sábado, 1 de enero de 2022

Cuatro años de sequía

Queridos amigos de los SIG, la Teledetección y Doñana. Lo primero de todo Felices Fiestas Y Feliz Año Nuevo. Lo segundo pedir perdón por tanto tiempo sin informar de como va la inundación de nuestra querida marisma. 

Ha llovido mucho estos días y me imagino que todos estamos deseando ver la marisma inundada. Bueno, aquí va la primera imagen Sentinel 2 del día 22 de diciembre, justo antes de las lluvias:

Y aquí la siguiente imagen Sentinel 2 del día 27, justo después de las lluvias:

Un poco decepcionante, verdad? La alta resolución temporal de Sentinel 2 (5 días con Sentinel 2A y 2B) nos permite tener un seguimiento muy fino de cualquier fenómeno y, como en este caso, tener imágenes de justo antes y después de un evento como las fuertes lluvias que hemos tenido.  

Ya, pero... ahí no se ve nada, solo nubes... Pues sí, solo se ven nubes. Es una de las maldiciones de trabajar con sensores que trabajan en el rango óptico del espectro y temas relacionados con la inundación. Para que haya inundación hacen falta lluvias y para que llueva hacen falta nubes. Así que como regla general, cuanto más lluvioso sea un año menos imágenes válidas tendremos. Como muestra, el ciclo 1995/96 en el que se alcanzó la máxima inundación de la marisma, apenas hay imágenes (Landsat 5 y 7 por aquel entonces) con la marisma inundada,  porque todos las imágenes de invierno estaban completamente cubiertas de nubes. 

Entonces no hay nada que hacer más que esperar la próxima imagen sin nubes? En realidad no habría más que esperar al próximo día 1 de enero para ver si hay suerte y tenemos una nueva Sentinel 2 sin nubes. 

Pero por suerte, Sentinel 2 tiene un hermano mayor (mayor porque se lanzó un año antes, en 2014) llamado Sentinel 1, que trabaja con Radar. Al contrario que los sensores ópticos que usan al sol como fuente de energía, los sensores radar generan su propia energía, lanzando pulsos electromagnéticos y viendo el tiempo y la intensidad con la que vuelven, se pueden generar imágenes precisas de la superficie terrestre. Esto presenta varias ventajas frente a los sensores ópticos, como por ejemplo, que también puede tomar imágenes de noche. Así que se aprovechan las pasadas ascendentes y las descendentes.



Además, las longitudes de onda a las que trabaja el radar (en el rango de las microondas, entre 0.1 cm y 1 m de longitud de onda) hacen que esos pulsos sean permeables a las nubes, con lo cual, ahora sí podemos que hay debajo de las nubes han cubierto Doñana durante la pasada semana:

Primero vamos a ver como estaba la marisma al comienzo de las lluvias, en esta imagen Sentinel 1 del día 20 de diciembre: 


Como vemos, apenas había agua en La Madre y en la FAO (seguramente la FAO se haya llenado, por temas de gestión/uso público, con agua de bombeo ante la sequía que hay en la marisma). El resto de la marisma permanecía seca, si bien se intuye que puede haber de humedad en el suelo de ciertas partes. También podría que en zonas bajas cubiertas de castañuela y bayunco, hubiera algo de agua que no se detecta ya que predominaría la señal intensa de la vegetación frente al poco de agua bajo ella, pero sería difícil que pasase eso, porque vemos que hay otras zonas con cotas más bajas y sin vegetación en las que se ve claramente que no hay nada de agua. 

Bueno, y ahora vamos a ver el efecto de las intensas lluvias de la semana pasada en la siguiente imagen Sentinel 1 del día 26 de dicembre de 2021 (al igual que ocurre con el resto de "Sentinels", Sentinel 1 está por duplicado con un S1-A y S1-B. La resolución temporal en este caso es de 6 días):

Pues casi que lo mismo, un poco decepcionante, al final apenas han caído unos 100 mm de agua en la mayoría de estaciones cercanas a la marisma, y claramente no han sido suficientes para generar un llenado importante. De hecho, la inmensa mayoría de la marisma sigue seca. Lo bueno, que las próximas lluvias caerán sobre mojado y seguramente se noten bastante más en la inundación marismeña. 

