Análisis: El papel clave de los productos satelitales en la observación de la Tierra desde el espacio (segunda parte) | (CR)2

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    Por Deniz Bozkurt, investigador adjunto (CR)2, y Roberto Rondanelli, investigador asociado (CR)2 y académico DGF-FCFM Universidad de Chile

    En la primera parte de este Análisis hicimos un breve repaso histórico de los satélites y su importancia en el estudio de los procesos geofísicos de nuestro planeta. En esta segunda parte, veremos ejemplos concretos de cómo esta tecnología ha aportado a la ciencia.

    Capa de hielo de la Antártica derretida de 16 años

    El Ice, Cloud and land Elevation Satellite 2 (ICESat-2) es el instrumento láser de observación de la Tierra más avanzado que la NASA haya volado en el espacio. Se puso en órbita en el año 2018 para tomar medidas detalladas de elevación global, incluidas las regiones congeladas de la Tierra. Con este satélite, los investigadores encontraron que la pérdida neta de hielo de la Antártica y la disminución de la capa de hielo de Groenlandia han sido responsables de un aumento del nivel del mar en 14 milímetros a nivel global desde el año 2003.

    La precisión y la alta resolución de ICESat-2 permite a los investigadores medir cambios generales sin preocuparse por aspectos complejos de las capas de hielo, como las superficies rugosas, con grietas y crestas. Al comparar los nuevos datos con las mediciones tomadas por el ICESat original –entre los años 2003 y 2009-, los investigadores han generado un retrato completo de las complejidades del cambio de la capa de hielo y conocimientos sobre el futuro de la Antártica y Groenlandia.

    En la Antártica, por ejemplo, las mediciones de ICESat-2 mostraron que la capa de hielo se está volviendo más gruesa en partes del interior del continente, probablemente como resultado del aumento de las nevadas. Pero la pérdida de hielo de sus márgenes, especialmente en la Antártica Occidental y la península Antártica, supera con creces cualquier ganancia en el interior (Figura 1). Es más, especialistas encontraron que algunas plataformas de hielo en la Antártica Occidental están perdiendo masa con tasas de adelgazamiento de un promedio de hasta cinco metros de hielo por año.

    Figura 1. a) Con datos obtenidos por los satélites ICESat y ICESat-2, el mapa muestra la cantidad de hielo ganado y perdido en la Antártica entre los años 2003 y 2019. Las zonas de color rojo oscuro y púrpura muestran tasas medias grandes de pérdida de hielo cerca de la costa, mientras que las zonas azules muestran tasas más pequeñas de ganancia de hielo en el interior. Se aprecia que el hielo perdido cerca de las costas, especialmente en la Antártica Occidental y la península Antártica, supera con creces las ganancias en el interior. En el círculo del medio los satélites no recopilan datos. Figura tomada de Smith et al. (2020). b) La pequeña visualización muestra cómo funciona ICESat-2: utiliza seis rayos láser (verde) para medir las elevaciones sobre una capa de hielo. Fuente: NASA, ICESat-2/SCAD Collaborative Student Project.

    Transporte de polvo del desierto del Sahara en el año 2020

    El transporte de la enorme nube de polvo que se formó sobre el desierto del Sahara a mediados de junio de 2020 y que se extendió por el océano Atlántico norte debido a los vientos dominantes que soplan hacia el oeste (vientos alisios) también fue monitoreado con la ayuda de imágenes satelitales.

    En la imagen tomada por el radiómetro de imágenes infrarrojas (VIIRS), junto con el satélite Suomi NPP (NASA-NOAA), el 21 de junio de 2020, se aprecia la nube de polvo viajando desde la costa de África occidental hasta el continente sudamericano a través del océano Atlántico norte, sobre un área de, al menos, 5000 kilómetros de longitud y más de 5 kilómetros de profundidad (Figura 2a). Normalmente, el transporte de polvo desde los desiertos africanos a través del océano Atlántico tiene lugar en ciertas épocas del año. Estos polvos ricos en minerales pueden favorecer la ecología de las tierras a las que llegan (por ejemplo, la cuenca del Amazonas) y, debido a sus características extremadamente secas, son capaces de modificar la radiación que llega a la superficie. También puede suprimir el crecimiento de ciclones que se forman en el Atlántico tropical. Sin embargo, debido al contexto de la pandemia y dado que el evento de este año fue más intenso y espeso que en las últimas décadas, hubo una mayor preocupación de que se pudieran desencadenar enfermedades pulmonares y respiratorias por el material particulado fino transportado por esta nube de polvo. De hecho, los valores del índice de aerosoles obtenidos por el satélite Suomi NPP muestran altas concentraciones de aerosoles que pueden afectar la salud humana, los que resultaron ser particularmente altos en la costa de África occidental y frente a la costa de Sudamérica (Figura 2b).

