La nieve ¿blanca o negra, rosa o roja,..?

Muchos soñaban con unas navidades blancas para el 2004 y principios del 2005, y la madre naturaleza, o mejor dicho, la atmósfera hizo le mejor regalo de Navidad para los amantes de la nieve: nevadas generalizadas en el norte peninsular y, en especial, Castilla-León. Burgos, León Palencia y otras poblaciones peninsulares. Las nevadas llegaron a afectar zonas bajas costeras acompañadas por fuertes vientos.

Atardecer en la Sierra del Cadí desde el Pot del Comte
Atardecer en la Sierra del Cadí desde el Port del Comte 8 de Noviembre de 2004. El cálido atardecer y la luz de las nubes rosáceas se reflejan sobre la nieve de la montaña dando este aspecto idílico y maravilloso sobre el manto nevado. El blanco de la nieve, que se deja ver en algunas cimas, se ve sustituido por el rosa. Autor Francisco Peláez

Identificación de las zonas nevadas desde satélite 
Aplicación a la situación del 23-29 diciembre 2004

RAM

Parte I

Muchos soñaban con unas navidades blancas para el 2004 y principios del 2005, y la madre naturaleza, o mejor dicho, la atmósfera hizo le mejor regalo de Navidad para los amantes de la nieve: nevadas generalizadas en el norte peninsular y, en especial, Castilla-León. Burgos, León Palencia y otras poblaciones peninsulares. Las nevadas llegaron a afectar zonas bajas costeras acompañadas por fuertes vientos.

Las estaciones de esquí se vieron gratamente sorprendidas por esta precipitación sólida que hizo frotar las manos a más de un empresario, no por el frío sino por los posibles beneficios económicos que conllevaba la blanca precipitación.

La cara opuesta de la moneda la teníamos en los miles de conductores que se vieron afectados en las carreteras cortadas, puertos cerrados o de difícil tránsito. Miles de personas se vieron inmovilizadas en las trampas blancas de las carreteras, especialmente en las de Burgos. Horas de espera en hoteles, polideportivos y, a veces, en sus propios coches.

La entrada de aire polar marítimo estaba anunciada con antelación por los modelos de predicción del tiempo, y así llegó. En este breve reportaje mostraremos algunas imágenes desde diferentes satélites. Trataremos de analizar las imágenes tomadas en un canal muy útil por los técnicos de meteorología y cuya disponibilidad en las páginas de Internet es relativamente baja: en canal centrado en la banda de 1.6 µm. Usaremos imágenes del satélite geoestacionario Meteosat y la información de los satélite polares TERRA/AQUA de la NASA.

Técnica de identificación de la nieve mediante imágenes de satélite

La nieve tiene gran poder reflectante en los canales visibles “clásicos”, VIS, como lo tienen la mayoría de las nubes, y de esta forma las percibimos por nuestros ojos sensibles a su reflejo durante el día. Por este motivo, es fácil la identificación de la nieve si no existen nubes que la sobrevuelen durante el día. La nieve se ajusta muy bien a los accidentes orográficos siendo especialmente fácil su identificación en las zonas de montañas: las áreas elevadas aparecen en blanco con sus formas características dendríticas. La cosa se complica, como se comentó anteriormente, si existen nubes sobre ellas o en sus cercanías, ya que se suelen confundir con la nieve al reflejar la luz solar de forma muy parecida a ésta.

Los canales infrarrojos, IR, son menos útiles pues la superficie de la nieve emite a temperaturas próximas a la de la tierra y no es posible su identificación con facilidad. Por eso, cuando llega la noche la capacidad de detección de las zonas nevadas por los satélites meteorológicos se ve mermada.

Un canal mágico, el NIR-1.6 µm: la nieve oscura

Los satélites polares TERRA y AQUA de la NASA poseen un sensor, MODIS, con multitud de canales centrados en diferentes bandas espectrales, 36 en total, que van desde las longitudes de onda de los 0.4 µm (visible, VIS) hasta los 14.4 µm (infrarrojo, IR). Además de los canales estándar, VIS e IR, cuyas imágenes estamos acostumbrados a ver en los diferentes portales de Internet, el sensor MODIS posee otras formas de analizar y escudriñar la atmósfera y la tierra. Lo mismo podemos decir del nuevo satélite geoestacionario Meteosat MSG/MET 8. Estos satélites son capaces de suministrar imágenes en las longitudes de onda 1.6 µm.

