Cálculo de corrientes superficiales marinas a partir de imágenes térmicas NOAA y estimación de la influencia de los vientos en su aparición: aplicación al suroeste de la Península Ibérica
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Resumen
El conocimiento de los desplazamientos superfi ciales marinos resulta de especial interés en distintos ámbitos, tales como en el estudio del movimiento de rasgos térmicos presentes sobre la superficie marina (afloramiento, frentes térmicos) o el apoyo a barcos pesqueros en tareas habituales como la suelta de aparejos. Para disponer de ellos, hemos desarrollado un algo ritmo que, basado en el método de la correlación cruzada (m.c.c.) y completado con un filtrado en direc ción de los vectores así obtenidos, permita obtener el desplazamiento superficial de los rasgos térmicos presentes en imágenes de satélite consecutivas. Hemos aplicado este algoritmo a una serie temporal de imágenes del sur de la Península Ibérica para obte ner un mapa de las corrientes locales de la zona y rea lizar un estudio dinámico de la misma, tratando de verificar si estos desplazamientos se adecuan al mode lo ekman de interacción atmósfera-océano.
Abstract
The knowledge of the superficial marine displace ments is of especial interest in a lot of applications, such as the study of the thermic features' movement on the sea surface (upwelling, thermical fronts) or the support of fishing boats in their habitual tasks, like in dropping the nets. To know them, we have developed an algorithm that, based on maximun cross correlation method (m.c.c.) and completed with a filtered direction of the obtained vectors, allows us to compute the surface displacement of the thermic features pre-sent in con secutive satellite imagery. We applied this method to a temporal series of ima gery from the southern lberian Peninsula to obtain a mar of the local currents. After, we carried out a dynamical study of this region, to verify whether these displacements agree with the ekman model of the ocean-atmosphere interaction or not.

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Publié le 01 janvier 1998
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Langue Español
Poids de l'ouvrage 1 Mo

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Revista de Teledetección. 1998
Cálculo de corrientes superficiales marinas a
partir de imágenes térmicas NOAA y estimación
de la influencia de los vientos en su aparición:
aplicación al suroeste de la Península Ibérica
M. Martínez, J. M. Cotos, J. Arias y A. Tobar
Departamento de Electrónica y Computación. Universidad de Santiago. E-mail: elmanu@usc.es


RESUMEN ABSTRACT
El conocimiento de los desplazamientos superfi The knowledge of the superficial marine displace
ciales marinos resulta de especial interés en distin- ments is of especial interest in a lot of applications,
tos ámbitos, tales como en el estudio del movi- such as the study of the thermic features' movement
miento de rasgos térmicos presentes sobre la super- on the sea surface (upwelling, thermical fronts) or
ficie marina (afloramiento, frentes térmicos) o el the support of fishing boats in their habitual tasks,
apoyo a barcos pesqueros en tareas habituales like in dropping the nets.
como la suelta de aparejos. To know them, we have developed an algorithm
Para disponer de ellos, hemos desarrollado un algo that, based on maximun cross correlation method
ritmo que, basado en el método de la correlación (m.c.c.) and completed with a filtered direction of
cru zada (m.c.c.) y completado con un filtrado en the obtained vectors, allows us to compute the
direc ción de los vectores así obtenidos, permita surface displacement of the thermic features
preobtener el desplazamiento superficial de los rasgos sent in con secutive satellite imagery.
térmicos presentes en imágenes de satélite consecu- We applied this method to a temporal series of ima
tivas. gery from the southern lberian Peninsula to obtain
Hemos aplicado este algoritmo a una serie tempo- a mar of the local currents. After, we carried out a
ral de imágenes del sur de la Península Ibérica para dynamical study of this region, to verify whether
obte ner un mapa de las corrientes locales de la these displacements agree with the ekman model of
zona y rea lizar un estudio dinámico de la misma, the ocean-atmosphere interaction or not.
tratando de verificar si estos desplazamientos se
adecuan al mode lo ekman de interacción atmósfe-
ra-océano.

PALABRAS CLAVE: Corrientes locales, correc- KEY WORDS: Local Currents, registration, maxi
ción geométrica, método del máximo de la correla- muro cross correlation method, ekman modelo
ción cruzada, modelo de ekman.



