Efecto de la temperatura de la superficie del mar en la determinación de la salinidad

R. Niclòs

Description

Resumen
La determinación de la salinidad del mar, uno de los dos objetivos básicos de la Misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) de la Agencia Espacial Europea, requiere una precisión de ± 0,1 psu. En este estudio, analizamos las ecuaciones que relacionan la salinidad con la temperatura termométrica a través de la emisividad en banda L, concluyendo que la precisión mínima con que debemos determinar la temperatura de la superficie del mar es de ± 0,3 K para obtener la salinidad con la precisión requerida.
Abstract
Sea Salinity determination, basic objective of the SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) Mission of the European Space Agency, requires a precision of ± 0.1 psu. In this study, the equations that connect the salinity with the thermometric temperature through the L-band emissivity are analysed, concluding that we must determine the sea surface temperature with a precision of ± 0.3 K to obtain the salinity with the required precision.

Sujets

• Temperatura de la superficie del mar
• Salinidad
• Sea surface temperature
• Salinity

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 11
• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 2003. 19: 5-9.
Efecto de la temperatura de la superficie del mar
en la determinación de la salinidad
R. Niclòs, V. Caselles, C. Coll y E. Valor
Correo electrónico: [e-mail]
Departament de Termodinàmica. Facultat de Física. Universitat de València. 46100 Burjassot
RESUMEN ABSTRACT
La determinación de la salinidad del mar, uno de Sea Salinity determination, basic objective of the
los dos objetivos básicos de la Misión SMOS (Soil SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) Mission of
Moisture and Ocean Salinity) de la Agencia Espacial the European Space Agency, requires a precision of ±
Europea, requiere una precisión de ± 0,1 psu. En este 0.1 psu. In this study, the equations that connect the
estudio, analizamos las ecuaciones que relacionan la salinity with the thermometric temperature through
salinidad con la temperatura termométrica a través de the L-band emissivity are analysed, concluding that
la emisividad en banda L, concluyendo que la preci- we must determine the sea surface temperature with a
sión mínima con que debemos determinar la tempera- precision of ± 0.3 K to obtain the salinity with the
tura de la superficie del mar es de ± 0,3 K para obte- required precision.
ner la salinidad con la precisión requerida.
PALABRAS CLAVE: temperatura de la superficie
del mar, salinidad, emisividad en banda L, misión K E Y WORDS: sea surface temperature, salinity,
SMOS. L-band emissivity, SMOS mission.
tiva tenemos tres magnitudes conectadas: la tempe-INTRODUCCIÓN
ratura de brillo medida en banda L, la salinidad y la
temperatura termométrica.
La obtención de la salinidad del mar, junto con la
La resolución necesaria para cumplir con el obje-
humedad del suelo, es una de las metas de la Misión
tivo fijado por la misión SMOS respecto a la deter-
SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), que
minación de la salinidad, en base a los datos radio-
constituye una de las dos Earth Explorer Missions
métricos en banda L, fue fijada por el GODAE
de la Agencia Espacial Europea (ESA).
(Global Ocean Data Assimilation Experiment)
