Pregunta:
¿Por qué las nubes son blancas y Australia negras en las imágenes infrarrojas de los satélites meteorológicos?
uhoh
2020-02-17 17:06:37 UTC
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La pregunta ¿La luz solar en las imágenes del GOES-16 llega desde el este? muestra una imagen de luz visible, por lo que en las áreas nocturnas la Tierra aparece oscura y en las áreas diurnas la Tierra es una un poco más brillante y las nubes son las más brillantes.

Podemos tener imágenes de nubes y clima las 24 horas en imágenes de satélite infrarrojo térmico. A continuación se muestra una imagen térmica infrarroja aproximadamente al mediodía en Japón y Australia. Espero que la parte superior de las nubes sea fría y el interior caliente, ¡y sin embargo, es todo lo contrario!

  • Las nubes son casi blancas
  • Australia central es casi negro
  • El océano y todo el continente asiático son grises, casi sin rasgos distintivos; si no hubiera un contorno superpuesto, podría ser difícil incluso decir dónde termina el agua y comienza la tierra en algunos lugares.

¿Por qué? ¿Qué está pasando?


Imagen del Himawari-8 IR1 de Central Weather Bureau para ampliarla

infrared satellite image from Himawari-8 at about 12:00 PM Taiwan time

Dos respuestas:
gerrit
2020-02-17 19:48:20 UTC
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¡Tuve una pregunta muy similar en una entrevista de trabajo! La única diferencia es que era una imagen de SEVIRI en Meteosat.

El generador de imágenes en HIMAWARI se llama Advanced Himawari Imager (AHI). El canal AHI IR1 es en realidad el canal 13 con una longitud de onda central de 10,4 µm, que se encuentra en la región de la ventana (aparentemente se llama IR1 en referencia a un satélite más antiguo). La atmósfera de cielo despejado es mayormente transparente en esta región del espectro electromagnético, por lo que podemos ver la superficie o las nubes en su mayoría sin obstrucciones por vapor de agua, ozono u otros gases.

En una imagen infrarroja como esta uno, las nubes altas son frías. A los meteorólogos que ven estas imágenes para ganarse la vida les gusta ver las nubes blancas. Soy físico y prefiero asignar valores de alta intensidad al blanco, lo que haría que las nubes fueran negras, pero los pronosticadores son los usuarios más importantes, por lo que se salen con la suya. :)

Para mostrar las áreas frías en blanco, lógicamente las áreas calientes deben mostrarse en negro. Entonces, lo que estamos viendo en esta imagen:

  • Australia central está caliente. Esto es de esperar, porque es un desierto caluroso con alta emisividad. Aparentemente, la imagen se tomó a las 12: 00Z, que debería ser entre las 20:00 y las 22:00 hora estándar legal en Australia continental, por lo que no es mucho después del atardecer, cuando la tierra todavía está caliente. Australia debería aparecer menos "negra" en una imagen tomada 8 horas después. La imagen aparentemente fue tomada a las 12:00 hora "local" (140 ° E) (03:00 UTC). Es febrero y verano en Australia, y el hemisferio norte parece mucho menos caluroso (también es más temprano en la mañana en comparación con el amanecer).
  • Las cimas de las nubes son frías. Esto es de esperar, porque se encuentran en la troposfera superior. Esas nubes blancas son nubes de hielo.
  • También hay nubes grises con poco contraste con el océano. Esas son nubes líquidas más bajas, son más cálidas. Las nubes más bajas pueden ser difíciles de identificar en imágenes infrarrojas, razón por la cual (por ejemplo) la detección de niebla nocturna desde satélites es difícil.

(¡Conseguí el trabajo!)

