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Una breve introducción a la percepción remota para aplicaciones
de la calidad del aire
NASA ARSET- AQ Cursillo en líneaInvierno 2014
ARSET - AQ
Applied Remote SEnsing Training – Air Quality(“Capacitación de percepción remota aplicada – calidad del aire” en inglés)
Un proyecto de Ciencias Aplicadas de la NASA
Docentes: Rich Kleidman Pawan Gupta Jacqui Witte
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1ra semana
Introducción
2da semana
Satélites y sensores Imágenes
3ra semana
4ta semana
Aerosoles
5ta semana
Gases trazadores - 1
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Introducción 1ra semana
Resumen:
1.El programa de capacitación “ARSET”
2.Panorama del cursillo
3.Pros y contras de la percepción remota para trabajos de la calidad del aire
4.Información esencial para cualquier producto de la percepción remota
5.Tarea
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NASA y las ciencias de la tierraPrograma de ciencias aplicadas
Pronósticosecológicos
Eficienciaagrícola
Tiempo (Aviación)
Clima
Recursos hídricos
Gestión de desastres
Salud pública
Aplicaciones para la toma de decisiones: Ocho temáticas
ClimaCalidad delaire
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¿A quiénes capacitamos?
• Administradores y reguladores de la calidad del aire La EPA (ministerio de protección ambiental por sus siglas en
inglés), agencias reguladoras estatales y locales, Servicio Forestal de EEUU
• Científicos/Técnicos: Meteorólogos, pronosticadores y diseñadores de modelos de la calidad del aire, científicos de salud, investigadores de la calidad del aire
• Otros/público: gerentes de proyectos, representantes de agencias de salud, Banco Mundial
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Experiencia y conocimiento
CUALQUIER audiencia puede incluír una gran variedad de niveles de experiencia y conocimiento:
- Ningún conocimiento previo de la percepción remota y poca base científica
- Ningún conocimiento previo de la percepción remota y algo de base científica
- Experiencia rudimentaria con datos satelitales.
- Experiencia moderada con datos satelitales.
Gases trazadores - 2
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Hay mucho que aprender.
Dé un paso a la vez.
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¿Qué nivel de conocimiento necesita?
Conciencia
Competencia
Experiencia
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Algunas cosas que queremos saber acerca de los aerosoles
y los gases trazadores para aplicaciones de la calidad del aire.
Fuentes y sumideros
Concentraciones a nivel del suelo
Estimados de exposición humana
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Brauer M, Ammann M, Burnett R et al. GBD 2010 Outdoor Air Pollution Expert Group 2011 Sometido –bajo revisión
Estatus global de redes de monitoreo de PM2.5*
Brauer M, Ammann M, Burnett R et al. GBD 2010 Outdoor Air Pollution Expert Group 2011 Sometido –bajo revisión
*PM2.5- Particulate Matter < 2.5μm in diameter(partículas con menos de 2.5μm de diámetro)
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¿Para qué utilizar datos la de percepción remota?
Cobertura espacial
– Monitores terrestres- Sitios de recuperación satelital (MODIS) Áreas blancas – no hay datos(Probablemente debido a las nubes)
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Cobertura espacialCobertura de aerosoles de un día del MODIS
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Productos satelitales de la NASA para aplicaciones de la calidad del
aire
• Contaminación de partículas (polvo, bruma, humo) - Cualitativos: Imágenes visuales - Cuantitativos*: Productos de columna atmosférica
• Productos contra incendios: Ubicación de incendios o 'puntos candentes‘
Potencia radiativa de incendios• Gases trazadores - Cuantitativos*: productos de columna - Perfiles verticales: mayormente tropósfera media - Algunos productos de niveles 13
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Observaciones de satélites terrestresventajas y limitaciones
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Los instrumentos de percepción remota de los satélites que observan la Tierra se nombran según- 1) el satélite (también llamado plataforma) y 2) el instrumento(también llamado sensor).
Seis instrumentos:• MODIS• CERES• AIRS
• AMSU-A• AMSR-E• HSB
El satélite “Aqua”
Cuatro instrumentos:
• OMI
• TES
• HIRDLS
• MLS
El satélite “Aura”
Satélites vs. sensores
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Los sensores principales-AEROSOLESMODISMODerate resolution Imaging SpectroRadiometer*
Mide el total de aerosoles en columnaAOD - Aerosol Optical Depth (espesor óptico de aerosoles en inglés)*Espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada en inglés
MISRMulti-angle Imaging SpectroRadiometer*
AODTipo de partícula *Espectrorradiómetro de imágenes multi-ángulo en inglés
VIIRSVisible Infrared Imaging Radiometer Suite*
AODTipo de partícula*Conjunto de espectrorradiómetros de imágenes visibles e infrarrojas
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AIRS
Atmosphere Infrared Sounder*Sonda infrarroja atmosférica en inglés.
Los sensores principales- Gases trazadores
OMI
Ozone Monitoring Instrument**Instrumento de monitoreo de ozono en inglés.
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Algunos tipos de datos de aerosoles disponibles de
satélites.
