altimetría por satélite

CAPÍTULO 16. ALTIMETRÍA POR SATÉLITE

• Introducción.

• Satélites y misiones.

• Oceanografía espacial.

• Radiómetros.

• Radar altimétrico.

• Variación del nivel del mar.


• Introducción. – Altímetros a bordo de satélites:

• Nivel del mar. – Comprender el océano mundial.

• Otras características de la superficie.

– Datos altimétricos: • Oceanografía.

• Meteorología marina.

• Geociencias marinas.

• Hidrología.

• Estudios climáticos…


https://www.meted.ucar.edu/EUMETSAT/jason_es/navmenu.php?tab=1&page=1.1.0




• Introducción. – Aplicaciones:

• Cambio climático. • Predicción de huracanes. • Observación de eventos climáticos.

– La altimetría por satélite permite mejorar: • Comprensión de los huracanes. • Mapas de distribución espacial y estacional de altura de olas. • Velocidad del viento.

– Importante para comunidades costeras e industrias marinas.

• Observar capas de hielo y glaciares. • Mejorar pronósticos del tiempo.


• Funcionamiento – Midiendo el tiempo de viaje del pulso:

• Desde el satélite hasta la superficie y regresar.

– Altímetros de radar. • Más de 1700 pulsos por segundo. • Reciben los ecos reflejados. • Según magnitud y forma.

– Características de la superficie.

– Útiles para: • Altura de las olas. • Hielo marino…






• Funcionamiento – Determinación de distancia:

• A partir del tiempo exacto. • Promedio de muchas estimaciones.

– Cada segundo.

• Mediciones muy precisas. • Precisión de 2 cm. • La distancia se resta de la posición del satélite relativa al

elipsoide.

– Vapor de agua: • Puede afectar la velocidad de los pulsos. • Requiere la aplicación de ciertas correcciones.


• Funcionamiento – Importante para determinar la órbita:

• Receptores de radio terrestres DORIS.

• Estaciones de telemetría láser.

• Receptor GNSS.

• Modelos de fuerzas que rigen movimiento de los satélites.

– Sobre tierra firme: • Los ecos nos ayudan a caracterizar:

– Sistemas fluviales complejos.

– Capas de hielo.

– Glaciares…






• Funcionamiento – Componentes principales:

• Altímetro de radar y antena. – Mide el nivel de la superficie del mar.

• Radiómetro. – Mide las perturbaciones atmosféricas.

• Sistemas para determinar la posición. – Elemento crítico.

– Punto focal de mejora.


• Satélites y misiones. • Topex / Poseidon.

– Proyecto conjunto CNES y NASA.

– Medía la topografía de la superficie del océano.

– Precisión de 4,2 cm.

– Usos: • Predicción “El Niño“ de 1997-1998

• Mejor comprensión de la circulación oceánica.

• Estudios climáticos.



• Topex / Poseidon.

– Programación temporal:

• Misión de 3 años.

• Datos durante 13 años.

• Terminó en enero de 2006.


http://sealevel.jpl.nasa.gov/missions/topex/

http://sealevel.jpl.nasa.gov/missions/topex/

• Satélites y misiones. • Topex / Poseidon

– Medida del nivel del mar con precisión superior a 5 cm.

– Observación continua de la topografía oceánica global.

– Monitorización de las corrientes. • Cambios estacionales de las corrientes.

• Cambio climático global.

– Monitorización de fenómenos a gran escala: • Ondas de Rossby y Kelvin.

• El Niño, La Niña, la Oscilación Decadal del Pacífico.


• Satélites y misiones. • Topex / Poseidon

– Cartografiado de variaciones de la amplitud de cuenca.

– Cartografiado del calor almacenado en la capa superior del océano.

– Producción de mapas de mareas globales.

– Mejora del conocimiento del campo gravitatorio de la Tierra.


• Satélites y misiones. • Jason-1

– Heredero de TOPEX / Poseidon.

– Nave espacial francesa y cohete estadounidense Delta II.

– Datos: • Misiones oceánicas del JPL (Jet Propulsion Laboratory).

• Misión GRACE. – Gravimetría.

• Misión QuikSCAT. – Vientos en superficie.

– Dado de baja en julio de 2013.


http://sealevel.jpl.nasa.gov/missions/jason1/




• Jason-1

– Objetivos:

• Topografía de la superficie del océano.

• Proporcionar visión a 5 años de la topografía oceánica mundial.

• Aumentar la comprensión de la circulación oceánica.

• Mejorar la predicción de fenómenos climáticos.






• Satélites y misiones. • Jason 2

– OSTM/Jason-2

– Ocean Surface Topography Mission.

– Continúa la misión del Jason-1.

– Lanzado el 20 de junio de 2008.

