Nueva página de presentación "productos" derivados de EUMETSAT basadas en datos del MSG: Parte I

RAM
Artículo de febrero de 2008. Recuperado en julio de 2011.
Palabras clave: MSG, EUMETSAT, realces físicos, productos, imágenes derivadas, técnica RGB, canales.

Resumen

El portal de EUMETSAT pone a disposición diversos productos derivados e imágenes realzadas mediante la técnica RGB a partir de los 11 +1 canales que posee el satélite geoestacionario MSG, Meteosat Second Generation. Se analizan someramente la utilidad y limitaciones de los elementos mostrados en esta página con fines meteorológicos. No se harán comentarios de las salidas y productos del satélite polar METOP.

1. Introducción

EUMETSAT, European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, es una organización europea cuyo objetivo es mantener un conjunto de satélites meteorológicos europeos operativos que puedan suministrar datos en tempo real de forma continua para dar a poyo a los procesos y labores de vigilancia atmosférica a los servicios meteorológicos europeos, suministrar datos para estudios climatológicos y generar productos derivados durante las 24 horas del día los 365 días de año. Está formada por 20 países miembros de pleno derecho y 10 estados cooperantes de Europa a fecha de noviembre de 2007. Fue fundada en 1986.

Recientemente, y con el lanzamiento de los satélites MSG, que poseen 11 +1 canales y que cubren las longitudes de onda, visible, infrarrojo y de vapor de agua, se ha abierto la posibilidad de generar una multitud de productos derivados, además de los datos e imágenes proporcionados por cada uno de los canales de forma estándar e individualizada.

Desde hace ya tiempo EUMETSAT ha ido desarrollando algunos “productos” enfocados a la detección de nieblas (Fog), polvo en suspensión (Dust), entre otros y que estaban disponibles en la página de la propia organización de forma individualizada y separada. A finales de octubre de 2007, esto ha cambiado y está disponible una nueva interfase de Productos Derivados única en tiempo real en su web. Esta interfase ha supuesto unas nuevas capacidades de uso interactivo, posibilidad de descargas de imágenes, generación de secuencias más amigables, zonificación, zooms, etc. Además se recogen todos los productos que generan en una sola página y documentados.

Los productos derivados disponibles son los de Polvo- Dust, Nieblas- Fog, Masas de Aire - Airmass, Estimación de la intensidad de precipitación - MPE, Fuegos- Fire, Cenizas Volcánicas- Volcanic Ash, Índice de inestabilidad Global Global Instability Index (GII) y la imagen sobre Europa con el Visible de alta resolución, High Resolution Visible channel (E-View).

Figura 1. Nueva interfase de EUMETSAT con todos los productos disponibles en una sola página de forma amigable tanto para el MSG y METOP. Las salidas están zonificadas de forma que el usuario puede ver un área determinada de su interés. Fuente y crédito EUMETSAT.

Desde el punto de vista meteorológico los productos suministrados por EUMETSAT en esta página se pueden dividir y clasificar en dos tipos:

• Los generados mediante técnicas de realce RGB: Fog, Dust, Airmass, Ash, E-VIew.
• Los derivados por algoritmos físicos-meteorológicos: MPE, GII, FIRE.

Se analizarán y describirán en la RAM durante los próximos meses y en diversos apartados.

2. “Productos” basados en realces RGB

Realce simple a un solo canal o imagen

En determinadas ocasiones la información suministrada por una imagen o canal, usando una escala de grises, valores de brillo de 0-255 en representación negro-blanco, no es de mucha utilidad, como se aprecia en la figura 2a. Si se aplica un realce a dicha imagen y se trata de realzar un conjunto de topes de nubes, por ejemplo los más fríos, o valores de brillo más altos, se obtiene una imagen como la figura 2b. Estos realces se pueden hacer aplicando una escala de colores de forma que, y una vez más, se trate de destacar físicamente y visualmente elementos significativos de la imagen que interesen al usuario. En la figura 2c se han destacado los topes fríos con colores que el ser humano le es fácil analizar y visualizar. Los realces de un solo canal o imagen son llamativos y útiles, aunque algo limitado.

Figura 2. Imagen infrarroja de un día cualquiera para el oeste de Europa: a) imagen sin realzar b) Imagen realzada para destacar los topes fríos en una escala de grises y c) Ídem que el caso anterior pero con una escala de colores. Fuente: http://www.west-cheshire.ac.uk/weather/satellite.asp

Obsérvese que en la figura 2c se podría asignar otra escala de colores a las temperaturas de los topes nubosos a realzar, por ejemplo, las nubes bajas con topes más cálidos u otra característica a destacar en la imagen original. En este caso el realce sólo se aplica a una sola imagen o canal de la que se derive.

