Resumen de Efecto de la corrección atmosférica en el dominio óptico en la determinación exacta de la emisividad en el infrarrojo térmico
Lucas Martínez Rodrigo
La temperatura de la superficie de la Tierra es una magnitud física clave para el análisis de muchos procesos de la naturaleza. Su determinación desde satélite en el infrarrojo térmico implica resolver el efecto acoplado de la atmósfera y la emisividad térmica en dicho dominio espectral. El método de la cobertura vegetal (MCV) es un método para la determinación exacta de la emisividad, operativo y preciso, basado en la determinación de la cobertura vegetal (Pv) con el índice de vegetación normalizada por diferencia (NDVI). Los índices de vegetación se calculan con reflectividades del dominio óptico, que se encuentran afectadas, en cierta medida, por la interacción de la radiación solar con la atmósfera. En este trabajo, se analiza cómo la corrección atmosférica en el dominio óptico puede ayudar en la determinación exacta de la emisividad en el infrarrojo térmico con el MCV, así como su repercusión en la determinación de la temperatura. Para esto, se plantea y discute una metodología alternativa para el MCV con el uso de cualquier índice de vegetación que se resuelve de forma numérica para la obtención de la Pv. Los efectos de la atmósfera en el dominio óptico, que afectan a la determinación de la Pv y, por tanto, a la emisividad y temperatura, se modelizan con una ecuación de transferencia radiativa en el óptico. Esta ecuación se aplica con simulaciones de transferencia radiativa del Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S). Este método se aplica a espectros de píxeles puros y mixtos, generados a partir de nueve muestras de suelo y tres muestras de vegetación puras, seleccionadas de bibliotecas espectrales, a la máxima resolución espectral del modelo 6S. Posteriormente se computan los valores de canal del AVHRR, MODIS y MERIS en el visible, infrarrojo próximo e infrarrojo medio con los que calcular los índices de vegetación, de los que se deriva la Pv y la emisividad. El análisis del efecto de la atmósfera se realiza para dos entornos de suelo y vegetación: suelo radiométricamente homogéneo y suelo radiométricamente heterogéneo. En todos los casos se calcula la desviación de los resultados por efecto de la atmósfera respecto a los datos sin efecto atmosférico. Adicionalmente, con los datos MODIS, se estudian veinte alternativas al NDVI en el MCV, con la metodología propuesta, para resolver si se puede salvar la dependencia del NDVI a la radiometría del suelo, y los efectos en la posterior determinación de la emisividad en el infrarrojo térmico. Para el mejor índice alternativo se calcula también el efecto de la atmósfera para dos entornos de suelo y vegetación. El efecto atmosférico que más influye en el NDVI es la dispersión por aerosoles. Al emplear el NDVI, la Pv presenta una variación apreciable en el caso de un suelo radiométricamente heterogéneo, mientras que es poco apreciable en el caso homogéneo. En el primer caso, el comportamiento de la emisividad es semejante al de la Pv, con una variación apreciable en el caso de un suelo radiométricamente homogéneo, lo que implica leves variaciones en temperatura, comprendidas entre +0,07 K y ?0,04 K. Sin embargo, en el caso heterogéneo, hay una importante variación de la emisividad que comporta importantes variaciones en temperatura de entre +2, 5 K y ?1, 0 K. La radiometría de un suelo desprovisto de vegetación, sin la concurrencia del efecto atmosférico, afecta tanto a la Pv como a la emisividad, con una variación en temperatura de entre +3 K y ?0,3 K. De esto se concluye que la emisividad térmica es poco sensible a la atmósfera pero muy sensible a la radiometría del suelo. El índice que mejor comportamiento demuestra frente al suelo en esta Tesis es el WDVI (Weighted Difference Infrared Index). El efecto atmosférico que más modifica el WDVI también es la dispersión por aerosoles. En este caso, tanto la Pv como la emisividad se muestran menos sensibles que al calcularlas con el NDVI, con una variación en la temperatura de entre +0,9 K y ?0,2 K. El efecto de la atmósfera en la Pv y la emisividad, con todas las simulaciones atmosféricas y en los casos de un suelo radiométricamete homogéneo y heterogéneo, es inferior al del NDVI. En el caso de un suelo radiométricamente homogéneo, implica leves variaciones en temperatura comprendidas entre 0,14 K y ?0,09 K, mientras que en el caso heterogéneo, implica variaciones en temperatura de entre +0,9 K y ?0,2 K. Estos resultados con el WDVI son mejores que los correspondientes con el NDVI. En conclusión, se puede reducir la sensibilidad de la emisividad térmica a la atmósfera y a la radiometría del suelo desprovisto de vegetación utilizando en el MCV un índice como el WDVI, principalmente por su menor sensibilidad al efecto del suelo. Sin embargo, la línea de suelo no siempre está disponible para aplicar el MCV, por lo que la operatividad de esta alternativa puede ser limitada en tal caso.