Antes hemos hablado de algunas de las ventajas de las imágenes radar, una de sus contras parece bastante obvia, y es que las imágenes son bastante menos intuitivas que las tomadas con sensores ópticos. Básicamente lo que vemos son niveles de grises que reflejan la intensidad con la que se ha recibido el eco. De modo muy simplista, podríamos decir que cuanto mayor verticalidad en la superficie, mayor será el valor del eco recibido (fijaos en como resaltan los barcos frente al Puerto de Huelva). Y cuanto más "plana y quieta" sea la superficie, menor será el valor de intensidad (el mar en calma se vería mucho más negro que el mar agitado por ejemplo).

A pesar de todo, y aunque ya lo hemos comentado, decir que a poco que se conozca la zona se intuyen bastante bien las áreas inundadas. Vemos que no llegó a producirse la esperada avenida por el Guadiamar entrando por el caño Travieso, pero que sí ha empezado a entrar con fuerza La Rocina, llenando "La madre" frente a El Rocío y corriendo aguas abajo para ir llenando la parte occidental de la marisma. Al sur se observa algo de agua en los lucios de El Membrillo, Molinillo, Sanlúcar, etc... Curiosamente no parece haber nada de agua en el Lucio de los Ánsares, el Lobo o Marilópez. 

Por último, una de las aplicaciones más útiles de las imágenes radar para el estudio de la inundación es la comparación de dos imágenes para ver como ha cambiado la cobertura de la superficie entre ambas. Así, si comparamos las 2 imágenes del 20 y el 26 de diciembre, podremos obtener la superficie inundada que ha aumentado entre ambas fechas:

Ahí (😥) veis un recorte (perdón porque es bastante "grosero") de la imagen del día 26 y sobre ella en azul las nuevas zonas inundadas con respecto a la imagen del día 20. Si os fijáis, también se ve muy bien como se van llenando los arrozales. 

Bueno, pues aquí acaba este post. Estaba esperando a que saliera la Sentinel 2 de hoy para ponerla, pero salgo ya de vacaciones :)

Queda pendiente la Sentinel-2 para el próximo post sobre inundación. Buena entrada de año a todos!


Pd. El título de 4 años de sequía viene de una conversación de WhatsApp. Me gustó mucho porque es como decir que 100 litros de lluvia no bastan para llenar la marisma tras 4 años de sequía. La verdad es que no he mirado cuanto tiempo llevamos de sequía oficialmente, pero de seguro que son ya varios años con pocas precipitaciones y escasa inundación en la marisma. A ver si este ciclo hay más suerte...

























 

jueves, 18 de noviembre de 2021

Campaña del LAST en el marco de la misión CHIME de la ESA

El LAST, la Universidad de Huelva y la Universidad de Cádiz, participaron este verano, junto con otros equipos de Europa y EEUU, en un experimento de toma de datos en campo para garantizar el desarrollo de una nueva misión, CHIME, próximamente en órbita. La Misión CHIME (Copernicus Hyperspectral Imaging for the Environment), es una de las seis nuevas misiones que la Comisión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA) están desarrollando para ampliar las capacidades del actual programa Copernicus de observación de la Tierra. Copernicus proporciona información precisa, actualizada y de fácil acceso tanto de satélites medioambientales como de bases terrestres. Su objetivo es mejorar la gestión del medio ambiente, comprender y mitigar los efectos del cambio climático y garantizar la seguridad ciudadana. En este marco, la misión CHIME aporta observaciones hiperespectrales en el rango del infrarrojo de onda corta y el visible para apoyar y mejorar las políticas de gestión de la UE relacionadas con los recursos naturales. Los datos de la misión CHIME podrán utilizarse para apoyar la gestión forestal, la sostenibilidad de la biodiversidad y los ecosistemas, y evaluar la degradación ambiental de ambientes terrestres y costeros.

