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Productos BioPar: LST, Series Temporales
J. A. Sobrino, Y. Julien, G. Sòria, J. C. Jiménez (IPL-UCG)F. Camacho (EOLAB)
Reunión Grupo de Trabajo Baja Resolución. Plan Nacional De Teledetección, Madrid, 29/11/12
2
BioPar CMS Portfolio
ProductNRT /
Off-lineSpatial
ResolutionSpatial
coverageTemporal
ResolutionSensor
(back-up)
Land Surface Temperature NRT ~ 5 km Global 3 hours ΣΣΣΣGEO + AVHRR
Downwelling Shortwave Radiation, Downwelling Longwave Radiation
NRT ~ 5 km Global 3 hours ΣΣΣΣGEO + AVHRR
Surface Albedo - GEO NRT ~ 5 km Global 10-days ΣΣΣΣGEO + AVHRR
Surface Albedo - VGT NRT 1 km Global 10-days VGT
LAI, fCover, fAPAR, DMP, NDVI NRT 1 km Global 10-days VGT (MODIS)
Burnt areas + seasonality NRT 1 km Global Daily VGT
MERIS FR biophysical products NRT 300 m Test Areas 10-days MERIS
HR biophysical products Off-line < 50m Pilot Areas 2-3 months SPOT
Long time series of vegetation products + Climatology
Off-line 4 km Global 10-days AVHRR + VGT
Water Bodies + seasonality NRT 1 km Africa 10-days VGT
Soil Moisture + Freeze/Thaw NRT 25 km Global Daily ASCAT
Time series of soil moisture products Off-line 25 km Global Dailly ERS1&2 Scatt
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Land Surface Temperature NRT 1 km Península daily MODISLand Surface Temperature NRT 3 km Península 15 min SEVIRI
BioPar
IPL
Validación en la zona de Doñana
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II Reunión Grupo de Trabajo Baja Resolución. Plan Nacional De Teledetección, Madrid, 09/06/09
Algoritmo Split-Window (Sobrino et al. 2003) para las bandas MODIS 31 y 32Algoritmo operacional y ampliamente validado
Ts=T31+a1+a2(T31–T32)+a3(T31–T32)2+(a4+a5W)(1-εεεε)+(a6+a7W)∆∆∆∆εεεε
Productos internos
Vapor de agua (W)
Emisividad (ε) Thresholds method (Sobrino & Raissouni, 2000)
i) Mixed pixels (FVC=0):
ε = 0,971 + 0,018 FVC & ∆∆∆∆εεεε = 0,006 (1-FVC)
ii) Vegetated pixels (0<FVC<1):
ε = 0,985 + dεεεε & ∆ε∆ε∆ε∆ε=0.001
iii) Bare soil (FVC=0):
εεεε = 0,9832 – 0,058 ρρρρ1 1 1 1 & ∆∆∆∆εεεε = 0,0018 – 0,060 ρρρρ1
Emisividad: método de los umbrales
2L17L
2L18L
2L19L
Vapor de agua:
Cociente entre bandas de
absorción y no-absorción
PRODUCTOS RADIATIVOSTemperatura de la Superficie Terrestre
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Ejemplo:Doy=177, año 2002
II Reunión Grupo de Trabajo Baja Resolución. Plan Nacional De Teledetección, Madrid, 09/06/09
PRODUCTOS RADIATIVOSTemperatura de la Superficie Terrestre
εεεε
∆ε∆ε∆ε∆ε
W
TST
6
II Reunión Grupo de Trabajo Baja Resolución. Plan Nacional De Teledetección, Madrid, 09/06/09
NOAA-AVHRR TERRA/AQUA-MODIS MSG-SEVIRI
Reception system
SISTEMA DE RECEPCIÓN DE IMÁGENES DEL IPL
SENSOR IntervaloImágenes mensuales:
Datos/ mes:
MODIS / AQUAMañana 21 (5 / semana)
50 GBNoche 21 (5 / semana)
MODIS / TERRAMañana 21 (5 / semana)
Noche 21 (5 / semana)
AVHRR / NOAA
10h – 14h 60 (2 diarias)
150 GB16h – 18h / 21h – 23h 60 (2 diarias)
1h – 3h / 5h – 7h 60 (2 diarias)
SEVIRI / MSG Cada 15 min 2880 (96 diarias) 950 GB
Imágenes de la Península Ibérica almacenadas en el IPL
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Productos PNT
● Radiancia TOA(+reflectividad+Tbrillo)
RADIATIVOS● Temperatura de la Sup. Terrestre● Reflectividad de la Sup. Terrestre● Reflectividad Normalizada
BIOFÍSICOS● Índice de vegetación NDVI● Cobertura Vegetal (FVC)● Índice Área Foliar (LAI)● Frac. Rad. Fotos. Act. Abs. (FAPAR)
PROCESADO MODIS
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PRODUCTOS RADIATIVOS
Reflectividad de laSuperficie Terrestre
(RST)
Las reflectividades TOA se convierten a reflectividades de la superficie realizando la corrección atmosférica.
