Dentro del programa de conferencias del Aula Francisco Morán que organiza la Asociación Meteorológica Española (AME), José Ignacio Prieto nos habló sobre las aplicaciones de los datos de los satélites meteorológicos, especialmente aquellas menos empleadas, habida cuenta de que el principal usuario de estos satélites son los modelos numéricos de predicción meteorológica. No obstante, la información aportada por los satélites meteorológicos tiene también aplicaciones muy interesantes.  A continuación, se presenta un resumen.

Algo de historia: ¿cúando se lanzó el primer satélite meteorológico europeo?

A finales de los años 1970 se lanzó el primer satélite geoestacionario europeo para vigilancia del tiempo meteorológico (METEOSAT). Los satélites geoestacionarios rotan con la Tierra, por lo que el dominio espacial que cubre es constante: Europa, África, Sudamérica y el Atlántico en el caso del METEOSAT. Por el contrario, los satélites polares dan la vuelta a la Tierra viajando del polo norte a polo sur. El primer METEOSAT llevaba a bordo un sensor que captaba la radiación en una banda electromagnética en torno a las 6 micras (µm), una región espectral dominada por absorción del vapor de agua de estas radiaciones. Las imágenes proporcionadas, aparentemente borrosas, no eran bien entendidas y apenas utilizadas. Pasó una década hasta que surgieron usos para esa banda electromagnética en la validación de modelos numéricos, la comprensión de estructuras sinópticas frontales y el trazado de límites atmosféricos entre masas de aire con distinta humedad y temperatura. La ingeniería iba un paso largo por delante de la ciencia.

Satélites meteorológicos actuales: aplicaciones

Actualmente los satélites meteorológicos, en gran número orbitando nuestro planeta, siguen sin ser suficientemente aprovechados, y su uso está eclipsado por los resultados o \’salidas\’ de los modelos numéricos de predicción, más “elegantes y limpios de ruido“. José Ignacio Prieto estima  que los satélites hoy en día generan 50 veces más datos que hace veinte años. Sin embargo, su uso no-operacional (estudios, análisis, interpretación) apenas es 3 veces más. Su aplicación en vigilancia mteorológica no ha crecido, reemplazada por la predicción numérica.  Sin embargo, muchos detalles aportados por las imágenes satelitales, con su evidente actualidad, pasan desapercibidos sin la atención de personas dedicadas a su inspección constante. La figura 1 muestra algunas series de satélites en operación, entre las que destacan las más tradicionales de GOES (EE.UU.), HIMAWARI (Japón) y METEOSAT (Europa).

Los satélites meteorológicos son una fuente inagotable de información, que supera lo que tenemos tiempo de mirar críticamente, es decir, están infrautilizados. José Ignacio Prieto declara que, aparte de la operación  meteorológica, generalmente cada imagen aportada sólo se usa diez veces antes de quedar enterrada en un archivo del que rara vez asomará de nuevo. Los datos de esas imágenes podrían tratarse en el futuro como \»big data\», dejando que los algoritmos saquen sus conclusiones, pero esa fase no está madura, por lo que es conveniente explorar aún las radiancias recogidas por los satélites con ojo crítico y dedicación artesanal.

No en vano los datos aportados por los satélites meteorológicos son útiles, entre otras aplicaciones, para evaluar todas las fases del ciclo hidrológico: precipitación, evapotranspiración, inundaciones y recursos hídricos, humedad del suelo, riesgos de sequía y casi cualquier parámetro que se nos ocurra. JASON, en órbita cuasi-polar, es un satélite altimétrico que contribuye a la medida de anomalías en la elevación del nivel de los océanos, que caracterizan fenómenos como El Niño. También son útiles los satélites sobre los continentes para cualquiera con un interés en el medio ambiente, riesgo agrario, gestión forestal o como herramienta de análisis estadístico y programación.

La segunda generación de METEOSAT (MSG, acrónimo de Second Meteosat Generation), operativo desde  2003 hasta hoy) puso el color de moda en círculos satelitarios. El polvo atmosférico aparece en color rosa en ciertas combinaciones de canales según la técnica RGB (Red Green Blue), con información de distintos canales por cada tubo de color básico rojo, verde y azul. El polvo contrasta cromáticamente con las gotitas y cristales de hielo en las nubes. Sobre el suelo de los desiertos, el dominio infrarrojo descubre mejor la presencia de polvo que el dominio de la luz solar. Un ejemplo de esta aplicación de las imágenes satelitales se muestra en la figura 2.

Las erupciones volcánicas son un campo aledaño al meteorológico en las aplicaciones de los canales térmicos, los más comunes en satélites de órbita alta, o geoestacionarios. La onda sonora que generan los volcanes crea zonas densas y rarificadas en los gases atmosféricos absorbentes, como el vapor de agua, tal que esas zonas son registradas por los sensores de los satélites en torno a 6 µm (figura 3, izquierda). Además, sus piroclastos y los gases sulfúricos emitidos dejan su particular huella en los canales infrarrojos, por ejemplo en torno a 8 µm, lo que permiten corregir los modelos atmosféricos de difusión de cenizas, basados únicamente en la dinámica de los vientos, además de evaluar la concentración de polvo (figura 3, derecha).

La detección y seguimiento de incendios es una aplicación de los satélites servida por canales entre el espectro solar y el infrarrojo. La parte de suelo que arde en el pixel aporta mucha más energía que el resto, incluso si no llega al 1% de su superficie. Esto permite una detección precoz de focos. Ese efecto \»subpixel\» de amplificación de la señal permite detectar fuegos incipientes de decenas de metros de diámetro si son intensos. Allí donde hay absorción radiativa, el sensor del satélite registra la temperatura del gas caliente por encima del incendio, que puede ser dióxido de carbono (CO₂) en canales en torno a 3.8 µm, o vapor de agua en torno a 2 µm, aunque las longitudes de onda bajas son útiles sólo de noche, sin la competencia de  la radiación solar. En canales sin absorción, la temperatura medida será la del suelo, que debe estar tan caliente que emita más radiación que la que refleja el suelo procedente del Sol. Según la intensidad del incendio, las longitudes más indicadas para uso en detección de fuegos son 3.8 µm para fuegos moderados, 2 µm para fuegos muy intensos o focos intensos con tamaño reducido, y 10 µm para incendios extensos. Los satélites geoestacionarios ofrecen una cobertura temporal adecuada a la emisión de avisos. Las imágenes compuestas de estos canales simulan fuegos de distinta gravedad, como se ilustra en la figura 4.

Como complemento a esta aplicación de los satélites en la detección y seguimiento de los incendios forestales, se sugiere la lectura de la entrada del Blog con título “Riesgo de incendios forestales: experiencia de AEMET“ (https://wp.ame-web.org/riesgo-de-incendios-forestales-experiencia-de-aemet/).

Es oportuno añadir que, como muestra de los últimos avances técnicos en el desarrollo de los satélites meteorológicos, a partir del próximo septiembre 2023 está previsto que estarán disponibles los datos e imágenes del satélite MTG-I1, de tercera generación.

El último mensaje que nos transmite José Ignacio Prieto, a partir de su densa experiencia en esta temática, es que las aplicaciones de los satélites, lejos de ser bien conocidas, ofrecen un campo para la imaginación y creatividad de los científicos y aficionados, teniendo hoy a su disposición un inagotable caudal de información para su provecho.

Para más información y detalles de los contenidos de la charla, es aconsejable acceder a su grabación en YouTube, la cual incluye interesantes animaciones de imágenes satelitales.