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World of Science | Revista ISSW2018: Teledetección operativa

¿Qué está pasando en la ciencia de la nieve?

28/11/2019

Los investigadores viajan por Japón con cámaras y radares. Se trazan numerosas — Investigadores recorren Japón con cámaras y radares. Numerosas "líneas de calibración" se dibujan en la nieve entre las mediciones.

BFW

Cada dos años, el Taller Internacional de Ciencias de la Nieve (ISSW) reúne a científicos y profesionales de una amplia gama de áreas temáticas diferentes, pero siempre relacionadas con la nieve. Los nuevos descubrimientos y resultados de la investigación se presentan en varios bloques temáticos, las llamadas sesiones. Nosotros lo desglosamos todo en bocados más o menos digeribles y le resumimos las sesiones del ISSW2018 cada quince días.

Esta vez: Teledetección operativa - aplicación a la nieve y los aludes (Sesión 4).

La teledetección significa que algo se explora a distancia: la teledetección práctica para los esquiadores sería, por ejemplo, divisar una posible línea y observar las condiciones de la nieve en ella con prismáticos. También podrías quitar el filtro de infrarrojo cercano de tu cámara digital y utilizar el canal rojo de las imágenes para interpretar el espectro de infrarrojo cercano de la superficie de la nieve para conocer su composición (ver imagen, P4.4). O simplemente contar huellas en las imágenes, como hizo un equipo de investigación que observó una ladera para mostrar las preferencias de terreno de los freeriders en función del nivel de peligro de avalancha (P4.5). Un resultado interesante es la preferencia por esquiar en solitario en función del nivel de peligro: el 66% de los descensos en el nivel de peligro 3, el 85% en el 2 y sólo el 93% en el 1 tuvieron lugar en grupo -sólo decir que "no hay amigos en los días de nieve polvo" no es cierto...

La teledetección abarca mucho más, sin embargo: por ejemplo, puede clasificarse en función de la "distancia" -la distancia al objeto- o en función del método de medición. En la presente sesión, se representan aplicaciones de teledetección basadas en datos y observaciones registrados desde el suelo (escaneado láser terrestre, fotografía time-lapse), desde aviones (actualmente drones, tradicionalmente vuelos aéreos tripulados) y sobre todo -y cada vez más importante- desde satélites. Los métodos ópticos se utilizan siempre como métodos de medición, pero óptico no significa únicamente radiación en el espectro visible: se utilizan láseres, infrarrojo cercano, longitudes de onda visibles y radares desde longitudes de onda cortas a largas. Además, cualquier método de medición puede utilizarse de forma activa o pasiva: Activo significa que se ilumina un objeto y luego se miden las reflexiones. Pasivo significa que sólo se registra la radiación emitida pasivamente.

Imagen infrarroja de la superficie de la nieve

ISSW2018, P4.4

Algunos productos de teledetección terrestre, aérea y por satélite se han convertido en parte integrante de nuestra vida cotidiana y, sobre todo, del trabajo diario de los servicios de alerta de aludes. Los datos de satélite proporcionan una visión general de la situación meteorológica actual y de las tormentas que se avecinan. Los datos de un radar meteorológico muestran el estado actual de una tormenta de nieve. Y después de que haya caído la nieve en polvo, salimos a disfrutar de la nieve, pero los servicios de alerta de aludes a menudo llaman a un vuelo de helicóptero para evaluar el alcance de las avalanchas. No sería deseable extraer toda esta información sobre la profundidad y las características de la superficie de la nieve distribuida en una amplia zona, sobre el número y el tamaño de los aludes por periodo de tormenta, sobre la cantidad de agua almacenada en el manto nivoso invernal a la espera de impulsar las centrales hidroeléctricas en verano, únicamente a partir de observaciones por satélite?

Voy a enviar desde el espacio ...

