Mediciones conjuntas desde España y el espacio de cara a una misión hiperespectral de la ESA

Siguiendo una tradición iniciada en 1991, el pasado 14 de julio más de 50 investigadores de instituciones de toda Europa y Estados Unidos comenzaron en el campo de agricultura experimental de Barrax las últimas mediciones intensivas en que participan satélites e instrumentos aéreos. La campaña duró una semana.

Los investigadores deben comprobar con regularidad que los resultados obtenidos por los satélites se corresponden con las medidas que se obtienen desde la superficie y en la atmósfera, un proceso llamado 'validación'. La amplia variedad de condiciones presentes en Barrax lo convierten en el lugar idóneo para esta tarea. Los terrenos forman parte de una granja experimental gestionada por la Universidad de Castilla-La Mancha, y su núcleo es un área de 25 kilómetros cuadrados en la que crecen numerosos cultivos de secano y regadío, así como campos sin cultivo.

La campaña de este verano se inscribía dentro de los trabajos preparatorios para una misión de Exploración de la Tierra pendiente de aprobacion por parte de la ESA llamada SPECTRA (Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis). Por eso se ha llamado SPARC 2004 (SPECTRA Barrax Campaign-2004).

El objetivo de SPECTRA es recopilar gran cantidad de información sobre la cubierta terrestre, y sobre la cantidad y condiciones de la vegetación en todo el planeta. SPECTRA llevaría a bordo una cámara hiperespectral capaz de descomponer la luz en bandas espectrales con la mayor resolución jamás obtenida. Esta cámara se colocaría en una pequeña plataforma móvil, lo que le permitiría tomar imágenes desde múltiples ángulos.

Los investigadores de SPECTRA 2004 querían simular el proceso de recogida de información biofísica por parte de SPECTRA, así como el procesado de datos necesario para poder hacer correcciones atmosféricas y geométricas de los datos en bruto. A falta de un SPECTRA en órbita, los investigadores recurrieron a su equivalente más próximo, el satélite Proba, el demostrador de tecnología de la ESA convertido en misión de Observación de la Tierra.

Lanzado en 2001, la carga útil de Proba incluye un sensor hiperespectral llamado CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer), empleado para vigilancia medioambiental. El satélite Proba puede girar a lo largo de su órbita durante la toma de datos, lo que le confiere capacidad multiangular.

Las fechas para llevar a cabo la campaña fueron escogidas para aprovechar dos días consecutivos de toma de datos multiangulares por parte de Proba, en coincidencia con sobrevuelos adicionales de otros satélites. En la configuración CHRIS disponible para la campaña SPARC-2004 se dispuso de 62 bandas espectrales para cinco adquisiciones angulares con 34 metros de resolución espectral.

Mientras tanto, los investigadores en tierra trabajaban de sol a sol desarrollando una intensa actividad de campo y desplegando un gran número de instrumentos, incluyendo lidars y radiosondas en globos para medir variables atmosféricas; fotómetros solares para medir radiación solar; y torres móviles para registrar características de la vegetación local.

"La actividad principal de SPARC-2004 ha consistido en recopilar datos de referencia CHRIS/Proba para estudios relacionados con SPECTRA, con los correspondientes datos atmosféricos, datos radiométricos de superficie y medidas de las propiedades de la vegetación y del suelo. Este conjunto de datos servirá como base para la validación", dijo Remo Bianchi, Coordinador Científico de Campaña de ESRIN. "Y como la cobertura espectral de SPECTRA es más amplia que la que proporciona CHRIS, se usan datos de otros instrumentos aéreos y de satélites adicionales para completar un conjunto de datos de referencia que sean representativos para SPECTRA".

Las imágenes de CHRIS se procesaban inmediatamente tras su recepción en las estaciones en Kiruna o Redu. Después se enviaban por internet de nuevo a Barrax, de manera que los científicos podían ver las imágenes obtenidas ese mismo día cuando aún estaban en el campo, lo que les permitía optimizar la toma de muestras.

"Las medidas desde tierra durante SPARC-2004 han sido diseñadas para permitir el 'cierre de datos', es decir, que todas las variables relevantes para los modelos con que se analizan los datos fueron medidas explícitamente, junto con los datos auxiliares necesarios para definir las condiciones de frontera", explicó José Moreno, de la Universidad de Valencia e Investigador Principal de SPARC-2004. "Además muchas de las medidas fueron tomadas por duplicado, por diferentes equipos con diferentes instrumentos, lo que permite hacer comprobaciones".

El hecho de disponer de numerosos instrumentos de múltiples instituciones permitió una toma de muestras enormemente detallada, que en el caso del 'Leaf Area Index' alcanzó las 3600 muestras. Varias torres móviles de instrumentos, incluidos dos escintilómetros, monitorizaron todos los componentes individuales del proceso de intercambio de energía, agua y dióxido de carbono entre la vegetación y la atmósfera a lo largo de toda la campaña.

El nuevo Airborne Hyperspectral System (AHS), un instrumento operado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) español, voló por primera vez durante SPARC 2004 en un avión y con una tripulación proporcionadas por las Fuerzas Aéreas españolas. El AHS tiene un total de 80 canales espectrales, disponibles en el visible, infrarrojo cercano e infrarrojo térmico. En total, en Barrax se obtuvo datos de 16 vuelos multiangulares, con resoluciones espectrales de 2,5 a 6,8 metros.

Respecto a los datos de satélites en órbita, además de los datos de CHRIS, dos sobrevuelos de Envisat permitieron medir con el espectrómetro MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) y con el radiómetro AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer), mediciones integradas en las tareas de validación de datos de Envisat realizadas en paralelo.

También proporcionaron datos el instrumento SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager) a bordo de Meteosat Segunda Generación (MSG), dentro de las actividades de validación de los datos de vegetación de MSG. Se completó la campaña con datos de Landsat, y de los instrumentos MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) y ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) a bordo del satélite Terra.

"Todos los datos recogidos serán incluidos en la Base de Datos Central de Campañas de la ESA, una nueva iniciativa de la Agencia para poner todos los datos al alcance de la comunidad científica en el futuro", añadió Moreno. "Los grupos implicados en SPARC-2004 han empezado ya a analizar los datos. Los resultados preliminares se discutirán en una reunión en Valencia el próximo Noviembre; las conclusiones definitivas serán presentadas en Abril de 2005 en ESTEC, Holanda".

Participantes en SPARC-2004

En SPARC 2004 están implicadas un total de 80 personas de 21 instituciones de cinco países. En el trabajo de campo participaron unas 50 personas.

Entre ellas hay varios grupos de las universidades de Valencia, Albacete y Castellón, así como de centros nacionales de investigación - INTA, INM, CSIC, CIEMAT, CEDEX, ITAP y CECAF -; equipos franceses de LURE-Paris, INRA-Avignon y de la Universidad de Estrasburgo; equipos italianos de la Universidad de Nápoles y el Consejo Nacional de Investigación; y un numeroso grupo de Holanda, de Alterra-WU-ITC y la Universidad de Utrecht, además de los participantes de la ESA".

También participó en la campaña un equipo de la Universidad de Washington en Seattle, como parte del proyecto de la NASA relacionado con la validación de los datos de Terra/ASTER sobre el campo de Barrax. Las actividades de SPARC-2004 han sido financiadas por la ESA. Han contribuido también la Comisión Europea, Eumetsat y varios proyectos nacionales.