La Temperatura de la Superficie Terrestre (TST) y la Temperatura de la Superficie del Mar (TSM) son parámetros clave en los procesos físicos de intercambio de energía entre la superficie y la atmósfera. La TST/TSM están directamente relacionadas con el espectro Infrarrojo Térmico (TIR) que constituye la principal fuente de emisión de radiación de la superficie terrestre. El control de los datos térmicos se puede realizar con la Calibración Vicarea (VC) para, de esta forma, garantizar la calidad de los datos una vez el sensor a bordo de satélite está en órbita. Normalmente, la validación directa de los algoritmos de TST y la VC del espectro térmico se realiza con datos in-situ en tierra, mientras que la TSM se puede validar con datos de boyas. En el marco del proyecto CEOS-Spain, la Unidad de Cambio Global (UCG) ha instalado seis estaciones fijas y automáticas en la península Ibérica, en tres sitios de validación (Barrax, Doñana y Cabo de gata) los cuales obtienen datos para la realización de las actividades de calibración y validación (cal/val) de sensores con una baja y media resolución espacial. La validación de la TSM ha sido realizada con datos de boyas disponibles en la página web de Puertos del Estado.
Antes de la realización de la cal/val, un estudio completo de los sitios de validación ha sido realizado para obtener la máxima precisión de las medidas realizadas por las estaciones. Las fuentes de error más comunes asociadas a las medidas in-situ de la TST son, entre otras: la homogeneidad del terreno, la emisividad y la radiación descendente. Conociendo cada error y su contribución a la medida de la TST, se ha podido establecer la precisión de nuestras medidas in-situ. Para nuestras estaciones, se ha obtenido un error por debajo de 1 K.
Teniendo en cuenta los errores de la medidas in-situ, la VC ha sido realizada la los sensores TIR sensor (TIRS), Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) y MODIS, mostrando todos ellos valores precisos de las bandas del térmico. La validación de los algoritmos de TST también se ha realizado de forma directa e indirecta (con datos de sensor a bordo de avión). Los resultados de validación muestran valore por debajo de 2 K y, en los mejores casos y en las condiciones más favorables, valores por debajo de 1 K. Los algoritmos de estimación de la TSM (de tipo split-window) también han obtenido una precisión por debajo de 0.8 K y, en los mejores casos (sin radiación solar y con altas velocidades del viento), valores por debajo de 0.5 K.
Finalmente, dos algoritmos de la TST (para TIRS y MODIS) y uno de la TSM (para MODIS) han sido propuestos para su inclusión en la cadena de procesado gestionada por la UCG.Land Surface Temperature (LST) and Sea Surface Temperature (SST) are a key
parameters in physical processes of surface energy at local and global scales. LST/SST
are directly related to Thermal Infrared (TIR) spectra, which constitute the main source
of Earth emission. Control of satellite TIR data can be performed through Vicarious
Calibration (VC), which is the more common way to guaranty data quality once sensor
is on orbit. Usually, direct validation of LST algorithms and VC of TIR data is performed
through in-situ measurements of LST while SST is controlled through anchor buoys or
ship transect data. In the framework of CEOS-SPAIN project, Global Unit Change
(GCU) group has installed six fixed and automatic stations in three test sites over the
Iberian Peninsula (Barrax, Doñana and Cabo de Gata), which provides suitable data for
calibration and validation (cal/val) activities of middle and low spatial resolution Earth
Observation Sensors (EOS). Validation of SST has been performed with buoys web data
available in the database of Puertos del Estado webpage.
Before sensors cal/val, complete suitability study of land test sites was performed in order
to obtain the maximal precision given by our fixed stations (in Kelvin). Uncertainties
sources linked to in-situ LST retrievals were analyzed such as area inhomogeneity,
emissivity or down-welling radiance among others. Finally, with each uncertainty source
contribution it was possible to establish the precision of our in-situ measurements
regarding the sensor’s spatial resolution. For our test sites, LST precision was set below
1 K.
Keeping in mind the values of in-situ LST precision, VC was performed on Landsat TIR
sensor (TIRS) and Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) as well as Terra/Aqua
MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), showing no displacement in
raw TIR data. Test of LST algorithms was also performed with direct and indirect
(through airborne sensor data) validations. Results showed Root Mean Square Errors
(RMSE) in LST estimations below 2 K and, in the best cases (with the most favorable
external conditions), values of 1 K. SST algorithms (Split-Window type) demonstrated
precisions below 0.8 K and, in the best case (no solar radiation and high wind velocity),
values of 0.5 K.
Finally, two LST algorithms (for TIRS and MODIS) and one SST algorithm (MODIS)
have been proposed for its inclusion in the sensor images process chain managed by the
GCU group