Realces RGB: ideas básicas

Otra forma de realzar o destacar elementos en las imágenes es utilizar la técnica de realce RGB (Red-Green-Blue). La mayoría de los colores que percibimos en la naturaleza se pueden construir por la combinación de tres colores primarios: Rojo-Verde-Azul. La descripción RGB (del inglés Red, Green, Blue; "rojo, verde, azul") de un color hace referencia a la composición del color en términos de la intensidad de los colores primarios con que se forma: el rojo, el verde y el azul. Es un modelo de color basado en la síntesis aditiva, con el que es posible representar un color mediante la mezcla por adición de los tres colores luz primarios. Si a nuestros ojos enfocamos con tres puntos luminosos de rojo-verde-azul y variamos la intensidad de cada uno de ellos podríamos observar una gran cantidad y variedad de colores. Estas intensidades podrían ir para cada color primario de 0 a 255. Un color secundario podría estar formado por la terna de tres intensidades (120, 100, 200) y obtener así un nuevo color.

Las imágenes digitales de satélite, radar, etc., poseen valores físicos y meteorológicos de radiancia, intensidad de precipitación etc., respectivamente, y se pueden escalar para su presentación en un conjunto de valores, por ejemplo entre 0 y 255. De esta forma y si usamos el canal infrarrojo 10.8 um, podemos asignar el 0 a valores muy cálidos y 255 a los valores de topes nubosos muy fríos, para el caso de los canales infrarrojo del MSG. Entre 0 y 255 estaría el rango térmico de temperaturas de brillo en el canal IR10.8 del MSG. De la misma manera podríamos hacer con los valores de temperaturas de brillo con otros canales IR 12.0, WV0.62, VIS0.6, etc., así con los 11+1.

Si ahora se utilizan tres canales diferentes (IR10.8, IR12.0, VIS0.6) ó diferencias entre ellos (IR10.8-IR12.0, IR3.9-IR10.8, IR12.0) con sus valores de brillo, que van de 0 a 255, y los asignamos a un color primario, por ejemplo (R, G, B) a cada canal, obtendríamos una imagen realzada formada por la combinación de tres canales o diferencia de canales. Un píxel o celdilla de la nueva imagen estará formada por una terna de valores de brillo, por ejemplo (130, 140,75) que vendrán de varios canales elegidos convenientemente. De esta forma la celdilla de la nueva imagen estará representada por un nuevo color formado por la terna 130-rojo, 140-verde, 75-azul. El resultado final es que la nueva imagen realzada tiene información de los canales utilizados y se nos muestra con unan gama de colores secundarios.

Realces RGB meteorológicos

Como siempre, se pretende realzar algunos elementos de las imágenes de satélite que sean útiles para fines particulares. Por otra parte, el satélite MSG tiene 11+1 canales en diferentes longitudes de onda, de forma que es posible realizar muchas combinaciones de varios canales para realzar lo que se desee detectar o destacar. Veamos algunos realces RGB con sentido “meteorológico”. Todos los productos basados en RGB no son tales, ya que no hay una escala que los cuantifique: son simplemente realces físicos mejorados respecto a los que se utilizaría con una sola imagen.

Nieblas/Nubes bajas

El satélite no detecta nieblas, sólo es capaz de poner de manifiesto los topes nubosos de nubes bajas. Durante el día las nubes bajas se identifican con los canales visibles, VIS0.6, VIS0.8 o HRVIS, pero por la noche las nubes bajas son más difíciles de identificar si sólo se utiliza un canal IR.

El producto nocturno de nieblas/nubes bajas de EUMETSAT está basado en un realce RGB donde tres canales infrarrojos o combinación de ellos (IR12.0-IR10.8, IR10.8-IR3.9, IR10.8) del MSG se utilizan para poner de manifiesto dónde puede haber nubes bajas y que aparecen o se representan de color amarillo-verdoso, ver figura 3. En este caso uno de los elementos de la terna es la diferencia de canales IR3.9-IR10.8, muy útil para destacar las nubes bajas, entre otras propiedades Otros elementos meteorológicos o superficies pueden dar apariencia de nubes bajas, sin serlo. No se recomienda su uso en una zona durante el día, ni el amanecer o anochecer. Notar que el producto NO identifica nieblas estrictamente.

Como aparece en la leyenda de este producto de EUMETSAT, “Otras aplicaciones secundarias son la detección de fuegos, fronteras de humedad en capas bajas, etc.”.

Figura 3. Producto de EUMETSAT de nieblas/nubes bajas basado en un realce RGB, a) Composición a partir de tres canales IR y b) Imagen del día 26 de octubre a las 03 UTC. La nubosidad baja está realzada con tonalidades amarillento-verdosas, como algunas zonas de Francia, Alemania, Mar del Norte, entre otras. Fuente: EUMETSAT

Polvo

El “producto” de polvo es otro realce RGB basado en canales IRs (IR12.0-IR10.8, IR10.8-IR8.7, IR10.8) del satélite Meteosat de segunda generación. La imagen resultante está diseñada para detector irrupciones de polvo del desierto, tanto de día como de noche. Una vez más hay que indicar que realmente que estas imágenes son básicamente realces y no un producto estrictamente hablando, pues no hay una categorización de polvo sí o polvo no, diferentes intensidades de polvo, niveles de la irrupción, etc. El polvo se muestra en estas imágenes realzadas en tonalidades rosadas. Es muy útil realizar animaciones pues el polvo está generado por fuertes vientos, de forma que queda puesto de manifiesto cuando se realiza una secuencia de imágenes apareciendo el movimiento conducido por el flujo conductor o rector. Otras tonalidades rosadas, de otros orígenes, quedan fijas. Nótese que no existe información sobre la profundidad de la irrupción de polvo, ni de la altura o espesor, etc., sólo es un realce específico para destacar partículas en suspensión.