La importancia de la determinación de la salini-
como de ± 0,1 psu. Esto supone conocer la tempe-
dad radica en el valor que tiene el conocimiento de
ratura de la superficie del mar con elevada precisión
la distribución global de sal en el océano, y su
como requisito de partida, y para ello se planteó la
variabilidad anual e interanual, para entender el necesidad del uso de un sensor secundario, el cual
papel del océano en el sistema climático. determinara con precisión dicha temperatura super-
Para determinar dicha magnitud mediante telede- ficial (Martín-Neira et al, 2000).
tección, tendremos en cuenta que la emisividad de Esta premisa se tuvo presente en las campañas
la superficie del mar en microondas es función de la WISE (WInd and Salinity Experiment) 2000 y
salinidad y la temperatura, y de la velocidad del WISE 2001, desarrolladas dentro de la Misión
viento superficial como parámetro secundario, y, SMOS con el objetivo de obtener una base expe-
además, que la mejor sensibilidad a la salinidad rimental que permitiera mejorar las formulacio-
oceánica se obtiene a 1,4 GHz, en banda L. nes existentes del efecto del estado del mar sobre
Por tanto, la salinidad se puede obtener a partir de la emisión en banda L. Los experimentos consis-
la emisividad de la superficie del mar, que en banda tieron en la realización de medidas con un radió-
L se relaciona de forma directa con la temperatura metro polarimétrico en banda L, acompañadas de
de brillo y la temperatura termométrica. En defini- la determinación de distintas variables ambienta-
N.º 19 - Junio 2002 52
2πKν
E(ν ,Tb) = Tb
2
c
R. Niclòs, V. Caselles, C. Coll y E. Valor
les (Camps et al, 2002), entre las que se encontra- Tb (θ ,T,S) =ε (θ ,T, S) T (2)H , V H , V
ba la temperatura de la superficie del mar, que
obtuvimos con el uso de un radiómetro con ban- donde Tb y Tb son las temperaturas de brillo enH V
das en la región del infrarrojo térmico (Niclòs et polarización horizontal y vertical, respectivamente;
al, 2002). θ es el ángulo de observación; S es la salinidad; y T
22πKνε (θ ,T, S)= 1−ρ (θ ,T, S)En el presente trabajo, introducimos las ecuacio- es la temperatura H , V termométrica H ,de V la superficie delE(ν ,Tb)= Tb
2 2c 2πKνnes que relacionan la salinidad con la temperatura mar. Para simplificar el análisis, dejamos de lado laE(ν ,Tb)= Tb222πKνde brillo en banda L y la temperatura termométrica posible influencia sobre la temperatura de brillo encE(ν ,Tb)= Tb
2de la superficie del mar, a la vez que analizamos el banda L de otras magnitudes secundarias, como elc
efecto de la temperatura termométrica sobre la pre- viento superficial, por ejemplo.
2
cisión en la determinación de la salinidad. Así, en Si suponemos que la superficie oceánica 2está enTb (θ,T,S)=ε (θ ,T, S) TH , V H, V cosθ − e(T , S)− sin θ
ε (θ ,T , S)= 1−Heste estudio previo a las campañas WISE, determi- equilibrio térmico, de forma que la emisividad es2Tb (θ,T,S)=ε (θ ,T, S) TH , V Hcos, V θ + e(T , S)− sin θ
namos cual es la precisión requerida en la tempera- igual a la absortividad, y además aceptamos que elTb (θ ,T, S)=ε (θ,T, S) TH , V H , V
tura de la superficie del mar para posibilitar la mar se comporta como una superficie plana, tene-
determinación de la salinidad con una precisión de mos que la emisividad se define simplemente como:
ε (θ ,T , S)= 1−ρ (θ ,T , S)H , V H , V± 0,1 psu.
ε (θ ,T , S)= 1−ρ (θ ,T , S)H , V H , V (3) 2
