Estudio de la influencia de los aerosoles sobre la reflectancia de los canales 1 y 2 del sensor AVHRR NOAA y el NDVI

V.

Description

Resumen
En este trabajo se presenta un estudio sobre el efec. to de la atmósfera en la radiancia de los canales 1 y 2 del sensor AVHRR-NOAA, así como sobre el índice de vegetación NDVI derivado de ellas. Para ello se ha puesto a punto un modelo de transferen-cia radiativa que permite evalúar la radiancia o la reflectancia en el límite superior de la atmósfera a partir de las medidas experimentales del albedo de la superficie y de los parámetros atmosféricos necesarios. Se han establecido las diferencias entre el NDVI calculado en el nivel de observación del sensor del satélite con el medido en el nivel de suelo, así como las dependencias del mismo y de las señales de los canales 1 y 2 del sensor referido con los parámetros que definen las caracte. rísticas de los aerosoles atmosféricos. Estos se destacan como el factor más importante debido a su varia. bilidad tanto temporal como espacial. Se concluye la importancia de la corrección atmosférica en el estudio y comparación de las diversas cubiertas vegetales en las imágenes de este sensor, así como la necesidad de medir, a tal efecto, el espesor ópti-co de aerosoles en la atmósfera.
Abstract
In this work we have carried out a study about the effect of fue atmosphere on fue radiance measured by channels 1 and 2 of the radiometric sensor AVHRR-NOAA, and on the derived normalized vegetation index NDVI. A radiative transfer model has been developed, which permits the evaluation of the radiance (reflectance) at fue top of the at-mosphere based on measured surface albedo and the required input atmospheric parameters. We have evaluated the differences between the NDVI at the surface and at the top of the atmosphere, together with its dependence and those of the Channels 1 and 2 of the AVHRR sensor on fue parameters defining the characteristics of the at-mospheric aerosols. The aerosols are the main factor in the atmospheric effect because of their spatial and temporal variability. We conclude about the importance of the atmospheric correction in the satellite imaginary studies about the comparitive studies of the different surface reflectances. The aerosol optical depth appears as the key factor in atmospheric correction procedures and its measure algo appears as a required input.

Sujets

• Atmósfera
• Atmospheric correction
• Aerosol
• Réflectance
• Atmosphère

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• Publié le: 01 janvier 2000
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• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 2000
Estudio de la influencia de los aerosoles sobre la
reflectancia de los canales 1 y 2 del sensor
AVHRR NOAA y el NDVI
V. E. Cachorro, P. Durán, R. Vergaz, y A. M. De Frutos
E:mail: [e-mail]
GOA-UVA, Grupo de Optica Atmosférica-Universidad de Valladolid, Spain
Departamento de Optica y Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Valladolid
Departamento de Física Aplicada I, E.T:S.I. Agrarias de Palencia, Palencia


RESUMEN ABSTRACT
En este trabajo se presenta un estudio sobre el efec. In this work we have carried out a study about the
to de la atmósfera en la radiancia de los canales 1 y effect of fue atmosphere on fue radiance measured
2 del sensor AVHRR-NOAA, así como sobre el by channels 1 and 2 of the radiometric sensor
índice de vegetación NDVI derivado de ellas. Para AVHRR-NOAA, and on the derived normalized
ello se ha puesto a punto un modelo de transferen- vegetation index NDVI. A radiative transfer model
cia radiativa que permite evalúar la radiancia o la has been developed, which permits the evaluation
reflectancia en el límite superior de la atmósfera a of the radiance (reflectance) at fue top of the at-
partir de las medidas experimentales del albedo de mosphere based on measured surface albedo and
la superficie y de los parámetros atmosféricos the required input atmospheric parameters. We
necesarios. Se han establecido las diferencias entre have evaluated the differences between the NDVI
el NDVI calculado en el nivel de observación del at the surface and at the top of the atmosphere,
sensor del satélite con el medido en el nivel de together with its dependence and those of the
suelo, así como las dependencias del mismo y de Channels 1 and 2 of the AVHRR sensor on fue
las señales de los canales 1 y 2 del sensor referido parameters defining the characteristics of the at-
con los parámetros que definen las caracte. rísticas mospheric aerosols. The aerosols are the main
de los aerosoles atmosféricos. Estos se destacan factor in the atmospheric effect because of their
como el factor más importante debido a su varia. spatial and temporal variability. We conclude about
bilidad tanto temporal como espacial. Se concluye the importance of the atmospheric correction in the
la importancia de la corrección atmosférica en el satellite imaginary studies about the comparitive
estudio y comparación de las diversas cubiertas studies of the different surface reflectances. The
vegetales en las imágenes de este sensor, así como aerosol optical depth appears as the key factor in
la necesidad de medir, a tal efecto, el espesor ópti- atmospheric correction procedures and its measure
co de aerosoles en la atmósfera. algo appears as a required input.

