Introducci

1
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
ARSET Applied Remote Sensing Education and
Training (Educación y Capacitación en Percepción
Remota Aplicada) Un proyecto del Programa de
Ciencias Aplicadas de la NASA
2
Objetivo
Presentar una descripción general de los
productos de recursos de agua de NASA obtenidos
de satélites y modelos
3

Productos de recursos de agua de NASA obtenidos
con satellites y modelos
Los productos se pueden usar para

• Monitoreo y conocimiento de
• Lluvia e inundaciones

Cantidad de nieve y derretimiento de la
nieve
Sequias

• Recursos de Agua y variabilidad y cambio
  climatico

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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
• Humedad de Suelo
• Evaporación/Transpiración
• Escorrentía

Componentes del Ciclo del Agua
5
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
• Humedad de Suelo
• Evaporación/Transpiración
• Escorrentía

Componentes del Ciclo del Agua
6
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.

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Productos de Agua de la NASA
Unidades

• 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
  

mm/hora
mm
mm/hora
Kg/m2/hora
fracción
m
Kg/m2
Kg/m2/s
Kg/m2
Kg/kg
fracción
fracción
hPa grados
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Contenido

• Productos de agua derivados de satélites
• Concepto de percepción remota satelital
• Satélites e instrumentos de la NASA
• Productos de agua derivados de modelos
• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de
  la NASA
• Herramientas basadas en la web para acceder a
  productos de agua

9
Contenido

• Productos de agua derivados de satélites
• Concepto de percepción remota satelital
• Satélites e instrumentos de la NASA
• Productos de Agua derivados de Modelos
• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de
  la NASA
• Herramientas basadas en la web para acceder a
  productos de agua
• Ejemplos y análisis de casos particulares del
  uso de productos de agua

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Percepción Remota Satelital
Percepción Remota medida de una cantidad
asociada a un objeto por un dispositivo que no
está en contacto directo con el
objeto Percepción Remota Satelital medidas
desde el espacio de las propiedades del sistema
tierra-atmósfera Actualmente hay muchos
satélites en órbita alrededor de la tierra
11
Radiación Electromagnética
Luz Visible
Onda de radio cortas
Ondas de radio AM
Infrarrojo cercano
Infrarrojo medio
Ultravioleta
Microondas
Ondas TV
Onda Corta o Radiación Solar
Onda Larga o Radiación Terrestre
12
Radiación en la Parte Superior de la Atmósfera
Parámetros que influencian la cantidad de
radiación en la parte superior de los sistemas
tierra-atmósfera
Radiación Solar tipo de superficie vegetación,
nieve/hielo, nubes, aerosoles Radiación en
Infrarrojo temperatura de la superficie, gases de
efecto invernadero (vapor de agua, dióxido de
carbono, metano, ozono) y nubes Radiación en
Microonda tipo de superficie (nieve/hielo,
humedad del suelo), lluvia, vapor de agua, nubes
13
Principios de Percepción Remota
Los 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).
14
Percepción Remota de Cantidades de Agua
Para 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. Actualmen
te hay una variedad de satélites en órbita con
varios instrumentos que miden radiación en
longitud de onda infrarroja, visible y microonda.
15
Contenido

• Productos de Agua derivados de Satélites
• Concepto de percepción remota satelital
• Satélites e instrumentos de la NASA
• Productos de Agua derivados de Modelos
• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de
  la NASA
• Herramientas basadas en la web para acceder a
  productos de agua
• Ejemplos y análisis de casos particulares del
  uso de productos de agua

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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)
17
Satélites de la NASA para la Percepción Remota de
Cantidades de Agua
GRACE . Agua Subterránea
18
Satélites e instrumentos de la NASA para la
Percepción Remota de Cantidades de Agua
TRMM
Tasa 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), Presi
ón/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
- 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)
Terra/Aqua
Aqua
19
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 (cobertura de las
  mediciones)

8/24/2011
Reflectividad del Huracán Irene
20
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 Irene
21
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)

5/28/2008
VIRS
22
Derivación de la Tasa y Cantidad de
Lluvia Producto TRMM 3B42
(Las sesiones de capacitación actuales utilizarán
estos datos)

• El TRMM 3B42 inter-calibra y combina las Tasas de
  lluvia de PR y TMI con las de SSMI, AMSR y
  AMSU-B, y las estimaciones de las Tasas de lluvia
  obtenidas de mediciones en el infrarrojo por
  satélites geoestacionarios y en baja órbita
  terrestre.
• El producto final de Tasas de lluvia es calibrado
  con análisis de medidas de lluvia en escala de
  tiempo mensual.