– Vídeo: • https://www.youtube.com/watch?v=QXIhMS4JTGc&fea

ture=youtu.be


http://sealevel.jpl.nasa.gov/missions/ostmjason2/

https://www.youtube.com/watch?v=QXIhMS4JTGc&feature=youtu.be









• Jason-2

– Partes del satélite:

• Radar altimétrico Poseidon-3 (1). – Nivel del mar.

– Altura de las olas.

– Velocidad del viento.

• Radiómetro avanzado de Microondas (2). – Determinación del retardo.



– Partes del satélite: • Instrumento DORIS (3).

– Posicionamiento en tiempo real.

– Determinación precisa de la órbita.

– Estudios geofísicos.

• Sistema Global Positioning System Payload (GPSP) (4). – Posicionamiento en tiempo real.

– Determinación precisa de la órbita.

• Laser Retroreflector Array (LRA) (5). – Mediciones láser desde Tierra.



• Jason-2

– Principio básico de funcionamiento.


https://www.meted.ucar.edu/EUMETSAT/jason_es/navmenu.php

Tema 16. Jason2.mov





– Colaboración NASA, CNES, NOAA y Eumetsat. – Medición de la topografía de la superficie de los

océanos: • Precisión de pocos centímetros. • Importante para describir variaciones climáticas.


http://www.nasa.gov/mission_pages/ostm/multimedia/sla-20080730.html#.VzmZ1fmLTcs

http://www.nasa.gov/mission_pages/ostm/multimedia/sla-20080730.html.VzmZ1fmLTcs




• Jason-3.

– Mide altura de la superficie del océano.

– Lanzado el 17 de enero de 2016.

– Vídeo:

• https://www.youtube.com/

watch?v=wA4XRpZ9gms&feature

=youtu.be



https://www.youtube.com/watch?v=wA4XRpZ9gms&feature=youtu.be









https://www.youtube.com/watch?v=n2q6VYD8Pyg&feature=youtu.be

• Satélites y misiones. • Jason-3.

– Proporcionan información: • Patrones de circulación en el océano.

• Cambios globales y regionales en el nivel del mar.

• Consecuencias del calentamiento global…

– Instrumento principal un altímetro de radar. • Mide las variaciones del nivel del mar.

• Precisión de unos 3,3 centímetros.


• Satélites y misiones. • SARAL/AltiKa

– Euipado con un altímetro de banda Ka (35.75 GHz). – Lanzado el 25 de febrero de 2013. – Proyecto franco-indio. – Observación y vigilancia del medio ambiente.


https://altika-saral.cnes.fr/en/SARAL/index.htm




• Satélites y misiones. • SARAL/AltiKa

– Dos instrumentos: • ARGOS-3.

– Localización y recopilación de datos medioambientales.

• AltiKa. – Altímetro.

» Mejor resolución: • Líneas de costa. • Ríos y lagos… • Penetra de forma menos profunda en la nieve y el hielo.

– Radiómetro. – Instrumento de posicionamiento DORIS.


• Satélites y misiones. • Cryosat

– Misión de hielo de la ESA.

– Cambios en el espesor del hielo: • Marino que flota en los océanos polares .

• Capas de hielo de Groenlandia y la Antártida.

– CryoSat-2 lleva altímetro de radar para: • Medir el espesor de hielo.

• Detectar cambios pequeños en la superficie.


http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2005/08/Measuring_the_freeboard_of_sea_ice







• Satélites y misiones. • Cryosat

– El altímetro de radar de CryoSat-2: • Opera en modo:

– Búsqueda y salvamento. – Interferométrico.

• Está en órbita alrededor de la Tierra. • Inclinación inusualmente alta. • Alcanza latitudes de 88° norte y sur. • Logrará resolución espacial mejor de 250.

– Vídeo: • http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/CryoSat/

Highlights/CryoSat .


http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/CryoSat/Highlights/CryoSat



• Satélites y misiones. • Sentinel 3

– Parte del programa Copérnico.

– Para obtener datos e imágenes. • Gestionar nuestro entorno.

• Comprender mejor el medio.

• Hacer frente al cambio climático.

– Vídeo: • http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2015/06/Sentinel

-3_reveals_all


http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/01/Sentinel-3_is_ejected_from_the_Breeze_upper_stage_of_the_Rocket_launcher

http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2015/06/Sentinel-3_reveals_all












• Sentinel 3

– Visión panorámica.

• Instrumentos de última tecnología para medir: – Océanos.

– Tierra.

– Hielo.

– Atmósfera.

• Mejor comprensión a gran escala.

• Mejora de los modelos de pronóstico.


http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2016/02/Feeling_the_heat


• Sentinel 3

– Trabajo en equipo.

• Colaboración entre: – ESA.

– Comisión Europea.

– Eumetsat.

– CNES.

– Industria.

– Proveedores de servicios.


http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-3/Sentinel-3A_rides_the_waves








• Satélites y misiones. • Sentinel 3

– La salud de nuestro planeta (1). • Especial atención a los océanos.

– Midiendo: » Altura. » Temperatura. » Color de superficie. » Espesor de hielo.

