Photographic images captured by radar satellites enable the superficial humidity of agricultural basins to be estimated with great precision, although it is important to have knowledge of the rugosity of the surface. This is the conclusion of Jesús Álvarez Mozos in his PhD thesis, Evaluation of the applicability of radar teledetection in estimating the superficial humidity of agricultural basins, defended recently at the Public University of Navarre.

Roughness of the terrain

Jesús Álvarez Mozos analysed photographs taken by two currently active radar satellites, RADARSAT-1 and ENVISAT/ASAR, that respectively belong to the Canadian Space Agency and the European Space Agency. In concrete, seven images were studied and which correspond to the Navarre Government experimental agricultural basin known as the Tejería, located near Villanueva de Yerri.

From this analysis, Álvarez Mozos has concluded that a good knowledge of surface rugosity is a key factor in order to make a correct estimate of humidity based on photographic images. Roughness is based on random variations of the terrain and depends on the crops grown and the tasks carried out on the soil. For example, a field on which a furrow plough has worked will be rougher than one that has been sown with seed. In other words, the high spatial variability of the field, on the one hand, and, the sensitivity of the coefficient of retrodispersion to its parameters, on the other, behoves a more detailed characterisation.

Given the importance of this parameter and with the aim of being able to measure it, a laser profilometer was designed. This proved to be a very valuable tool for the study of rugosity. Thus, based on measurements taken with this instrument, the behaviour of various existing parameters was analysed for rugosity, as well as the influence of tilling the soil on such parameters, its variability or scale of measurement which proved to be suitable in order to characterise the rugosity of agricultural surfaces in an optimum manner.

Reliablity of the scale of a geographical/agricultural basin

Once the rugosity data for a specific terrain was measured, estimates for humidity - on the scale of a geographical basin - were obtained from the high-reliability images. The reliability of the estimates improves with the level of aggregation or scale with which the humidity is estimated. In this research, geographical basin-scale estimates were obtained which had an error of 0.06 cm3cm-3, comparable to that obtained with humidity measurement methods in situ.

The results of the research pointed to the fact that another parameter that bears on the measurement of humidity through teledetection is vegetation. However, it is possible to correct the influence of this in quite a simple way. Thus, values or characteristic variables of wheat, for example, given that the zone analysed is a dry farming one (cereal crop and its biomass), may be corrected and representative values for the soil obtained.

Radar satellites

Knowledge of soil humidity can be of great utility in, for example, the detection of water stress conditions or to set out needs for crop irrigation, as well as to evaluate damage due to drought and to administer the concomitant remedial measures.

Over the last fifty years, with the aim of estimating soil humidity, a number of techniques have been developed which can be classed into two types: precise estimates and those based on teledetection. The latter enable the estimation of the humidity content of the surface based on the measurement of electromagnetic radiation emitted and/or reflected by it. In general, the measurement of this radiation is undertaken by means of electronic sensors installed on space platforms.

In concrete, the satellites studied for this thesis incorporate synthetic aperture radar sensors (SAR), which are being increasingly used for evaluating natural resources. Amongst its advantages, the fact that photographs can be taken whether there are clouds or not, is particularly important. Moreover, the main space agencies (Canadian, Japanese, etc.) plan to launch a number of satellites of this type in 2006 and 2007, all with enhanced characteristics with respect to those studied for this thesis.

Radar-sateliteetatik jasotzen diren irudiek nekazaritza-arroen gainazalek duten hezetasuna neurtzeko balio dute. Horretarako, ezinbestekoa da gainazala zenbaterainoko zakarra den ezagutzea. Datuak nahiko fidagarriak dira. Horixe da, hain zuzen ere, Jesús Álvarez Mozos irakasleak bere tesian ondorioztatu duena. Tesiaren izenburua hau da: Evaluación de la aplicabilidad de la teledetección radar a la estimación de la humedad superficial del suelo en cuencas agrícolas ( Nekazaritza-arroen hezetasuna neurtzeko radar bidezko teledetekzioaren eraginkortasunaren azterketa). Tesia Nafarroako Unibertsitate Publikoan aurkeztu zuen.