2ε (θ,T, S)= 1−ρe(T, S)(cosθ ,Tθ,−S) e(T, S)− sin θH , V H , V
ε (θ,T, S)= 1−V
2LA EMISIVIDAD DE LA SUPERFICIE DEL donde son los coeficientes de reflexión de Fresnel,e(T, S) cosθ + e(T, S)− sin θ
MAR EN BANDA L de forma que las emisividades en ambas 2 polariza-
2cosθ − e(T, S)− sin θciones vienen dadas por:ε (θ , T, S)= 1− 2H
2 2cosθ + e(T, S)− sin θcosθ − e(T, S)− sin θCon el uso de microondas pasivas en banda L se 2ε (θ , T, S)= 1−H 2 2cosθ − e(T, S)− sin θpuede medir la salinidad de la superficie del mar. cosθ + e(T, S)− sin θ
ε (θ ,T, S)= 1−H (4.a)2En esta banda, se obtiene un máximo en la sensibi- cosθ + e(T, S)− sin θ
e (T, S)− e σ (T, S)lidad de las temperaturas de brillo a la salinidad, 0 ∞e(T, S)= e + − j∞ 1+ j2πντ (T, S) 2πνptanto en polarización horizontal y vertical, y la 2
2e(T , S) cosθ − e(T, S)− sin θatmósfera resulta prácticamente transparente
ε (θ ,T, S)= 1− 2V (4.b)22(Lagerloef et al, 1995). La banda L, en el intervalo e(T , S) cosθ − e(T, S)− sin θe(T , S) cosθ + e(T , S)− sin θ 2ε (θ ,T, S)= 1−V 2de frecuencia de 1,400 a 1,427 GHz, es la seleccio- 2e(T, S) cosθ − e(T, S)− sin θe(T , S) cosθ + e(T , S)− sin θε (θ ,T, S)= 1−Vnada tradicionalmente para la medida de la salini- donde e(T,S) es la constante dieléctrica compleja de 2
e(T, S) cosθ + e(T, S)− sin θ
dad (Swift y McIntosh, 1983), ya que resulta ser la superficie del mar, dada por la ecuación de
una banda protegida por la FCC (F e d e r a l Debye como: e (T,S)− e
0 ∞Communications Commission), evitando la apari- e'(T,S)= e +∞ 2e (T , S)− e σ (T, S)0 ∞1+[2πντ (T,S)]e(T, S)= e + − jción de ruido en la medida. (5)∞ 1+ j2πντ (T, S) 2πνpe (T , S)− e σ (T, S)0 ∞La intensidad de la radiación emitida por un e(T, S)= e + − j∞ e (T, S)− e σ (T , S)1+ j2πντ (T, S) 2πνp0 ∞cuerpo en microondas es proporcional a su tem- e(T , S)= e + − j∞
1+ j2πντ (T, S) 2πνpperatura, ya que la baja frecuencia en este inter- que separada en parte real, e’, e imaginaria, e’’,
valo espectral permite simplificar la ley de Planck resulta ser:
2πντ[e (T,S)− e ] σ (T,S)0 ∞a través de la aproximación de Rayleigh-Jeans, e''(T,S)= +2 2πνp1+[2πντ(T,S)]r e s u l t a n d o : (6.a)
e (T,S)− e0 ∞e'(T,S)= e +∞ 2
2 1+[2πντ e (T,S)]− e0 ∞2πKν e'(T,S)= e +∞E(ν ,Tb) = Tb 2e (T,S)− e2 (1) 10+[2πντ (T∞, S)]e'(T, S)= e +c ∞ 21+[2πντ (T, S)] (6.b)
-23donde K es la constante de Boltzman, 1,38·10
8W s / K; c la velocidad de la luz, 3·10 m/s; y n la 2πντ[e (T, S)− e ] σ (T,S)0 ∞e''(T, S)= +frecuencia de la radiación emitida por un cuerpo donde e es el límite de elevada2 frecuencia de la∞ 2πντ[e (T, S)− e 2]πνσp (T,S)1+[ (T, S)]0 ∞Tb (θ ,T,S) =ε (θ ,T, S) T e''(T, S)= +negro a la temperatura Tb. constante dieléctrica y toma un valor adimen-H , V H , V 22πντ[e (T, S)− e ] σ (T, S)1+[02πντ (T, S∞)] 2πνpe''(T, S)= +Por tanto, podemos considerar en primera aproxi- sional de 4,9; n es la frecuencia en Hz; e ( T, S )2 01+[2πντ (T, S)] 2πνpmación la relación directa entre la temperatura de es la constante dieléctrica estática; τ( T, S ) es el
brillo y la temperatura termométrica a través de la tiempo de relajación (s); σ( T, S ) es la conducti-
emisividad, de la forma: vidad iónica de la solución salina (S/m); y p e s
ε (θ ,T, S)= 1−ρ (θ ,T, S)H , V H , V
6 N.º 19 - Junio 2002
2
2cosθ − e(T , S)− sin θ
ε (θ ,T , S)= 1−H
2cosθ + e(T , S)− sin θ
2
2e(T, S) cosθ − e(T, S)− sin θ
ε (θ,T, S)= 1−V
2
e(T, S) cosθ + e(T,