El mar cubre dos terceras partes de la superficie de la tierra. En gran medida, el hombre es dependiente de él para obtener especies alimentarias que incluyen peces, caracoles, mamíferos marinos, tortugas, plantas acuáticas y algas. Para explotar estos recursos más efectivamente, los pescadores deben pescar la mayor cantidad de peces posible (dentro de restricciones biológicas) y al mismo tiempo, minimizar costos y optimizar la programación o la calendarización de sus operaciones. Información ambiental confiable es requerida de la comunidad científica para estos propósitos. Observaciones remotas de la superficie del mar pueden proporcionar una parte significativa de la información requerida para evaluar y mejorar el rendimiento potencial de los campos pesqueros. En el pasado, la percepción remota fué utilizada predominantemente para colaborar en la cosecha eficiente de recursos naturales. Hoy, está siendo utilizada para el manejo, conservación y explotación de los recursos naturales.
Las variaciones en condiciones ambientales afectan el reclutamiento, distribución, abundancia y disponibilidad de recursos pesqueros. No es posible medir remotamente el rango total de información requerida para evaluar cambios en el medio ambiente marino. El conocimiento de condiciones particulares y los procesos que afectan a las poblaciones de peces, pueden ser deducido utilizando mediciones realizadas por sensores remotos, por ejemplo, concentración de materia disuelta y suspendida, variaciones en los niveles de producción primaria, distribución de las isotermas en la superficie, localización de fronteras frontales, regiones de surgencias, patrones de corrientes y circulación de agua. Los parámetros que proporcionan información sobre estos factores ambientales, pueden permitir un pronóstico de la distribución de peces, o más generalmente, de la definición de habitats de peces marinos. Estos son usualmente más sencillos de percibir remotamente que la presencia de peces.
Las técnicas de percepción remota pueden ser utilizadas directamente, indirectamente o como ayuda general en la detección y evaluación de recursos pesqueros.
El método más directo y simple de percepción remota en pesquerías es la localización visual de peces. Las flotas pesqueras que explotan las principales pesquerías tales como atún y sardina son dependientes de la localización visual de peces desde un avión para dirigir sus flotas.
La fotografía aérea per se, es de poca importancia para la mayoría de las pesquerías comerciales. La localización de cardúmenes de peces movibles, por ejemplo, no puede ser proporcionada lo suficientemente rápido a los pescadores. La fotografía aérea, sin embargo, puede ser de ayuda para los científicos pesqueros ya que provee información acerca de la distribución y abundancia relativa de peces pelágicos, particularmente especies que se acarduman. El patrón de distribución y la localización pueden identificar la especie observada y el área de la superficie del cardumen, medida desde una fotografía áerea, ha demostrado estar correlacionada con la biomasa de algunas especies.
Las ecosondas y los sonares han estado en uso como sensores remotos por cuando menos cincuenta años y son ahora ampliamente utilizados por las flotas pesqueras del mundo. Los sonares son útiles para la detección de peces y la estimación de biomasa.
En años recientes, los sistemas laser de alto poder operando en la porción azul-verde del espectro visible (lidar), se han mostrado prometedores para la evaluacion de recursos pesqueros. Un lidar transportado por un avión que vuela a una altitud aproximada de 1,700 metros puede detectar peces en profundidades de hasta 16 metros.
La estimación de un recurso pesquero, puede ser apoyado por la medición de parámetros que afectan su distribución y abundancia. Mucha de la investigación sobre efectos ambientales relacionados a las pesquerías, está preocupada con la correlación de un sólo parámetro: la distribución espacial y temporal de peces. Es sin embargo, muy posible, que los peces respondan a la suma total de factores ambientales. Por lo tanto, se hace necesario correlacionar un gran número de parámetros obtenidos por técnicas de percepción remota, con la distribución de peces.
Los parámetros ambientales más comúnmente medidos por sensores aéreos y espaciales son los siguientes: propiedades ópticas o bio-ópticas de la superficie (coeficiente de atenuación difusa, materia total suspendida, substancia amarilla, pigmentos de clorofila en macrofitas, comúnmente agrupados bajo el término general del color del océano); temperatura de la superficie; características de circulación vertical y horizontal; salinidad, contaminación por petróleo; y estado del mar.