El Laboratorio de SIG y Teledetección de la Estación Biológica de Doñana (LAST-EBD) ha participado en el programa CHIME con sendas campañas de Radiometría en el Espacio Natural de Doñana y en las minas de Ríotinto realizadas el 25 de junio de 2021, siguiendo la metodología propuesta por el CSIRO. Con estas campañas el LAST proporcionará datos para calibrar diferentes sensores hiperespectrales.

Los satélites de observación de la Tierra necesitan de una correcta calibración de los sensores de a bordo. La calibración con referencia terrestre o vicaria se basa en la medición de la reflectancia terrestre y las propiedades atmosféricas coincidiendo con la adquisición de las imágenes de satélite en el área de interés. Para ello es necesario contar con un área sobre el terreno de gran superficie, plana, uniforme espectralmente e invariante en sus propiedades radiométricas, que permita la validación de la reflectancia en superficie para la inter-comparación entre sensores. En nuestro caso se eligieron dos zonas de interés:

- Una zona de desechos mineros benignos en las minas de Riotinto, de utilidad para la línea del programa de caracterización de suelos mineros y materias primas.

-  Un área dunar en el Espacio Natural Protegido de Doñana, para el apoyo a la línea de preservación del medio ambiente, en especial para el seguimiento de ecosistemas tanto terrestres como acuáticos (estuario, marisma y lagunas temporales).


 En ambas zonas se tomaron datos espectrales con un espectroradiómetro ASD FieldSpec 4 y Pro FR midiendo en el visible y en el infrarrojo de onda corta (SWIR, 400-2500 nm) (https://digital.csic.es/handle/10261/252082). Las mediciones atmosféricas se llevaron a cabo con un fotómetro solar polarizado CIMEL en Doñana y un microTops de mano en Riotinto. Además, la ICTS-RBD dispone de 4 torres de intercambio de flujo (Eddy covariance) y 3 radiómetros Ramses (TriOS) ubicados permanentemente en Doñana.

La campaña pretende contribuir a la comparación radiométrica y calibración de varios sensores que tomaron simultáneamente imágenes de las zonas seleccionadas (± 1 hora): el sensor aeroportado AVIRIS-NG, el sensor italiano PRISMA, y el DESIS, a bordo de la Estación Espacial Internacional. También se sobrevolaron las zonas seleccionadas con los sensores Hyperspec y FireflEYE a bordo del UAV DJI Matrice 600 PRO.

Agradecemos el apoyo de la Dra. Uta Heiden del DLR por facilitar los datos DESIS, del Dr. Ettore Lopinto por los datos PRISMA, a la ESA por los datos AVIRIS-NG extensiva a su tripulación de vuelo y al INTA por los datos de composición atmosférica del CIMEL y el préstamo del microTops.

domingo, 31 de enero de 2021

Nueva adquisición: ASD Fieldspec 4 Standard Resolution

En mayo de 2019, el Laboratorio de Sistemas de Información Geográfica y Teledetección de la Estación Biológica de Doñana iniciamos los trámites para la adquisición de un nuevo espectro radiómetro dentro del proyecto: “Mejora del equipamiento para radiometría de campo y toma de verdad terreno con alta precisión sobre cubiertas naturales” cofinanciado con fondos FEDER, referencia EQC2019-005790-P. Pudiendo iniciar el pliego de compra en junio de 2020 y recibiendo el aparato en enero de 2021.

El nuevo espectro- radiómetro ha sido un ASD FieldSpec 4 Standard Resolution (Figura 1). Tiene un rango espectral que va desde los 350 nm a 2 500 nm. Posee tres detectores uno en el VNIR (1 000 nm), otro en el SWIR 1 (1 001-1 800 nm) y el ultimo en el SWIR 2 (> 1 800 nm). Con un total de 2 151 bandas con una resolución espectral de 3 nm a 700 nm y de 10 nm a 1 400 nm. Posee una fibra óptica de 1.5 m de largo y 25º de apertura (FOV), cubierta de bobina de acero y fibra Kevlon para una mejor protección. Incluye un panel de referencia calibrado de 13 cm y 99% de reflectividad. Un ordenador portátil para el manejo del equipo vía WiFi o conexión Ethernet. Un soporte para la fibra con nivel de burbuja y mira laser.