La nieve y las imágenes en el canal 1.6 µm

Este canal centrado alrededor de 1.6 µm comparte muchas propiedades de las imágenes visibles: la mayoría de las nubes aparecen blancas por su poder reflector y el mar aparece muy oscuro, pero, y he aquí la gran diferencia, las nubes formadas por cristalitos de hielo en sus topes y la NIEVE, en particular, poseen un poder reflector muy bajo. Dicho de otra manera, observando una imagen del canal centrado alrededor de las longitudes de onda de 1.6 µm durante el día veríamos la nieve como oscura, al reflejar muy poco, las nubes formadas mayoritariamente por gotitas de agua como blancas y las formadas por cristalitos de hielo como oscuras. Las zonas acuosas, mares, lagos y ríos aparecerían muy oscuras como en os canales VIS.

Durante la noche las cosas se complican al no disponerse de la información de los canales VIS ni del 1.6 µm.

Capacidad reflectora de las nubes y la nieve
La capacidad reflectora de las nubes y la nieve para longitudes de ondas en el espectro visible (0.4-08 µm, micrómetros) y en las longitudes próximas a 1.6 µm.

El ojo humano es sensible a las longitudes de ondas visibles (0.4 - 0.8 µm) y ve la nieve como blanca por su alta capacidad de reflejar la luz en dichas longitudes de onda. Si tuviéramos unos ojos adaptados a las longitudes de onda cercanas a los 1.6 µm, veríamos que la nieve refleja poca energía solar y aparecería ante nuestros ojos como negra o a lo sumo oscura. Algunos satélites (MET8/MSG, AQUA y TERRA, pero no los TIROS-NOAA) llevan a bordo un sensor con dicho canal.

Realzando la nieve para su identificación

Utilizando y combinado diferentes canales mediante técnicas especiales, como la RGB (Red-Green-Blue), que no se describirá en este trabajo, podemos realzar elementos, superficies, tipos de nubes, características topográficas, etc., incluso la nieve. De esta forma se generan las imágenes en falso color ya que su presentación no se corresponde con la observada supuestamente por una persona a bordo de un satélite. Por el contrario, tenemos otras que se les denominan de color verdadero, que también utilizan dichas técnicas, pero ahora se trata de presentar las superficies observada de forma similar a las percibidas por el ojo humano.

Las imágenes en falso color que mostraremos se generan durante el día y emplean tres canales o bandas: la banda VIS 0.479 µm, la banda NIR 1.6 µm, que es fundamental para la identificación de la nieve, y otra banda NIR 2.1 µm. A veces, a los canales NIR se les llama canales infrarrojos de onda corta. Mediante esta técnica, la nieve se puede realzar para que aparezca de un color cian oscuro, por ejemplo, al igual que las nubes cuyos topes son muy fríos y están formados por cristalitos de hielo. Las zonas con vegetación aparecen verdes, los mares y océanos oscuros, las nubes formadas por gotitas de agua aparecerán en blanco y la tierra en un color natural.

La distribución del resto del trabajo será de la siguiente manera: se presentarán imágenes antes del día de las nevadas, 23 y 24; posteriormente, pasaremos a ver imágenes del 25 y 26, para terminar con el día después, 27. Jugaremos con la resolución espacial de las fotos presentadas para centrarnos en detalles significativos. Utilizaremos indistintamente las imágenes básicas por canales, las de falso color y color verdadero.

Los puntos rojos son zonas donde se han detectado algún tipo de singularidad cálida (incendio, quemas de productos, etc..) para el sensor MODIS en los satélite TERRA/AQUA. No prestaremos atención a ellos.

Antes de las nevadas. Días 23 y 24

Antes de las nevadas generalizadas, ya existían zonas cubiertas por el manto blanco asociadas a situaciones meteorológicas anteriores, preferentemente en las zonas muy altas. La situación anticiclónica dominaba la península.

Imagen del canal 6 de MODIS
Imagen del canal 6 (banda espectral 1.6 µm) de MODIS en baja resolución del 23 a las 11:07 UTC de la península y alrededores. Las zonas nevadas de los Alpes, Sistema Cantábrico y Pirineos aparecen en negro por la escasa capacidad reflectora de la nieve en este canal. El resto de las nubes aparecen más o menos en blanco, menos las formadas mayoritariamente por cristalitos de hielo, altas y frías, que también dan tonalidades oscuras. Fuente Universidad de Dundee.
Ídem que en caso anterior pero par el día 24
Ídem que en caso anterior pero para el día 24 a las 10:12 UTC. Las nubes al norte del Pirineo y las nieblas al sur contrastan con la nieve de las zonas altas en negro. El mar es mal reflector y también aparecen en negro. Fuente Universidad de Dundee.
Imagen en falso color del MODIS
Imagen en falso color del MODIS donde se realzan las zonas nevadas: la nieve en color cian intenso. Nubes en las gamas de blanco, con sus topes formados mayoritariamente por gotitas de agua, hasta el azulado-cian con topes fríos y conformadas por cristalitos de hielo. La nieve está cubriendo exclusivamente las zonas más altas de montaña: Pirineos, Cordillera Cantábrica, Ibérico, Sistema Central y Sierra Nevada. Estamos en el día 24, antes de las nevadas generalizadas en el norte. Imagen NASA.