    Figura 2. a) Imagen satelital visible en color verdadero o en color natural (resolución: 250 m), con fecha del 21 de junio de 2020 00 UTC, obtenida por el radiómetro VIIRS del satélite Suomi NPP. b) Visualización de la imagen satelital Suomi NPP para la misma fecha, combinada con el índice de aerosoles obtenido del perfil cartográfico de ozono (OMPS) (resolución: 2 km). El índice de aerosol es un rango sin unidades entre 0.0 y 5.0; un valor de 5.0 indica concentraciones elevadas de aerosoles que pueden reducir la visibilidad o afectar la salud humana. El rojo y sus sombras indican pixeles con un rango de índice de aerosol entre 3.0 y 5.0. Fuente de datos e imágenes: NASA Worldview (https://worldview.earthdata.nasa.gov/).

    La tormenta de Atacama de marzo de 2015

    En el desierto de Atacama, donde la precipitación promedio alcanza apenas unos pocos milímetros durante muchos años, una tormenta extremadamente inusual provocó graves inundaciones entre el 24 y el 26 de marzo de 2015, con una precipitación total acumulada que alcanzó, en algunos lugares, más de 60 y hasta 100 mm (decenas de veces la precipitación promedio anual en solo dos días). Debido a la ausencia de observaciones de lluvia en este entorno desértico, se utilizaron datos satelitales y fue posible realizar un análisis detallado de este evento. Por ejemplo, en el análisis realizado con la temperatura máxima de brillo de las nubes obtenida de las imágenes infrarrojas del satélite GOES-13 (NASA/NOAA), se observó que las temperaturas máximas de las nubes sobre el desierto de Atacama y en las áreas costeras eran relativamente cálidas en comparación con las áreas circundantes (Figura 3a). De esta manera, se entendió que la menor altitud de las nubes tipo stratus y/o nimbostratus en estas regiones fue muy efectiva en producir precipitación. Paralelamente, en el análisis realizado con los datos de intensidad y tipo de precipitación obtenidos a partir de los datos de NASA-TRMM, se observó que, además de la precipitación provocada por estas nubes de nivel bajo y medio en el desierto, también se formaba precipitación convectiva severa (un tipo de precipitación intensa de minutos a horas) debido al terreno montañoso y complejo (Figuras 3b, 3c y 3d) en lugares en donde no existían datos en superficie y que, por lo tanto, habría sido imposible comprobar si se produjo o no precipitación.

    Figura 3. a) Imágenes de nubes, intensidad de lluvia y rayos sobre el desierto de Atacama (18oS-26oS) obtenidas de los satélites GOES-13 y TRMM, con fecha 25 de marzo a las 11:00 horas UTC. Las intensidades de precipitación obtenidas por TRMM cerca de la superficie se muestran en color (resolución: 4 km, mm/hora). Las líneas paralelas indican el área orbital del satélite TRMM. La temperatura de luminancia de la nube en escala de grises (K) se obtuvo de las imágenes infrarrojas (resolución: 4 km) del satélite GOES-13. Los signos «+» de color celeste indican la ubicación de los relámpagos, determinada con los datos de la Red Global de Rayos (WWLLN). b), c), d) Sección transversal vertical y clasificación de la precipitación que ocurre a lo largo de las secciones mostradas en a), obtenidas de los datos de TRMM-PR (Precipitation Radar).  Fuente: tomado de Bozkurt et al. (2016).

    En resumen, con las imágenes obtenidas de los satélites en órbita terrestre no solo disfrutamos de un festín visual, sino que también podemos analizar las situaciones que afectan directamente a los componentes de nuestro sistema climático. La funcionalidad continua de los satélites y sus productos son cruciales para contextualizar mejor el cambio climático, particularmente, en las áreas remotas.

    Referencias

    Smith, B., Fricker, H. A., Gardner, A. S., Medley, B., et al. Pervasive ice sheet mass loss reflects competing ocean and atmosphere processes, Science, 368, 1239–1242, 2020. https://doi.org/10.1126/science.aaz5845

    Bozkurt, D., Rondanelli, R., Garreaud, R., Arriagada, A. Impact of warmer eastern tropical Pacific SST on the March 2015 Atacama floods. Monthly Weather Review, 144 (11), 4441-4460, 2016. Doi: https://doi.org/10.1175/MWR-D-16-0041.1

    NASA Worldview, https://worldview.earthdata.nasa.gov/

    NASA Space Laser Missions Map 16 Years of Ice Sheet Loss: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-space-laser-missions-map-16-years-of-ice-sheet-loss