Monitoreo de la bruma en Xi'an basado en tecnología de teledetección hiperespectral.

Con el desarrollo económico y la acelerada industrialización y urbanización, la contaminación atmosférica se ha convertido en un grave problema que afecta la salud de la población y el desarrollo socioeconómico. En los últimos años, el esmog en mi país ha seguido extendiéndose e intensificándose, mostrando una tendencia explosiva. En 2013, el esmog afectó a 25 provincias y a más de 100 ciudades grandes y medianas, alcanzando un promedio nacional de 29,9 días de contaminación, la cifra más alta en 52 años. La presencia de esmog en mi país se ha convertido en un fenómeno anual y podría persistir durante las próximas décadas.

Composición y monitoreo del smog

Los aerosoles son sistemas de dispersión mixta, compuestos por pequeñas partículas líquidas, pequeñas partículas sólidas o una mezcla de sólidos y líquidos en estado coloidal. Son sistemas multifásicos formados por gases y suspendidos en el medio gaseoso atmosférico. La niebla tóxica (smog) es un sistema de aerosoles compuesto por diminutas gotas de agua o cristales de hielo en suspensión en el aire.La bruma es un sistema de aerosoles compuesto por sustancias no acuosas presentes en el aire, como polvo, ácido sulfúrico, ácido nítrico e hidrocarburos orgánicos, que representa una grave amenaza para la salud humana.Los métodos tradicionales de monitoreo meteorológico suelen fallar al detectar con precisión la formación y los cambios de la bruma, mientras que la tecnología de teledetección satelital ofrece ventajas como alta inmediatez, amplia cobertura y alta resolución, lo que permite monitorear las condiciones de los aerosoles rápidamente y en grandes áreas. Por lo tanto, se ha convertido en una herramienta importante para el monitoreo de la bruma a gran escala.

Principios y métodos de teledetección para el monitoreo de la bruma

Las investigaciones y aplicaciones actuales de la tecnología de teledetección en presencia de bruma se centran principalmente en la profundidad óptica de los aerosoles (AOD), el coeficiente de astigmatismo, la composición, la distribución vertical y las técnicas de eliminación de imágenes de bruma durante condiciones meteorológicas brumosas. Entre estas, la AOD es una magnitud física que se utiliza para medir la característica óptica más fundamental de los aerosoles, describiendo su efecto de atenuación sobre la luz. Se define como la integral del coeficiente de extinción del aerosol a lo largo de su trayectoria perpendicular en la dirección de transmisión radiativa.

La monitorización de la bruma mediante teledetección utiliza principalmente datos de teledetección para obtener información como el espesor óptico de los aerosoles y analiza la relación entre el espesor óptico de los aerosoles y la concentración de bruma.Actualmente, los algoritmos de inversión de espesor óptico de aerosoles más maduros incluyen principalmente: el método de objetivo oscuro basado en la relación entre el canal infrarrojo medio (2,12 μm) y los canales rojo (0,66 μm) y azul (0,47 μm), el método de función de estructura basado en la reflectancia de la superficie, el método de inversión de aerosoles de polarización (POLDER) basado en información de polarización y el algoritmo azul profundo basado en la reflectancia de la banda azul, etc.

CAS Xi'an Aerospace - Inversión de la concentración de aerosoles de Xi'an

En la teledetección óptica, debido a la menor longitud de onda, la reflectividad de la superficie en la banda azul suele ser menor, mientras que la reflexión y la dispersión atmosféricas son relativamente mayores. Por lo tanto, el espesor óptico de los aerosoles se suele obtener invirtiendo la banda azul.

Recientemente, Xi'an ha experimentado frecuentes episodios de contaminación atmosférica, lo que ha afectado significativamente la producción económica de la ciudad y la vida de sus residentes. Con base en los métodos de monitoreo por teledetección mencionados anteriormente, el Equipo Aeroespacial de Xi'an de la Academia China de Ciencias monitoreó y obtuvo la distribución de espesor y concentración de aerosoles en Xi'an, obteniendo los siguientes resultados:

CAS Xi'an Aerospace - Inversión de la concentración de aerosoles de Xi'an

Como se puede observar en la figura,El espesor de los aerosoles en tres momentos diferentes mostró tendencias distintas, con la concentración más alta el 27 de diciembre y una disminución del espesor de los aerosoles el 3 de enero, lo que está estrechamente relacionado con la situación actual en Xi'an.  

Gracias a los continuos avances tecnológicos y su amplia adopción, la tecnología de teledetección recibirá cada vez más atención en el campo de la contaminación atmosférica. En concreto, las perspectivas de aplicación de la teledetección para la monitorización de la bruma atmosférica serán cada vez más amplias. Mediante datos y modelos de teledetección, se pueden evaluar de forma integral los cambios espaciotemporales y el alcance de la contaminación por bruma, lo que proporciona una base para la toma de decisiones pertinentes.