Tutorial de Comportamiento de Huellas Espectrales para la Calidad del Agua de Mar

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La teledetección permite interpretar procesos dinámicos en una zona de estudio a un nivel espacial y temporal. Esta información se recoge de la superficie que es captado por un sensor situado a bordo de un satélite en órbita alrededor de la tierra. De esta manera, se puede comparar imágenes y analizar los cambios que ha sufrido una zona de estudio. 

Diferentes agencias espaciales han facilitado el acceso a la información proporcionada por los satélites a través de servidores y portales web, donde se puede descargar imágenes satélitales para el análisis e interpretación de diversos recursos, para este caso se va analizar la calidad del agua de mar mediante la interpretación de huellas espectrales utilizando herramientas de sistemas de información geográfica como QGIS 3 y el complemento Semi Automatic Classification.

 

Descarga de imágenes Sentinel 2

Para realizar un análisis de calidad de agua de mar usando herramientas de sistemas de información geográficas, primero se debe descargar imágenes satélitales de la zona de estudio, en este tutorial se optó por procesar las imágenes Sentinel 2 de la Agencia Espacial Europea (ESA) diseñados para entregar imágenes y datos del medio ambiente. El satélite Sentinel 2 tiene una gran cobertura y alta resolución con 13 bandas espectrales. Gidahatari desarrolló un tutorial acerca de descarga de imágenes Sentinel 2 (resolución 10 m) y procesarlas en QGIS.

Las imágenes Sentinel 2 también pueden ser obtenidas de forma gratuita a través del complemento Semi Automatic Classification con QGIS 3.

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Realces y combinaciones de bandas

Con la herramienta SCP y QGIS 3 se va analizar las combinaciones de color que permitan obtener realces para visualizar la zona de estudio. La combinación de las bandas provistas por el sensor, dará como resultado la visualización de una imagen a color natural. Todas las demás combinaciones de bandas serán llamadas como imagen a falso color.

CombinacionBandas.JPG

En la siguiente imagen (izquierda) se observa la representación de la imagen en color natural, producto de la combinación de las bandas rojo, verde y azul (4-3-2). También, se observa la imagen (centro) en falso color obtenido de las combinaciones de las bandas 8, 11 y 4, que permite obtener una discriminación de los cuerpos de agua. La imagen (derecha) con patrón infrarrojo fue compuesto con las bandas 8 – 4 – 3 que se utilizar para determinar zonas de cubierta vegetal que son representadas con tonalidad roja.

Para analizar el comportamiento de la huella espectral del mar, se debe tener en cuenta diversos factores que repercutan en la calidad del agua, uno de ello es el proceso de la eutrofización.

 

Aplicación de la teledetección en los procesos de eutrofización en el Mar

La eutrofización es un proceso que produce una acumulación de nutrientes, entre ellos el fósforo y el nitrógeno, lo que conlleva a un crecimiento en exceso de plantas y algas, produciendo una disminución en la penetración de la luz solar en la masa de agua y una reducción del oxígeno disuelto en el agua.

En la siguiente imagen se observa el estado de la zona de estudio, observándose aguas verdosas y turbias debido al gran incremento de concentración de fitoplancton cambiando sus aguas cálidas cristalinas originales.

Eutorfizacion.jpg

 

Los principales factores que inciden en la eutrofización en el medio acuático son:

  • Clima
  • Profundidad
  • Características de área de drenaje
  • Geología
  • Actividades humanas (contaminación atmosférica, agropecuaria, urbana, etc)

Con ayuda de la teledetección se puede detectar los procesos de eutrofización, identificación objetos mediante la reflectancia o el nivel de radiación, que se reflejan en la firma o huella espectral. 

 

Comportamiento espectral del agua de mar

En el caso del agua esta tiende a absorber y transmitir la gran mayoría de radiación incidente, dando como resultado una reflexión al espacio casi nula. A continuación se va analizar el comportamiento de dos firmas espectrales de mar.

  Firma espectral de mar mediterráneo

Firma espectral de mar mediterráneo

La respuesta espectral del agua de mar tiene una característica única cuando la imagen se presenta en color negro o azul oscuro. Se observa que la respuesta de color verde no es significativa a lo largo de la longitud de onda volviéndose prácticamente nula en el infrarrojo y mayores longitudes de onda.

  Firma espectral de mar afectado por la eutrofización

Firma espectral de mar afectado por la eutrofización

La respuesta espectral del mar afectado por procesos de eutrofización indica que hay una alta reflectividad en la zona verde de la firma espectral, por la presencia de clorofila, producto de las altas concentraciones de especies vegetales. 

Entre ambas firmas se pueden observar diferencias de absorción significativas en la banda perteneciente al color verde, fruto de la reflectividad provocada por el contenido de clorofila en el agua
 

Tutorial

 

Enlaces de interés

Enlace para descargar las imágenes satelitales: https://scihub.copernicus.eu/dhus

 

Datos de Entrada

Puedes descargar los datos de reflectancia:

Puedes descargar los datos de entrenamiento de aquí.

Puedes descarga el proyecto QGIS de aquí.

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Posted on May 10, 2018 .