– Monitorización de (Mar): » Cambios en el nivel del mar. » Contaminación. » Productividad biológica.


http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/05/Sea-level_variations_from_Sentinel-3A









• Sentinel 3

– La salud de nuestro planeta (2).

• Cartografía de usos del terreno. – Índices de vegetación.

– Altura de ríos y lagos...

• Detección de incendios forestales.

– Vídeo:

• http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2015/11/Sentinel-3_Technology_and_heritage


http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-3/First_views_of_Earth_from_Sentinel-3A

http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2015/11/Sentinel-3_Technology_and_heritage












• Oceanografía espacial. – Antes de la altimetría satelital:

• Boyas.

• Buques.

• Mareógrafos.




• Oceanografía espacial. – El océano:

• Intercambia calor, humedad y energía con la atmósfera.

• Da impulso a patrones meteorológicos y climáticos.

• Controla ciertos cambios climáticos lentos y sutiles.

– Con largas series temporales altimétricas: • Dinámica de los océanos.

– Espacial.

– Temporal.

– Clave para el estudio del cambio climático global.


• Radiómetros. – Sistema óptico-electrónico.

– Descompone la radiación recibida.

– Cada banda se envía a un conjunto de detectores.

– Se amplifica la señal.

– Se convierte en señal eléctrica.

– Se convierte en valor numérico, Nivel Digital (ND).


• Radiómetros. – Diferentes zonas del espectro electromagnético:

• Radiación ultravioleta: – Niveles de ozono.

• Visible e infrarroja: – Cubierta vegetal.

• Radiación infrarroja térmica: – Temperatura del suelo.

– Temperatura de las nubes.

– Temperatura de la superficie de los mares.


• Radiómetros. – De microondas.

• Longitudes de onda entre 1 y 100 mm.

• Pueden utilizarse en condiciones de nubosidad o falta de iluminación.

• La resolución es: – Directamente proporcional al diámetro de apertura de la

antena receptora.

– Inversamente proporcional a la longitud de la onda explorada.

• Útiles en campañas sobre las zonas polares. – Alta reflectividad dificulta la observación en el visible


• Radiómetros. – MWR en Sentinel-3 (S3).

• Características: – Radiómetro de inyección de ruido (NIR). – Opera en dos frecuencias (23.8 y 36.5 GHz). – Pesa aproximadamente 25 Kg. – Volumen de 1400x630x630 mm. – Consumo de potencia de 34w.

• Uso: – Medir la cantidad de agua.

» Corregir sus medidas en la troposfera. – Caracterizar magnitudes físicas del suelo y la criosfera. – Evaluar balances energéticos en la superficie.


• Radar altimétrico. – Captador activo. – Trabaja en una banda entre 1 mm y 1 m. – Principio:

• Las microondas artificiales enviadas en una dirección determinada chocan con los objetos y son dispersadas.

• La energía dispersada se recibe, se amplifica y se analiza para determinar la localización y las propiedades de los objetos.

• Puesto que puede medirse también el tiempo que tarda un pulso de radiación en ir y volver, puede conocerse la distancia recorrida y generar así modelos digitales de elevaciones.


• Radar altimétrico. – Insustituible en zonas con cobertura nubosa

persistente, debido a su capacidad para atravesar las capas nubosas.

– Ejemplo: • El radar transportado por el satélite canadiense Radarsat y

los satélites de la serie ERS de la Agencia Espacial Europea (ESA).

– El Lidar (Light Detection And Ranging) es un captador activo, análogo al radar pero con tecnología láser.


• Variación del nivel del mar. – Principio:

• El agua cálida contiene más calor por kilogramo que el agua fría.

• El agua cálida es menos densa que la fría.

• Una columna de agua cálida es más alta que una de agua fría.

• El nivel del mar en zonas de agua cálida es más elevado que en zonas de agua fría.

– El nivel del mar se mide mediante altímetros. • Actúan en la franja de microondas.

• Emite impulsos constantes.

• Registra: – Tiempo de desplazamiento.

– Magnitud y forma de señal de retorno.


• Variación del nivel del mar. – Cálculo de la altura del mar:

• Se conoce la altura del satélite (H) respecto al elipsoide. • El altímetro mide la distancia (R). • Se obtiene la altura del mar sobre el nivel de referencia (h).

ℎ = 𝐻 − 𝑅 – La topografía de superficie (h) varía en función del tiempo

y el lugar. • Altitud instantánea de las mareas en la superficie marina. • Movimiento del mar. • Topografía dinámica de los océanos. • Reacción local del océano a la distribución de la presión

atmosférica en el mar.


• Variación del nivel del mar. – Misiones altimétricas más importantes:

• ERS-2. (European Remote Sensing) – ESA

• Envisat. – ESA.

• Jason. – CNES/EUMETSAT/NASA y GFO.


FIN

GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN

CAPÍTULO 16. ALTIMETRÍA

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