Innovadora estimación del albedo utilizando un dron con piranómetro

Innovadora estimación del albedo utilizando un dron con piranómetroFoto de artículo
Publicado: martes, 6 de junio de 2017 Por Charlotte Levy, estudiante de doctorado de Goodale & Fahey Labs (Universidad de Cornell), y Martin LaCance, UAV Imaging Services. Entender el cambio climático global es un proceso complejo, ya que pequeñas variaciones en variables difíciles de cuantificar pueden tener grandes consecuencias a escala global. El albedo es una medida de la reflectancia de una superficie.

El que una superficie refleje la energía solar, en lugar de absorberla en forma de calor, puede dar lugar a un importante enfriamiento, tanto a nivel local como global.

Pensemos en la diferencia que hay entre ir en verano en un coche blanco e ir en uno negro. La energía que se refleja en la superficie nunca llega a calentar el interior del coche. El albedo puede variar considerablemente de una superficie a otra (pensemos en un campo nevado o un paisaje forestal), lo que conlleva diferencias significativas en términos climáticos en la radiación total resultante.

La resolución limitada de los datos de albedo disponibles

Los estudios de patrones globales de albedo y uso del suelo se han hecho normalmente a partir de medidores satelitales del albedo de banda ancha. Sin embargo, los conjuntos de datos de albedo más utilizados —los calculados mediante la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF, por sus siglas en inglés) por MODIS; los de Nadir BRDF con función de distribución de reflectancia ajustada (reflectancia NBAR, por sus siglas en inglés); y los medidos con sensores de albedo (MCD43)— tienen un límite de resolución espacial de 500 m, a pesar de la necesidad enunciada por la comunidad ecológica de disponer de un instrumento con una resolución mayor.

Los intentos por formular estimaciones más exhaustivas del albedo han sido diversos, y cada uno presenta sus propias limitaciones. Las torres fijas en emplazamientos de todo el país han permitido realizar una cuantificación detallada del albedo a lo largo del tiempo, aunque su cobertura es minúscula y es posible que no reflejen de manera precisa la variación entre terrenos de mayor extensión.

Nuevo método de medición del albedo con drones

Hemos desarrollado un novedoso método de estimación del albedo que aumenta tanto la flexibilidad como la asequibilidad de las mediciones, usando vehículos aéreos no tripulados de vuelo a baja altitud (VANT), también conocidos como drones. Gracias al desarrollo de la tecnología y a una normativa federal de uso más laxa, los VANT se consideran cada vez más como la solución intermedia entre las estimaciones por satélite de baja resolución y las mediciones realizadas sobre el terreno en un punto específico. Las recientes modificaciones de la normativa de la Administración Federal de la Aviación de los Estados Unidos (FAA) han conseguido que la tecnología de los VANT resulte más accesible que nunca, convirtiéndose así en una herramienta fiable para la estimación del albedo.

El equipo de medición

Se realizaron mediciones de albedo de onda corta en banda ancha utilizando piranómetros CMP6 y CMP3 de Kipp & Zonen. La radiación de onda corta total de entrada se midió con el CMP6, instalado en lo alto de un mástil telescópico de nueve metros, y se registró con un sistema METEON de Kipp & Zonen. El CMP3 orientado hacia abajo se fijó a la parte inferior de un VANT fabricado a medida, nivelado con un gimbal motorizado, y los datos se registraron utilizando otro METEON.

El mástil que sujetaba el piranómetro CMP6 orientado hacia arriba se colocó en el lugar del despegue, a unos 200 m del punto de medición final del CMP3 orientado hacia abajo, sujeto por el dron a 120 m por encima del suelo. El albedo se calculó como la relación entre las medias de 30 segundos de las mediciones de radiación de entrada y de radiación reflejada de los dos piranómetros.

El lugar elegido para el estudio se ubicó en el Heiberg Memorial Forest de la Universidad Estatal de Nueva York, cerca de la localidad de Tully. El dron realizó una serie de vuelos el día 27 de julio de 2016 de aproximadamente 12 minutos de duración. Cinco vuelos, repartidos alrededor del mediodía solar (13:11), vieron al dron en la latitud y longitud asignadas, y a la altura prevista de 120 m. Se eliminaron las observaciones con interferencia de nubosidad (detectada tanto por las observaciones locales como por los valores de radiación solar de entrada total, por debajo del umbral elegido de 750 W/m2).

La primera prueba con un dron resulta prometedora

Los vuelos demostraron que el piranómetro instalado en el dron era capaz de recoger mediciones coherentes de la radiación solar reflejada, siendo los valores de albedo resultantes coherentes con los de la bibliografía existente correspondientes a emplazamientos forestales similares. No nos consta que se hayan llevado a cabo con éxito anteriormente mediciones de albedo con drones. Sin embargo, ofrecen una excelente oportunidad para realizar mediciones flexibles en un ámbito espacial amplio.

Mientras que las torres tienen un campo visual máximo limitado, requieren amplias infraestructuras y se circunscriben a puntos geográficos únicos, las mediciones con drones podrían permitir hacer una caracterización detallada del albedo a lo largo de una amplia variedad de tipos de superficie, que podría utilizarse para validar las estimaciones satelitales, o para caracterizar condiciones que las estimaciones satelitales no consiguen reflejar de manera adecuada, como la cubierta temporal de nieve en las copas de los árboles, o las diferencias de albedo en terrenos de cultivos de biomasa.

Si desea más información, visite www.uavimagingservices.com y el sitio dedicado a la investigación www.esf.edu/campuses/heiberg.


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