Uno de los grandes programas de investigación por satélite más destacados para la investigación de la nieve y los aludes es la serie de satélites Sentinel del programa de observación de la Tierra Copérnico de la UE. La ESA puso en órbita un total de tres satélites Sentinel. Están equipados con diferentes sensores y los datos son de libre acceso para todo el mundo . Sentinel 1 está equipado con un radar que reacciona sensiblemente al derretimiento de la nieve. Sentinel 2 y 3 tienen sensores en el rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano al visible, pero ambos satélites proporcionan sus datos en diferentes resoluciones espaciales y temporales. Además de la serie Sentinel, existen otros satélites relevantes, por ejemplo, la serie LandSat, EnviSat, RadarSat, etc.

Los posibles problemas con los datos satelitales surgen de la resolución espacial y temporal. Sentinel 3, por ejemplo, puede proporcionar datos diarios, pero sólo con una resolución de píxeles de varios cientos de metros. Sentinel 2, en cambio, consigue sobrevolar la misma zona con una resolución de al menos varias decenas de metros cada 6 días. No obstante, los sensores ópticos y, sobre todo, los sensores radar pueden proporcionar parámetros como la profundidad de la nieve, la densidad y las tasas de fusión a escala regional (O4.1).

Muchas de las ponencias de la sesión tratan del análisis de datos satelitales. En algunos casos, se presentan productos operativos generados regularmente a partir de los datos. Una empresa de Innsbruck, por ejemplo, ofrece mapas de la capa de nieve o de deshielo (O4.12). Un equipo de investigación noruego detecta operativamente depósitos de aludes (O4.9). Otros artículos sobre datos de satélite tienden a ser más cautos y a discutir como artículos científicos lo que aún no es realmente posible, pero que por supuesto tiene mucho potencial.

Resumen gráfico de la sesión — Resumen de la sesión
Gráfico

ISSW 2018

Los depósitos de aludes tienen un aspecto diferente del polvo

La previsión de aludes se basa en diversa información espacial, como los cambios espaciales y temporales del manto nivoso -por ejemplo, la cantidad de nieve (nueva) o la distribución de los ciclos de fusión y congelación primaverales-. Por otro lado, el número de aludes durante una tormenta es una gran incógnita y la detección de aludes tiene su propio bloque temático en la ISSW (véase la sesión 7: "Detección de aludes: industria e investigación").

Las mediciones de radar basadas en satélites como disciplina de la teledetección pueden, en principio, detectar el contraste entre la nieve intacta y los depósitos gruesos de, por ejemplo, los aludes de nieve húmeda (P4.9). Sin embargo, sólo los depósitos de avalanchas suficientemente grandes producen una señal de radar que difiere de la señal de microondas, ya de por sí muy ruidosa. Las avalanchas pequeñas y secas, las más importantes para los esquiadores, no pueden ser detectadas (todavía) por el radar.

Un modelo te lo dice rápido

Un segundo tema importante es la asimilación de datos. ¿Asimilar qué? Se trata de cómo la información espacial procedente de las misiones por satélite puede incorporarse a los modelos espaciales (de manto de nieve) y utilizarse para reinicializar las condiciones iniciales y de contorno. Tradicionalmente, estos modelos de manto nivoso se alimentan de los resultados de los modelos meteorológicos y de los datos puntuales de las estaciones meteorológicas. La variabilidad y heterogeneidad de la capa de nieve debe añadirse a partir de los datos de teledetección.

De este modo, los modelos pueden reiniciarse una y otra vez a partir de los datos, y se reducen los errores continuos.