Varios satélites proporcionan medidas de aerosoles sobre regiones globales utilizando la última tecnología a diario.
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Primavera Verano
Otoño Invierno
Bruma y contaminación
Contaminación y polvo
Polvo
Biomasa quemándose
Espesor óptico de aerosoles
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Aerosoles transportados a través del Atlántico
La cobertura global nos ayuda a estimar regiones de procedencia y transporte
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Observaciones de satélites terrestresventajas
Calidad del aire/ contaminación
– Ofrece cobertura donde no hay monitores a nivel del suelo– Vista sinóptica y transfronteriza (tiempo y espacio)– Contexto visual– Asesoramientos cualitativos e indicaciones de transporte de
larga distancia– Añade valor en combinación con modelos y monitores de la
superficie
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Observaciones de satélites terrestres Limitaciones
Voy a necesitar un
mejor telescopio
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1. Cobertura temporal
2. Resolución vertical de contaminantes
3. Falta de sensibilidad cerca de la superficie
4. Falta de identificación especifica del tipo de contaminante
Observaciones de satélites terrestres Limitaciones
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Cobertura temporalSatélites en órbita polar – una o dos observaciones al día por sensor
Satélites geoestacionarios – le falta calidad al producto en muchos lugares
- Observaciones polares
- Observacionesgeoestacionarias
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Limitaciones de datos satelitales
Casi todos los sensores satelitales son sensores pasivos. Los sensores pasivos miden la columna entera.
Puede que las medidas de columna reflejen o no reflejen lo que esté sucediendo a nivel del suelo. Esto es cierto aunque estemos midiendo aerosoles o gases trazadores.
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Los instrumentos “Lidar” pueden resolver la
distribución vertical.
Los instrumentos “Lidar” pueden resolver la
distribución vertical.
Los instrumentos “Lidar”pueden resolver la
distribución vertical
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Satélites principales en la percepción remota de la calidad del aire
2300 Km MODIS
2400 Km OMI
1Km“Lidar” a bordo de vehículos espaciales
380 Km MISR
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Observaciones de satélites terrestresLimitaciones
Calidad del aire/contaminación
– Falta de especificidad acerca de tipos de contaminantes.
– Resolución y escalas temporales a veces muy bajas
– Muchas veces no se sabe la distribución vertical
– Los datos satélitales no pueden usarse cuantitativamente para juzgar cumplimiento por ejemplo, para determinar si una región está lugrando su objetivo o no (Hoff and Christopher 2009).
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¿Podemos superar las limitaciones de lasmediciones satelitales en determinar el nivel de exposición a contaminantes a nivel del suelo ?
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Método de dos
variables
Métodomulti-
variable
Redneural
Modelo+
satélite
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Los grupos sensibles deben evitar toda actividad física afuera; las demás personas deben evitar la actividad prolongada o pesada.
Los grupos sensibles deven evitar la actividad prolongada o pesada; las demás personas deben reducir la actividad prolongada o pesada
Los grupos sensibles deben reducir la actividad pesada o prolongada.
Personas extremadamente sensibles deberían considerar reducir cualquier actividad pesada oprolongada.
Ninguno
Avisos cautelares
201-300
151-200
101-150
51-100
0-50
Valores de índice
PM10
(ug/m3)
PM2.5
(ug/m3)
Categoría
355-424
255-354
155-254
55-154
0-54
150.5-250.4
65.5-150.4
40.5-65.4
15.5-40.4
0-15.4Buena
Muy insalubre
Insalubre
Insalubre para los grupos sensibles.
Moderada
Las mediciones satelitales probablemente puedan usarse para determinar los niveles de
exposición
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La calidad de los datos está situada sobre un trípode
Datos satelitales Mediciones terrestres
y datos in situ
Modelos
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Una breve pausa para preguntas
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productos de percepción remota
Pasos prácticos en el uso de
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Archivos de datos
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Herramientas
Para preparar datos
Para utilizar datos
Herramientas en línea y fuera de línea
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La ciencia de la percepción
remota
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Algoritmos
Cocinar con aerosoles
Yoram Kaufmany
Didier Tanre
RECETAS
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Datos complementarios Productos relacionados, datos terrestres, datos
meteorológicos
A menudo se utilizan para obtener más información o para validar
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Datos complementarios
AERONET
Aerosoles MODIS
LADSWEBLance
Data Fed
GIOVANNI, RSIG
HDFLook, Matlab, IDL
Herramientas
Algoritmos
MODIS Ocean, Land, Deep Blue
Archivos
Productos de percepciónremota
Órbitas, sensores, espectros, transferencia radiativa
La ciencia de la percepción remota
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Muchos productos de percepción remotaMISR, OMI, Calipso, GOES
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¡Y es todo gratuito!
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Conozca sus conjuntos de datosConozca sus herramientas
¡Conozca a sus expertos en datos!
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Un breve recorrido de la página en línea ARSET – AQ
http://airquality.gsfc.nasa.gov
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Tarea
http://airquality.gsfc.nasa.gov/index.php?section=25
La 1ra tarea debe entregarse antes de la 2da sesión, miércoles 15 de enero 2014.
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