PALABRAS CLAVE: Corrección atmosférica, KEY WORDS: Atmospheric correction, aerosols,
aerosoles, reflectancia, atmósfera. reflectance, atmosphere.



re la información neta o intrínseca de la superficie INTRODUCCIÓN
terrestre. Es por ello que en este trabajo estamos
Una parte fundamental en los estudios de telede- interesados en en estudio de este efecto y fun-
tección es conocer cómo puede ser caracterizada la dalmentalmente el análisis de la influencia de los
superficie terrestre mediante su reflectancia, ya aerosoles atmosféricos.
que ésta es una característica intrínseca de la mis- El Grupo de Óptica Atmosférica de la Universi-
ma, y que tipo de información se puede extraer de dad de Valladolid (GOA-UVA) trabaja especial-
ella. Este es el objetivo fundamental de los satéli- mente en la determinación y caracterización de
tes de observación de la Tierra (Asrar, 1989; Asrar componentes atmosféricos (aerosoles, vapor de
y Dokken 1993). agua, ozono, etc.) (Cachorro et al., 1987; 1994;
Así, la reflectancia o radiancia (la relación entre 1996; 1998a y b) a partir de medidas espectrales de
ambas magnitudes se definirá más adelante) medi- irradiancia solar a nivel de suelo, así como la mo-
da a nivel de satélite es la magnitud física básica delización de las mismas (Cachorro et al., 1985a;
para el estudio de procesos de muy diversa índole, 1985b; 1998c; Vergaz 1996; Durán 1997).
biofísicos, agrícolas, forestales, ecológicos, atmos- La medida de la reflectancia de superficies, bien
féricos, etc. La magnitud medida a nivel de satélite en el laboratorio o en medidas de campo (Cachorro
se ve perturbada por lo que se denomina "efecto et al., 1995a), es una técnica bien conocida en el
atmosferico", es decir la propia atmósfera interfie- campo de la radiometría en Optica (Nicodemus,
1967; Condit, 1970), y que, dentro de su aplicación
Nº 13 – Junio 2000 1 de 13 V. E. Cachorro, P. Durán, R. Vergaz, y A. M. De Frutos
en teledetección, ha adquirido un aspecto propio, de la posición del sol, se define la magnitud reflec-
denominado radiometría de campo. Obviamente tancia, también denominada reflectancia aparente o
este tipo de medidas forma parte intrínseca de la normalizada (y bidireccional, como ya hemos
radiometría solar. dicho) mediante la expresión
A su vez, la medida y modelización de radian-
cias e irradiancias solares permite abordar el pro- πR(λ) (1) ρ(λ) =
µ F (λ)ceso de corrección atmosférica de las imágenes en o o
teledetección como una tarea que completa la
medida de reflectancia en el nivel de suelo y el donde µ =cos(θ ). Omitiremos de ahora en ade-o ο
estudio de los procesos radiativos en la atmósfera. lante la dependencia con la longitud de onda por
Uno de los sensores más utilizado en la determi- simplicidad.
nación de la reflectancia de la superficie terrestre y El índice de vegetación diferencia normalizada,
parámetros derivados a nivel global (Berthelot et NDVI se define entonces como
al., 1996; Quaidrari et al., 1997; Eidensink y
Faundenn, 1999) es el sensor AVHRR-NOAA R(cana1 2)−R(canal l) (2) NDVI = (Advanced Very-High Resolution Radiometer) que 2)+ 1)
lleva la serie de satélites NOAA (National Oceanic
and Atmospheric Administration). Debido a su alta siendo R(canal i) la radiancia o reflectancia p
resolución temporal éste sensor es ideal para el medida en el canal i. Es obvio que esta definición
estudio de la evolución de la vegetación. Este trata de minimizar los efectos atmosféricos, pero
sensor presenta varios canales radiométricos (Hol- precisamente vamos a cuantificar la variación que
ben et al., 1990, Teillet, 1991; Teillet y Holben, presenta este índice dependiendo de las condicio-
1993), pero en este trabajo nos limitaremos única- nes atmosféricas.
mente a sus dos primeros canales. Su canal radio- Hemos tomado este índice para nuestro estudio
métrico 1 abarca de 580 a 680 nm, en tanto que el por ser el más utilizado, aunque debemos mencio-
canal 2 se sitúa en el infrarrojo cercano, de 720 a nar que en la actualidad se han definido índices de
980 nm. La forma espectral de sus funciones filtro vegetación alternativos, hasta tal punto que ac-
será mostrada más adelante. tualmente existen más de 40 índices definidos en la
En este ámbito se presenta este trabajo, cuyo ob- bibliografia (Bannari et al., 1995). Aquí mencio-
jetivo es analizar la influencia de los parámetros namos, sin entrar en su definición (veánse las refe-
atmosféricos sobre los canales 1 y 2 del sensor rencias citadas a continuación) los más importantes
AVHRR y sobre el índice de vegetación NDVI desde el punto de vista de su efectividad en el
(Rouse et al,.1974), derivado de ellas. Debido a la momento de su formulación. Para la corrección del
amplitud del mismo nos vamos a centrar en la efecto del suelo subyacente a la vegetación se
influencia de los aerosoles atmosféricos únicamen- definió el PVI (Perpendicular Vegetacion Index
te. En este contexto, el conjunto de medidas ra- (Richardson and Wiegand, 1977), el SAVI (Soil
diométricas realizadas (tanto del albedo como de Adjusted Vegetation Index, Huete, 1988) o el
los parámetros atmosféricos) y el desarrollo de un TSAVI (Transformed SAVI, Baret and Guyot,
modelo de transferencia radiativa para la evalua- 1991). Un índice que hace uso de la banda azul
ción de la reflectancia en el límite de la atmósfera, (alrededor de 400 nm) para minimizar el efecto de
nos permiten afrontar el objetivo planteado. la atmósfera es el ARVI (Atmospheric Resistant
Vegetation Index, Kaufman and Tanré, 1992) y el
ALGORITMO DE CORRECCION GEMI (Pinty and Verstraete, 1992). El indice
TSARVI (Tranformed ARVI, Bannari et al., 1997) ATMOSFERICA
que armoniza ambas correcciones. Citamos final-
Definiciones básicas mente, el SARVI (Soil and Atmosphere Resistant
Vegetation Index) y SARVI2 (Huete et al., 1997a) -2 -1 -lLa radiancia R(A) (en W m nm sr ) medida a que también c