Estación Terrestre de Datos de Satélite

 

Histórico

Período 1998-2006
En Julio de 1998, se instaló la Estación Terrestre de Datos de Satélite del IEO de Santander (ETDS-IEO-SANT) para la obtención de imágenes de temperatura superficial del mar mediante captación de los datos proporcionados por los satélites meteorológicos de la serie NOAA. El sistema estaba formado por una antena receptora, un preamplificador, una linea de transmisión, un receptor, un demodulador y un ordenador. Este equipo fue financiado por la CICYT, la Comunidad Autónoma de Cantabria y el IEO. Se recibían entre 6 y 9 pases diarios de NOAA 12, NOAA 14 y NOAA 16.

Actualmente
En Julio de 2010 se instaló un nuevo sistema de recepción de datos de satélite para la obtención de imágenes de temperatura superficial del mar mediante captación de los datos proporcionados por los satélites meteorológicos de la serie NOAA y Metop-A. En la actualidad, la Estación recibe más de 10 pases diarios de los satélites NOAA 18, NOAA 19, METOP-A y Metop-B a su paso sobre el área de cobertura del Centro Oceanográfico de Santander. Posteriormente estos datos son procesados y convertidos a imágenes de Temperatura Superficial del Mar (SST).

Financiación
La financiación del sistema ha corrido a cargo de los Fondos FEDER IEOC08-4E-017 y del Ministerio de Ciencia e Innovación del Gobierno de España.

 

Objetivos

El uso de datos de Observación de la Tierra obtenidos mediante instrumentos a bordo de satélites se ha ido generalizando en un número creciente de disciplinas científicas, comerciales e industriales. Por ejemplo, se utilizan imágenes de satélite para estudios de producción primaria del océano, calidad del agua, frentes térmicos en el océano, turbidez del agua, calentamiento estacional masas de agua, temperatura superficial del mar, control de parámetros ambientales, desertización, incendios forestales, control de mareas negras, aplicaciones cartográficas, aplicaciones meteorológicas, etc. Es indudable que la teledetección espacial aplicada a la oceanografía se ha convertido en una herramienta básica para el estudio de numerosas variables de carácter medioambiental sobre nuestro planeta.

Los principales objetivos son:

• Identificación de estructuras de mesoescala.
  

  Los ecosistemas marinos del litoral y márgenes continentales representan la zona de transición entre los continentes y las cuencas marinas, y juegan un papel decisivo en la regulación de los aportes de materia y energía desde el continente hasta las zonas profundas del océano, siendo además áreas de intensa productividad biológica.

  Las zonas más ricas en plancton se encuentran no solo en áreas de alta dinámica fisico-química local (afloramiento) sino también en zonas de convergencia donde las corrientes transportan los elementos del plancton. Las variaciones en la dirección, sentido e intensidad de las corrientes de plataforma originan alteraciones de las características físicas y químicas del agua superficial que dan lugar a que las zonas biológicamente activas se desplacen en cuanto a su localización y a que se produzcan alteraciones temporales de la productividad.

  En el proyecto financiado por la Fundación Marcelino Botín (Identificación de singularidades hidrodinámicas generadoras de fenómenos productivos en la costa cántabra) se identificaron dichas áreas mediante teledetección, y se validaron los parámetros deducidos del análisis radiométrico de la imágenes de teledetección con medidas "in situ".

  La variabilidad en el tiempo y en el espacio de los mecanismos de formación, mantenimiento y desaparición de los fenómenos hidrodinámicos generadores de fenómenos productivos (afloramientos, calentamiento estacional, remolinos, corrientes de talud) en la costa cantábrica y su parametrización constituyen una línea de investigación consolidada en el Centro Oceanográfico de Santander desde 1996.

• Estudio de la circulación marina mediante modelado.
  La 'asimilación' de datos de satélite es una importante herramienta de validación, e inicialización de los grandes modelos oceánicos. Modelos más modestos aún están tratando de implementar la asimilación, pero la utilización de análisis de situaciones oceanográficas para validar y mejorar el modelo ha cobrado gran importancia. Datos de la antena de teledeteccion de Santander se utilizaron durante el derrame del Prestige en 2003 para detectar los frentes termohalinos en la plataforma gallega frente a las Rías Bajas. Los investigadores, detectando los frentes halinos de baja salinidad y a menudo de temperatura inferior a las aguas que lo circunda, podían tratar de verificar el bloqueo del fuel fuera de las Rías. El análisis de las situaciones oceanográficas se está utilizando de forma habitual para comparación con modelos numéricos hidrodinámicos. Esta información se ha utilizando en los modelos de Galicia-Cantábrico del IEO de los proyectos VACLAN (REM2003-08193-C03-00/MAR),COVACLAN (CTM2007-64600/MAR) y ZOOTRACOS (MCYT.REN2003-06633-C03-03/MAR), entre otros.