Figura 1. Detalles y equipo del Espectro-radiómetro. A) vista lateral del radiómetro con la fibra óptica. B) Spectralon blanco 99% reflectancia. C) referencia de la calibración del panel con el equipo. D) ordenador portátil para el manejo del equipo. E) Panel de referencia blanco de 9 cm de diámetro, sin calibrar F) Lámpara halógena de cuarzo‐tungsteno para mediciones en interiores con un haz de luz estable en todo el rango de medida. G) Detalle frontal de soporte para la fibra óptica con visor laser. H) Detalle lateral del soporte para la fibra óptica.

Este radiómetro complementa y actualiza el adquirido en 2004 el espectro-radiómetro de campo ASD Fieldspec Pro JR/A110080 (http://www.aet.org.es/files/I_Jornada_ASD_Ricardo_Diaz.pdf). Durante estos 15 años ha sido utilizado para diferentes proyectos y con diversos objetivos entre otros:

1.  Se utilizó de manera muy especial en el experimento de Radiometría de la vegetación acuática sumergida de Doñana (Figura 2): variación temporal de las firmas espectrales presentado en septiembre de 2011 en el congreso: Teledetección Bosques y cambio climático y en las Actas XIV Congreso Asociación Española de Teledetección

https://www.researchgate.net/publication/236586571_Radiometria_de_la_vegetacion_acuatica_sumergida_de_Donana_variacion_temporal_de_las_firmas_espectrales

Figura 2. Experimento RSAV (Radiometry of Submerged Aquatic Vegetation). A) Detalle de la Tapa con la lámpara y la fibra óptica insertadas. B) Esquema del “Cubo radiométrico” con medidas a varias alturas. C) Fotografía del Cubo radiométrico. D) Muestra de suelo sin cobertura vegetal. E) Muestra de Ruppia drepanensis en las primeras semanas del experimento. F) Muestra de Ruppia drepanensis a la mitad del experimento y 100% de cobertura. G) Firmas espectrales de Ruppia drepanensis para diferentes semanas del experimento. H) Firmas espectrales de los macrófitos estudiados durante la semana 21 del experimento. I) Interior cámara climática con los acuarios y las distintas plantas

2.     Para la corrección radiométrica de los vuelos hiperespectrales (Figura 3) realizados sobre Doñana en:

2008 http://last-ebd.blogspot.com/2008/12/vuelo-del-ahs-abril-de-2008.html

2010 http://last-ebd.blogspot.com/2010/05/campana-ahs-donana-2010-6.html

2011 http://last-ebd.blogspot.com/2011/05/campana-ahs-donana-2011-3.html

2013 http://last-ebd.blogspot.com/2013/05/campana-ahs-donana-2013-9-resultados.html

2015 http://last-ebd.blogspot.com/2015/05/campana-ahs-donana-2015-5-la-ejecucion.html

Figura 3. Medidas de campo para la corrección radiométrica de imágenes hiperespectrales. A) Esquema de toma de medidas en zigzag sobre la zona de muestreo. B) Fotografía tomada en la intercalibración de nuestro radiómetro con el del INTA sobre una malla negra agrícola. C) Imagen extraída de Google earth donde se pueden apreciar las mallas agrícolas colocadas para el momento del vuelo 15 de mayo de 2015. D) Firmas espectrales de malla negra, malla blanca y duna. E) Fotografía de la muestra de duna. F) Fotografía de la muestra de Helechos. G) Fotografía de la muestra de Pastizal. H) Zona cubierta por el sensor AHS. I) Zona cubierta por el sensor CASI.

