¿Sabes cómo se comportan las masas de agua a lo largo del espectro electromagnético? La identificación de masas de agua con teledetección es relativamente sencilla gracias al particular comportamiento del agua frente al espectro electromagnético, tanto en estado sólido como en estado líquido o gaseoso. Las masas de agua son un elemento que verás realzado de manera reiterativa en prácticamente cualquier composición RGB a falso color.
Comportamiento de las masas de agua
El agua, en estado líquido, tiene la particularidad de absorber energía a lo largo de todas las bandas satélite que puedas estar empleando. Siempre reconocerás las masas de agua líquidas bajo tonalidades excesivamente oscuras en cualquier banda de trabajo. La energía es absorbida por el agua y, salvo que presente sólidos en suspensión, apenas reflejará energía.
Por el contrario, las masas de agua en estado sólido, tienen la particularidad de reflejar de manera alarmante la energía en las bandas del visible. De ahí que la nieve refleje la luz y necesites protegerte la vista y la piel cuando vas, a la montaña o a esquiar. En este caso, las bandas del visible generarán un reflejo excesivo de la energía que comenzará a descender a medida que nos aproximamos al infrarrojo cercano (NIR) e infrarrojo de onda corta (SWIR).
Para las masas de agua en estado vapor no te resultará difícil localizarlas. Las nubes son uno de los elementos más molestos en las imágenes satélite y que, más que ser analizadas, son eliminadas mediante máscaras de nube con ayuda de bitmask.
Pero también es posible encontrarnos con nubes en altura formadas por cristales de hielo debido a las bajas temperaturas de la masa de aire. En estos casos es posible advertir las masas nubosas en colores rojos y anaranjados debido a la presencia de cristales de hielo.
Puedes ver, a continuación, dos zonas territoriales en la que observar este tipo de situaciones. Para el primer caso encontramos cirros con cristales de hielo en tonalidades rojizas frente a masas de vapor de agua en niveles inferiores formando cúmulos y estratos de colores blancos debido a su reflexión en todas las bandas. Para el segundo caso tienes una imagen con masas nubosas de mayor desarrollo en altura y tonalidades anaranjadas que indican la presencia de hielo en altura.
Entre las opciones que tienes para realizar composiciones o índices con los que identificar y representar las masas de agua dispones de las siguientes posibilidades.
Composiciones RGB
Las bandas del visible, el SWIR y el NIR serán tus bandas clave para trabajar el realzamiento de tus masas de agua mediante imágenes RGB a falso color. Algunas composiciones que puedes emplear para realzar las masas de agua líquida son aquellas basadas en filtros de análisis urbano o agricultura. Incorporar dos bandas del SWIR con una del visible, o una combinación de NIR, SWIR y visible te ayudará a realzar las masas de agua frente a entornos terrestres. Las masas de agua líquida siempre se mostrarán en tonos oscuros debido a la absorción de la energía.
Si además estás trabajando la presencia de masas de agua en contextos de agriculturas, estas combinaciones pueden ayudarte a identificar las zonas donde comienzan a desarrollarse actividades agrarias de regadío. Las combinaciones RGB 11,8,2 o RGB 12,11,4 para Sentinel 2 pueden ilustrarte este tipo de ejemplos.
Estos mismos filotrs RGB también puede ser aplicables para masas de agua sólida resaltando en tonalidades llamativas todas aquellas unidades territoriales formadas por agua en estado sólido. El color del canal por el que incorpores la banda del visible mostrará en ese color las masas de nieve y hielo.
Una forma interesante para discriminar masas de agua solida frente a masas de agua líquida bajo el mismo filtro RGB es recurrir a composiciones en las que entre en juego las bandas del visible de manera inicial acompañadas del bandas provenientes del SWIR. Por ejemplo, la composición RGB 2, 11, 12 para Sentinel 2. Este sencillo ejemplo de un alud en el Tibet te ilustrará la proximidad de las masas de nieve aproximándose al lago bajo colores diferentes y una misma composición RGB.
Las masas de agua sólida aparecerán en tonos brillantes e intensos mientras las masas de agua en estado líquido se mostrarán bajo el mismo color pero en tonos oscuros.
Datos radar
Como situación contraria a la óptica tradicional de los sensores pasivos que operan durante el día, la técnica radar es otra de las opciones disponibles para el análisis de las masas de agua. En este caso, la presencia de nubes no es un obstáculo para disponer de información radar, y pueden disponerse datos tanto durante el día como durante la noche.
La representación de datos radar difiere de la convencional composición RGB. En esta ocasión, los datos radar son una buena alternativa para ver la estructura de los objetos que hay en superficie pudiendo identificar las masas de agua en oscuras tonalidades. Desastres naturales como las inundaciones y avenidas son fácilmente reconocibles y cuantificables espacialmente a través de los datos radar.
Índices NDWI y NDSI
Otra alternativa para el seguimiento y análisis de masas de agua es el empleo de los convencionales índices normalizados. En este caso, es posible emplear las bandas del NIR, SWIR y el verde del visible para componer un índice de diferencia normalizada. Algunos autores como McFeeters recomiendan la relación entre las bandas del verde visible y el infrarrojo de onda corta.
Puedes construir tu Índice de Nieve Diferencial Normalizado o NDSI y tu Índice Diferencial de Agua Normalizado, también conocido como NDWI, a través de las siguientes relaciones de bandas:
NDWI = (NIR-SWIR) / (NIR+SWIR)
NDWI = (GREEN-NIR) / (GREEN+NIR)
MNDWI = (GREEN-SWIR) / (GREEN+SWIR)
NDSI = (GREEN-SWIR) / (GREEN+SWIR)
Timelapses
Los timelapses son un recurso gráfico bastante visual para las representación de masas de agua en cualquier estado sólido o líquido. Visualmente pueden ayudarte a observar los periodos de sequía o los impactos del cambio climático sobre la masa del humedal, ya sea representando las imágenes a color natural como a falso color.
Una superposición de imágenes o de índices en diferentes momentos temporales te ayudará a visualizar cómo se movilizan las masas de agua o si sufren cambios como explosiones de algas, presencia de contaminantes o aumento de sólidos disueltos.
Para componer timelapses como estos deberás recurrir a las imágenes temporales o los índices generados a partir de esas imágenes. Aquí tienes algunos recursos para entender qué es un timelapse y cómo puedes construirlos:
- Qué son los timelapses
- Cómo hacer timelapses con Google Earth Engine
- Cómo hacer timelapses con EO Browser
Cartografía de seguimiento
Si vas mal de tiempo y necesitas disponer de datos directos de análisis y seguimiento de masas de agua, la plataforma Copernicus puede ayudarte a descargar libremente algunos índices basados en análisis de masas de agua en near real time. Es decir, dispones de información multitemporal del estado de las masas de agua a nivel superficial que podrás descargar gratuitamente analizando y representando la información en tu SIG de escritorio.
Algunos recursos interesantes vinculados a las masas de agua que puedes utilizar en el contexto de la plataforma Copernicus son:
