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

RAM
Artículo de marzo de 2008. Recuperado en julio de 2011
Palabras clave: MSG, EUMETSAT, realces físicos, productos, imágenes derivadas, imágenes derivadas, inestabilidad, fuegos, agua precipitable, intensidad de precipitación.

Introducción

En la primera parte de este trabajo, ver Reportajes de la RAM de febrero de 2008 (Nueva página de presentación "productos" derivados de EUMETSAT basadas en datos del MSG: Parte I ), se presentó un conjunto de imágenes realzadas (mal llamadas productos), mediante la técnica RGB, tomadas de la nueva página de EUMETSAT. En este artículo se analizarán los verdaderos productos derivados de datos de satélites. Estás imágenes si presentan una escala y categorización de lo que se nos muestra en “color”, de forma que es posible cuantificar objetivamente el producto mostrado en la escala asociada y van más allá de un simple realce RGB. Actualmente existen tres productos derivados que se suministran libremente desde la página de EUMETSAT y asociados al satélite MSG, son estos:

• FIRE Active Fire Monitoring. Producto que trata de analizar los fuegos activos y potenciales desde el espacio.
• GII Global Instability Index. Producto que trata de analizar las zonas de estabilidad e inestabilidad en las áreas desprovistas de nubes.
• MPE Multi-Sensor Precipitation Estimate. Estimador de intensidad de precipitación

Hay que hacer notar que a fecha de primeros de enero de 2008, EUMETSAT incluyó una pestaña nueva en esta página donde se podrían ver algunas imágenes del satélite polar europeo METOP. De estas nuevas imágenes no se hablará en estos dos reportajes.

FIRE. Monitorizando fuegos a 36.000 km de altura

Los productos del Active Fire Monitoring (FIR) son imágenes a resolución completa que muestran información sobre la presencia de fuegos activos dentro de un píxel. Poseen las siguientes características:

• Resolución: píxel (es decir 3 x 3 kilómetros)
• Generado: cada ciclo de repetición (15 minutos)
• Puntualidad: disponible en tiempo casi real y como producto archivado
• Método de la difusión: Ftp y EUMETCast
• Formato: Grib2 y ASCII (EUMETCast solamente)
• Tamaño del fichero de datos: entre ~10 KB y ~25 KB

Para recuperar este producto vía ftp, vaya por favor a: ftp://ftp.eumetsat.int/pub/OPS/out/simon/FIRE/

La diseminación vía EUMETCast del producto FIR en formato ASCII comenzó el 19 de abril de 2007. En este formato, el fuego activo se denota como ' probable ', mientras que el fuego potencial se denota como ' posible’.

Una descripción completa del algoritmo se puede encontrar en este fichero Active Fire Monitoring with MSG (PDF, 433 KB)

El concepto subyacente del algoritmo se basa en el hecho de que el canal IR3.9 del sensor SEVIRI del MSG es muy sensible a los puntos cálidos, como por ejemplo los puntos activos de los fuegos. El algoritmo distingue entre el fuego potencial y el fuego activo. Para clasificar un píxel como fuego activo el algoritmo utiliza un sistema más determinante de criterios de clasificación que para los fuegos potenciales. La clasificación de fuegos potenciales denota a los píxeles con fuegos pequeños, o los píxeles con zonas quemadas, pero aún con una superficie caliente, o aún algunas zonas clasificadas como falsas, que podrían ser causadas por otras superficies cálidas, píxeles en regiones con las superficies no homogéneas o píxeles con nubes pequeñas que pasan desapercibidas.

En Europa estos fuegos ocurren principalmente durante verano y al inicio del otoño temprano. En África, sin embargo, se pueden encontrar a lo largo del año entero.

Se muestran aquí un ejemplo del 21 de agosto de 2005 sobre Portugal.

Figura 1. Fuegos sobre Portugal en el verano de 2005: a) Imagen IR3.9 de las 02:00 UTC y b) Resultados del módulo de la detección de fuego. El rojo denota fuego activo; el amarillo, fuego potencial. Fuente y créditos: EUMETSAT.

Más información de cómo se detecta fuegos desde el espacio se puede encontrar en este documento de la NASA: Fire alarms from orbit del portal Earth Observatory.

Figura 2. Producto de probabilidad de fuegos sobre el sur de África para el día 2 de enero de 2008 a las 05 UTC. Fuente EUMETSAT.