Durante el día es conveniente analizar las imágenes HRVIS; canal VIS de alta resolución, pues las entradas de polvo quedan mejor puestas de manifiesto, sobre todo cuando el polvo está sobre el mar.

Figura 4. Imágenes RGB de polvo en suspensión: a) Canales y diferencias de canales IR que intervienen en la generación de la imagen de polvo y b) Irrupción de polvo al sureste de la Península desde África según el “producto RGB de polvo” el 11 de septiembre de 2007 a las 18 UTC. Fuente: EUMETSAT.

Masas de aire

En este producto RGB se utilizan los canales de vapor de agua e IR del MSG, con esta combinación (WV06.2- WV07.3, IR9.7-IR10.8,WV6.2) que suministran información de las zonas secas y húmedas de niveles medios y altos de la troposfera allí donde el satélite tiene buen campo de visión. Entre las aplicaciones de este realce destacan la identificación de zonas ricas en Vorticidad Potencial, VP, evolución de ciclones, chorros, máximos de viento en niveles altos, etc. Y todo ello gracias a que incorpora información de la cinemática de niveles medios altos que proporciona los canales de WV del MSG.

Figura 5. Producto RGB de masas de aire: a) Canales y diferencias de canales que intervienen en la generación de la imagen final y b) Imagen del 3 de enero de 2008 a las 05 UTC. La zona roja oscura al oeste de la península Ibérica está asociada a una región rica en Vorticidad Potencial postfrontal. Fuente: EUMETSAT.

Zonas ricas en VP son las áreas del vórtice circumpolar en su cara norte, el chorro de niveles altos, las DANA (depresiones aisladas en niveles altos), etc. Ciertas zonas oscuras-secas que aparecen en los canales de WV se marcan en estas imágenes con tonalidades rojizas. Las nubes altas y espesas aparecen en blanco. Poca información proviene de niveles bajos.

E-VIew

Estas imágenes son generadas también mediante la técnica RGB. Tratan de resaltar detalles del canal de máxima resolución HRVIS, de 1 km en el punto subsatélite, combinándola con el canal IR10.8 de 3 km en el punto subsatélite, que contribuye con las tonalidades azules. Las imágenes sólo están disponibles durante el día, como es lógico. La composición en RGB se realiza con información HRVIS, HRVIS, IR10.8, respectivamente, como muestra la figura 6a.

Figura 6. Imagen E-VIew del MSG: a) Composición RGB para formar las imágenes E-VIew, b) Imagen E-VIew del 1 de enero de 2008 a las 09 UTC. Fuente: EUMETSAT.

Se recomienda al lector que cargue o visualice estas imágenes a primeras horas de la mañana cuando la iluminación es muy baja. Al no disponer aún de la información HRVIS y sólo del canal IR, la imagen aparece azulada con baja resolución. A medida que el día progresa, y está disponible el canal HRVIS, las zonas se amarillean y las estructuras montañosas y nubosas parecen adquirir dimensión tridimimensionales. A pleno día las nubes bajas aparecen amarillentas y las nubes medias altas amarillentas blanquecinas, figura 6b. Las nubes espesas tipo cumulonimbos y nimbostratos aparecen blancas, siempre y cuando están bien iluminadas, apareciendo detalles que sólo el canal HRVIS puede proporcionar.

Cenizas volcánicas

La identificación de cenizas volcánicas es fundamental para el tráfico aéreo y prevención de contaminación de zonas pobladas. Los motores de los aviones sufren un gran deterioro por los compuestos químicos que generan los volcanes. Estas imágenes sólo se generan en una ventana cercana a las posibles zonas volcánicas que han mostrado actividad reciente: Sicilia, Islandia, isla Reunión, etc., incluso Canarias. El realce RGB utiliza canales IR, o sus diferencias, (IR12-IR10.8, IR10.8-IR8.7, IR10.8) de forma que el producto final trata de resaltar las cenizas en suspensión de color o tonalidades rojizas, como se muestra en la figura 7.

Figura 7. Imágenes de cenizas volcánicas en suspensión: a) Técnica RGB y canales empleados para una irrupción volcánica en una isla al norte de Madagascar e b) Irrupción del Etna en Cecilia para la fecha señalada. Fuente: EUMETSAT.

Continuará

Referencias

Material de enseñanza de EUMETSAT y de descripción de productos y realces:
http://www.eumetsat.int/Home/Main/What_We_Do/Training/Distance_Learning/index.htm?l=en

Productos

http://oiswww.eumetsat.org/IPPS/html/DerivedProducts/MSG2/DUST/index.htm

Parte II de este trabajo:

Nueva página de presentación “productos” derivados de EUMETSAT basadas en datos del MSG: Parte II