VASILE LOGHIN │ 345

INTERPRETAREA IMAGINILOR METEOSAT ÎN SCOPUL URMĂRIRII

FURTUNILOR DE NISIP DIN SAHARA

Cuvinte cheie: climat, furtună de nisip, pulberi eoliene, imagine satelitară Images satellites et dynamique des vents de sable au Sahara. Les vents de sable constituent des manifestations météorologiques très complexes. Les régions sources de tels phénomènes sont situées dans des zones (arides et semi – arides) où la densité des réseaux d’observations météorologiques est des plus réduite. Le suivi et l’étude des vents de sable s’avèrent ainsi difficiles à partir des observations faites au sol. L’utilisation des images fournies par le satellite Météosat permet de combler cette lacune. En effet, ces documents constituent un outil de travail non négligeable et une base de données quotidienne d’une extrême utilité.

INTRODUCERE Furtunile de nisip constituie un fenomen meteorologic a cărui importanţă în ciclul

climatic nu mai trebuie demonstrată. Aceste fenomene sunt asociate dinamicii eoliene, care este foarte activă în regiunile aride şi semiaride sahariene.

Masa de praf care poate fi mobilizată de către vânt din Sahara variază între 60 şi 200 milioane de tone (Coudé – Gaussen et.al., 1983, 1994), Moulin et.al., (1997) estimând că aproape un milion de tone de particule şi aerosoli se regăsesc în fiecare an în suspensie în atmosferă. Acest material este transportat de către vânturile dominante coastele africane, spre Europa de Sud şi chiar Europa de Nord. Se semnalează, de asemenea, prezenţa pulberilor eoliene africane deasupra unor regiuni îndepărtate precum Insulele Antile.

Particulele provenite din furtunile de nisip sunt responsabile de creşterea concentraţiei de plancton marin. Suspensia îndelungată în atmosferă a acestor particule modifică bilanţul radiativ al regiunilor afectate (Nouaceur et.al., 1996). Notăm, de asemenea, o modificare a bilanţului pluviometric, de vreme ce sunt întrunite condiţiile de pluviogeneză (particulele de praf reprezintă un potenţial de nuclee de condensare care nu trebuie neglijat).

Dinamica pulberilor eoliene este supusă curenţilor atmosferici care le dictează traiectoriile şi le orientează transportul. Imaginile satelitare disponibile in prezent reprezintă un important instrument de lucru pentru sesizarea, evaluarea şi urmărirea furtunilor de nisip şi norilor de pulberi asociaţi sistemului eolian global.

IMAGINILE METEOSAT Imaginile Meteosat acoperă un câmp de 12.500 km2. Scenele înregistrate la fiecare

jumătate de oră (la 15 minute în cazul lui Météosat de Seconde Génération), cuprind trei imagini.

Imaginea achiziţionată în spectrul vizibil (canalul vizibil şi infraroşu apropiat) este formată din 5.000 de linii şi 5.000 de puncte pe linie; luminanţa fiecărui punct pentru acest tip de imagine este codat pe 6 biţi.

Imaginea în infraroşu (canalul infraroşu termic) numără 2.500 de linii a câte 2.500 de puncte; luminanţa fiecărui punct este în acest ultim caz codată pe 8 biţi.

Imaginea vaporilor de apă este achiziţionată în infraroşu mediu şi are aceleaşi caracteristici ca imaginea precedentă, dar punctul nu este codat decât în 64 biţi.

VASILE LOGHIN │ 346

Rezoluţia imaginilor variază în funcţie de spectrul în care este realizată scena. Pentru imaginile în vizibil, ea este de 2,5 km. Pentru imaginile în infraroşu, aceasta este mai slabă şi nu trece de 5 km. În domeniul vizibil şi infraroşu apropiat (0,7 – 1,1 µ), imaginile Meteosat traduc reflexia radiaţiilor solare de către mediile naturale sau antropizate (albedoul). Diversitatea mediilor traduce astfel un răspuns diferit care este la originea unui contrast de culori exprimat în tonuri de gri (32 niveluri de gri). Suprafeţele cu albedo mare (zăpadă, gheaţă, nori groşi) reflectă puternic lumina şi apar pe imaginile în vizibil în gri deschis. Suprafeţele cu albedo scăzut (vegetaţie, apă, nori subţiri) apar în gri mai pronunţat, văzut într-o nuanţă mai închisă, apropiată de culoarea neagră.