Correc. Atm.:código SMACcódigo MODTRAN (LUTs)
Datos externos:aerosolesozono
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PRODUCTOS RADIATIVOS
Temperatura de laSuperficie Terrestre
(TST)
Las temperaturas de brillo se corrigen del efecto atmosférico y de la emisividad para obtener la TST (algoritmo Split-Window ).
Correc. Atm.:Vapor de agua a partir de datos de la imagen
Correc. Emisividad:A partir de los productos RST y FVC
Resolución: 1-km
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BRDFReflectividad Normalizada
PRODUCTOS BIOFÍSICOSNDVIFVCLAI
FAPAR
Productos generados cada 10 días,A partir de la RST-NORM.
Resolución de 250 metros
Tabla Comparativa
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Cobertura espacial Resolución espacial Frecuencia temporal Acceso a los datos: Timeliness
ProductosMODIS
ProductosPNT
ProductosMODIS
ProductosPNT
Productos
MODIS
Productos PNT
Productos MODIS
Productos PNT
Radiancia en elsensor
(RAD-TOA)
Adquisición completaAcotada a 3 zonas de
interés:1-Península Ibérica, Ceuta y Melilla2-Islas Baleares3-Islas Canarias
Bandas 2: 250mBandas 7: 500m
Bandas 36: 1000mdiaria 1 día
Quasi-tiempo
realTemperatura de Superficie
Terrestre (TST)1000m diaria >4 días
Reflectividad de Superficie
Terrestre (RST)
Bandas 2: 250mBandas 7: 500m
diaria >4 días
a)Quasi-tiemporealb)4-5 días
Reflectividad de SuperficieTerrestre
Normalizada(RST-NORM)
500m
Bandas 2: 250m
Bandas 7: 500m
16 días
10 días
>15 días
Quasi-tiempo
real
Índice de vegetación NDVI
250m
250m
16 días >10 dias
Índice de área Foliar (LAI)
1000m 8 días >10 dias
Fracción de Radiación
fotosintéticamente activaabsorbida(FAPAR)
1000m 8 días >10 dias
Fracción de cubierta vegetal
(FVC)No se proporciona
No se proporciona
No se proporcio
na
No se proporcion
a
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Productos
RADIATIVOS● Temperatura de la Superficie Terrestre (mar y tierra)
BIOFÍSICOS● Índice de vegetación NDVI
PROCESADO METEOSAT
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PROCESADO METEOSAT
Imagen composite :
R – Temperatura de tierra y marG – Infrarrojo cercanoB – Rojo
Para el 1 de enero, abril, julio y octubre de 2012 a las 12:00 GMT
FUEGOSAT SYNTHESIS STUDYESA ITT No: 1-6101/09/NL/BJ
PROJECT TEAMS:
Global Change Unit (IPL - University of Valencia)J. A. Sobrino (coordinator)
GEO-k (spin-off, University of Rome “Tor Vegata”)F. Del Frate
Summary of TIR remote sensing applicationsidentified during theFSS project
Solid Earth: 18Health & Haz.: 17Security & Surv.: 6Total: 41
Requirements table for Solid Earth applications
FUEGOSAT SYNTHESIS STUDY (1-6101/09/NL/BJ)FUEGOSAT SYNTHESIS STUDY (1-6101/09/NL/BJ)
FUEGOSAT SYNTHESIS STUDY (1-6101/09/NL/BJ)
Requirements table for Health & Hazards applications(cont.)
FUEGOSAT SYNTHESIS STUDY (1-6101/09/NL/BJ)
Requirements table for Security & Surveillance applicati ons
FUEGOSAT SYNTHESIS STUDY (1-6101/09/NL/BJ)
TIR remote sensing applications selected after the consolidation review (workshop) and priority level
81 82 83 84 85 87 88 89 90 9186 92 93 94 95 96 98 99 00 01 0297 04 0503 07 09 100806
NPP
NPOESS
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AVHRR
VIIRS
Land Climate Data Record
Multi instrument/Multi sensor Science Quality Data Records used to quantify
trends and changes
N07 N09 N11 N14
N16 N17
N09
MODIS
Terra
Aqua
N16
AVHRR (GAC) 1982-1999 + 2003-2006
MODIS (MO(Y)D09 CMG) 2000-present
VIIRS 2010 – 2020
SPOT VEGETATION 1999-2000
VEGETATION
ANALISIS MULTITEMPORAL
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7ju
l-81
oct-
81en
e-82
abr-
82ju
l-82
oct-
82en
e-83
abr-
83ju
l-83
oct-
83en
e-84
abr-
84ju
l-84
oct-
84en
e-85
abr-
85ju
l-85
oct-
85en
e-86
abr-
86ju
l-86
oct-
86en
e-87
abr-
87ju
l-87
oct-
87en
e-88
abr-
88ju
l-88
oct-
88en
e-89
abr-
89ju
l-89
oct-
89en
e-90
abr-
90ju
l-90
oct-
90en
e-91
abr-
91ju
l-91
oct-
91en
e-92
abr-
92ju
l-92
oct-
92en
e-93
abr-
93ju
l-93
oct-
93en
e-94
abr-
94ju
l-94
ND
VI
región 1 región 2 región 3 región 4 región 5 región 6
NDVIMAX
• Regiones 1 y 2: pequeña variación.
