El IAFE desarrolla aplicaciones satelitales para monitorear el territorio nacional

Sigue a continuación una nota de divulgación científica publicada el pasado 3 de mayo en NEX, destacando el trabajo del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE) en el desarrollo de aplicaciones de monitoreo satelital del suelo, la atmósfera, los océano, y la vegetación.

TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA: LO QUE SE VE DESDE EL CIELO

Desde el espacio, cientos de satélites observan la Tierra. Un grupo de investigadores del IAFE estiman parámetros biofísicos a partir de imágenes satelitales. Con estos datos estudian, entre otras cosas, la humedad del suelo, el contenido de agua en la vegetación, el material particulado en suspensión en el mar y el fitoplancton del Mar Argentino.

¿Se puede medir la humedad del suelo desde un satélite? ¿Qué “ve” un sensor satelital cuando observa el mar? Estas y otras preguntas son las que busca responder el Grupo de Teledetección Cuantitativa que dirigen Haydee Karszenbaum, Francisco Grings y Ana Dogliotti en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE). Las habilidades principales del grupo son el modelado electromagnético de medios (suelo, atmósfera, océano, vegetación), el análisis de series de tiempo de datos y productos satelitales, el desarrollo de productos satelitales y su validación a campo.

Desde hace 30 años, la Tierra es observada continuamente por satélites. Sin embargo, la cantidad de sistemas de observación satelital que se encuentran funcionando en la última década es mayor que la de todos los años anteriores juntos. Por esta razón, el volumen de datos ofrecidos es muy grande y uno de los desafíos es pasar de las magnitudes observadas por los satélites a los parámetros y variables de los sistemas terrestres. Este es el tema central de la teledetección.

Los investigadores del Grupo de Teledetección Cuantitativa del IAFE estiman parámetros biofísicos a partir de imágenes satelitales de la superficie terrestre, tanto en la tierra como en el agua. Los datos aportados por los satélites dependen de parámetros cuyo valor se estima o calcula con un error determinado. “Tratamos al problema de estimación como un problema de inferencia. Es decir, como un problema basado en reglas lógicas inductivas que permiten razonar de manera segura a partir de un conjunto de premisas. En las ciencias naturales en general, para estimar el valor de un parámetro, uno no puede ‘deducirlo’ porque no hay manera de ir de principios generales a particulares con experiencia limitada. Por el contrario, se va de principios particulares (los experimentos) a generales (las leyes) de manera inductiva. Las reglas para hacer esto de manera segura son las reglas de inferencia”, explica Grings. Para realizar esta inferencia se utiliza el marco modelo directo/modelo inverso. “Un modelo directo es el que permite simular lo que mide el satélite (por ejemplo, la luz reflejada por el océano) como función de las características del objeto de estudio (el contenido de clorofila del océano). Un modelo inverso es el que permite estimar las características del objeto de estudio (contenido de clorofila del océano), a partir de lo que mide el satélite (luz reflejada por el océano). El modelo directo se puede resolver utilizando principios físicos como por ejemplo las ecuaciones de Maxwell, y siempre se puede calcular de manera deductiva cuál va a ser la energía reflejada por el océano dadas las características del mismo. El modelo inverso, en general, está mal condicionado porque hay muchas condiciones del océano para las mismas mediciones y requiere de enfoques inductivos (como ajustes lineales, semiempíricos, teoría de la probabilidad, inferencia Bayesiana, u otros métodos)”, se explayan los investigadores.

(De izq. a der.) Barber, Bruscantini, Perna, Salvia, Maas, Karszenbaum,
Grings, Dogliotti, Gossn y Barraza.

Entre las aplicaciones terrestres que el equipo desarrolla pueden mencionarse el estudio de la humedad del suelo a partir de radares de apertura sintética (SAR) orbitales; de la humedad del suelo a escala regional a partir de radiómetros orbitales; el contenido de agua en la vegetación a partir de datos ópticos y radiómetros orbitales, y el seguimiento de inundaciones de grandes ríos a partir de datos SAR y de radiómetros orbitales.

Entre las aplicaciones marinas se encuentran el desarrollo de algoritmos para estimar la turbidez y material particulado en suspensión a partir de imágenes de color (datos ópticos) y el modelado de la producción primaria fitoplanctónica en el Mar Argentino usando imágenes satelitales y datos de campo.

“El trabajo que realizamos requiere de un enfoque de ciencia aplicada, ya que nuestro objetivo es desarrollar productos que sean útiles a un usuario final, no únicamente conocimiento científico; un enfoque teórico, porque modelar el proceso de medición implica modelar la interacción de la radiación EM con medios complejos (océano, suelo de agricultura, atmósfera, bosques); un enfoque práctico, porque la validación y desarrollo de aplicaciones requiere ir al campo o subir a un barco y medir la variable de interés a la escala de trabajo (tamaño del pixel), y un marco interdisciplinario, ya que las aplicaciones son biofísicas pero el modelado es físico-matemático. En el grupo hay biólogos, ingenieros, físicos, computadores y matemáticos”, sostienen.

Como la Argentina es un país de gran extensión y escasamente monitoreado, la teledetección brinda la capacidad de monitorear sistemáticamente recursos naturales. Por eso el grupo mantiene colaboraciones estrechas con varias instituciones ejecutoras del Estado, entre ellas la Unidad de Manejo del Sistema de Evaluación Forestal (UMSEF) de la Secretaría de Medio Ambiente, el Instituto Nacional del Agua (INA) y la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) en el marco de distintas misiones satelitales (SAC-D, SAOCOM, SABIA/MAR).

Fuente: NEX