• Estudio de las pesquerías
  Principalmente de Túnidos en el Golfo de Vizcaya y el Mediterráneo.
• Estudio del afloramiento en el Cantábrico.
  Dentro del estudio de la variabilidad Climática (Proyectos RADIALES y VACLAN). La señal del afloramiento en SST es muy nítida y fácilmente evaluable. Así anualmente se evalúa su intensidad y los resultados aparecen en la web y se incluyen en el informe climático anual de la Secciones y Estaciones Estándar Españolas.
• Servir de apoyo al diseño de la investigación oceanográfica española.
  Se han establecido espacios en la web para numerosas campañas oceanográficas en las que la información se presenta en tiempo ‘quasi real’ para facilitar la toma de decisiones a bordo de buques oceanográficos a grupos de investigación de Medio Marino y pesquerias del IEO.

 

El grupo de teledetección ha colaborado en la tarea de teledetección en el proyecto 'Establecimiento de un Sistema Español de Oceanografía Operacional (ESEOO)'. El Proyecto ESEOO (VEM2003-20577-C14-02) supuso la asociación de mas de 20 instituciones y organismos. La tarea 2.2 trataba de los trabajos en teledetección y fue coordinada por el INTA, participando IEO, CMIMA (CSIC) y AZTI, su objetivo era elaborar el estado de la teledetección en España y se realizó un informe muy completo. Las imágenes de Santander se incluyeron en la web de ESEOO y se consideraron de gran ayuda. Fueron las primeras en presentarse en una web pública española en abierto y tienen la ventaja de poder elaborar imágenes específicas para su utilización.

 

Acciones

Las acciones que lleva a cabo la Estación Terrestre de Datos de Satélite son las siguientes:

• Mantenimiento de las infraestructuras necesarias para la recepción y procesado de datos procedentes de los satélites NOAA Y METOP.
• Elaboración sistemática a partir de estos datos de los siguientes productos:
  • Imágenes TIFF-JPG de Temperatura Superficial del Mar de 5 zonas geográficas: NE Atlántico, Portugal, Estrecho de Gibraltar, Mediterráneo e Islas Canarias.
  • Quicklook del canal 3 en formato JPG para la observación de coberturas nubosas.
  • Quicklook del canal 4 en formato JPG para la observación de coberturas nubosas.
• Constitución y mantenimiento de un archivo con todos los datos procesados, disponibles (bajo petición) para cualquier usuario interesado.
• Distribución de imágenes SST a todos los laboratorios del Instituto Español de Oceanografía.
• Apoyo a Campañas Oceanográficas.

 

Componentes Hardware/Software de la Estación

El equipo está formado principalmente por software y hardware para el sistema de captura en ventanas HRPT/CHRPT mediante una antena de 1.5m de diámetro bajo cúpula. El sistema está integrado por la parábola y GPR. La antena tiene un rotor con unidad de control, fuente de alimentación y convertidor.

 

La unidad rack comprende un receptor sintetizado HRPT/CHRPT/METOP demodulador de fase programable, unidades recuperadoras, interfases, receptores, fuente de alimentación e interfase USB/RS232 para conexión al ordenador central.

 

Se requiere la adquisición de software Dartcom de adquisición (Polar Orbiter Ingester) y procesado de imágenes (iDAP/MacroPro) con exportación a formatos SIG (ENVI/IDL, PCI y ERDAS).

Los sistemas orbita polar de Dartcom de banda L reciben, archivan, procesan y presentan datos digitales HRPT, CHRPT,SeaWiFS y AHRPT de los satélites de órbita polar NOAA, Feng Yun, SeaStar y Metop. Los Datos SeaWIFS procedentes del satélite SeaStar están codificados y se necesita una licencia de ORBIMAGE Inc. para decodificarlos. Aunque en este momento no se solicita, queda abierta la posibilidad de hacerlo en el futuro y trabajar con imágenes de color oceánico para determinación de clorofila, etc.

Los datos se transmiten desde el satélite en 'tiempo real' y con una resolución espacial de 1.1 km hasta 10 bandas espectrales desde el visible hasta el infrarrojo. Datos atmosféricos y medioambientales como AMSU, SEM, TOVS y DCS (Argos) están también disponibles para satélites NOAA y Metop.