Las propiedades ópticas en la capa de la superficie marina están determinadas por la presencia de materia disuelta y suspendida. Bajo condiciones normales, la luz visible penetra en aguas marinas hasta una profundidad de decenas de metros. En la medida que se incrementa la concentración de los constituyentes del agua, esto es, el agua se hace más turbia, la penetración de la luz del sol es reducida como resultado de los procesos de absorción y reflexión. Dependiendo de las características específicas de los materiales presentes en el agua, esto es, de su firma espectral, los procesos de absorción y reflexión variarán con la longitud de onda de la radiación incidente. Las observaciones multiespectrales, por lo tanto, pueden ser empleadas para estimar la naturaleza y concentración de los constituyentes del agua. Los sensores pasivos que trabajan en las longitudes de onda visibles (principalmente el CZCS, pero también el MSS, TM, HRV) son comúnmente utilizados para obtener imágenes del color del agua. Los sensores activos al proveer su propia fuente de iluminación, por ejemplo, lidar, pueden también ser utilizados pero únicamente desde aviones y para muestreo, más que para propósitos de obtención de imágenes. Los principales parámetros que pueden ser derivados remotamente de la radiación emergente del agua, a través del uso de algoritmos construídos empíricamente, son presentados a continuación.
El coeficiente de atenuación difusa en una longitud de onda específica, es un propiedad óptica aparente. Su magnitud depende de la distribución de la luz como resultado del esparcimiento, reflexión y absorción que existe en el punto de medición in situ. Este parámetro, cuando es correlacionado con el disco de profundidad de Secchi y los matices de color de Munsell, proporcionan los medios para categorizar físicamente el agua de acuerdo al color. Su color puede ser interpretado como una medida de turbidez del agua, y constituye una valiosa herramienta en estudios de pesquerías. Se ha demostrado, por ejemplo, que la turbidez y la identificación de la sardina en la Sonda del Mississippi están altamente correlacionados.
Adicionalmente a los parámetros ópticos, la concentración total de los agentes absorbentes y reflejantes, puede ser utilizada para clasificar la superficie del agua por medio de su color. La utilización de este parámetro puede ser muy apropiada en la clasificación de aguas donde los sedimentos inorgánicos y/o orgánicos, hacen una importante contribución a las propiedades ópticas de la capa superficial. Puede también ser apropiado si la concentración de sedimentos, tiene que ser utilizada como un trazador natural para la identificación de movimientos de aguas y fronteras frontales (referirse a la Figura 7.1).
El término substancia amarilla puede ser definido como el material derivado de la degradación de la tierra y materia orgánica marina. Es un importante parámetro para ser monitoreado en el contexto de aguas costeras contaminadas, ya que puede ser utilizado para identificar áreas marinas donde la explotación de filtradores por ejemplo, mariscos pudiera ser peligrosa. En ciertas regiones del mundo, por ejemplo en el Mar del Norte, este parámetro exhibe cierta correlación con la salinidad de aguas superficiales.
La concentración de pigmentos de clorofila (pigmentos fotosintéticos del fitoplancton) es comúnmente considerada como un índice de productividad biológica y en un ambiente oceánico, puede ser relacionado a la producción de peces. Concentraciones de clorofila superiores a 0.2 mg/m³ indican la presencia de suficiente vida planctónica para sustentar una pesquería comercial viable (Gower, 1972). Los pigmentos de clorofila tienen una firma espectral específica y distintiva, ya que absorben luz azul (y roja) y reflejan fuertemente el verde, afectando por lo tanto el color del océano.
Las observaciones multiespectrales de sensores aéreos o espaciales, por lo tanto, permiten la deducción de las concentraciones de fitoplancton (referirse a la Figura 7.2).
En áreas costeras es común encontrar vegetación de macrofitas (hierbas marinas). Algunas especies son de importancia económica, pero todas las especies juegan un papel importante en el soporte de la vida marina. Diferentes tipos de hierbas marinas tienen diferentes propiedades de reflexión de la luz, por ejemplo, reflejan más radiación verde o roja. Esta distinción es la que permite que hierbas marinas puedan ser detectadas por sensores pasivos visibles aéreos o espaciales. Debido a la baja intensidad de la luz cuando ésta deja el agua, sin embargo, es usualmente más efectivo emplear sensores aéreos tales como cámaras aéreas o radiómetros (referirse a la Figura 7.3).