¡Golpéame! Pero cuando miré en JAMSTEC, esta imagen coincidía con su imagen de las 0300 UTC, es decir, 1200 en la longitud Himawari (140 E), según el texto de la imagen. También podría valer la pena agregar que Asia es más temprano en la mañana y en el hemisferio de invierno, que es una de las razones por las que el contraste tierra / mar es menos pronunciado allí.
@Deditos Huh. Gracias, corregido. Pensé que todos en meteorología satelital usaban UTC. ¡No usar UTC Y no indicar la zona horaria es confuso! :) También llaman a su imagen de disco completo "en todo el mundo", con lo que estadounidenses y europeos pueden no estar de acuerdo ...
En resumen, la imagen es esencialmente un negativo. A modo de analogía, a los astrónomos también les gusta mirar imágenes negativas. Algunos dicen que la preferencia es solo tradición. Pero otros dicen que realmente es más fácil ver manchas oscuras sobre un fondo claro (un negativo) que manchas claras sobre un fondo oscuro (un positivo).
¡Felicitaciones por el trabajo!
Jean-Marie Prival
2020-02-17 19:02:14 UTC
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Es probable que se deba a que ya existe una conversión de los datos sin procesar a la imagen en escala de grises publicada en el sitio web de CWB. De este curso en línea (el énfasis es mío):

[...] utilizando las matemáticas detrás de las leyes de la radiación, las computadoras pueden convertir la cantidad de radiación infrarroja recibida por el satélite a una temperatura (formalmente llamada "temperatura de brillo", aunque no tiene nada que ver con qué tan brillante se ve un objeto a los ojos humanos). Finalmente, estas temperaturas se convierten a un tono de gris o blanco (o un color, como está a punto de ver), para crear una imagen de satélite infrarroja. Convencionalmente, las temperaturas más bajas están representadas por tonos más brillantes de gris y blanco, mientras que las temperaturas más altas están representadas por tonos más oscuros de gris .

Tenga en cuenta que las imágenes que está probablemente pensando, donde caliente = brillante y frío = oscuro (como la primera imagen a la derecha en el curso), también use una escala de color arbitraria llamada pseudo-color. Estos colores no corresponden a ningún parámetro físico, son solo una representación de la temperatura facilitada para el ojo humano.

Ahora supongo que la pregunta es: ¿Por qué se eligieron estas convenciones, cuando van una contra la otra? ? Esto no lo sé ...

¡Gracias por tu pronta respuesta! No estoy pensando necesariamente en la temperatura, solo estoy pensando que las imágenes de satélite para la banda de 0,4 a 0,7 micrones muestran una mayor intensidad como más livianas, al igual que las cámaras térmicas IR, por lo que el IR1 del Himawari-8 ([canal 13] (https: / /www.wmo.int/aemp/sites/default/files/Introduction_himawari8.pdf)) a 10,4 micrones también lo haría. Quizás la inversión que hace que las nubes sean blancas las hace más intuitivas.
Puedo confirmar que se eligieron estas convenciones porque los meteorólogos que miran las imágenes quieren que las nubes se vean blancas, independientemente del canal (fuente: comunicación personal con los pronosticadores). No estoy seguro de si representar un solo canal como una imagen en escala de grises es técnicamente pseudo - ** color **. Según ese razonamiento, cualquier imagen de escala de grises de banda estrecha sería pseudo-color, incluso si se tomara en el rango visible, ¿no es así?
@gerrit Estaba pensando en imágenes como esta: https://en.wikipedia.org/wiki/False_color#/media/File:Passivhaus_thermogram_gedaemmt_ungedaemmt.png Aparentemente, se calculan a partir de imágenes en escala de grises, y hay muchos algoritmos diferentes, lo que significa que un tono determinado de amarillo (o rojo ...) no siempre representa la misma temperatura: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:797457/FULLTEXT01.pdf
@Jean-MariePrival Seguro. No sé si existe una definición científica de color falso. Se suele hacer RGB (poner tres bandas de satélite o diferencias de banda en los canales R, G, B, respectivamente, independientemente de la longitud de onda real) o aplicar mapas de color a imágenes de un solo canal. Al menos en meteorología satelital, es inusual llamarlas imágenes en falso color.
La imagen que se muestra en la pregunta es una imagen en escala de grises, por lo que no es un pseudo color o un color falso. Es un [negativo] (https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_ (fotografía)).


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 4.0 bajo la que se distribuye.
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