6.925, 10.65, 18.7, 23.8, 36.5, y 89.0 GHz

Aqua Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) Mayo 2009 Nueva tecnología en el infrarrojo que permite crear mapas tridimensionales de temperaturas del aire y superficie, vapor de agua, y propiedades de las nubes. 2378 bandas espectrales de 0.5 a 15 micrones Vapor de Agua Atmosférico de AIRS (mm) Huracán Isabel 2003

Productos Satelitales Hay varias fuentes para obtener un mismo producto, con con diversas resoluciones y precisiones espaciales y temporales. Hay que hacer muchas suposiciones y aproximaciones para pasar de los datos obtenidos por los instrumentos (sin calibrar) a parámetros específicos, tales como cantidad de nieve, cobertura de nieve, etc. La calidad de los productos puede variar desde excelente a pobre dependiendo de: Las capacidades del instrumento La calibración del instrumentos y su rendimiento Los algoritmos utilizados para interpretar los datos Limitaciones físicas

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Productos de Agua de la NASA Lluvia Cobertura de Nieve/Hielo Vapor de Agua Nubes Agua Subterránea Nieve/Hielo (masa, profundidad, equivalente, agua nieve) Humedad de Suelo Evaporación/Transpiració n Escorrentía Componentes del Ciclo del Agua

Modelos de Sistemas Atmósfera-Tierra-Océano Los modelos utilizan ecuaciones matemáticas (leyes de la física) para representar sistemas de atmósfera, océano, tierra, y cambios que ocurren en éstos en espacio y tiempo Estas ecuaciones matemáticas son resueltas en grillas verticales y horizontales mediante métodos numéricos Los Modelos utilizan observaciones para representar el sistema atmósfera-tierra-océano en un momento dado para deducir como el sistema evolucionará en el espacio y el tiempo Los modelos ‘parametrizan’ los procesos físicos mediante técnicas físicas/estadísticas/empíricas derivadas o verificadas por las cantidades observadas Mathematical representation of the physical properties

Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA Los siguientes modelos proveen productos de agua, y varios parámetros atmosféricos y de superficie terrestre MERRA: Modern Era Retrospective-analysis for Research and Application (Análisis Retrospectivo de la Era Moderna para Investigación y Aplicación) (1979 - presente) GLDAS : Global Land Data Assimilation System (Sistema Global de Asimilación de Datos de tierra) (versión 1: 1979 - presente) (versión 2: 1948 - 2008)

Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA Productos Nubes, Lluvia, Masa de Nieve, Cobertura de Nieve, Profundidad de Nieve, Tasa de Precipitación de Nieve en Superficie, Evaporación de Superficie, Evapotranspiración, Vapor de Agua MERRA GLDAS Evapotranspiración, Humedad de Suelo en multiples niveles, Precipitación en forma de nieve, Nieve Derretida, Equivalente Nieve-Agua, Escorrentía de Superficie y subsuperficial

MERRA Un modelo atmosférico que utiliza el Goddard Earth Observing System Data Assimilation System, Versión 5 (GOES-5 por sus siglas en inglés) Combina datos producidos por el modelo GOES con las enormes cantidades de datos observados Se enfoca en el análisis histórico del ciclo del agua en escalas de tiempo y clima (desde horas hasta años) y pone las observaciones satelitales de la NASA en contexto de clima Diciembre-Enero-Febrero 2010-11 Vapor de Agua Flujo en Kg/m/s Junio-Julio-Agosto 2011

Model Products Hay varios modelos con distintas resoluciones y precisiones espacio/temporales. La modelación de los procesos hidrológicos es compleja debido a la presencia del agua en estado gaseoso, liquido y solido en el sistema tierra-atmosfera. Los modelos usan muchas aproximaciones y suposiciones que representan los procesos físico. Validación rigorosa con observaciones y entre un modelo y otro son llevadas a cabo para evaluar la precisión de los productos de los modelos.

Porque utilizar Satélites y Modelos para estudiar los recursos hídricos Información consistente y global Complementan los datos terrestres y ofrecen información donde no hay datos terrestres. Alerta temprana sobre eventos inminentes y desastres como por ejemplo las inundaciones. Los modelos ofrecen parámetros que no se pueden observar directamente como por ejemplo vientos en 3D y el flujo del vapor de agua. Los modelos ayudan a comprender los procesos asociados con el ciclo del agua dentro del sistema climático.

Productos de Recursos de Agua de la NASA Desarrollados en esta Capacitación Lluvia Tasas de lluvia, precipitación en forma de lluvia acumulada Resolución Temporal: 3-por hora, diaria, mensual Resolución Espacial: 0.25°x0.25°, 1°x1°, 2.5°x2.5° Fuentes: TRMM combinado con medidas de varios satélites, MERRA Nieve Tasas de nieve, masa de nieve, profundidad de nieve, equivalente nieve-agua Resolución Temporal: cada 3 horas, diaria, mensual Resolución Espacial: 2/3° x1/2°, 1°x1°, 1.25°x1.25° Fuentes: Terra y Aqua/MODIS, MERRA 32

Fuentes: Aqua/AIRS, MERRA Productos de Recursos Hídricos de la NASA Desarrollados en esta Capacitación Vapor de Agua Resolución Temporal: cada 3 horas, diaria, mensual Resolución Espacial: 2/3°x1/2°, 1°x1°, 1.25°x1.25° Fuentes: Aqua/AIRS, MERRA Cantidad de Nube y Altura de la Superficie de la Nube Resolución Temporal: diaria, mensual Resolución Espacial: 1°x1° Fuentes: Terra y Aqua/MODIS 33

Resoluciones Espaciales y Temporales Approximately 500x500 km2 Approximately 100x100 km2 Approximately 25x25 km2 Monthly Daily 3-hourly

Acceso a los Productos de Datos de Recursos de Agua de la NASA Los datos de recursos de agua de la NASA tienen cobertura consistente y global, y son GRATIS Muchas de las aplicaciones basadas en la web están disponibles para descargar datos e imágenes También hay herramientas para la visualización y el análisis de varios datos disponibles 35

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Adquirir productos de TRMM, MERRA, MODIS, AIRS Se pueden adquirir aquí http://mirador.gsfc.nasa.gov por búsqueda de palabra clave o por fecha y lugar (localidad/región)

Giovanni (GES-DISC (Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center) Interactive Online Visualization ANd aNalysis Infrastructure) http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/ Un portal basado en la web que provee visualización, análisis y acceso de datos de TRMM, MODIS, AIRS, MERRA, y GLDAS sin tener que descargar los datos

Centro de Datos Nacional de Nieve NSIDC (por sus siglas en inglés) http://www.nsidc.org/ Un portal que distribuye productos de datos de nieve, hielo, glaciares, suelo congelado y herramientas para acceder a los datos

Presentaciones Detalladas Desarrolladas en esta Capacitación Introducción a la herramienta web Giovanni Productos de nieve/hielo de varias fuentes TRMM y sus productos de precipitación MERRA y sus productos de recursos de agua Estudios para acceder, analizar, y visualizar productos de lluvia y nieve de la NASA Discussion sorbre las necesidades de los usuarios de datos

Capacitaciones Satelitales y Recursos de la NASA http://water.gsfc.nasa.gov Para más información sobre los próximos talleres sobre el uso de los datos y herramientas del programa de Ciencias Terrestres de la NASA Para acceso a materiales de capacitación - Para “Links” a otros recursos sobre satélites Más información: Ana.I.Prados@nasa.gov amita.v.mehta@nasa.gov 39