Desde 1973, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los E.U.A. (NOAA) ha estado involucrada en la determinación de la temperatura superficial del mar (SST) a partir de datos obtenidos por satélite. El proceso de extraer información SST a partir de datos de radiómetros IR está bien establecido (referirse a la Figura 7.4). Cartas globales de la temperatura superficial del mar son producidas sobre bases operacionales. Están en forma de listados de computadora o mapas de contorno con mediciones espacialmente fluidas y radiométricamente corregidas. Ha sido posible con datos derivados de los satélites TIROS, NOAA y METEOSAT, producir cartas SST con una precisión de 0.5° - 2°C. en tiempo cercano al real.
Los satélites heliosincrónicos de la serie NOAA proporcionan fotografías de alta resolución (1 km) dos veces al día, mientras que los satélites geoestacionarios (GOES, METEOSAT) proporcionan fotografías cada media hora, pero con una resolución de únicamente 5 km. Los satélites geoestacionarios, son utilizados principalmente para áreas cercanas al ecuador donde la resolución del sensor es óptima. Para latitudes mayores a 40°, la distorsión de la imagen es generalmente demasiado extrema para usos operacionales.
Figura 7.1 Concentraciones de sedimentos suspendiodos en la Bahía de Fundy, Canadá, obtenidas de datos LANDSAT MSS.
Figura 7.2 Concentración de clorofila frente a la costa Occidental de Francia, obtenida de una image CZCS (Julio 1981). Un florecimiento de dinoflagelatos es mostrado como una región roja.
Figura 7.3 Fotografía aérea de color infrarrojo (1:10,000) de las Islas Chausey, Francia, tomadas en Abril 24 de 1982 durante marea baja. Se pueden distinguir cinco especies de pastos marinos.
Figura 7.4 Imagen de la temperatura de la superficie del mar, grabada por un radiómetro IR a bordo del NOAA-9.
La ocurrencia de nubes o bruma contaminan los datos en cierto grado, pero el conocimiento de las variaciones o tendencias diaries, permite la realización de correcciones por interpolación. La información real del mar proporcionada por los barcos, proporciona ayuda adicional para deducir los campos precisos de temperatura.
Al día de hoy, los mapas SST son principalmente utilizados por las flotas pesqueras de atún y salmón. Es bien sabido que algunas especies de atún se alimentan en el lado caliente del mar abierto en los frentes térmicos, mientras que el salmón se alimenta en el lado frío hacia el continente. La ocurrencia de estas especies en lagunas de puede estar correlacionada también con la SST. Adicionalmente, algunas características tales como giros, remolinos, inversiones y surgencias, las cuales son de importancia para las pesquerías, pueden ser detectados utilizando mapas SST.
Varias técnicas de percepción remota pueden proporcionar información respecto a las características de circulación en la superficie, importantes para definir los habitats de peces marinos. Estos incluyen la localización y evolución de fronteras frontales, áreas de surgencias, corrientes y patrones de circulación en general. Las características ópticas y térmicas de las aguas superficiales pueden ser utilizadas como trazadores naturales de los patrones dinámicos. Por lo tanto, la discusión previa del color y la temperatura de la superficie del mar podría ser considerada de nuevo a raíz de esta aplicación. Las técnicas de microondas, particularmente el uso de sensores activos (altímetro del radar), también tienen aplicaciones respecto a características de circulación de gran escala. Por ejemplo, las mediciones remotas de los desplazamientos verticales de la superficie del agua, pueden proporcionar información sobre las características dinámicas de una cuenca.
La medición de salinidad basada en datos percibidos remotamente, no es operacional actualmente. Sin embargo, investigaciones indican la posibilidad de determinar la salinidad con el uso de sensores de microondas con una precisión de una parte por mil. Las propiedades de las microondas de la superficie del mar, están en función de su estado físico y químico. La emisividad del agua del mar está relacionada a la salinidad. Cambios en la salinidad causan cambios significativos en la brillantez emitida de la temperatura del agua para frecuencias menores a 5 GHz. Por lo tanto, la salinidad del agua del mar puede ser determinada remotamente a través de la medición precisa de la brillantez emisiva de la temperatura. Las precisión lograda por esta técnica, puede ser adecuada para mapear la dispersión del agua dulce en la boca de un río o para estudiar esteros y agua cercanas a la costa.
Los numerosos métodos utilizados para la detección de petróleo en la superficie del mar, incluyen la detección visual a través de los ojos, cámaras aéreas, MSS, CZCS; detección de microondas por SMMR y SAR; detección de flourescencia por lidar; y detección térmica por el barredor IR.