Las nieblas del interior ocupan grandes áreas de Castilla –León, Valle del Ebro y algunas zonas de Cataluña y Galicia. Aparecen como estructuras nubosas muy uniformes blancas o algo azuladas. Sopla viento de levante en Alborán y Estrecho.

Los días de las nevadas, 25-26

La irrupción polar se generó por la entrada de una masa de aire frío y húmedo de tipo marítimo que en sucesivas oleadas entra por el norte peninsular como se aprecia en estas tres imágenes del Meteosat-7. Difícilmente podemos identificar en ellas las zonas nevadas.

Imagen IR del MET-7 del 25 de diciembre de 2004 a las 12 UTC.
Imagen IR del MET-7 del 25 de diciembre de 2004 a las 12 UTC.
Ídem que en el caso anterior pero del 26 a las 12 UTC.
Ídem que en el caso anterior pero del 26 a las 12 UTC.
Detalle de la imagen VIS del MET-7 del 26 a las 12 UTC.
Detalle de la imagen VIS del MET-7 del 26 a las 12 UTC.

La utilización de los canales VIS e IR tradicionales nos ofrece pocas posibilidades de discriminar fácilmente durante el día la extensión de las zonas nevadas, sobre todo cuando éstas son sobrevoladas por nubes, como acontece en la última imagen mostrada.

Imagen del MODIS en falso color del 25 de diciembre durante el mediodía donde la nieve y nubes, cuyos topes están formados por cristalitos de hielo, están realzadas en cian. Se están produciendo las primeras nevadas.
Imagen del MODIS en falso color del 25 de diciembre durante el mediodía donde la nieve y nubes, cuyos topes están formados por cristalitos de hielo, están realzadas en cian. Se están produciendo las primeras nevadas. Imagen de la NASA.
Ídem que el caso anterior pero para el 26. La descarga fría ya está afectando de lleno a toda la península y Baleares
Ídem que el caso anterior pero para el 26. La descarga fría ya está afectando de lleno a toda la península y Baleares. Imagen de la NASA.

El día después, 27

Ya se han producido las grandes nevadas, especialmente en el norte peninsular y sobre todo en Castilla-León.

Canal 6, 1.6 µm, del sensor MODIS del 27 a las 10:40 UTC
Canal 6, 1.6 µm, del sensor MODIS del 27 a las 10:40 UTC. Las grandes zonas nevadas se observan en negro o con tonalidades muy oscuras. Las áreas oscuras han aumentado considerablemente respecto al día 23 y 24. Obsérvese como las nubes que sobrevuelan las zonas de Castilla-León aparecen blancas en este canal. Fuente Universidad de Dundee.

Las nevadas han cambiado la fisonomía de parte de la península y durante estos días los vientos intensos generan ondas de nubes a sotavento de las cadenas de montaña con topes algo frío. Entre la cresta de una onda y otra se divisa el terreno nevado sobre todo al norte de Castilla-León.

Imagen MODIS en verdadero color
Imagen MODIS en verdadero color, generada por la combinación de varios canales, entre ellos el 1.6 µm. La nieve no se puede distinguir de las zonas nubosas. Estas se intuyen gracias a las sombras negras que se proyectan sobre el manto blanco. Imagen NASA.

Ídem que el caso anterior pero imagen en falso color.
Ídem que el caso anterior pero imagen en falso color. Nótese como utilizando la información del canal 1.6 µm, podemos realzar las zonas nevadas y nubes con topes fríos. Imagen NASA.

Han aumentado las áreas montañosas con nieve como vemos en estas imágenes detalladas regionales del MODIS a más baja resolución en falso color:

Castilla-León

Castilla-León

Pirineos

Pirineos

Sistema Ibérico

Sistema Ibérico

Sistema Central

Sistema Central

Penibético

Penibético

Conclusiones

La nieve, blanca en los canales VIS y para los ojos del ser humano, da una señal diferente para las longitudes de onda del espectro centradas alrededor de 1.6 µm. De forma convencional, y en una escala de negro-grises-blanco, las imágenes de este canal presentan la nieve como zonas oscuras o negras ya que su poder reflectante durante el día es muy bajo. Gracias a esta propiedad se pueden combinar diferentes canales de los satélites MSG/MET8 y TERRA/AQUA (MODIS) para realzar las zonas nevadas. En todas estas imágenes y productos derivados es donde se utiliza la señal del canal 1.6µm.

Fuente de los datos

Imágenes realzadas y referencias del MODIS

http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/

http://modis.gsfc.nasa.gov/

Estación receptora de la Universidad de Dundee con datos de MODIS y MET-7

http://www.sat.dundee.ac.uk/

Esta entrada se publicó en Reportajes en 08 Feb 2005 por Francisco Martín León