În domeniul infraroşu termic, imaginile sunt codate pentru a restitui o parte din energia solară înmagazinată de diferitele medii, inclusiv de atmosferă. Această radiaţie este captată într-o gamă de lungimi de undă cuprinsă între 10 şi 12,5 µ şi variază doar în funcţie de natura corpului emiţător. Valoarea numerică a acestei măsuri este cuprinsă între 0 şi 255, traducându-se în imagine sub forma unui pixel a cărui culoare trece de la alb la negru. Suprafeţele reci apar astfel mai luminoase decât suprafeţele calde. Acestea din urmă au tente cu atât mai închise cu cât temperaturile lor vor fi mai ridicate. Astfel, pentru acest tip de imagine, albul exprimă temperaturile cele mai scăzute, iar negrul temperaturile cele mai ridicate. Norii de altitudine vor fi mai închişi la culoare decât norii joşi. În deşert, în miezul zilei, solurile nisipoase încălzite apar în nuanţă foarte închisă datorită emisivităţii termice foarte puternice.

Spectrul vaporilor de apă nu este utilizat pentru acest studiu, el înregistrând lungimile de undă (infraroşu mediu) care sunt împiedicate de atmosferă. În general, sunt lungimi de undă care sunt absorbite de vapori de apă şi diverse gaze cu efect de seră. Contrastul de culori exprimă astfel o concentraţie mai mare sau mai mică de vapori de apă şi căldură latentă de vaporizare. Diferitele medii geografice şi circulaţia atmosferică generală determină variaţiile de intensitate ale culorii pentru acest tip de imagine (tonurile de gri deschis indică cele mai ridicate concentraţii în vapori de apă).

PERCEPŢIA FURTUNILOR DE NISIP PE O IMAGINE SATELIT Pe o imagine satelit sunt uşor de distins diferitele perturbaţii care favorizează formarea

furtunilor de nisip, însă este dificil de perceput particulele care formează norul de praf legat de turbulenţa mai mare a maselor de aer şi de accelerare a vitezei vânturilor (Mokhnache, 2000). Mai multe elemente limitează această recunoaştere. O primă dificultate se impune. Ea este legată de scara de percepţie a imaginilor Meteosat, a căror rezoluţie oscilează între 2,5 km pentru vizibil şi 5 km pentru domeniul infraroşu termic.

Alături de acest handicap, gradientul tonal constituie un alt obstacol în identificare. Acest parametru exprimă răspunsul fiecărui obiect în funcţie de natura sa. Pentru imaginile în vizibil reflectanţa suprafeţei obiectelor este determinantă. În acest context, suprapunerea de informaţii poate face foarte dificilă lizibilitatea imaginilor sau, uneori, poate facilita interpretarea.

În canalul vizibil, norul de praf a căror componente sunt de origine terigenă, poate fi reperabil cu dificultate pe continent datorită reflectanţei ridicate a suprafeţelor nisipoase. Contrastul este mai evident atunci când norul de praf este deplasat peste Atlantic sau Marea Mediterană, acesta fiind în opoziţie cu reflectanţa apei, mediu puternic absorbant.

Pe imaginile în infraroşu, gradientul termic dintre norul de praf şi suprafaţa solului este ridicat, încât norul constituit de particule de nisip şi praf este vizibil. Temperatura

VASILE LOGHIN │ 347

radiometrică a norului este esenţială. Dacă fenomenul se produce aproape de sol, este puţin probabil ca el să fie identificabil. Din contră, atunci când fenomenele de ascendenţă sunt mai active, convecţia antrenează particulele la altitudine ridicată, favorizând astfel o scădere sensibilă a temperaturii acestora. Răspunsul radiometric al norului de praf va apărea astfel în opoziţie cu cel adus de sol (mai cald). Acest decalaj va fi mai marcat decât al suprafeţei solului reîncălzit de soare (între orele 12 şi 14).

URMĂRIREA NORILOR DE PRAF PE IMAGINILE INFRAROŞU Pentru situaţia din februarie 2004, repartiţia fenomenului nu permite vizualizarea cu

claritate a pulberilor eoliene ridicate de către vânturi. Contrastul termic dintre suprafaţa solului şi temperatura pulberilor terigene nu a fost suficient pentru evidenţierea norului de pulberi pe continent. Totuşi, câteva urme sunt vizibile, dar se confundă cu dârele lăsate de către norii joşi.

