OBTENCIÓN DE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA A TRAVÉS DE IMÁGENES LANDSAT 8
PROCESAMIENTO DE IMÁGENES TÉRMICAS
A continuación se muestra el procedimiento para la obtención de la temperatura de la superficie de la tierra a través de el procesamiento de las bandas TIR del Landsat 8. Esta información puede ser un insumo para el estudios climáticos, hidrológicos, ambientales y de procesos físicos que se desarrollan en el ambiente. El procedimiento esta realizado en la plataforma ArcGis para las personas que se familiarizan mas con este programa.
REQUERIMIENTOS:
• NDVI
• BANDA 10 TIR, Y;
• BANDA 11 TIR (LANDSAT 8)
ESTIMACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE
Para proceder al procesamiento de las bandas térmicas 10 y 11 del sensor TIR del satélite LANDSAT 8, es necesario extraer ciertos datos importantes de la METADATA que se descarga a la par con la imagen de la página de la UCGS (http://earthexplorer.usgs.gov/). Los datos a tomar en cuenta durante el procesamiento de estas imágenes son los siguientes:
A. RADIANCIA DE LAS BANDAS TIRS
• RADIANCE_MULT_BAND_10 = 3.3420E-04
• RADIANCE_MULT_BAND_11 = 3.3420E-04
• RADIANCE_ADD_BAND_10 = 0.10000
• RADIANCE_ADD_BAND_11 = 0.10000
B. CONSTANTES DE TEMPERATURA
GROUP = TIRS_THERMAL_CONSTANTS
• K1_CONSTANT_BAND_10 = 774.89
• K1_CONSTANT_BAND_11 = 480.89
• K2_CONSTANT_BAND_10 = 1321.08
• K2_CONSTANT_BAND_11 = 1201.14
1. CALCULO DE LA RADIANZA
Calculamos la radiancia de las dos bandas térmicas del LANDSAT 8 (bandas 10 y 11), a través de la raster calculator en ArcGis procedemos a correr la siguiente fórmula:
Radiance_Mult_Band_X * BANDA_TERMICA_X + Radiance_Add_Band_X
X = NUMERO DE LA BANDA (10 u 11)
La imagen muestra la operación en Raster Calculator para la obtención de la Radiance de las bandas térmicas.
2. CALCULO DE TEMPERATURA DE BRILLO
Las bandas obtenidas por el sensor TIRS pueden ser convertidas en radiancia espectral a temperatura de brillo en grados kelvin (k) usando para ello la constante térmica suministrada en el archivo de metadatos:
Donde:
T = Temperatura de brillo aparente
Lλ = Corresponde a la reflectancia en el techo de la atmosfera TOA (resultado 1)
K1 = Es la constante de conversión K1 específica para cada banda, dicha constante térmica se suministra en el metadato (K1_CONSTANT_BAND_x, donde x es el número de la banda, 10 o 11)
K2 = Es la constante de conversión K2 específica para cada banda, dicha constante térmica se suministra en el metadato (K2_CONSTANT_BAND_x, donde x es el número de la banda, 10 o 11)
Debido a que el cálculo nos da como resultado temperaturas en grados Kelvin, es necesario al final de la formula restarle el valor 272.15 que es el factor de conversión para grados Celsius. A continuación se muestra la operación realizada en el raster calculator en ArcGis:
Operación en Raster Calculator para la obtención de la temperatura de las bandas térmicas capturadas por el satellite LANDSAT (BT).
Una vez obtenido los rangos de temperatura de ambas bandas térmicas (10 y 11), procedemos a combinarlas para obtener así una sola capa de temperaturas, a través de la herramienta Cell Statistcs en ArcGis, donde se carga ambas capas de temperatura de brillo calculadas y overlay statistic seleccionamos MEAN.
Temperaturas obtenidas de la combinación de ambas bandas térmicas del LANDSAT 8 (sector El Progreso – Gómez Rendón.
3. CALCULO DE LA EMISIVIDAD DE LA SUPEFICIE DE LA TIERRA (LSE) A PARTIR DEL NDVI:
Primeramente comenzaremos a calcular la PROPORCIÓN DE LA VEGETACIÓN (grado de cobertura de vegetación), para esto utilizaremos la siguiente ecuación:
PV= (NDVI - NDVImin / NDVImax – NDVI min)2
Una vez obtenido el valor de a proporción de la vegetación (Pv), procederemos a calcular el LSE, utilizando la siguiente fórmula: e = m Pv + n
Para la aplicación de esta metodología, se necesitan valores de emisividad del suelo y de la vegetación. Para este fin, un valor de emisividad típica de 0,99 para la vegetación ha sido elegido. La elección de un valor típico para el suelo es una cuestión más crítica, debido a la mayor emisividad valores de variación para los suelos en comparación con los de vegetación. Una posible solución es utilizar el valor medio para las emisividades de suelos que incluyen en la biblioteca espectral ASTER (http://asterweb.jpl.nasa.gov) y se filtró de acuerdo con función de filtro TM6 banda. De esta manera teniendo en cuenta un total de 49 espectros de suelos, se obtiene un valor medio de 0.973 (con una desviación estándar de 0,004). El uso de estos datos (suelo TM6 y emisividades vegetación de 0,97 y 0,99, respectivamente). (Jose, A. Sobrinoa, Juan C. Jimenez-Muñoz, 2004). La expresión final de la LSE está dada por:
LSE = 0.004*Pv + 0.986
Donde:
• m = emisividad de la vegetación (0.004) y,
• n = emisividad del suelo (0.986).
4. CALCULO DE LA TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA
Una vez obtenidos los valores anteriores, procedemos a calcular la temperatura de la superficie de la tierra, con la siguiente fórmula:
BT / 1 + w * (BT / p) * ln(e)
• BT = Temperatura del satélite (tanto de la banda térmica 10 u 11)
• W = longitud de onda de radiación emitida (Se coloca la banda 10 u 11)
• P = 14380 es una constante extraída de la siguiente formula h*c/s (1.438*10^-34Js)
- H = Planck2s constant
- S = boltzmann constant
- C = velocity of light
- E = LSE
Como se obtienen resultados para cada banda TIR (10 y 11), es necesario unificar los resultados a través del cell statistics en ArcGis:
Mapa de temperaturas de la superficie de la tierra – sector El Progreso, cantón Guayaquil.
Link de Descarga
Bibliografía
Jose, A. Sobrinoa, Juan C. Jimenez-Muñoz. (16 de 02 de 2004). ELSEVIER. Recuperado el 27 de 05 de 2015, de ELSEVIER: http://www.uv.es/ucg/articulos/2005/Publications_2004_10.pdf
http://www.academia.edu/723710/GEOTECNOLOGIA_ESPACIAL_APLICADA_AL_ESTUDIO_DEL_CLIMA_URBANO_ANALISIS_T%C3%89RMICO_SUPERFICIAL_EN_LA_CIUDAD_DE_CARACAS-VENEZUELA
http://www.academia.edu/2650936/Inversion_of_Surface_Temperature_Based_on_MODIS_and_ASTER_Imagery
http://www.minam.gob.pe/ordenamientoterritorial/wpcontent/uploads/sites/18/2013/10/Proto olo-ortorectificacion-imagenes-Landsat.pdf