El método visual percibe el cambio del color y la brillantez debido a la presencia de petróleo. Otros fenómenos de luz visible utilizados para detectar la capa aceitosa de petróleo incluyen los efectos de interferencia EMR (bandeo de color) y la supresión de los punto solares por la capa aceitosa. El método de microondas, cuando son utilizadas técnicas pasivas, está basado en la diferencia de emisividad entre la superficie del agua y la capa aceitosa de petróleo. Los sensores activos de radar dependen de una pequeña onda capilar reflejada de regreso para ser reducida por la mancha de petróleo como medio para la detección de petróleo. Las propiedades fluorescentes de los hidrocarburos pueden ser detectadas y discriminadas por lidares apropiados. Estos sensores de fluorescencia laser pueden también identificar los tipos básicos de petróleo (pesado, ligero, etc.) y proporcionar una medida del grosor de la mancha de petróleo. Los sensores térmicos identifican petróleo a través de la diferencia en absorción solar y emisividad térmica, entre el aceite y el agua y proporcionan también una medición básica del grosor del petróleo.
Se ha sabido por algún tiempo, que las condicones ásperas del mar creadas por el viento tienen un efecto en la ditribución de peces. Aviones o satélite equipados con SAR pueden estudiar el estado del mar en los campos pesqueros en tiempo cercano al real. Esta información puede ser enviada a los pescadores a través de una estación de control terrestre.
Los sensores de microondas a bordo del SEASAT eran capaces de medir con alto grado de precisión lo siguiente:
i) altímetro del radar: altura de la ola y la microtopografía de la superficie del océano;
ii) radar de apertura sintética SAR: longitud de onda y dirección (referirse a la Figura 7.5);
iii) radar medidor de reflexiones múltiples SASS: la velocidad del viento cercano a la superficie de los océanos bajo todas las condiciones del tiempo.
El satélite ERS-1 programado para ser lanzado en 1989, transportará una carga de sensores similar a la del SEASAT. Estos estarían disponibles para las mismas aplicaciones mencionadas anteriormente.
A pesar de que los efectos de las olas en la distribución de peces han sido estudiados por numerosos investigadores, no se ha hecho ni un intento para relacionar la abundancia cuantitativa de peces a ningún parámetro del estado del mar.
Los satélites pueden apoyar la industria pesquera en muchas formas diferentes a la localización de peces per se. La mayoría de estas ayudas, también representan apoyo a otros marineros que no son pescadores. Los tipos de asistencia que los satélites pueden ofrecer incluyen los siguientes:
i) operaciones de búsqueda y rescate: El satélite NOAA-8 transporta un sensor especial SARSAT (Satélite Rasteador de Búsqueda y Rescate), el cual detecta las señales de auxilio emitidas por barcos en dificultades. La señal grabada es utilizada para localizar la posición del barco. Los sensores llevados a bordo del satélite Ruso de las series COSPAS-1, 2 y 3, lanzados respectivamente en 1982, 1983 y 1984, logran funciones similares a los del SARSAT;
ii ) reportes del tiempo: satélites ambientales tales como NOAA, GOES o METEOSAT pueden proporcionar información del tiempo sobre una amplia área en un tiempo dado (referirse a la Figura 7.6). Esto puede ayudar a pescadores a planear sus operaciones de pesca. En latitudes más altas, el hielo y los icebergs son peligros mayores; los satélites ambientales pueden ayudar a identificar el hielo y a ubicar los icebergs;
iii) batimetría: la percepción remota usando sensores pasivos o activos visibles, puede ser usada para mediciones batimétricas. Con la excepción de métodos acústicos (sonar), los sensores aéreos proporcionan las mediciones batimétricas más precisas. Adicionalmente, sensores activos tales como el lidar batimétrico son más confiables que los dispositivos pasivos.
Figura 7.5 Imagen SEASAT del Estrecho de Juan de Fuca tomada en Agosto 13 de 1978, a una altitud de 805 Km. La imagen Sar Banda-L tiene una resolución de 25 m. Olas gravitacionales, olas internas y parches de agua tranquila pueden ser observados.
Figura 7.6 Imagen de banda visible del GOES Occidental, tomada a las 18:00 del 15 de Novirmbre de 1984.