Lurraren zakartasuna

Jesús Álvarez Mozosek egun jardunean dauden bi radar-sateliteen, RADARSAT-1 y ENVISAT/ASAR, irudiak aztertu ditu. Bi satelite horiek Kanadako Espazio Agentziarenak eta Europako Espazio Agentziarenak dira. Hain juxtu, Nafarroako Gobernuaren lurren zazpi irudi ikertu ditu.

Gainazala zenbaterainoko zakarra den ezagutzea ezinbestekoa da, irudietatik abiatuta hezetasuna balioztatzeko. Izan ere, zakartasun hori laborantzaren araberakoa da, eta lurren aldaketa aleatorioei egiten die erreferentzia. Adibidez, belarridun goldea pasatu den lurra zakarragoa izango da ereinda dagoen lurra baino. Hainbat eremu daudelako, batetik, eta erretrodispertsioaren koefizientearen sentikortasunarengatik, bestetik, beharrezkoa da lur horiek zehatz-mehatz aztertzea.

Beraz, parametro hori garrantzitsua da, eta hori neurtzeko laser perfilometro bat diseinatu zuten. Lurrak zenbaterainoko zakarrak diren aztertzeko gailu aproposa dela ikusi dute. Hala, gailu horrekin lortutako neurketekin, zakartasun horretan eragina duten parametroen izaera, laborantzak parametro horietan duen eragina, aldakortasuna eta nekazaritza-lurrak zenbaterainoko zakarrak diren neurtzeko eskalak aztertu zituzten.

Arro mailan fidagarriak

Lurrak zenbaterainoko zakarrak diren neurtu ondoren, horien hezetasuna balioztatu dute irudietatik. Arro mailan datu fidagarriak lortu dituzte. Gainera, datu horien fidagarritasuna areagotu egiten da hurbileko lurrak direnean. Lan honetan arro mailako estimazioak egin dituzte eta 0,06 cm3cm-3-ko errorea egin dute, mendiko lurren hezetasuna balioztatzeko erabiltzen diren ohiko metodoekin alderatuta.

Bestalde, teledetekzioaren bidezko hezetasunaren neurketetan landarediak ere eragiten du. Dena den, eragin hori erraz konpon daiteke. Hala, esaterako, artoaren –ikertutako lurra lehorreko zereala baita– ezaugarri bereizgarriak jakinda, hala nola, haren biomasa, eragin hori zuzendu eta lurraren balio adierazgarrienak lor daitezke.

Radar sateliteak

Lurren hezetasuna ezagutzea erabilgarria izan daiteke, adibidez, estres hidrikoaren baldintzak ezagutzeko edo laboreen ureztatze-beharrak finkatzeko; baita lehorteek eragindako kalteak aztertzeko eta beharrezko laguntzak kudeatzeko ere.

Azken 50 urteotan, lurren hezetasuna kalkulatzeko hainbat teknika garatu dituzte. Teknika horiek bi motatakoak dira: balioztatze zehatzak eta teledetekzioan oinarrituak. Azken horiek gainazaleko hezetasuna balioztatzeko aukera ematen dute, hark igorritako edo islatutako erradiazio elektromagnetikoaren neurketetatik. Oro har, espazioko plataformetan egoten diren sentsoreen bidez neurtzen da erradiazio hori.

Tesi horretan erabili diren sateliteek irekiera sintetikoko (SAR) radar-sentsoreak dituzte, eta gero eta gehiago erabiltzen dira baliagai naturalak aztertzeko. Badute abantaila nagusi bat: hodeiek ez diete eragiten irudiak hartzeko garaian. Espazio-agentzia nagusiek (Kanada, Japonia...) mota horretako hainbat satelite jaurtitzeko asmoa dute 2006an eta 2007an; tesi honetan erabili dituzten sateliteak baino ezaugarri hobekoak, gainera.