De este modo, la información puede modelizarse cuasi-físicamente de forma correcta a partir de la capa de nieve existente, las condiciones meteorológicas actuales y la información espacial adicional procedente de los datos de satélite. Estas cadenas de modelos no sólo tienen el potencial de generar mejor información para la previsión de aludes (O4.10), sino que también son útiles para la hidrología, donde a menudo es necesario cuantificar el contenido de agua de todo el manto de nieve (O4.5). El contenido de agua (profundidad de la nieve x densidad), su cambio a lo largo del tiempo y la escorrentía de fusión correspondiente suelen ser variables de previsión basadas en índices, es decir, la situación actual se extrapola a partir de eventos comparables a un área mayor. El artículo (O4.3) cuestiona si tales estimaciones a partir de "sucesos históricos" siguen siendo correctas y suficientes para situaciones futuras en el curso del cambio climático.

El proyecto www.mysnowmaps.com, presentado en el artículo (O4.7), es un producto combinado de datos de teledetección, datos y observaciones locales y modelos de la capa de nieve. Además del mapa detallado de la profundidad de la capa de nieve en toda la región alpina (véase la imagen), el sitio web contiene un portal en el que los usuarios pueden introducir sus propias mediciones. El objetivo es calcular el mapa de espesor de nieve con mayor precisión cuanto más se conozcan los valores absolutos locales. Por lo que veo, hasta ahora sólo hay unos pocos usuarios que aportan datos, cuyos valores actuales son más o menos complementarios a los valores pronosticados en nuestro juego de predicción de la profundidad de nieve. No puedo decir exactamente en qué se diferencia el mapa de los datos de SnowGRID proporcionados en PowderGuide (ISSW 2013), pero con la información de ambos mapas deberías tener una buena base para planificar.

"Láseres y drones" suena a película de ciencia ficción de serie B

Un último gran bloque temático de la sesión de teledetección trató sobre el uso del escaneo láser terrestre -una medición de distancias basada en láser como la que se utiliza en las obras de construcción- y la fotogrametría con drones, es decir, la cartografía de estructuras espaciales a partir de fotos tomadas desde diferentes direcciones de visión ("estructura a partir del movimiento"). Ambos métodos son casi teledetección local. Los láseres pueden utilizarse hasta una distancia de unos 5 kilómetros y los drones sólo pueden volarse dentro del alcance visual. Tras un cierto tratamiento de los datos, ambos métodos producen un modelo digital del terreno, es decir, un valor de altura para cada coordenada. Restando directamente la condición de ausencia de nieve se obtiene la profundidad absoluta de nieve en el terreno con una precisión del orden de centímetros. En el artículo (P4.15) se compara la medición de la profundidad de la nieve mediante drones, escáner láser, satélite y mediciones manuales interpoladas. Otras contribuciones son de naturaleza más metodológica, ya sea analizando el procesamiento de datos (P4.14) o discutiendo la dependencia meteorológica de las mediciones láser.

Mapa de espesor de nieve de mysnowmaps — Mapa de profundidad de nieve de mysnowmaps

ISSW2019, O4.7

Una visión del futuro, que no se mencionó explícitamente en la sesión, pero que sin embargo podría no estar demasiado lejos, es que los drones que llevamos con nosotros en nuestro tiempo libre podrían proporcionarnos precisamente esos mapas de nieve en tiempo real. Entonces podríamos visualizar cada pequeño tiburón en el head-up display de nuestras gafas de esquí. Si además las gafas estuvieran equipadas con lentes de infrarrojo cercano, seríamos capaces de distinguir hasta el más mínimo residuo de nieve en polvo de las costras del viento y el deshielo: freeride con ciencia ficción, eso sí que sería algo...

Conclusión

En conclusión, puede decirse que la teledetección es un importante método interdisciplinar de medición y análisis. La teledetección siempre ha sido parte integrante de la geografía, pero muchas otras ciencias también utilizan estas técnicas desde hace tiempo. El estado de la investigación sobre la nieve y las avalanchas muestra muy claramente que la teledetección es importante en muchos aspectos y que su importancia no hará sino aumentar en el futuro. Los datos obtenidos por satélite, en particular, nos proporcionarán muchos datos útiles sobre la capa de nieve en los próximos años.

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Nota

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