Foto 1. Imagine infraroşu din 21 februarie 2004 la ora 1230

Sursa: http://www.sat.dundee.ac.uk/

Pentru situaţia din 2004, deplasarea aerului rece spre ecuator antrenează formarea unei ondulaţii pe partea meridională a frontului rece. Acest sistem este responsabil de formarea primei manifestări a furtunii de nisip, care este vizibilă pe imaginea infraroşu tratată în gri închis. Această zonă, prezentă în lungul paralelei de 30°, contrastează astfel cu suprafaţa solului, mai caldă la această oră a zilei (14 h) şi apare pe imagine în negru (foto 2). Partea noroasă a ondulaţiei se întinde după o curbură concavă care merge de la Béchar, în sud-vestul Algeriei, la Cap Bon, în nord-estul Tunisiei. O mare pare a teritoriului tunisian ca şi o parte a Libiei sunt acoperite de mase noroase constituite în benzi spiralate de cumulus, de cumulonimbus şi de cirrus. La estul acestui sistem, aliniate după o direcţie sud-vest/nord-est, pânza noroasă materializează Jet-ul subtropical. Aceste linii cirriforme sunt uneori orientate într-un sens transversal faţă de aliniamentul dominant al sistemului noros. Imaginea din 2 martie, de la ora 18 (foto 3), confirmă, odată în plus, mişcarea spiralată a sistemului. Ondulaţia se lărgeşte şi partea sa de nord devine foarte clară. Banda noroasă frontală se curbează încă mai mult spre est. Norul format de particulele minerale devine mai vizibil. El

VASILE LOGHIN │ 348

formează un arc de cerc care se situează dincolo de punctul ondulaţiei şi care constituie limita sa meridiană.

Foto 2 şi 3: Imagini infraroşu din 2 martie, la orele 14 şi 18, tratate prin Adobe Photoshop

http://www.sat.dundee.ac.uk/.

Pe 3 martie, la ora 02 (foto 4), o ruptură apare în mijlocul sistemului, ea marcând convergenţa bandei noroase spre centrul turbionului. Banda noroasă se rulează din ce în ce mai mult şi formează acum partea anterioară a unei spirale. Norul de praf continuă să progreseze spre sud, păstrând mereu această limită caracteristică în arc de cerc. Imaginea tratată în Photoshop reflectă clar această evoluţie, în pofida orei de înregistrare (02 h) puţin favorabilă pentru contrastul termic.

Foto 4 şi 5: Imagini infraroşu din 3 martie, la orele 02 şi 08, tratate prin Adobe Photoshop

Sursa: http://www.sat.dundee.ac.uk/.

VASILE LOGHIN │ 349

Pe 3 martie, la ora 08 (foto 5), formarea unui vortex este aproape terminată, partea de sud a formaţiunii turbionare apare acum în benzi sub formă de arc de cerc. Centrul acestui sistem începe să se mărească treptat prin afluxul de mase noroase spre centrul formaţiunii spiralate. Norul de praf se situează la latitudinea la 20°. El se prezintă de asemenea într-un arc de cerc larg care, pentru moment, se întinde de la Ergul Iquidi, în sudul Algeriei, la Fezzan Libyen.

Pe 3 martie, la ora 16 (foto 6), vortexul este clar şi formaţiunile noroase marchează o curbură ciclonică în jurul axului central. La estul acestui sistem, aspirarea aerului cald este marcată printr-o bandă noroasă largă care formează Jet-ul subtropical. Pe această imagine, liniile transversale de cirrus apar cu mai mare claritate. Tot aşa de clară este limita meridională a norului de praf care formează un imens arc de cerc cu desfăşurare de la Capul Bouidir, la vest (Sahara Occidentală), în deşertul Ténéré, la est (Niger).

Pe 3 martie, la ora 22 (foto 7), vortexul se disipează şi structura spiralată nu mai este vizibilă. Un singur fragment noros persistă. Pe această imagine, norul de praf evoluează spre sud păstrând forma sa caracteristică în arc de cerc. Limita occidentală corespunde acum Golfului Lévrier (Mauritania). Se constată, de asemenea, că o parte largă a acestei ţări este sub amprenta acestei furtuni de nisip.

Foto 6 şi 7: Imagini infraroşu din 3 martie, la orele 16 şi 22, tratate în Adobe Photoshop

Sursa: http://www.sat.dundee.ac.uk/.

URMĂRIREA NORILOR DE PRAF PE IMAGINILE ÎN VIZIBIL Imaginile Meteosat în spectrul vizibil oferă o bună vizibilitate a fenomenelor

litometeorice. Pe continent, contrastul între norul de praf şi suprafaţa solului este foarte puţin marcată. Din contră, pe ocean, apa absoarbe mai multă radiaţie solară, ceea ce face să apară un contrast cu norul de praf care are o radianţă mai puternică.

Pe imaginea în vizibil (situaţie din 21 februarie 2004) formaţiunile noroase formează o curbură ciclonică în jurul axului central. Aspiraţia aerului cald este marcată printr-o bandă noroasă largă care formează Jet-ul subtropical. Pe această imagine, liniile transversale de cirrus apar cu mare claritate. De asmenea, se pot vedea deasupra Mediteranei mase de pulberi sahariene deplasate dinspre litoralul algerian.