Más información en la web oficial de Dartcom

Descargue las Especificaciones técnicas de la antena y del receptor

 

A nuestra estación terrestre llegan datos procedentes de satélites de órbita polar. Estos satélites son capaces de observar la superficie de la Tierra con mucho más nivel de detalle que los satélites geoestacionarios, ya que sus órbitas son mucho más bajas (800 km, comparados con los 36.000 km de la órbita geoestacionaria). Este sistema global de observación de la Tierra permite recibir los datos tomados sobre cualquier lugar del planeta en menos de tres horas, y prácticamente en tiempo real cuando el satélite sobrevuela una estación de seguimiento.

Europa comenzó a proporcionar este tipo de servicios a través de una iniciativa desarrollada en cooperación con los Estados Unidos. El Sistema Polar de EUMETSAT (EPS) realiza observaciones de gran precisión que están ayudando a mejorar las predicciones meteorológicas y los modelos climáticos.

El campo de la meteorología por satélite entró en una nueva era tras el lanzamiento en 2006 de MetOp-A, el primero de la familia de tres satélites Meteorológicos Operacionales (MetOp) en órbita polar que constituye el segmento espacial del sistema EPS.

Parámetros orbitales - Two Line Elements

 

Satélites Metop

El programa de satélites Meteorológicos Operacionales (MetOp) es una iniciativa europea que proporciona servicios meteorológicos para monitorizar el clima y mejorar las predicciones del tiempo. La serie de tres satélites MetOp ha sido desarrollada por la ESA y por la Organización Europea para la Explotación de los Satélites Meteorológicos (EUMETSAT), y constituye el segmento espacial del Sistema Polar de EUMETSAT (EPS).

Este programa también constituye la contribución europea a una iniciativa desarrollada en cooperación con la Administración Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA), la cual lleva desde el año 1970 recabando datos meteorológicos desde órbitas polares que luego distribuye de forma gratuita a usuarios de todo el mundo. El primer satélite de este programa, MetOp-A, fue lanzado en octubre de 2006 y entró en servicio reemplazando a uno de los dos satélites operados por NOAA. MetOp-A fue el primer satélite meteorológico europeo en órbita polar. Desde su lanzamiento, Europa y los Estados Unidos comparten la responsabilidad de proporcionar información meteorológica desde este tipo de órbita.

Los sofisticados instrumentos que viajan a bordo de los satélites MetOp permiten medir con una resolución y precisión sin precedentes un gran número de variables meteorológicas, tales como la temperatura, la humedad, la velocidad y la dirección del viento sobre los océanos y las concentraciones de ozono y de otros gases traza, constituyendo un gran avance en la capacidad para predecir el tiempo y monitorizar el clima a escala global.

Estos satélites también toman imágenes de la superficie de la tierra y de los océanos, y están equipados con transpondedores de búsqueda y salvamento que retransmiten las señales de socorro emitidas por barcos y aeronaves. Los satélites MetOp también cuentan con un sistema de retransmisión de datos que recoge la información de boyas y de otros dispositivos de adquisición de datos distribuidos por todo el planeta.

MetOp Operational Status
MetOp Global Data Services

 

 

 

 

El hecho de lanzar un nuevo satélite cada 5 o 6 años permite garantizar la disponibilidad de los datos de alta resolución para la monitorización del clima y la predicción meteorológica a medio y largo plazo, servicio que continuará hasta el año 2020 como mínimo.

Segunda Generación: MetOp-SG
El satélite MetOp-SG, que está desarrollando en Airbus D&S, dará continuidad y mejorará los datos meteorológicos con una resolución espectral y espacial más elevada, en comparación con los datos que suministra actualmente la primera generación de satélites. Se emplearán también más de 10 instrumentos distintos para llevar a cabo toda una serie de observaciones cubriendo las bandas de frecuencia visible, ultravioleta, infrarroja y de microondas. A partir de 2021 MetOp-SG permitirá incrementar aún más la precisión de las predicciones meteorológicas utilizando tecnologías europeas de vanguardia.

Información proporcionada por la Agencia Espacial Europea (ESA)

 

Satélites NOAA

Actualmente, trabajamos con los datos proporcionados por los satélites NOAA-18 y NOAA-19. Los satélites NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) forman parte del Programa POES (Polar Operational Environment Satellite) desarrollado por la NASA en cooperación con la agencia NOAA, Francia y el Reino Unido. La NASA a través del Goddard Space Flight Center (GSFC) se encarga de la construcción y puesta en órbita de los satélites, que pasan a ser comandados por la NOAA una vez realizados los chequeos pertinentes.

El primer prototipo fue lanzado en octubre de 1978 (TIROS-N). A éste han seguido otros, identificados secuencialmente con una letra o un número. Así, el NOAA-J una vez puesto en órbita pasó a denominarse NOAA-14. Con el NOAA-K, que pasó a denominarse NOAA-15, comenzó una nueva serie de satélites (Serie KLM) que han incorporado notables cambios y mejoras en la instrumentación respecto a sus hermanos predecesores. Esta nueva serie viene caracterizada por la presencia de instrumentos de microondas que posibilitan el estudio de zonas nubosas en las cuales los instrumentos que operan en las zonas visible e infrarroja tienen problemas de operación.