Las imágenes que adquieren los satélites radar permiten estimar la humedad superficial de las cuencas agrícolas con una gran fiabilidad, aunque para ello es necesario conocer la rugosidad de la superficie. Así lo ha concluido el profesor Jesús Álvarez Mozos en la tesis Evaluación de la aplicabilidad de la teledetección radar a la estimación de la humedad superficial del suelo en cuencas agrícolas, que ha defendido en la Universidad Pública de Navarra.

Rugosidad del terreno

Jesús Álvarez Mozos ha analizado las imágenes adquiridas por dos satélites radar actualmente en activo, RADARSAT-1 y ENVISAT/ASAR, que pertenecen, respectivamente, a la Agencia Espacial Canadiense y a la Agencia Espacial Europea. En concreto, se estudiaron siete imágenes correspondientes a la cuenca experimental agraria del Gobierno de Navarra, denominada de la Tejería, que se encuentra cerca de Villanueva de Yerri.

De este análisis, Álvarez Mozos ha concluido que la rugosidad de la superficie es un factor que es necesario conocer muy bien para poder estimar la humedad, a partir de las fotografías. La rugosidad hace referencia a las variaciones aleatorias de los terrenos, y depende de los cultivos y labores que se apliquen al terreno. Por ejemplo, un campo por el que se haya pasado el arado de vertedera será más rugoso que uno que esté sembrado. En este sentido, su alta variabilidad espacial, por un lado, y la sensibilidad del coeficiente de retrodispersión a sus parámetros, por otro, hacen que sea necesario caracterizarla de forma muy detallada.

Dada la importancia de este parámetro, y con el objeto de poder medirlo, se diseñó un perfilómetro láser, que ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para el estudio de la rugosidad. Así, a partir de mediciones adquiridas mediante este instrumento se analizó el comportamiento de los distintos parámetros existentes para la caracterización de la rugosidad, la influencia del laboreo en tales parámetros, su variabilidad o la escala de medida que resulta adecuada para caracterizar adecuadamente la rugosidad en superficies agrícolas.

Fiabilidad a escala de cuenca

Una vez medidos los datos de rugosidad de un determinado terreno, se han conseguido estimaciones de la humedad de las imágenes de una gran fiabilidad a escala de cuenca. La fiabilidad de las estimaciones mejora cuanto mayor sea el nivel de agregación o escala a la que se estima la humedad. En este trabajo se han obtenido estimaciones a escala de cuenca con un error del 0,06 cm3cm-3, comparable al obtenido con métodos de medición de humedad en campo. Además, las estimaciones a escala puntual o de parcela no resultan tan adecuadas debido a la influencia de la rugosidad espacial y su variabilidad espacial.

De la tesis se desprende que otro parámetro que influye en la medición de la humedad a través de la teledetección es la vegetación. Sin embargo, es posible corregir la influencia que ejerce, con un método bastante sencillo. Así, si se conocen valores o variables características, por ejemplo, del trigo -puesto que la zona analizada es de cereal de secano- como su biomasa, se puede corregir su influencia y obtener valores representativos del suelo.

Satélites radar

El conocimiento de la humedad del suelo puede ser de utilidad, por ejemplo, para detectar condiciones de estrés hídrico o establecer las necesidades de riego de los cultivos, así como para evaluar los daños producidos por sequías y gestionar las correspondientes ayudas.

Durante los últimos cincuenta años, con el objetivo de estimar la humedad del suelo, se han desarrollado diversas técnicas que pueden ser de dos tipos: de estimación puntual y basadas en la teledetección. Estas últimas permiten estimar el contenido de humedad en superficie a partir de la medición de la radiación electromagnética emitida o reflejada por la misma. En general, la medición de dicha radiación se realiza mediante sensores instalados en plataformas espaciales.

En concreto, los satélites que se han estudiado en esta tesis, que incorporan sensores radar de apertura sintética (SAR), se utilizan cada vez más para la evaluación de recursos naturales. Entre sus ventajas cabe señalar que nos les influye que haya nubes o no para tomar imágenes. Además, las principales agencias espaciales (canadiense, japonesa...) tienen planeado lanzar en 2006 y 2007 varios satélites de este tipo, con características mejoradas respecto a los utilizados en la tesis.