Las sutilezas de las reflexiones especulares del sol en las aguas calmadas

El 6 de mayo de 2023, el sensor MODIS del satélite Aqua de la NASA capturó esta imagen de un área oscura frente a la península de Delmarva en la costa este de EE. UU. También eran visibles los remolino azules de un florecimiento de fitoplancton, presente desde abril.

La reflexión especular

La apariencia brillante y plateada de gran parte del agua se debe a la luz solar , un fenómeno óptico que ocurre cuando la luz del sol se refleja en la superficie del agua (sunglint) en el mismo ángulo en que la ve un sensor satelital. El resultado es una reflexión especular similar a un espejo que se muestra como áreas amplias y brillantes en los datos MODIS.

Varias áreas de brillo solar son evidentes en la primera imagen cerca del centro de cada franja de datos MODIS que se muestran a continuación, adquiridos el 3 de julio de 2014.

La "aspereza" de la superficie del agua puede influir en cómo aparecen las áreas de reflejos solares en las imágenes MODIS, a veces creando patrones distintivos dentro de ellas. La mayoría de las veces, los vientos crean suficientes olas y agitación en el agua para que la luz se refleje en una variedad de direcciones (reflexión difusa ) cuando llega a la superficie del mar. La compleja geometría de las ondas impulsadas por el viento significa que una cantidad suficiente de esa luz se dirige hacia el sensor del satélite, dando a las áreas de reflejos solares su aspecto plateado brillante.

Pero en un área con vientos débiles, como fue el caso al este de la península de Delmarva el 6 de mayo de 2023, la superficie del océano era suave y cristalina, lo que hacía que la mayor parte de la luz se reflejara en la misma dirección. Si se refleja directamente hacia MODIS, en las imágenes aparecen áreas circulares especialmente brillantes llamadas reflejos especulares . (El área muy brillante cerca de la costa de Surt, Libia, el 9 de junio de 2023 , es un ejemplo de un brillo especular). Pero si la luz se refleja lejos de MODIS, pueden aparecer manchas oscuras.

"Dentro de una región de vientos ligeros, la apariencia de la superficie del agua subyacente bastante plana, ya sea más oscura que el agua adyacente o extremadamente brillante, depende de la geometría del sol-satélite ", explicó Scott Bachmeier , meteorólogo investigador del Instituto Cooperativo de Meteorología. Estudios Satelitales en la Universidad de Wisconsin-Madison.

“En este caso, las características oscuras probablemente eran áreas con vientos muy débiles”, dijo Chuanmin Hu , profesor de oceanografía óptica en la Universidad del Sur de Florida. “Pero otras cosas que cambian la 'rugosidad' del agua también pueden provocar cambios en los patrones de reflejos solares. Estos incluyen manchas de petróleo , manchas de agua dulce, estelas de barcos , circulación oceánica, olas internas y circulación oceánica”.

Hu agregó que las manchas de agua dulce, posiblemente aquellas que contienen materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), fitoplancton, petróleo o una variedad de tensioactivos biogénicos , podrían estar contribuyendo al color oscuro en ciertas áreas. "Algunas de las características estrechas y oscuras dentro de la Bahía de Delaware y la Bahía de Chesapeake pueden deberse en parte al agua dulce, pero las manchas de agua dulce generalmente no son tan grandes como la mancha oscura principal visible al este de la península de Delmarva", dijo Hu.

Si bien la luz solar a menudo produce imágenes visualmente sorprendentes que son útiles para inferir vientos y detectar derrames de petróleo , el fenómeno también puede crear problemas para los científicos de teledetección porque puede ocultar características de interés. Esto es particularmente cierto para los oceanógrafos que usan satélites para estudiar el fitoplancton y el color del océano. Como resultado, los investigadores han desarrollado varios métodos para corregir la luz solar o filtrar imágenes contaminadas con luz solar de los archivos de datos de color del océano.

Brian Barnes, oceanógrafo de la Universidad del Sur de Florida, agregó: “Los ingenieros también han desarrollado varios diseños de sensores, incluido el Ocean Color Instrument (OCI) en la próxima misión Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE), que minimizan la luz solar por su inclinación.”

Imagen de NASA Earth Observatory por Wanmei Liang, utilizando datos MODIS de NASA EOSDIS LANCE y GIBS/Worldview. Historia de Adam Voiland, con aportes y verificación de datos de Ralph Kahn (NASA GSFC), Scott Bachmeier (Universidad de Wisconsin-Madison/CIMSS), Scott Lindstrom (Universidad de Wisconsin-Madison/CIMSS), Chuanmin Hu (Universidad del Sur de Florida ), y Brian Barnes (Universidad del Sur de Florida).

NASA Earth Observatory