CARTOGRAFIA: SEMANA 11

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA TELEDETECCIÓN

Teledetección es la técnica que permite obtener información a distancia de objetos sin que exista un contacto material, en nuestro caso se trata de objetos situados sobre la superficie terrestre. Para que esta observación sea posible es necesario que, aunque sin contacto material, exista algún tipo de interacción entre los objetos y el sensor. En este caso la interacción va a ser un flujo de radiación que parte de los objetos y se dirige hacia el sensor. Este flujo puede ser, en cuanto a su origen, de tres tipos:

Radiación solar reflejada por los objetos( luz visible e infrarrojo reflejado)

Radiación terrestre emitida por los objetos (infrarrojo térmico)

Radiación emitida por el sensor y reflejada por los objetos (radar)

Las técnicas basadas en los dos primeros tipos se conocen como teledetección pasiva y la última como teledetección activa.

Naturaleza de la radiación

La radiación electromagnética es una forma de energía que se propaga mediante ondas que se desplazan por el espacio a la velocidad de la luz (300000 Km/s) transportando cantidades discretas de energía (cuantos).

Estas ondas se caracterizan por tener longitudes muy diferentes, desde los rayos X y gamma con longitudes de onda menores de 100 Amstrongs hasta las ondas de televisión y rádio con longitudes mayores de un metro. El conjunto de todas las longitudes de onda se denomina espectro electromagnético. Dentro del espectro electromagnético se distinguen una serie de regiones en función de la longitud de onda. Las regiones más utilizadas por las diferentes técnicas de teledetección son:

$\espectro electromagnético$

Luz visible

Infrarrojo reflejado

Infrarrojo térmico

Radar

Interacciones entre la radiación y los objetos

Todos los objetos (independientemente de la radiación que emitan) van a recibir radiación emitida por otros cuerpos, fundamentalmente del sol, que, en función del tipo de objeto que estemos considerando, puede seguir tres caminos:

reflejarse (la radiación es reenviada de vuelta al espacio)
absorberse (la radiación pasa a incrementar la energía del objeto)
transmitirse (la radiación se transmite hacia abajo a otros objetos).

La fracción de energía que se refleja se denomina reflectividad o albedo ( $\ensuremath{\rho}$ ); la fracción de energía que se absorbe se denomina absortividad ( $\ensuremath{\alpha}$ ); la fracción de energía que se transmite se denomina transmisividad ( $\ensuremath{\tau}$ )

Se cumple que $\rho + \alpha + \tau = 1$

La interacción de la radiación con la atmósfera y con los objetos terrestres, es decir los valores de $\ensuremath{\rho}$ , $\ensuremath{\alpha}$ y $\ensuremath{\tau}$ de un cuerpo concreto, va a depender de la longitud de onda de que se trate y de las características de ese cuerpo. Unas primeras líneas generales acerca del comportamiento de diferentes objetos respecto a su interacción con la radiación serían:

Atmósfera despejada:
- $\ensuremath{\rho}$ muy baja para todas las longitudes de onda
- $\ensuremath{\alpha}$ depende de la longitud de onda
- $\ensuremath{\tau}$ depende de la longitud de onda
Nubes :
- $\ensuremath{\rho}$ muy alta en el visible
- $\ensuremath{\alpha}$ depende de la longitud de onda
- $\ensuremath{\tau}$ depende de la longitud de onda
Agua:
- $\ensuremath{\rho}$ muy baja en todas las longitudes de onda
- $\ensuremath{\alpha}$ depende de la longitud de onda
- $\ensuremath{\tau}$ depende de la longitud de onda
Superficie terrestre:
- $\ensuremath{\rho}$ y $\ensuremath{\alpha}$ muy variable
- $\ensuremath{\tau}$ nulo

Interacción de los elementos de la superficie terrestre con la radiación

De cara a la identificación de objetos y procesos en la superficie terrestre, lo que nos interesa es la reflectividad de estos objetos respecto a las diferentes longitudes de onda. Cada tipo de material, suelo, vegetación, agua, etc. reflejará la radiación incidente de forma diferente lo que permitirá distinguirlo de los demás si medimos la radiación reflejada. A partir de medidas de laboratorio se ha obtenido la reflectividad para las distintas cubiertas en diferentes longitudes de onda. El gráfico que, para cada longitud de onda, nos da la reflectividad en tanto por ciento se conoce como signatura espectral y constituye una marca de identidad de los objetos. Resulta así fácil por ejemplo distinguir entre suelo y vegetación, e incluso entre diferentes tipos de suelo o diferentes tipos de vegetación.

La reflectividad en la nieve es alta en todas las longitudes de onda, especialmente en el caso de la nieve fresca. El agua, al ser el único elemento superficial capaz de transmitir radiación hacia abajo, tiene una reflectividad muy baja aunque muy dependiente de la longitud de onda. Absorbe casi toda la radiación que le llega en las bandas del infrarrojo próximo y medio. La reflectividad aumenta algo en el visible especialmente en las bandas del azul y el verde. La turbidez del agua contribuye al aumento de la reflectividad en el verde y en el infrarrojo reflejado. La eutrofización del agua aumenta su reflectividad en el verde.

La vegetación tiene una reflectividad baja en el visible aunque con un pico en el color verde debido a la clorofila. La reflectividad es muy alta en el infrarrojo reflejado o próximo debido a la escasa absorción de energía por parte de las plantas en esta banda. En el infrarrojo medio hay una disminución especialmente importante en aquellas longitudes de onda en las que el agua de la planta absorbe la energía.

Esta curva tan contrastada se debilita en el caso de la vegetación enferma en la que disminuye el infrarrojo y aumenta la reflectividad en el rojo y azul. Se observa también que la reflectividad de una planta depende de su contenido en agua. Cuando el contenido de agua aumenta disminuye la reflectividad ya que aumenta la absorción de radiación por parte del agua contenida en la planta.

Finalmente el suelo tiene una reflectividad relativamente baja para todas las bandas aunque aumentando hacia el infrarrojo. La signatura espectral es más simple que en el caso de la vegetación. Sin embargo la reflectividad del suelo va a depender mucho de la composición química y mineralógica, la textura y del contenido de humedad. Estos últimos interrelacionados.

Los suelos arcillosos muestran tres zonas de baja reflectividad en el infrarrojo reflejado que corresponden a las longitudes de onda de máxima absorción del agua. Estos aparecen sea cual sea el contenido de agua. Respecto a los suelos arenosos, las zonas de baja reflectividad aparecen más claramente si el contenido de agua aumenta. En general en las regiones visible e infrarrojo reflejado, la reflectividad aumenta cuando el contenido de agua disminuye.