HERRAMIENTA SEMI AUTOMATICA PARA LA VALIDACIÓN DE PRODUCTOS GLOBALES DE ALBEDO DERIVADOS DE DATOS DE SATÉLITE

Abstract

The land surface albedo is defined as the fraction of incident solar irradiance reflected by Earth's surface over the whole solar spectrum, and is one of the terrestrial essential climate variables introduced by the Global Climate Observing System (GCOS). This geophysical variable determines the net radiation balance at the surface and therefore the amount of radiative energy available for storage as internal energy (temperature changes), chemical energy (photosynthesis of organic compounds), or for energy exchange with the atmosphere. It is both a forcing variable controlling the climate and a sensitive indicator of environmental degradation, and it varies in space and time as a result of both natural processes and human activities. A number of space agencies (e.g., NASA, NOAA, CNES, ESA) and Earth Observation programs (e.g., Copernicus or LSA SAF) are monitoring the Surface Albedo derived from satellite data. The uncertainty of satellite-based albedo products must be evaluated over global conditions with the aim to determinate the compliance of user requirements (GCOS).

This work presents a semi-automatic tool for surface albedo validation (SALVAL), and the validation protocol. The SALVAL tool is a Matlab-based graphical user interface (GUI), exploiting Matlab's abundant GUI tools, and enabling interaction with the analyst. SALVAL has two main objectives: (i) to provide transparency and traceability in the validation procedure, designed to be compliant with the CEOS-LPV (Comitee on Earth Observations Satellites - Land Product Validation) sub-group and QA4EO (Quality Assurance for Earth Observation) recommendations, and (ii) in order to provide a tool to benchmark new products or update product validation results as the time serie expands, reaching Validation Stage 4 in the CEOS LPV hierarchy. The proposed methodology is divided into two main steps: product inter-comparison and direct validation as a accuracy level. Regarding the inter-comparison, several criteria and metrics are proposed to evaluate the spatial consistency, temporal consistency and precision of the products. The different quality criteria will be assessed over a representative global network of homogeneous sites coming from SAVS 1.0, desertic calibration sites and additional sites to complete under sampled areas and biome types. The accuracy of the satellite products is assessed by direct comparison with ground measurements. Direct comparison is very challenging because of scale mismatch and heterogeneity of the land surface at the satellite measurement scale that reduces the spatial representativeness of ground point measurements. As a consequence, a careful selection of ground sites and the characterization of their spatial representativeness has been performed for a meaningful point-to-pixel comparison.

El Albedo en la superficie terrestre se define como la fracción de la radiación solar incidente reflejada en la superficie terrestre en todo el espectro solar, es considerada una de las variables climáticas terrestres esenciales introducida por el Sistema de Observación Climático Global (GCOS). Esta variable geofísica determina el balance de radiación en la superficie, por lo tanto, la cantidad de energía radiactiva disponible para almacenar como energía interna (cambios de temperatura), energía química ( fotosíntesis de componentes orgánicos) o intercambio de energía con la atmósfera. Es una variable potencial en el control de la climatología, así como también, un indicador susceptible a la degradación del entorno. Un gran número de agencias espaciales (e.g., NASA, NOAA, CNES, ESA) y programas de observación de la tierra (e.g., Copernicus o LSA SAF) monitorizan el Albedo derivado de datos de satélite. La incertidumbre de los productos de albedo basado en datos de satélite debe evaluarse sobre condiciones globales con el objetivo de determinar el cumplimiento de los requisitos de usuario(GCOS). Este trabajo presenta una herramienta semi-automática para la validación del Albedo en la superficie (SALVAL), y el protocolo de validación. SALVAL es una herramienta basada en la interfaz gráfica de usuario (GUI) de Matlab, habilitando la interacción con el analista. SALVAL tiene dos objetivos principales: (i) proporcionar transparencia y trazabilidad en el proceso de validación, el cual está diseñado en conformidad con el sub-grupo CEOS-LPV (Comite de observación terrestre-Validación de productos terrestres) y QA4EO ( Garantía de calidad para observaciones terrestres), (ii) para proporcionar una herramienta capaz de comparar nuevos productos o actualizar resultados de validación tras una ampliación temporal del producto, alcanzando el estado 4 de validación en la jerarquía CEOS LPV. La metodología propuesta se divide en dos procesos principales: Inter-comparación entre productos y la validación directa como medida de exactitud. Para el caso de la inter-comparación, se proponen diversos criterios y métricas para evaluar la consistencia espacial, consistencia temporal y precisión de los productos. Los diferentes criterios de calidad son evaluados sobre una red global de sites homogéneos provenientes de SAVS 1.0, sites de calibración de áreas desérticas y sites adicionales para completar áreas y biomas que no habían sido representados. La comparación directa es muy exigente dada la disparidad de escala y heterogeneidad de la superficie terrestre en la escala de medidas de satélite, la cual reduce la representación espacial de las medidas de campo. Como consecuencia, se ha realizado una cuidadosa selección de sites de campo, así como, la caracterización de su representación espacial para una comparación punto-pixel suficientemente representativa.