Estudio de la dependencia angular de la emisividad de los suelos sin vegetación en el infrarrojo térmico

V. García-Santos (vicente.garcia-santos@uv.es)

E. Valor, V. Caselles, M. A. Burgos y C. Coll

RESUMEN

En el dominio espectral infrarrojo térmico (IRT) la emisividad (ε) de los suelos inorgánicos (SI) sin vegetación, puede sufrir variaciones debido a tres factores: el intervalo espectral de medida, la composición (macroscópica y microscópica) de la superficie y la geometría de observación de ésta. Uno de los parámetros de superficie afectado por la variación de su ε es la temperatura (TST), parámetro clave en estudios como el balance de energía entre la atmósfera y la superficie, la prevención del riesgo de incendios o la medida de la humedad del suelo. Dadas las escasas publicaciones existentes en lo referente a la medida experimental de la anisotropía de la ε en SI, el presente estudio llevó a cabo una campaña de medida de la variación angular de la ε en doce SI, clasificados según su composición granulométrica en el triangulo textural definido por el United States Department of Agriculture. Para ello se diseñó un dispositivo goniométrico capaz de medir la radiancia angular de un SI mediante el uso de un radiómetro multiespectral operando en seis canales del IRT situados entre 8 y 14 μm. Los resultados mostraron que la ε es independiente del ángulo de visión acimutal, y presenta poca dependencia con el ángulo cenital para valores inferiores a 30°. No obstante, las medidas de radiancia o temperatura realizadas a ángulos cenitales superiores a 60º, deben ser corregidas del efecto angular en la ε del SI. Se pueden observar diferencias en emisividad de hasta 0,083 entre el nadir y 70° cenitales para un SI arenoso con un alto contenido de cuarzo. Esta diferencia implicaría, si fuera ignorada, sobreestimar la TST del suelo en unos 5°C para un SI con una TST de 40 °C.

Palabras Clave:emisividad angular, infrarrojo térmico, temperatura, medidas experimentales, suelos
desnudos inorgánicos.

ABSTRACT

Within the thermal infrared (TIR) spectral domain, emissivity (ε) of inorganic bare soils (IBS) can suffer variations due three factors: spectral range of measurements, surface composition (both macroscopic and microscopic) and viewing geometry of the surface. One of the surface parameters affected by possible variations of ε is the temperature (LST), which is in turn a key parameter in several studies such as atmosphere-surface energy budget, wildfire risk prevention or soil moisture estimations. Given the few publications on experimental measurements concerning anisotropy in ε of IBS, a field campaign was carried out with the aim of measuring the angular variation of ε in twelve IBS, classified according to grain size in the textural triangle defined by the United States Department of Agriculture. A goniometric device was designed capable of measuring the angular radiance of an IBS by means of using a multispectral radiometer working on six TIR channels located between 8 and 14 μm. Results showed that ε is azimuthally independent and also with zenith angle from nadir up to 30°. Nevertheless radiance or temperature measurements made on IBS at zenith angles upper to 60°, must be corrected due to angular effects of ε. Differences up to 0.083 in ε can be found between nadir and 70° for a sandy IBS with high quartz content. These differences involve, if ignored, overestimating LST around 5 °C for IBS with a ε value at nadir of 0.94 and a LST of 40 °C.

KEYWORDS: angular emissivity, thermal infrared, temperature, experimental measurements, inorganic
bare soils.

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