Hay que hacer notar que la resolución espacial de satélite es muy importante para detectar fuegos mediante el uso del canal IR3.9. Satélites polares con el sensor MODIS poseen una resolución espacial más alta que el MSG, por dicho motivo el uso combinado de información polar y geoestacionaria es importante. El MSG posee una resolución de 2.5 km en el punto subsatélite, zona del golfo de Guinea, que se degrada al aumentar la latitud, tanto hacia el Polo Norte como al Polo Sur. Los fuegos detectados por MSG deben ser de unas dimensiones apreciables y deben “rellenar” el píxel de información en el IR3.9 para ser detectados. Fuegos pequeños se escaparán a las habilidades actuales del MSG, no así al MODIS.

MPE Multi-Sensor Precipitation Estimate. Estimador de precipitación multi-sensor

Este producto, Multi-Sensor Precipitation Estimate (MPE), trata de estimar la intensidad de lluvia en mm/hr para las imágenes del Meteosat en la resolución de píxel original a partir de datos de satélites sin utilizar datos de radar en superficie para su calibración.

Actualmente los productos para Meteosat-7 y Meteosat-9 (o MSG-1) se producen en tiempo casi real. El algoritmo está basado en la combinación de los datos pasivos de las microondas del instrumento del SSM/I en los satélites de US-DMSP americanos y de las imágenes del canal IR del Meteosat por una técnica llamada que mezcla de datos. Una descripción detallada del algoritmo, de su base científica y de su validación se puede encontrar en los documentos siguientes:

• Introducción Introduction (Pdf, 95 KB)
• Concepto y validación Concept and Validation (pdf, 199 KB)
• El informe de validación Validation Status Report (pdf, MB 1.26)

Para las últimas imágenes MPE vaya a Satellite Products and Derived Product Imagery. Las imágenes están disponibles durante los últimos 3 días, cada 15 minutos. Una nueva versión de visualizador de productos está aquí.

El producto final es muy dependiente de las señales derivadas los topes nubosos observados en los canales infrarrojos del Meteosat y aunque la aplicación combina datos pasivos de microondas (con las limitaciones que ello conlleva), no tiene en cuenta los datos de satélites activos que sí detectan realmente la precipitación como los datos del TRMM, Tropical Rainfall Measuring Mission. Este satélite sí lleva un radar meteorológico activo propiamente dicho para estimar la precipitación de forma análoga o parecida como lo hacen los radares meteorológicos terrestres.

Por varios motivos, el producto MPE hay que tomarlo como un estimador grosero de la intensidad de precipitación, con las siguientes connotaciones:

• Sobreestima la precipitación de nubes que no generan lluvias en superficie como los cirros y, en general, nubes relativamente espesas pero altas
• Subestima las zonas de lluvia de las nubes bajas precipitantes
• Los datos estimados de precipitación de zonas convectivas están muy condicionados por los topes nubosos fríos y en general dan áreas de lluvia más amplias que las que ocurren en superficie.

Allí donde disponga de una cobertura de radares meteorológicos en superficie para analizar las zonas e intensidad de precipitación, debería usarse antes que este estimador grosero en las mismas áreas. Este producto puede ser útil, pero con sus limitaciones, en zonas desprovistas de datos de superficie o cobertura radar como son las zonas oceánicas y desérticas.

Figura 3. Estimación de la precipitación para el día 2 de enero de 2008 sobre las 05:15 UTC en una situación de lluvias frontales: a) Imagen en formato europeo correspondiente al producto MPE de EUMETSAT, en mm/h, y b) Producto de reflectividad de la imagen mosaico nacional de la red de radares del INM, en dBZ. Fuente INM. Nótese que las nubes altas-medias prefrontales no precipitantes que sobrevuelan el valle del Ebro dan señales en el primer producto y no en la segunda imagen.

GGI, Global Instability Index. Índice de inestabilidad global

Los sistemas convectivos pueden desarrollarse en una atmósfera termodinámicamente inestable. Tales sistemas pueden alcanzar rápidamente altas altitudes y pueden causar tormentas severas. Los meteorólogos están interesados especialmente en identificar la potencialidad de las tormentas mientras que estas aun no se han desarrollado, analizando el estado preconvectivo de la atmósfera donde se van a desarrollar. Un número de índices de la inestabilidad se han definido para describir tales situaciones. Tradicionalmente, estos índices son calculados a partir de radiosondeos de temperatura, de la humedad y viento. Ya que los datos de radiosondas están limitados por su baja resolución temporal y espacial hay una demanda para derivar índices a partir de datos de satélites. (Nota de la RAM: esos mismos índices se pueden obtener a partir de salidas de modelos numéricos, bien previstos o derivados del análisis inicial de los modelos. A estos se les denomina seudosondeos y poseen la resolución espacial y temporal según el modelo utilizado).

