Introducción a los Productos de Agua de NASA Curso de Capacitación en Percepción Remota ( NASA)...

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

ARSETARSET

AApplied pplied RRemote emote SSensing ensing EEducationducation andand TTrainingraining(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)Un proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASAUn proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASA

ObjetivoObjetivoPresentar una descripción general de los productos de recursos de agua de NASA obtenidos de satélites y modelos

Programa de Ciencias Aplicadas de NASAPrograma de Ciencias Aplicadas de NASAPágina Web de Recursos de Agua:Página Web de Recursos de Agua:

http://wmp.gsfc.nasa.gov/

http://wmp.gsfc.nasa.gov/

Los Los productosproductos se pueden usar para: se pueden usar para:

• Monitoreo y conocimiento de: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 recursos de agua de NASA obtenidos con satellites y modelos

Productos de Agua de la NASA• Lluvia

• Nieve/Hielo

• Vapor de Agua

• Nubes

• Humedad de Suelo

• Agua Subterránea

• Nieve/Hielo

• Lluvia, Nubes, Vapor de Agua


• Evaporación/Transpiración

• Escorrentía

Componentes del Componentes del Ciclo del AguaCiclo del Agua

Productos en rojo - derivados de medidas satelitalesProductos en rojo - derivados de medidas satelitales

Productos en azul - derivados de modelos de superficie atmosférica/terrestre Productos en azul - derivados de modelos de superficie atmosférica/terrestre en los cuales las medidas satelitales son asimiladasen los cuales las medidas satelitales son asimiladas

Productos de Agua de la NASA• Lluvia • Nieve/Hielo• Vapor de Agua

• Nubes



• Nieve/Hielo • Lluvia, Nubes, Vapor de Agua



• Escorrentía

Productos en verde: la Lluvia y la Nieve son el foco de este curso de Productos en verde: la Lluvia y la Nieve son el foco de este curso de capacitacióncapacitación

Las nubes y el vapor de agua serán introducidos para apoyar estudios de Las nubes y el vapor de agua serán introducidos para apoyar estudios de lluvia y nievelluvia y nieve

Componentes del Componentes del Ciclo del AguaCiclo del Agua

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/kg

fracción

fracción

hPa & grados

Kg/m2

Productos de agua derivados de satélitesProductos de agua derivados de satélites

• Concepto de percepción remota satelitalConcepto de percepción remota satelital

• Satélites e instrumentos de la NASASatélites e instrumentos de la NASA

Productos de agua derivados de modelosProductos de agua derivados de modelos

• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de la Modelos de superficie atmosférica y terrestre de la NASANASA

Herramientas basadas en la web para Herramientas basadas en la web para acceder a productos de aguaacceder a productos de agua

Contenido

Productos de agua derivados de satélitesProductos de agua derivados de satélites



Productos de Agua derivados de ModelosProductos de Agua derivados de Modelos


Herramientas basadas en la web para acceder Herramientas basadas en la web para acceder a productos de aguaa productos de agua

• Ejemplos y análisis de casos particulares del uso de Ejemplos y análisis de casos particulares del uso de productos de aguaproductos de agua

Contenido

Percepción Remota Satelital

Percepción Remota : Percepción Remota : medida de una cantidad asociada a medida de una cantidad asociada a un objeto por un dispositivo que no está en contacto directo un objeto por un dispositivo que no está en contacto directo con el objetocon el objeto

Percepción Remota Satelital: Percepción Remota Satelital: medidas desde el espacio medidas desde el espacio de las propiedades del sistema tierra-atmósferade las propiedades del sistema tierra-atmósfera

Actualmente hay muchos satélites en órbita alrededor de la tierra

Radiación ElectromagnéticaRadiación Electromagnética

Onda Corta o Onda Corta o Radiación Solar Radiación Solar

Onda Larga oOnda Larga oRadiación TerrestreRadiación Terrestre

Ultr

avio

leta

Infr

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Mic

roon

das

Ond

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V

Ond

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AM

Luz Visible

Infr

arro

jo m

edio

Radiación en la Parte Superior de la Atmósfera

Radiación Solartipo de superficie – vegetación, nieve/hielo, nubes, aerosoles

Radiación en Infrarrojotemperatura de la superficie, gases de efecto invernadero (vapor de agua, dióxido de carbono, metano, ozono) y nubes

Radiación en Microondatipo de superficie (nieve/hielo, humedad del suelo), lluvia, vapor de agua, nubes

Parámetros que influencian la cantidad de radiación en la parte superior de los sistemas tierra-atmósfera::

Principios de Percepción RemotaPrincipios de Percepción RemotaLos 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 AguaPercepción Remota de Cantidades de AguaPara 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.