23
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)

Diciembre-Enero-Febrero 2010-11
Junio-Julio-Agosto 2011
24
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

25
Aqua Atmospheric Infrared Sounder (AIRS)
Mayo 2009

• 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

Huracán Isabel 2003
26
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
• Las capacidades del instrumento
• La calibración del instrumentos y su rendimiento
• Los algoritmos utilizados para interpretar los
  datos
• Limitaciones físicas

27
Contenido

• Productos de Agua derivados de satélites
• Concepto de percepción remota satelital
• Satélites e instrumentos de la NASA
• Productos de Agua derivados de Modelos
• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de
  la NASA
• Herramientas basadas en la web para acceder a
  productos de agua
• Ejemplos y análisis de casos particulares del
  uso de productos de agua

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Productos de Agua de la NASA

• Lluvia
• Cobertura de Nieve/Hielo
• Vapor de Agua
• Nubes
• Agua Subterránea
• Nieve/Hielo (masa, profundidad, equivalente, agua
  nieve)
• Vapor de Agua
• Humedad de Suelo
• Evaporación/Transpiración
• Escorrentía

Componentes del Ciclo del Agua
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Modelos de Sistemas Atmósfera-Tierra-Océano

• 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

30
Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA
Los siguientes modelos proveen productos de agua,
y varios parámetros atmosféricos y de superficie
terrestre

• MERRA Modern Era Retrospective-analysis for
  Research and Application (Análisis Retrospectivo
  de la Era Moderna para Investigación y
  Aplicación)
• (1979 - presente)

• GLDAS Global Land Data Assimilation System
  (Sistema Global de Asimilación de Datos de
  tierra)
• (versión 1 1979 - presente) (versión 2
  1948 - 2008)

31
Modelos para Medir Cantidades de Agua de la NASA
MERRA
Evapotranspiración, Humedad de Suelo en
multiples niveles, Precipitación en forma de
nieve, Nieve Derretida, Equivalente Nieve-Agua,
Escorrentía de Superficie y subsuperficial
GLDAS
32
MERRA

• 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

Diciembre-Enero-Febrero 2010-11
Junio-Julio-Agosto 2011
33
Model Products
Hay varios modelos con distintas resoluciones y
precisiones espacio/temporales. La modelación de
los procesos hidrológicos es compleja debido a
la presencia del agua en estado gaseoso, liquido
y solido en el sistema tierra-atmosfera. Los
modelos usan muchas aproximaciones y suposiciones
que representan los procesos físico. Validación
rigorosa con observaciones y entre un modelo y
otro son llevadas a cabo para evaluar la
precisión de los productos de los modelos.
34
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.

35
Productos de Recursos de Agua de la NASA
Desarrollados en esta Capacitación

• Lluvia
• Tasas de lluvia, precipitación en forma de lluvia
  acumulada
• Resolución Temporal 3-por hora, diaria,
  mensualResolución Espacial 0.25x0.25, 1x1,
  2.5x2.5
• 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, 1x1,
  1.25x1.25
• Fuentes Terra y Aqua/MODIS, MERRA

32
36
Productos de Recursos Hídricos de la NASA
Desarrollados en esta Capacitación

• Vapor de Agua
• Resolución Temporal cada 3 horas, diaria,
  mensual
• Resolución Espacial 2/3x1/2, 1x1,
  1.25x1.25
• Fuentes Aqua/AIRS, MERRA
• Cantidad de Nube y Altura de la Superficie de la
  Nube
• Resolución Temporal diaria, mensual
• Resolución Espacial 1x1
• Fuentes Terra y Aqua/MODIS

33
37
Resoluciones Espaciales y Temporales
Approximately 500x500 km2
Approximately 100x100 km2
Approximately 25x25 km2
Monthly
Daily
3-hourly
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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

35
39
Contenido

• Productos de Agua derivados de satélites
• Concepto de percepción remota satelital
• Satélites e instrumentos de la NASA
• Productos de Agua derivados de Modelos
• Modelos de superficie atmosférica y terrestre de
  la NASA
• Herramientas basadas en la web para acceder a
  productos de agua

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Adquirir productos de TRMM, MERRA, MODIS, AIRS
Se pueden adquirir aquí http//mirador.gsfc.nasa.g
ov por búsqueda de palabra clave o por fecha y
lugar (localidad/región)
41
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
42
Centro de Datos Nacional de Nieve NSIDC (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
43
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
44
Capacitaciones Satelitales y Recursos de la NASA

• 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
• Ana.I.Prados_at_nasa.gov
• amita.v.mehta_at_nasa.gov

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