El producto de GII consiste en un conjunto de índices que tratan de describir la estabilidad de la capa de la atmósfera. Estos índices son altamente empíricos en naturaleza y pudieron incluso ser solamente relevantes en ciertas regiones geográficas o bajo ciertas circunstancias. Generalmente, cada uno de estos índices se define tal que trata de describir el potencialmente inestable si excede cierto umbral.

El producto de GII abarca cuatro índices clásicos de la inestabilidad (verlo al final del artículo o en índices):

• el índice de elevación o ascenso, LI, Lifted Index
• el índice de K
• el índice de KO
• el índice máxima flotabilidad

Además se puede agregar un quinto:

• el contenido en agua precipitable total, TPW

Como un parámetro de masas de aire. Este último trata de obtener la cantidad de agua precipitable ficticia e ideal que existe en la vertical de la columna atmosférica. No es un parámetro que estime la intensidad de precipitación propiamente dicha en un lugar. Las tormentas que se desarrollan en entornos secos (escaso contenido de agua precipitable) producen efectos en superficie notoriamente diferente de las que lo hacen en entornos muy húmedos (ricos de agua precipitable).

La obtención de estos parámetros de datos basados en los satélites se realiza solamente en condiciones libres de nubes, o sea, en aire claro. Estos productos no se presentan por regiones o zonas determinadas, sólo a nivel global.

Figura 4. Productos del GII para los índices, según escalas, y para un día determinado : a) K y b) LI. Zonas potencialmente inestables coloreadas en rojo, amarillo y azul. Nótese que dichos valores solamente están obtenidos en zonas de aire claro, sin nubes. Fuente: EUMETSAT

Definición de los índices:

Índice Lifted:

LI = Tobs - Tlifted desde superficie a 500 hPa

donde Tobs es la T observada.

Índice K:

KI = (Tobs(850) - Tobs(500)) + TDobs(850) - (Tobs(700) - TDobs(700) )

Donde Tobs(x) es la T observada a la altura de x hPa, y TDobs(x) es la temperatura del punto de rocío observada a la altura de x hPa.

Índice KO:

KO = 0.5 * ( Θeobs(500) + Θeobs(700) - Θeobs(850) - Θeobs(1000) )

Donde Θeobs(x) es la temperatura potencial equivalente observada a la altura de x hPa.

Flotabilidad máxima:

MB = Θeobs(máxima entre superficie y 850) - Θeobs(mínima entre 700 y 300)

Donde Θeobs es la temperatura potencial equivalente observada.

Agua Precipitable:

Conclusiones

Los satélites de la serie MSG poseen mejor calidad radiométrica, más canales, mejor resolución espacio-temporal que la serie anterior MFG. La presencia de 11 +1 canales permite dar un salto cualitativo y cuantitativo y, por dicho motivo, poder combinar los canales entre sí para obtener imágenes realzadas, por ejemplo con la técnica RGB, como las que se vieron en la RAM de febrero, apartado de Reportajes. La utilización de algoritmos más complejos y técnicas combinadas con otros datos de satélite, modelos numéricos y ajustes estadísticos permiten ir más allá de un simple realce y, de esta forma, obtener ciertos productos derivados de satélite potencialmente útiles, pero con sus inherentes limitaciones, como los mostrados aquí.

Referencias

Imágenes de Eumetsat y portal de referencia:
http://oiswww.eumetsat.org/IPPS/html/DerivedProducts/MSG2/DUST/index.htm

EUM TM 09

König, M., 2002: Atmospheric Instability Parameters
Derived from MSG SEVIRI Observations. EUMETSAT
Technical Memorandum No. 9

PDF, 1612 KB

EUM.MET.REP.07.0164

The Global Instability Indices Product. Algorithm Theoretical Basis Document.
PDF, 1325 KB

Textos tomados del portal de EUMETSAT.
https://www.eumetsat.int/

Parte I de este trabajo:

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