OCEANOGRAFÍA Y SATÉLITES

OCEANOGRAFÍA Y SATÉLITES

OCEANOGRAFÍA Y SATÉLITES Editor: Carlos Garcia-Soto

Datos de catalogación bibliográfica: Oceanografía y satélites Editor: Carlos Garcia-Soto EDITORIAL TÉBAR, S.L., Madrid, año 2009 ISBN digital: 978-84-7360-455-0 Materias: Oceanografía, 551.46 Formato: 165 240 mm Páginas: 502 Esta obra ha sido publicada con una subvención de la Dirección General del Libro, Archivos y Bibliotecas del Ministerio de Cultura para su préstamo público en Bibliotecas Públicas, de acuerdo con lo previsto en el artículo 37.2 de la Ley de Propiedad Intelectual. www.editorialtebar.com Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con la autorización expresa de Editorial Tébar. La infracción de estos derechos puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y siguientes del Código Penal). Oceanografía y satélites 2009 Editorial Tébar, S.L. C/ de las Aguas, 4 28005 Madrid (España) Tel.: 91 550 02 60 Fax: 91 550 02 61 pedidos@editorialtebar.com www.editorialtebar.com ISBN digital: 978-84-7360-455-0 Diseño editorial: Rebeca Irazábal Diseño de portada: FRIP

ÍNDICE Prólogo... 13 El editor... 15 El libro... 17 Contribuidores... 19 Revisores... 21 1. La observación de los océanos desde el espacio. L. García-Weil, M. Arbelo y J. Pérez-Marrero... 23 1.1. Introducción... 23 1.2. Ventajas y limitaciones de la teledetección oceanográfica... 25 1.3. Desarrollo histórico... 28 1.4. Espectro electromagnético y magnitudes radiométricas básicas... 31 1.4.1. El espectro electromagnético... 31 1.4.2. Parámetros oceanográficos básicos que se miden desde el espacio... 35 1.4.3. Magnitudes radiométricas básicas... 36 1.4.4. Atenuación de la radiación electromagnética... 39 1.5. Características orbitales de los sensores remotos... 41 1.6. Resolución y alcance de un sensor remoto... 43 1.6.1. Escalas características de los procesos oceánicos... 44 1.6.2. Resolución y alcance espacial... 44 1.6.3. Resolución y alcance temporal... 47 1.6.4. Resolución y alcance espectral... 50 1.6.5. Resolución y alcance radiométrico... 51 1.6.6. Relación entre las distintas resoluciones y alcances... 52 1.7. Tipos de sensores remotos... 55 1.7.1. Sensores ópticos pasivos... 56 1.7.2. Sensores ópticos activos... 58 1.7.3. Sensores pasivos de microondas... 59 1.7.4. Sensores activos de microondas... 60 1.8. Procesamiento de los datos de satélite... 62 FUNDAMENTOS 2. Sensores de color: fitoplancton y producción primaria. C. Garcia-Soto, G. Navarro y Y. Sagarminaga... 69 2.1. Introducción... 69 2.2. Teoría básica en teledetección del color... 71 2.2.1. Radiancia emergente del agua (Lw)... 71 2.2.2. Reflectancia subsuperficial (R 0 ) y propiedades ópticas inherentes (a y b b )... 73

2.2.3. Aguas de Caso 1 y Caso 2... 74 2.2.4. Modelos bio-ópticos... 76 2.3. Sensores de color... 79 2.3.1. El primer sensor: CZCS... 79 2.3.2. Sensores actuales de la NASA: SeaWiFS y MODIS... 80 2.3.3. Sensores actuales de otras Agencias Espaciales: MERIS y otros... 83 2.4. Algoritmos básicos: concentración de clorofila, coeficiente de atenuación difusa (K) e irradiancia par... 88 2.4.1. Concentración de clorofila... 88 2.4.2. Coeficiente de atenuación difusa (K)... 92 2.4.3. Irradiancia PAR... 94 2.5. Algoritmos de producción primaria... 96 2.5.1. Los primeros algoritmos... 96 2.5.2. Algoritmos actuales... 99 2.6. Teledetección y grupos taxonómicos... 105 2.6.1. Floraciones con especies dominantes... 105 2.6.2. Desarrollos actuales en discriminación de grupos taxonómicos... 109 2.7. Teledetección y fluorescencia... 112 3. Sensores térmicos y de microondas: la temperatura superficial del mar. M. Arbelo, S. Castro, L. García-Weil y P. Hernández-Leal... 115 3.1. Introducción... 115 3.2. Leyes de radiación del cuerpo negro... 117 3.3. Estructura térmica de la capa superior del océano... 119 3.3.1. Perfil de temperatura superficial... 120 3.3.2. La desviación de la temperatura de piel... 125 3.4. Estimación de la TSM mediante sensores en el IRT... 128 3.4.1. Calibración... 128 3.4.2. Eliminación de nubes... 128 3.4.3. Corrección por emisividad... 129 3.4.4. Corrección atmosférica... 129 3.5. Estimación de la TSM mediante sensores de microondas... 137 3.5.1. Ecuación de transferencia radiativa atmósferica... 138 3.6. Comparación / integración de TSM IRT y de microondas... 145 3.7. Sensores IRT... 148 3.7.1. Detectores infrarrojos... 148 3.7.2. AVHRR... 149 3.7.3. AATSR... 152 3.7.4. MODIS... 154 3.7.5. Satélites geoestacionarios... 155 3.8. Radiómetros de microondas pasivos... 157 3.8.1. SMMR... 157 3.8.2. SSM / I... 158 3.8.3. TMI... 158 3.8.4. AMSR... 159 3.8.5. Intercomparación de sensores de microondas... 160 3.8.6. Futuro de la radiometría de microondas... 160 3.9. Aplicaciones de los datos de TSM... 161 3.9.1. Desplazamientos horizontales... 161 3.9.2. Desplazamientos verticales... 162 3.9.3. Calentamiento superficial... 165 3.9.4. Variabilidad en el tiempo... 165 3.9.5. Diagramas de Hovmöller... 169 3.9.6. Eventos oceanográficos detectables con la TSM... 170 4. Altímetros: nivel del mar, mareas y velocidad geostrófica. J. J. Alonso, A. Pascual, A. Tejera, J. Gómez-Enri, M. Arias y Pilar Villares... 173 4.1. Introducción... 173 4.2. Principios físicos y correcciones... 174