VASILE LOGHIN │ 350

Foto 8: Imagine în vizibil din data de 21 februarie, la ora 1230

Sursa: http://www.sat.dundee.ac.uk/.

Pentru situaţia din martie, percepţia particulelor nu a fost posibilă decât din data de 3 martie, la ora 12. Se remarcă, că doar partea occidentală este mai evidentă. În acelaşi timp, se observă limita netă a frontului furtunii de nisip, care ne face să gândim la un zid de nisip (foto 9).

Foto 9: Imagine în vizibil din 3 martie 2004, la ora 12, tratată în Adobe Photoshop

Sursa: http://www.sat.dundee.ac.uk/

În deplasarea sa spre vest, norul de praf este antrenat de o nouă curgere anticilonală rece. El este aspirat într-un culoar depresionar (foto 10), se arcuieşte şi fluxul deviază spre pol, accentuarea spre latitudinile mai nordice confirmând astfel această traiectorie (Constantinon et.al., 2003). Mişcarea de antrenare continuă, panglica de praf este preluată paralel de un filament lung de nori cumulformi reprezentând o zonă convectivă (front rece) a unei perturbaţii poziţionate în lungul Peninsulei Iberice.

VASILE LOGHIN │ 351

Pe 6 martie, o zonă largă este identificabilă pe imaginea în vizibil deasupra oceanului (foto 11), ea corespunzând cu un flux considerabil de pulberi terigene. În acelaşi timp, o curbură largă care se alungeşte spre nord până la strâmtoarea Gibraltar reprezintă o mărturie a returului pulberilor spre continentul african.

Foto 10 şi 11: Imagini în vizibil din 5 şi 6 martie 2004, la ora 12, tratată în Adobe Photoshop

Sursa http:// http://www.sat.dundee.ac.uk/.

CONCLUZIE Furtunile de nisip sunt responsabile de eroziunea considerabilă a regiunilor sahariene

şi saheliene. Pulberile eoliene reprezintă sursa cea mai importantă de aerosoli terigeni la scară mondială. Această cantitate de materie demonstrează intensitatea proceselor geomorfologice care acţionează asupra substratului saharian şi sahelian.

Imaginile satelit oferă un instrument de o precizie remarcabilă pentru urmărirea oră cu oră a genezei, dezvoltării şi dinamicii spaţiale a acestui tip de fenomen. Advecţia rece peste Africa de Nord generează mişcări ascendente la contactul dintre aerul rece de altitudine şi aerul cald de suprafaţă. Prin aceste deplasări, pulberile eoliene sunt proiectate la altitudini mari. Contrastul termic între pulberi şi suprafaţa solului (răspunsul radiometric al norului de praf este în opoziţie cu cel adus de sol) permite punerea în evidenţă de o manieră satisfăcătoare a norului de praf pe imaginile în infraroşu.

BIBLIOGRAFIE

CONSTANTINON, C., PEDRO, D. (2003), An unusual “blood rain” over the Canary The storm of January

1999. Journal of Arid Environments, 55, p 765 – 783. COUDÉ – GAUSSEN, G., ROGNON. P, LE COUSTUMER. M. (1994), Incorporation progressive de

poussières sahariennes aux limons des îles orientales du Cap Vert. Compte Rendu de l’Académie des Sciences de Paris, T 319, II, p. 1343 - 1349.

MOKHNACHE, A., (2000), Détermination de l’épaisseur optique des aérosols par ciel clair pour estimer le coefficient de réflectance bidirectionnel à partir d’images du canal visible de VISSR de Météosat. Télédétection, Vol 2, n ° 1, p. 39 – 46.

VASILE LOGHIN │ 352

MOULIN, C., LAMBERT, C. DULAC, F. (1997), Control of atmospheric export of dust from north Africa by the North atlantic Oscillation. Nature, n ° 387, p. 691-694.

NOUACEUR, Z., SAGNA, P. (1996), Le réchauffement du climat en Afrique de l’Ouest (Mauritanie, Sénégal, Mali). Publications de l’Association Internationale de Climatologie, Association Internationale de Climatologie, Thessaloniki, vol. 9, p. 463 - 470.

http://www.sat.dundee.ac.uk (2006) http://www.wetterzentrale.de (2006)

publicat în: Comunicări de Geografie vol. XI

Edit. Universităţii din Bucureşti, 2007 (V. Loghin, Z. Nouaceur) p. 205 - 210