 3.    Para la generación de la librería de firmas espectrales (Figura 4) del matorral de la RBD de la Tesis doctoral de Marcos Jiménez Michavilla 2011 dirigida por Dr. Ricardo Díaz-Delgado

Figura 4. Detalles de la Tesis de Marcos Jiménez Millavilla. A) Toma de medida sobre Erica scoparia. B) Firma espectral de Erica scoparia durante la época húmeda. C) Firma espectral de Haliminum halimifolium durante la época húmeda. D) Firma espectral de Erica scoparia durante la época seca y fotografía. E) Firma espectral de Haliminum halimifolium durante la época seca y fotografía. F) Composición en falso color infrarrojo mejorado con el sensor AHS sobre la Reserva Biológica de Doñana. G) Mapa con el porcentaje de ocurrencia de Erica scoparia. H) Mapa con el porcentaje de ocurrencia de Halimium halimifolium

4.  Para su uso como valores radiométricos de referencia en diferentes procedimientos de corrección radiométrica de imágenes satelitales Landsat 7 ETM+, Landsat 8 OLI y sentinel 2 MSI publicado en Remote Sensing (https://www.mdpi.com/2072-4292/9/12/1319) y formando parte de la Tesis doctoral de Joan C. Padró

5.    Para la corrección radiométrica de vuelo hiperespectrales (Figura 5), en el proyecto “Characterization of the epikarst: application to the karst massif of the Sierra de las Nieves”de Víctor Rodríguez-Galiano de la Universidad de Sevilla y para la comparación de muestras de suelo entre variables radiométricas y químicas.

Figura 5. Fotos trabajo campo y laboratorio: A) malla agrícola blanca, B) cantera de grava, C) centro de balsa de la explotación minera, D) muestra radiométrica de suelo en laboratorio.

6.     Para la validación de imágenes hiperespectrales con dron de diferentes especies vegetales (Figura 6)

Figura 6. Fotos trabajo de laboratorio: A) toma de medidas, B) hojas de lentisco, C) hojas secas de castaño, D) hojas verdes de castaño con frutos, E) frutos de lentisco

viernes, 14 de julio de 2017

Más sobre el fuego de Doñana

Quería añadir algunas cosas más sobre el incendio sucedido a finales de junio en Doñana, ahora que han pasado unos días y hay algo más de tiempo para reflexionar.

Por una parte,  en el LAST-EBD, Ricardo Díaz-Delgado ha elaborado un mapa de severidad del incendio utilizando imágenes de satélite de Landsat 8 (anterior y posterior al incendio) y usando un algoritmo reconocido y evaluado para estimar severidad de incendio con imágenes de satélite

Se ha utilizado una imagen Landsat del día 3 de julio y se ha comparado con la fecha anterior disponible. Esta cartografía muestra 4 severidades basada en un procedimiento muy reconocido: la diferencia entre los índices Normalized Burn Ratio (NBR) de la imagen anterior (del 17 de junio) menos el NBR posterior al incendio.

Cartografía de severidad del incendio de Doñana usando imágenes de Landsat 8


La severidad suele ser el primer criterio a considerar a la hora de planificar cualquier mínima gestión post-incendio. Como veis en este fuego no se han alcanzado severidades extremas (usando la escala del USGS). También hay que decir que la imagen no está corregida atmosféricamente y por ello podría variar un poco con una imagen de reflectividades de superficie. Hemos solicitado dichas imágenes corregidas y estamos a la espera de recibirlas.

Nuestra estima del área quemada son unas 1000 ha más que la estima oficial de 8500 ha.  Nosotros hemos estimado una superficie afectada de 9547,69 ha. También podéis ver que en general la severidad ha sido baja (5400 ha) lo que es una buena noticia pensando en la regeneración post incendio.

Las estimas de severidad difieren drásticamente de las publicadas previamente por Copérnicus, sobre todo en el grado de detalle espacial y en la superfice afectada por cada nivel de severidad.  Copérnicus da una estima de 7800 ha de elevada severidad y sólo 500 ha de severidad moderada. Dado que no sabemos exactamente la metodología empleada ni la escala de referencia no podemos opinar.


Finalmente quería añadir algunas otras imágenes para dar una idea de que tipo de información puede proporcionar la teledetección sobre los incendios.
 Los sensores a bordo de satélites pueden detectar los fuegos de tres maneras. Por el calor que desprenden, y eso genera una anomalía térmica detectable por sensores en el infrarojo térmico. Por ejemplo los sensores MODIS a bordo de los satélites Aqua y Terra (EE.UU) generan un producto diario de anomalías térmicas nocturna y diurna aunos 300 m de resolución. Por la luz que desprenden, y eso es visible en los satélites como el SUOMI NPP que recogen imágenes de luz nocturna. También se genera un producto diario. Y finalmente por el humo, normalmente visible en imágenes de alta resolución; pero también detectable en sensores que generan imágenes de concentración de aerosoles. Algo más abajo podéis encontrar algunos ejemplos para el incendio de Doñana.