4.2.1. La medida radar... 174 4.2.2. Correcciones geofísicas... 176 4.2.3. Sensores altimétricos... 179 4.3. Aplicaciones... 183 4.3.1. Mareas... 183 4.3.2. El nivel del mar y su tendencia... 188 4.3.3. Circulación oceánica... 194 4.4. Otras aplicaciones... 199 4.4.1. Ondas de Rossby... 199 4.4.2. Altura de ola significativa y velocidad del viento... 203 4.4.3. El Niño y La Niña... 204 4.5. Oceanografía operacional... 205 5. Dispersómetros: el vector del viento. J. Coca, A. G. Ramos y A. Redondo... 209 5.1. Introducción... 209 5.2. Dispersómetros a bordo de satélites... 211 5.2.1. Geometría fija... 211 5.2.2. Geometría rotatoria... 215 5.2.3. Misiones futuras... 216 5.3. Medida del viento a partir de dispersómetros... 216 5.3.1. Fundamentos... 216 5.3.2. Inversión de las mediciones... 217 5.3.3. Eliminación de la ambigüedad... 221 5.3.4. Control de calidad... 223 5.4. Aplicaciones... 224 5.4.1. Viento... 224 5.4.2. Hielo... 225 6. Radar de apertura sintética (SAR): campos de olas, viento y ondas internas. J. C. Nieto, G. Rodríguez, J. Gómez, J. L. Álvarez y M. Catalán... 229 6.1. Introducción... 229 6.2. El radar de apertura sintética (SAR)... 234 6.2.1. Principios básicos del SAR. Resolución elevada en azimut y en alcance... 234 6.2.2. Distorsiones en la imagen y presencia de ambigüedades... 237 6.3. Estudio del oleaje mediante imágenes SAR... 241 6.3.1. Medida del oleaje y de su densidad espectral asociada... 242 6.3.2. Detección de campos de oleaje a partir de imágenes SAR... 243 6.4. Uso de imágenes SAR para la estimación de campos de viento... 244 6.5. Detección de ondas internas... 248 6.5.1. Detección de ondas internas a través de imágenes SAR... 249 6.6. Aplicación del SAR a la detección del hielo polar... 253 6.7. Otras aplicaciones del SAR en oceanografía física... 254 APLICACIONES 7. Vertidos de hidrocarburos. J. M. Torres, L. González-Vilas, G. Navarro y J. Pérez-Marrero... 259 7.1. Introducción... 259 7.2. Sensores utilizados para la detección de hidrocarburos... 260 7.3. Detección de vertidos mediante imágenes SAR... 263 7.4. Detección de vertidos mediante radiómetros... 268 7.5. Sistemas automáticos de detección de vertidos a partir de imágenes SAR... 273 7.5.1. Segmentación... 275 7.5.2. Caracterización... 275 7.5.3. Clasificación... 277 7.6. Integración de datos procedentes de imágenes SAR y otras fuentes en un SIG... 279 7.7. Pronóstico y evaluación de los efectos de los derrames mediante modelos hidrodinámicos alimentados por datos de satélite... 281 7.7.1. Generación de escenarios... 283