Productos de Agua derivados de Satélites

• Concepto de percepción remota satelital






Contenido

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

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), . 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

Satélite Productos

GRACE . Agua Subterránea

Satélites e instrumentos de la NASA para la Percepción Remota de Cantidades de Agua

- 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)

Satélites ProductosInstrumentosTasa 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

TRMM

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 Franja relativamente estrecha (cobertura de las mediciones)(cobertura de las mediciones)

Reflectividad del Huracán Reflectividad del Huracán IreneIrene

8/24/20118/24/2011

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 Tasa de lluvia del Huracán IreneIrene

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)

5/28/20085/28/2008

VIRS

Derivación de la Tasa y Cantidad de LluviaProducto TRMM 3B42

((Las sesiones de capacitación actuales utilizarán estos datos) )

• El TRMM 3B42 inter-calibra y combina El TRMM 3B42 inter-calibra y combina las las Tasas de lluviaTasas de lluvia de de PRPR y y TMI TMI con con las de las de SSMI, AMSR y AMSU-B,SSMI, AMSR y AMSU-B, y las y las estimaciones de las Tasas de lluvia estimaciones de las Tasas de lluvia obtenidas de mediciones en el obtenidas de mediciones en el infrarrojo por infrarrojo por satélites satélites geoestacionarios y en baja órbita geoestacionarios y en baja órbita terrestreterrestre.

• El producto final de Tasas de lluvia es El producto final de Tasas de lluvia es calibrado con análisis de medidas de calibrado con análisis de medidas de lluvia en escala de tiempo mensuallluvia en escala de tiempo mensual..

SSMI: Special Sensor Microwave Imager en los satélites de DMSPAMSR: Advanced Microwave Scanning Radiometer en AquaAMSU: 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)

MOSIDS/Terra MOSIDS/Terra Fracción de NubeFracción de Nube

Diciembre-Diciembre-Enero-Febrero Enero-Febrero 2010-112010-11

Junio-Julio-Junio-Julio-AgostoAgosto20112011

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)

• 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)Vapor de Agua Atmosférico de AIRS (mm)

Mayo 2009

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:

o Las capacidades del instrumentoo La calibración del instrumentos y su rendimientoo Los algoritmos utilizados para interpretar los datoso Limitaciones físicas

Productos de Agua derivados de satélitesProductos de Agua derivados de satélites



Productos de Agua derivados de Modelos Productos de Agua derivados de Modelos




Contenido

Productos de Agua de la NASA• Lluvia

• Cobertura de Nieve/Hielo

• Vapor de Agua

• Nubes


• Nieve/Hielo (masa, profundidad, equivalente, agua nieve)

• Vapor de Agua



• Escorrentía

Componentes del Ciclo del Componentes del Ciclo del Agua Agua

• 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

Modelos de Sistemas Atmósfera-Tierra-Océano

Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA

• MERRA: Modern Era Retrospective-analysis Modern Era Retrospective-analysis for Research and Application (Análisis Retrospectivo de la Era Moderna para Investigación y Aplicación)

(1979 - presente)(1979 - presente)

• GLDAS : Global Land Data Assimilation System Global Land Data Assimilation System (Sistema Global de Asimilación de Datos de tierra) (Sistema Global de Asimilación de Datos de tierra)

((versión 1: 1979 - presente) (versión 2: 1948 - 2008)

Los siguientes modelos proveen productos de agua, y varios parámetros atmosféricos y de superficie terrestre

Evapotranspiración, Humedad de Suelo en multiples niveles, Precipitación en forma de nieve, Nieve Derretida, Equivalente Nieve-Agua, Escorrentía de Superficie y subsuperficial

ModelosModelos ProductosProductos

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

Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA

MERRA

GLDAS

• 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

MERRAMERRA

Vapor de Agua Vapor de Agua Flujo en Kg/m/sFlujo en Kg/m/s

Diciembre-Diciembre-Enero-FebreroEnero-Febrero2010-112010-11

Junio-Julio-Junio-Julio-Agosto Agosto 20112011

Model Products

Hay varios modelos con distintas resoluciones y precisionesespacio/temporales.

La modelación de los procesos hidrológicos es compleja debido a la presencia del agua en estado gaseoso, liquido y solido enel sistema tierra-atmosfera.

Los modelos usan muchas aproximaciones y suposiciones que representan los procesos físico.

Validación rigorosa con observaciones y entre un modelo y otroson llevadas a cabo para evaluar la precisión de los productosde 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

3232

• Lluvia- Tasas de lluvia, precipitación en forma de lluvia

acumulada

Resolución Temporal: 3-por hora, diaria, mensualResolución 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

• Vapor de AguaResolución 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 NubeResolución Temporal: diaria, mensual

Resolución Espacial: 1°x1°

Fuentes: Terra y Aqua/MODIS

3333

Productos de Recursos Hídricos de la NASA Desarrollados en esta Capacitación

Resoluciones Espaciales y TemporalesApproximately 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

3535

Productos de Agua derivados de satélitesProductos de Agua derivados de satélites






Contenido

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)

http://mirador.gsfc.nasa.gov/

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

http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/

http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/

Centro de Datos Nacional de NieveCentro de Datos Nacional de NieveNSIDC NSIDC (por sus siglas en inglés)(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

http://www.nsidc.org/

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

3939

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: [email protected]@nasa.gov

http://water.gsfc.nasa.gov/

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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