Obtención de la temperatura de la superficie terrestre a partir de la serie histórica LANDSAT

J. C. Jiménez-Muñoz (jcjm@uv.es)

J. A. Sobrino, J. Cristóbal, G. Sòria, M. Ninyerola, X. Pons, V. Hidalgo, B. Franch, M. Romaguera, R. Oltra-Carrió, Y. Julien y C. Mattar


RESUMEN

La teledetección térmica proporciona información de gran interés acerca de los procesos que ocurren en la superficie de nuestro planeta. En concreto, las imágenes térmicas a media y alta resolución permiten realizar distintos estudios medioambientales, como por ejemplo la estimación de la evapotranspiración a partir de la ecuación de balance energético, de gran aplicación en una problemática tan actual como es la gestión de los recursos hídricos. En este sentido, el lanzamiento en 1982 del sensor Thematic Mapper (TM) a bordo de la plataforma Landsat-4 y su posterior continuación en 1984 con el lanzamiento de la plataforma Landsat-5, actualmente operativa, ha permitido a los usuarios disponer de una base histórica de más de 25 años de imágenes térmicas a 120 metros de resolución espacial. La plataforma Landsat-7, puesta en órbita en 1999 con el sensor Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+), incrementó la resolución espacial de las imágenes térmicas a 60 metros, si bien debido a un fallo técnico del sensor su uso está muy limitado. El presente trabajo se centra en la estimación de la Temperatura de la Superficie Terrestre (TST), que es la principal variable a obtener cuando se trabaja con datos medidos en el infrarrojo térmico. El trabajo presenta los distintos algoritmos que pueden emplearse para la obtención de esta variable a partir de datos Landsat, haciendo un especial hincapié en aquellos algoritmos que permiten realizar un procesamiento de forma operacional utilizando aproximaciones de los parámetros atmosféricos únicamente con el contenido en vapor de agua o bien con vapor de agua y temperatura del aire. Los resultados de la validación muestran errores inferiores a 2 K en el primer caso o inferiores a 1 K en el segundo caso. En este trabajo se muestra también un ejemplo de obtención de TST a partir de una serie temporal de imágenes Landsat-5 TM adquiridas en el año 2009 sobre la zona agrícola de Barrax en Albacete.

PALABRAS CLAVE: temperatura de la superficie terrestre, infrarrojo térmico, monocanal, Landsat.

ABSTRACT

Thermal remote sensing provides useful information of surface processes occurring in our planet. In particular, thermal imagery at medium and high spatial resolution is useful in many environmental studies, such as evapotranspiration estimation from the energy balance equation, which is a key parameter when working in water resources management. In this sense, the launch in 1982 of the Thematic Mapper (TM) sensor on board the Landsat-4 platform and its continuity in 1984 with the launch of Landsat-5 platform, currently operative, have provided the users with thermal imagery at 120 meters spatial resolution for more than 25 years. In addition, the launch in 1999 of the Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+) on board the platform Landsat-7 have provided thermal imagery at 60 meters spatial resolution, despite that its use is limited due to a technical failure in the sensor. This paper focuses on the Land Surface Temperature (LST) retrieval, which is the main variable to be extracted when working with thermal infrared data. The paper shows the different algorithms that can be used to retrieve this parameter from Landsat data, highlighting those ones which allow an operational retrieval using approaches of atmospheric parameters only versus water vapor content as well as water vapor and air temperature. Validation results show errors below 2 K in the first case and below 1 K in the second case. This paper also shows an example of LST retrieval from multitemporal Landsat-5 TM imagery acquired in 2009 over the Barrax agricultural site in Albacete.

KEYWORDS: land surface temperature, thermal infrared, single-channel, Landsat.

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