La política de operación de los satélites NOAA establece que haya, al menos, dos satélites operativos simultáneamente: unos de ellos cruza el Ecuador a las 7:30 a.m. hora local y el otro lo hace a la 1:40 p.m. hora local. Por convenio, los satélites impares cubren las órbitas diurnas y los pares las nocturnas asegurando, así, una continua cobertura de toda la tierra.

Los satélites NOAA tienen un período de 102 minutos (promediando 72 minutos de iluminación solar y los 30 restantes de oscuridad). Giran en torno a la Tierra 14 veces al día a una altura de 833 Km. El ciclo se repite aproximadamente cada 11 días. La resolución en tierra de los NOAA es de unos 4 Km en APT y de 1,1 Km en HRPT y tiene una resolución radiométrica de 10 bits.

 

Los satélites de la NOAA llevan entre otros instrumentos un radiómetro de barrido (AVHRR) que transmite sus datos en formato HRPT. Este tipo de formato se detalla más ampliamente en el siguiente apartado y es el utilizado por nuestro sistema de recepción.

Sensor AVHRR

El Radiómetro AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) fué inicialmente diseñado para la observación meteorológica (determinación de cobertura de nubes y temperatura de la superficie). Posteriormente, los datos que suministra han encontrado numerosas aplicaciones en el campo de la observación terrestre tales como:

• Temperatura superficial de tierra y mar (SST).
• Cobertura de nubes y precipitaciones. Detección de frentes.
• Erupciones volcánicas.
• Cobertura de hielo y nieve.
• Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI).
• Seguimiento y detección de incendios forestales.

Es por ello que el AVHRR se ha convertido en una de las fuentes más utilizadas en este tipo de estudios.

Este sistema tiene una resolución 13 veces mayor que el sistema APT, además de tener 5 bandas espectrales y los datos digitales que transmiten son de 10 bits lo que permite visualizar 1024 tonalidades de gris. El sistema HRPT es complejo, se requiere una antena de 1 metro de diámetro la cual debe tener un mecanismo motorizado para seguir al satélite a medida que este se órbita en el espacio. Este proceso es automatizado generalmente por un controlador dedicado alimentado con los datos orbitales.

Se distinguen varios modelos de este instrumento: El AVHRR/1, el AVHRR/2 y el AVHRR/3. Este último es el que portan los satélites de la serie KLM.

Recibe en 5 canales simultáneamente (resolución espectral de 5 canales). La imagen completa de estas "cámaras" se transmiten en modo digital y en formato de alta resolución (HRPT) en 1,7 GHz. Para el modo analógico en 137 MHz, se seleccionan 2 de los 5 canales y se retransmiten rebajados en resolución, uno a continuación del otro (multiplexado en tiempo). Los canales del radiómetro son:

 

 

Los canales 1 y 2 son sensibles a la radiación solar (6000 grados C) y, por tanto, recogen la luz solar reflejada por la Tierra. Son útiles para observar las nubes, los contornos de costa, la nieve en las cumbres, etc. El canal 3 está entre medias y es sensible a temperaturas terrestres muy altas, como pueden ser los fuegos, las emisiones de calor de industrias, etc. El canal adicional del modelo AVHRR/3, canal 3A, mejora la capacidad de discriminación entre nieve, hielo y nubes.Los canales 4 y 5, en cambio, son sensibles a la radiación propia de la Tierra (0 grados C). Por ello, son útiles para la evaluación de temperaturas (por ejemplo, la temperatura superficial del agua marina) y para la observación de nubes, especialmente de noche.

El AVHRR puede enviar sus datos en tres formatos: HRPT, LAC y GAC. La transmisión de datos HRPT se realiza de forma continua y se trata de datos de alta resolución. Los datos LAC también son de alta resolución pero se almacenan a bordo y se envían a tierra posteriormente. Los datos GAC se obtienen a partir de los LAC promendiando valores muestreados. En el Centro Oceanográfico de Santander los datos se reciben en modo HRPT.

Las observaciones de teledetección del sensor AVHRR se caracterizan por tener una resolución espacial relativamente alta (1,1 x 1,1 Km en el nadir), optimizada para el estudio de las estructuras de mesoescala y por tiempos de revisita diarios o inferiores, lo que permite hacer un seguimiento de las estructuras hidrográficas en términos de series temporales.

Posición en tiempo real del Satélite NOAA-18
Posición en tiempo real del Satélite NOAA-19
POES Operational Status