todo estadístico: el método del máximo de la corre-INTRODUCCIÓN
lación cruzada, mcc, con una serie de
modificacioPresentamos en este artículo un problema de di- nes conducentes a la mejora en la coherencia del
námica oceánica: la determinación de corrientes campo de vectores obtenido.
superficiales marinas y el análisis de las mismas El método del máximo de la correlación cruzada
como ejemplo del transporte ekman inducido por fue ya aplicado por Leese (1971) en el cálculo de
los vientos superficiales, haciendo uso para ello de movimiento de masas nubosas a partir de imágenes
datos teledetectados. obtenidas por el satélite ATS-l con un periodo
El seguimiento de estos desplazamientos superfi entre pases consecutivos de 24 minutos. Desde
ciales, así como las limitaciones de las técnicas entonces se ha usado en diversas aplicaciones,
que emplearemos, requieren que los datos a em- entre las que destacamos el cálculo de
plear tengan unas resoluciones espaciales y tempo- desplazamientos superficiales marinos (Emery et
rales que tan sólo nos pueden ser proporcionadas al., 1986, Holland et al., 1992, Tokman et al.,
por los satélites de la serie NOAA. En concreto, en 1990, Wu et al., 1992) o el cálculo de velocidades
este estudio se emplearon como datos de partida de movimiento de masa de hielo (Ninnis et al.,
doce imágenes correspondientes a la zona del 1986, Scambos et al., 1992). Una descripción
Estrecho de Gibraltar, adquiridas en Julio de 1982, detallada del mismo puede encontrarse en los
y cedidas por el profesor E.D. Harton de la Uni- trabajos de Cotos et al. (1993) o de García et al.
versidad de Hangor (U .K). Para obtener estos (19La 94)independenci. a de este algoritmo respecto a
desplazamientos se ha desarro llado un algoritmo las variables de entrada que se le suministran ha
en lenguaje de programación C basado en un
méNº 9 – Junio 1998 1 de 9 M. Martínez, J. M. Cotos, J. Arias y A. Tobar
permitido una gran variedad de aplicaciones, entre vimientos son del orden de lOa 100 veces mayores
las que habría que incluir la obtención de direc- que los verticales,
ción, intensidad de vientos a partir de imágenes de
r r
nubes, que suministra actualmente Eumesat (Ima- (3) G + P =0v
ge, 1997).
a la fuerza neta sólo contribuirán el gradiente
INTERACCION ATMOSFERA- horizontal de presiones y la fuerza de Coriolis. OCEANO r r r
(4) F = P +Cnet hExiste una fuerte interacción energética entre la
atmósfera y el océano: la atmósfera, a través de los
En este caso, en una situación de equilibrio, la vientos, gobierna las grandes circulaciones
oceánifuerza de Coriolis balanceará el gradiente de pre-cas e influye de modo decisivo en las propiedades
siones, originando un viento que, en el caso ideal, del agua marina; a cambio, una gran parte de su
fluye paralelo a las isobaras, dejando, en el hemis-constitución y de su energía la toma del océano.
ferio norte, las bajas presiones a su derecha, con Las regiones polares reciben, generalmente,
memayor intensidad donde las isobaras estén más nor cantidad de calor que las zonas tropicales
porpróximas y, para un mismo espaciado entre ellas, que los rayos de sol inciden sobre las altas
latituen las latitudes más altas; es el viento geostrófico. des con un ángulo más oblicuo; asimismo, las
En el caso real, el efecto del rozamiento originará zonas de tierra reciben más cantidad de radiación
una ligera desviación del viento respecto a las solar que los océanos puesto que la atmósfera
isobaras, tal y como se muestra en la Figura 1. sobre los océanos contiene gran cantidad de agua
Las expresiones de este viento geostrófico, obte-en forma de vapor y de nubes, particularmente a
nidas resolviendo las ecuaciones básicas de con-bajas latitudes, con gases disueltos, que absorben
servación de masa, momento y energía y de estado, sobre un 30% de la radiación incidente. Este
calenmediante un procedimiento descrito por Houghton tamiento desigual de la superficie terrestre por
(1981) se muestran a continuación y han sido im-parte de la radiación solar origina diferencias de
plementadas en el programa de obtención de vien-densidad y de presión que provocarán la aparición
tos que hemos usado, SIMARO, desarrollado por de mecanismos de redistribución del calor tales
Torres (1996) y adaptado aquí a nuestras necesida-como vientos y corrientes, que, de acuerdo con el
des. principio de Le Chatelier, actúan para eliminar
estas diferencias que los originan (Pond & Pickard,
g δz 1 δp (5a) 1983). v = =
f δx ρf δxp zUna aproximación al estudio de estos mecanis-
mos consiste en partir de los vientos, surgidos por
g δz 1 δpla diferencia de presión y presión atmosférica que u = − =
f δx ρf δxorigina este calentamiento desigual, y considerar- p z
los como los factores determinantes en la aparición
de las corrientes. siendo f =2 Ω senφ el parámetro de Coriolis, Ω
La fuerza neta que controla la aparición y evolu- la velocidad angular de la Tierra, φ la latitud, g la
ción de estos vientos, dada por la ecuación (1), es aceleración de gravedad y ρ la densidad.
suma de la gravedad, G, las fuerzas debidas a los De acuerdo con el modelo de ekman, cuando el
gradientes verticales y horizontales de presión, P v viento sopla sobre la superficie marina, ejerce una
P rozamiento con la superficie y la rotación terres-h fuerza sobre la misma que da lugar a una tensión
tre, M, que da lugar a una fuerza de Coriolis, C. superficial, t, que representa la fuerza aerodinámi-
ca del viento por unidad de área, proporcional al r r r r r r
(1) F = G+C + P + P +Mnet v h cuadrado del módulo del viento, indicada en la
Figura 2.
Bajo una serie de aproximaciones, en primer lu- Esta tensión superficial inducirá directamente
gar considerar que, puesto que estudiamos las olas superficiales y momento horizontal, es decir,
capas de la atmósfera sobre la superficie marina corrientes horizontales, consumiéndose la mayor
(en una zona de cerca de un kilómetro de altura), parte de la energía en generar olas, de acuerdo con
podemos despreciar la fricción con la superficie Stewart (1975).
marina,

r
(2) M ≈ 0

y, en segundo lugar, puede asumirse un
mo

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