7.7.2. Alimentación de modelos hidrodinámicos... 284 7.7.3. Evaluación de impactos... 286 8. Recursos pesqueros. Y. Sagarminaga, J. M. Cotos, A. G. Ramos, G. Martínez e I. Sancristóbal... 287 8.1. Introducción... 287 8.2. Datos y metodologías utilizados... 289 8.2.1. Parámetros de interés para el estudio y evaluación de poblaciones marinas y pesqueras... 289 8.2.2. La teledetección aérea... 296 8.2.3. Los datos in situ... 297 8.3. Aplicaciones y casos de estudio... 299 8.3.1. Caracterización de hábitats preferentes de dos especies de túnidos en las áreas tropicales del Indico y del Atlántico... 299 8.3.2. Variaciones de la composición de los recursos epipelágicos costeros en el archipiélago canario... 301 8.4. Sistemas de información de apoyo a la pesca... 304 9. Hábitats de animales marinos. J. Pérez-Marrero, J. M. Torres, L. Maroto, N. Varo y O. Llinás... 309 9.1. Introducción... 309 9.2. Telemetría: seguimiento por satélite de plataformas de transmisión... 311 9.2.1. El sistema ARGOS... 312 9.2.2. Sistemas GPS + GSM... 313 9.2.3. El segmento de las PTT s... 314 9.2.4. Aprovechamiento de sinergias entre los sistemas de observación... 315 9.3. Seguimiento de fauna marina... 315 9.3.1. Cetáceos... 316 9.3.2. Pinnipedos (focas y leones marinos)... 316 9.3.3. Tortugas marinas... 317 9.3.4. Peces... 318 9.3.5. Aves marinas... 318 9.4. Casos de estudio... 319 9.4.1. Seguimiento de tortugas en la Macaronesia... 319 9.4.2. Estudio de presencia de mamíferos marinos en la actividad pesquera de barcos comerciales en aguas de Galicia... 324 10. Oceanografía operacional. J. Triñanes, O. Chic, J. Pérez Marrero, Y. Sagarminaga, A. Fernández-Renau y N. Domínguez Barroso... 329 10.1. Introducción... 329 10.2. Contexto internacional... 330 10.3. Teledetección operacional en España... 331 10.3.1. CREPAD... 331 10.3.2. Centros oceanográficos... 339 10.4. Teledetección operacional en estados unidos: NOAA / COASTWATCH... 351 11. Hielo polar y clima. Pablo Clemente-Colón... 359 11.1. Introducción... 359 11.2. Observación del hielo polar... 360 11.2.1. Observación por radiómetros de microonda... 360 11.2.2. Observación por radares de apertura sintética... 360 11.2.3. Observación por dispersómetros... 365 11.2.4. Observación por radiómetros de bandas visibles e infrarrojas... 368 11.2.5. Observación por altímetros... 369 11.2.6. Los Servicios Nacionales del Hielo... 373 11.3. Observación de otros parámetros oceanográficos... 374 11.3.1. La temperatura superficial del mar... 374 11.3.2. El color del mar... 377 11.3.3. Los vientos sobre la superficie del mar... 377 11.3.4. La topografía de la superficie del mar... 379 11.4. Continuidad en la observacióndel clima desde el espacio... 380

INNOVACIÓN Y DESARROLLO 12. SMOS: la medición de salinidad desde el espacio. J. Font y A. Camps... 387 12.1. Introducción... 387 12.2. Salinidad, dinámica oceánica y clima... 388 12.3. Fundamentos físicos de la medición remota de la salinidad... 391 12.4. Radiometría interferométrica... 397 12.5. La misión smos de la ESA... 400 12.6. La determinación de la salinidad superficial con SMOS... 406 13. Teledetección con reflexiones GNSS. G. Ruffini y grupo STARLAB... 409 13.1. Introducción... 409 13.2. Sistemas Globales de Navegación. GNSS (Global Navigation Satellite Systems)... 409 13.3. GNSS-R... 411 13.4. El mapa de retardos y Doppler. DDM (Delay Doppler Map)... 415 13.5. Aplicaciones... 417 13.5.1. Aplicaciones oceánicas... 417 13.5.2. Aplicaciones para altimetría... 418 13.5.3. Reflectometría y otras aplicaciones... 422 14. Futuros satélites y sensores. J. Triñanes y M. A. Domínguez... 425 14.1. Introducción... 425 14.2. Futuras misiones en el ámbito oceanográfico... 426 14.2.1. Sensores altimétricos... 426 14.2.2. Sensores de color... 429 14.2.3. Sensores térmicos y de microondas... 432 14.2.4. Dispersómetros... 434 14.2.5. Radares de Apertura Sintética (SAR)... 435 14.2.6. Sensores de salinidad... 437 14.3. La Agencia Espacial Europea (ESA)... 437 14.3.1. Programa Living Planet... 438 14.3.2. Iniciativa GMES... 442 14.3.3. Sistema de satélites polares MTG y post-eps... 444 14.4. Tendencias actuales en observación de la tierra: los nanosatélites... 445 Acrónimos... 447 Símbolos... 453 Fuentes de información en Internet... 461 Bibliografía... 465 Índice temático... 495