7. Corrección atmosférica en el procesamiento automático¶

Cómo se intenta recuperar la señal real del agua¶

En la observación satelital de masas de agua continentales, la señal registrada por el sensor no procede directamente de la superficie del agua.
Una parte significativa de la radiación medida está afectada por la atmósfera, lo que hace imprescindible aplicar procesos de corrección atmosférica.

Este apartado describe por qué es necesaria la corrección, en qué principios se basa, qué correctores se han evaluado y qué riesgos conlleva una corrección inadecuada.

7.1 Por qué es necesaria la corrección atmosférica¶

Fundamento físico¶

En sensores ópticos, la radiancia registrada por el satélite está compuesta por:

Radiación reflejada por la superficie del agua.
Radiación dispersada por moléculas atmosféricas (Rayleigh).
Radiación dispersada por aerosoles.
Radiación reflejada por nubes finas y bruma.
Radiación reflejada por superficies adyacentes (efectos de borde).

En aguas continentales, la contribución atmosférica puede representar más del 80–90 % de la señal total, especialmente en longitudes de onda cortas (azul y verde).

Clasificación estándar en Observación de la Tierra¶

En teledetección acuática se distingue principalmente entre:

Aguas oceánicas (Case-1 waters)
- Océano abierto
- Dominadas ópticamente por fitoplancton
- Baja influencia de sedimentos y materia orgánica disuelta
Aguas continentales y costeras (Case-2 waters)
- Incluyen:
  - Lagos naturales
  - Embalses
  - Ríos
  - Estuarios
  - Zonas costeras

Los embalses, aunque sean grandes, siempre entran en Case-2 / aguas continentales, porque:

- Están rodeados de tierra.
- Presentan alta variabilidad óptica.
- Están influidos por aportes fluviales, sedimentos y materia orgánica.
- No cumplen las hipótesis ópticas del océano abierto.

Consecuencias de no corregir la atmósfera¶

Sin una corrección adecuada:

Las reflectancias no representan la superficie real del agua.
Los índices biofísicos pierden significado físico.
Se introducen errores sistemáticos en:
clorofila-a,
turbidez,
sólidos en suspensión,
pigmentos de cianobacterias.
Se degradan las series temporales.
Se generan falsas alertas o se ocultan eventos reales.

7.2 Principios generales de la corrección atmosférica¶

Objetivo de la corrección¶

El objetivo principal es estimar la reflectancia de superficie del agua (water-leaving reflectance), eliminando la contribución atmosférica de la señal registrada.

Componentes básicos del proceso¶

Una corrección atmosférica implica:

Modelizar la atmósfera en el momento de adquisición.
Estimar la contribución de:
dispersión molecular,
aerosoles,
absorción gaseosa.
Separar la señal atmosférica de la señal del agua.
Obtener reflectancias corregidas comparables entre fechas y sensores.

Particularidades en aguas continentales¶

La corrección atmosférica sobre aguas continentales es especialmente compleja debido a:

Alta variabilidad óptica del agua (Case-2 waters).
Presencia simultánea de:
fitoplancton,
materia orgánica disuelta,
sólidos en suspensión.
Influencia de píxeles mixtos y efectos de borde.
Frecuentes episodios de aerosoles (polvo sahariano).

Por este motivo, los correctores diseñados para océano abierto no siempre son adecuados para embalses.

7.3 Correctores atmosféricos evaluados¶

En el proyecto se han evaluado distintos algoritmos de corrección atmosférica, comparando su comportamiento frente a datos de campo y sensores de referencia.

7.3.1 ACOLITE (DSF)¶

ACOLITE (Dark Spectrum Fitting) es un corrector ampliamente utilizado en aguas continentales y costeras.

Características principales: - Diseñado específicamente para aguas Case-2. - Buen comportamiento en zonas interiores. - Implementa corrección de glint. - Flexible en la parametrización de aerosoles.

Ventajas: - Robusto frente a alta turbidez. - Ampliamente validado en estudios científicos.

Limitaciones: - Sensible a configuraciones incorrectas. - Requiere criterios de calidad adicionales.

7.3.2 Polymer¶

Polymer es un corrector avanzado que combina modelos físicos con enfoques estadísticos.

Características principales: - Tratamiento simultáneo de atmósfera y glint. - Buen comportamiento en condiciones complejas. - Menor dependencia de máscaras estrictas.

Ventajas: - Capacidad de recuperar señal en condiciones difíciles. - Mejora en presencia de sun glint moderado.

Limitaciones: - Mayor complejidad computacional. - Interpretación más delicada de resultados.

7.3.3 GRS (Glint Removal for Sentinel-2)¶

GRS está específicamente diseñado para:

Reducir el impacto de la reflexión especular.
Mejorar la señal útil en aguas interiores.

Ventajas: - Complementa otros correctores. - Especialmente útil en embalses extensos.

Limitaciones: - No corrige completamente la atmósfera. - Debe combinarse con otros algoritmos.

7.3.4 C2RCC / C2X / C2XC (ESA SNAP)¶

Estos correctores, integrados en ESA SNAP, se basan en redes neuronales entrenadas para aguas Case-2.

Características: - Amplio uso institucional. - Integración directa en flujos Sentinel. - Versiones adaptadas a condiciones extremas.

Ventajas: - Automatización sencilla. - Buen rendimiento medio.

Limitaciones: - Dependencia del dominio de entrenamiento. - Comportamiento irregular en embalses pequeños o muy turbios.

7.4 Limitaciones y riesgos de una mala corrección¶

Riesgos principales¶

Una corrección atmosférica inadecuada puede provocar:

Reflectancias físicamente inconsistentes.
Valores negativos o saturados.
Ruido artificial en las series temporales.
Incoherencias espaciales.
Falsos positivos o negativos en alertas.

En muchos casos, el error introducido por una mala corrección es mayor que el error de no corregir.

Importancia del control de calidad¶

Por este motivo:

No se aplica una corrección de forma ciega.
Se evalúa la calidad del resultado.
Se combinan:
máscaras,
indicadores de calidad,
análisis temporal.

La corrección atmosférica es una condición necesaria pero no suficiente para obtener productos fiables.

7.5 Relación directa con la fiabilidad de los productos¶

La calidad de los productos finales depende directamente de:

La idoneidad del corrector utilizado.
La calidad de los datos de entrada.
La correcta parametrización del proceso.
El control posterior de resultados.

Una corrección atmosférica robusta permite: - Series temporales coherentes. - Comparación entre sensores. - Generación de alertas más fiables. - Mayor confianza en la toma de decisiones.

7.6 Ideas clave del apartado¶

La atmósfera domina la señal registrada por el satélite.
La corrección atmosférica es imprescindible en aguas continentales.
No existe un corrector universal válido para todos los casos.
Una mala corrección puede degradar seriamente los resultados.
La fiabilidad del sistema depende del control riguroso de este proceso.