La teledetección del agua es la observación de masas de agua como lagos , océanos y ríos desde la distancia para describir su color, estado de salud del ecosistema y productividad. La teledetección del agua estudia el color del agua a través de la observación del espectro de radiación que emite el agua. A partir del espectro de color que proviene del agua, se puede estimar la concentración de componentes ópticamente activos de la capa superior de la masa de agua mediante algoritmos específicos . [1] El monitoreo de la calidad del agua mediante teledetección e instrumentos de corto alcance ha obtenido una atención considerable desde la fundación de la Directiva Marco del Agua de la UE. [1]
Los instrumentos de teledetección del agua (sensores) permiten a los científicos registrar el color de una masa de agua, lo que proporciona información sobre la presencia y abundancia de componentes naturales ópticamente activos del agua (plancton, sedimentos, detritos o sustancias disueltas). El espectro de color del agua tal como lo ve un sensor satelital se define como una propiedad óptica aparente (AOP) del agua. Esto significa que el color del agua está influenciado por la distribución angular del campo de luz y por la naturaleza y cantidad de las sustancias en el medio, en este caso, el agua. [2] Por lo tanto, los valores de reflectancia de teledetección, una AOP, cambiarán con los cambios en las propiedades ópticas y las concentraciones de las sustancias ópticamente activas en el agua. Las propiedades y concentraciones de las sustancias en el agua se conocen como propiedades ópticas inherentes o IOP. [1] Las IOP son independientes de la distribución angular de la luz (el "campo de luz"), pero dependen del tipo y la cantidad de sustancias que están presentes en el agua. [2] Por ejemplo, el coeficiente de atenuación difusa de la irradiancia descendente, K d (a menudo utilizado como un índice de claridad del agua o turbidez del océano ) se define como un AOP (o cuasi-AOP), mientras que el coeficiente de absorción y el coeficiente de dispersión del agua se definen como IOP. [2] Hay dos enfoques diferentes para determinar la concentración de componentes ópticamente activos del agua mediante el estudio de espectros, distribuciones de energía de la luz en un rango de longitudes de onda o colores. El primer enfoque consiste en algoritmos empíricos basados en relaciones estadísticas. El segundo enfoque consiste en algoritmos analíticos basados en la inversión de modelos bioópticos calibrados. [1] [2] La calibración precisa de las relaciones y/o modelos utilizados es una condición importante para una inversión exitosa en técnicas de teledetección del agua y la determinación de la concentración de parámetros de calidad del agua a partir de datos de teledetección espectral observados. [1] Por lo tanto, estas técnicas dependen de su capacidad para registrar estos cambios en la firma espectral de la luz retrodispersada desde la superficie del agua y relacionar estos cambios registrados con los parámetros de calidad del agua a través de enfoques empíricos o analíticos. Dependiendo de los componentes del agua de interés y del sensor utilizado, se analizarán diferentes partes del espectro. [3]
El desarrollo gradual de la comprensión de la transparencia de las aguas naturales y de la razón de su variabilidad de claridad y coloración se ha esbozado desde los tiempos de Henry Hudson (1600) hasta los de Chandrasekhara Raman (1930). [4] Sin embargo, el desarrollo de técnicas de teledetección del agua (mediante el uso de imágenes satelitales, aeronaves o dispositivos ópticos de corto alcance) no comenzó hasta principios de la década de 1970. Estas primeras técnicas midieron las diferencias espectrales y térmicas en la energía emitida por las superficies del agua. En general, se establecieron relaciones empíricas entre las propiedades espectrales y los parámetros de calidad del agua del cuerpo de agua. [3] En 1974, Ritchie et al. (1974) [5] desarrollaron un enfoque empírico para determinar sedimentos suspendidos. Este tipo de modelos empíricos solo se pueden usar para determinar parámetros de calidad del agua de cuerpos de agua con condiciones similares. En 1992, Schiebe et al. (1992) utilizaron un enfoque analítico. [6] Este enfoque se basó en las características ópticas del agua y en los parámetros de calidad del agua para elaborar un modelo basado en la física de la relación entre las propiedades espectrales y físicas del agua superficial estudiada. Este modelo basado en la física se aplicó con éxito para estimar las concentraciones de sedimentos en suspensión. [3] [6] [7] [8]
Mediante el uso de dispositivos ópticos de corto alcance (por ejemplo, espectrómetros , radiómetros ), aviones o helicópteros (teledetección aerotransportada) y satélites (teledetección espacial), se mide la energía luminosa que irradian los cuerpos de agua. Por ejemplo, se utilizan algoritmos para recuperar parámetros como la concentración de clorofila-a (Chl-a) y de materia particulada suspendida (SPM), la absorción por materia orgánica disuelta coloreada a 440 nm (aCDOM) y la profundidad de Secchi . [1] La medición de estos valores dará una idea sobre la calidad del agua del cuerpo de agua que se está estudiando. Una concentración muy alta de pigmentos verdes como la clorofila podría indicar la presencia de una floración de algas, por ejemplo, debido a procesos de eutrofización. Por lo tanto, la concentración de clorofila podría utilizarse como un proxy o indicador de la condición trófica de un cuerpo de agua. De la misma manera, otros parámetros de calidad óptica como partículas suspendidas o materia particulada suspendida (SPM), materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), transparencia (Kd) y clorofila-a (Chl-a) se pueden utilizar para monitorear la calidad del agua. [1]