La teledetección del agua es la observación de masas de agua como lagos , océanos y ríos a distancia para describir su color, estado de salud de los ecosistemas y productividad. La teledetección del agua estudia el color del agua mediante la observación del espectro de la radiación que sale del agua. A partir del espectro de color procedente del agua se puede estimar mediante algoritmos específicos la concentración de componentes ópticamente activos de la capa superior de la masa de agua . [1] El control de la calidad del agua mediante sensores remotos e instrumentos de corto alcance ha recibido considerable atención desde la creación 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 visto por 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 luminoso y por la naturaleza y cantidad de las sustancias en el medio, en este caso agua. [2] Por lo tanto, los valores de la reflectancia de la teledetección, un 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 sustancias en el agua se conocen como propiedades ópticas inherentes o IOP. [1] Las PIO 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 índice de claridad del agua o turbiedad del océano ) se define como un AOP (o cuasi-AOP), mientras que el coeficiente de absorción y el coeficiente de dispersión de el agua se definen como PIO. [2] Hay dos enfoques diferentes para determinar la concentración de componentes del agua ópticamente activos mediante el estudio de espectros, distribuciones de energía luminosa en una gama 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 el éxito de la inversión en técnicas de teledetección del agua y la determinación de la concentración de parámetros de calidad del agua a partir de datos espectrales observados de teledetección. [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 mediante 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 claridad, variabilidad 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, aviones 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 los sedimentos suspendidos. Este tipo de modelos empíricos sólo se pueden utilizar para determinar parámetros de calidad del agua de cuerpos de agua con condiciones similares. En 1992, Schiebe et al. utilizaron un enfoque analítico. (1992). [6] Este enfoque se basó en las características ópticas del agua y los parámetros de calidad del agua para elaborar un modelo de base física de la relación entre las propiedades espectrales y físicas del agua superficial estudiada. Este modelo de base 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 (p. ej. espectrómetros , radiómetros ), aviones o helicópteros (teledetección aérea) y satélites (teledetección espacial) se mide la energía luminosa que irradian las masas de agua. Por ejemplo, se utilizan algoritmos para recuperar parámetros como la concentración de clorofila-a (Chl-a) y materia particulada en suspensión (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 en estudio. Una concentración muy alta de pigmentos verdes como la clorofila podría indicar la presencia de una proliferación de algas, debido, por ejemplo, a procesos de eutrofización. Por lo tanto, la concentración de clorofila podría usarse como proxy o indicador de la condición trófica de un cuerpo de agua. De la misma manera, para monitorear la calidad del agua se pueden utilizar otros parámetros ópticos de calidad como partículas suspendidas o Suspended Particulate Matter (SPM), materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), transparencia (Kd) y clorofila-a (Chl-a). . [1]