• Regiones 3 y 4: Primavera (Abril).
• Regiones 5 y 6: Verano (Julio)
Comportamiento Cíclico
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330ju
l-81
oct-
81en
e-82
abr-
82ju
l-82
oct-
82en
e-83
abr-
83ju
l-83
oct-
83en
e-84
abr-
84ju
l-84
oct-
84en
e-85
abr-
85ju
l-85
oct-
85en
e-86
abr-
86ju
l-86
oct-
86en
e-87
abr-
87ju
l-87
oct-
87en
e-88
abr-
88ju
l-88
oct-
88en
e-89
abr-
89ju
l-89
oct-
89en
e-90
abr-
90ju
l-90
oct-
90en
e-91
abr-
91ju
l-91
oct-
91en
e-92
abr-
92ju
l-92
oct-
92en
e-93
abr-
93ju
l-93
oct-
93en
e-94
abr-
94ju
l-94
Tem
pera
tura
(K
)
región 1 región 2 región 3 región 4 región 5 región 6
Conservación de la jerarquía de evolución de Ts
TsMAX
Verano (Julio-Agosto)
∆∆∆∆T=Tregión1-Tregión6≈≈≈≈ 23 K
TsMIN
Invierno (Diciembre-Enero)
∆∆∆∆T=Tregión1-Tregión6≈≈≈≈ 14 K
Map of the total average value of NDVI
for the period (1981-2001).
Map of the total average value of NDVI
for the period (1981-2001).
Map of the total average value of LST
(K) for the period (1981-2001).
Map of the total average value of LST
(K) for the period (1981-2001).The map of mean air temperature (K) for
the period (1981-2001).
The map of mean air temperature (K) for
the period (1981-2001).
The map of mean precipitation (mm/day)
for the period (1981-2001).
The map of mean precipitation (mm/day)
for the period (1981-2001).
Análisis series temporales NDVI y LST identificar cambios vegetación en Europa 1982-86/1995-99
•Rosa: zonas áridas del Sur en proceso de desertización (aumento 2.5 LST, disminución 0.02 NDVI)
•Verde oscuro: zonas centro Europa mejora su vegetación (disminución 1.5 LST, aumento 0.1 NDVI)
-2 1 4 7 10NDVI (x0.01)
LST(x0.1 K)
-15 -5 5 15 25
desertisation
plantregrowth
longergrowingseason
shortergrowingseason
Cambios en la vegetación europea entre 1982/1986 y 1995/1999.
Remote sensing of Environment 2006
GIMMS: Ts frente NDVI (2000-2006)
-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90º
Imagen presentada con IHS: el color (H) representa el ángulo de la pendiente Ts/NDVI, (I) la intensidad del color (oscuro a claro) la amplitud del ciclo anual de Ts/NDVI, y (S) la saturación del color el coeficiente correlación del ajuste Ts/NDVI (gris = bajo, color intenso = alto)
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Datos:- NDVI GIMMS- LST MODIS
Parámetros:A partir de modelos de fenología logísticos, harmón icos, umbrales, etc.- Comienzo temporada crecimiento (start of season)- Fin temporada crecimiento (end of season)- Duración temporada crecimiento (length of season)- Estadística: promedio, desviación estándar, máximo, mínimo
Tendencias:A partir de métodos de análisis de Mann-Kendall y Se n- Valor de la pendiente- Nivel de confianza
PROCESADO DE SERIES TEMPORALES
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Requisitos:Fenología:- Parámetros biofísicos (LAI, Fcover, FAPAR, NDVI, NPP, albedo, …)- Datos diarios- Resolución espacial del orden de 100 metros
Estadística:- Parámetros biofísicos (LAI, Fcover, FAPAR, NDVI, NPP, albedo, …)- Parámetros térmicos (TST, EST, vapor de agua)- Datos diarios- Resolución espacial del orden de 1000 metros
PROCESADO DE SERIES TEMPORALES
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PROCESADO DE SERIES TEMPORALES
Tendencias a 90% de
confianza para la fecha de
comienzo de la temporada
de crecimiento
-3.6 -2.8 -2.1 -0.7 0.0 0.7 1.4 2.1 2.8 dia por año
Duración promedio de la
temporada de crecimiento
1 50 100 150 200 250 300 365 doy
GIMMS NDVI 1981-2003
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PROCESADO DE SERIES TEMPORALES
Tendencias a 90% de
confianza para el NDVI
máximo anual
Tendencias a 90% de
confianza para el NDVI
mínimo anual
-9 -6 -3 0 3 6 9 x10-3 NDVI por año
-9 -6 -3 0 3 6 9 x10-3 NDVI por año
GIMMS NDVI 1981-2003
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