Esta es la imagen de luz nocturna recogida por el satélite SUOMI NPP el 25 de junio. Es dificil apreciar donde está el incendio ya que las luz que genera  se confunde con la luz de la ciudad de Huelva. Superpuesta en rojo están las anomalías térmicas detectadas por MODIS
Esta es una imagen de iluminación nocturna media de la zona para el año 2012 en el que se identifican bien los núcleos de población y se aprecia que Huelva no se extiende tanto como parece en la imagen anterior
Esta es la imagen de luz nocturna del 26 de junio y superpuesto en rojo las anomalías térmicas. Aquí se aprecia bien una serie de focos de luz que no coinciden con núcleos habitados y sin embargo coinciden con anomalías térmicas

La resolución temporal de estas imágenes (actualmente una o dos imágenes diarias) no las hace muy útiles para tareas de detección o para las labores de extinción; pero generan productos muy útiles para comparar la incidencia de fuegos a nivel global

Y a colación de esto viene un artículo publicado en Science, en la misma semana del incendio, en la que se analiza la incidencia de fuegos a nivel global en los últimos 18, y como no, usando datos de satélite. Curiosamente, frente a lo que parece ser la impresión subjetiva que uno se hace cada vez que hay un gran incendio cercano, tanto el área quemada como el número de incendios anuales ha disminuido un 25% a nivel global (para todo el planeta) en los últimos 18 años. Curiosamente,  los modelos globales para predecir incidencia de incendios no predicen esta tendencia, que se explica por el incremento en la extensión y la intensificación de la agricultura en las zonas tropicales de África y Sudamérica.

jueves, 29 de junio de 2017

Actualización área quemada y severidad del incendio de Doñana

La Comisión Europea tiene un servicio de gestión de emergencias denominado COPERNICUS que se alimenta de datos de teledetección. De hecho, la constelación de satélites Sentinel (o centinelas) se ha creado precisamente para proporcionar datos de teledetección a este servicio de gestión de emergencias.

Ya está disponible una cobertura con los límites del área quemada en el incendio forestal de Doñana, así como una estima del grado de severidad. Estos productos se generan para ayudar a Protección Civil en las labores de gestión de una crisis.

Auque COPERNICUS no da demasiados datos de como se ha generado el producto. Los mapas en PDF indican que se ha utlilizado una imagen Spot 7 del 27/06/2017 a las 10:26 UTC y de 1,5 m de pixel (o resolución espacial). La imagen tiene algunas nubes (pocas) así que hay algunas zonas sin datos.

Esta es la imagen de Landsat 7 del domingo 25 de Julio cuando el incendio ardía sin control. Se aprecia más oscura el área quemada y parecen apreciarse los focos activos en los bordes del área quemada.

Sobre la imagen de Landsat 7 he superpuesto el mapa de severidad proporcionado por COPERNICUS para el día 27. Se ve como el fuego siguió progresando el domingo y el lunes debido al fuerte viento del noroeste.

Aquí tenéis la totalidad del área quemada con relación al espacio protegido sobre una imagen de Landsat 8, primavera de 2017, libre de nubes y artefactos. El límite negro es la Reserva de la Biosfera de Doñana y en amarillo los límites del Parque Natural y Parque Nacional

Aquí un podéis ver ampliado el mapa de severidad en relación a los límites del Parque Natural de Doñana

Finalmente, aunque los mapas de severidad os los podéis descargar gratuitamente de COPERNICUS, he preparado un shapefile más sencillo y más fácil de manejar que os podéis descargar aquí. Entre otras cosas, tiene estimadas las superfices afectadas y tiene sistema de referencia (una de las ventajas de hacerlo en Qgis)