Avances en radares satelitales podrían transformar la monitorización global de la nieve
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La escorrentía de los profundos mantos nevados de montaña es la principal fuente de agua muy necesaria para regiones áridas o semiáridas del oeste de Estados Unidos, así como en muchas otras partes del mundo. Cada año, los gestores del agua en estas regiones deben equilibrar sus presupuestos hídricos, que tienen en cuenta el agua obtenida, perdida y almacenada en las cuencas que supervisan, afectando desde el suministro de agua hasta la agricultura, el turismo y la contención de incendios forestales.
En un artículo firmado por Randall Bonnell, Jack Tarricone, Hans-Peter Marshall, Elias Deeb y Carrie Vuyovich cuya versión original en inglés fue publicada en Eos.org se indica que los gestores de algunas cuencas, normalmente aquellas que albergan cuencas que sirven a grandes centros de población y productores agrícolas, también pueden financiar esfuerzos para recopilar estimaciones aéreas de profundidad y masa de nieve de alta resolución y teledetección (por ejemplo, de los Observatorios de Nieve Aerotransportada). Estos datos mejoran significativamente los modelos de escorrentía y la predicción del caudal para la gestión local del agua y la operación de las presas. Sin embargo, el costo significativo de estas encuestas aéreas impide que muchas jurisdicciones accedan a este tipo de datos.
Los datos recogidos por satélites son menos onerosos y más frecuentes en comparación con los estudios aéreos. Por tanto, observaciones detalladas por satélite del volumen y la masa de nieve podrían dar a más gestores de agua acceso a información más completa. Durante más de tres décadas, los investigadores han desarrollado métodos de teledetección de nieve, trabajando hacia una misión satelital capaz de detectar el volumen y la masa de nieve —normalmente medidos por la profundidad y el equivalente de nieve en el agua, o SWE, por sus siglas en inglés— a altas resoluciones espaciales y temporales. Se han logrado avances, pero en medio de las pérdidas continuas de manto de nieve impulsadas por el calentamiento [ Hale et al., 2023], todavía no existe una misión global enfocados en la nieve con financiamiento para satélites.
Sin embargo, los recientes resultados de la campaña SnowEx de la NASA 2017–2023 y las capacidades de la misión satelital NISAR, de la NASA y la Agencia India de Investigación Espacial, lanzada a finales de julio de 2025, ponen de manifiesto el potencial de InSAR como un enfoque novedoso de teledetección por nieve desde el espacio, con alta resolución espacial y cobertura casi global. Si este método se realiza plenamente, mediciones de volumen y masa de nieve de alta resolución podrían estar disponibles gratuitamente para cuencas críticas dominadas por nieve en todo el planeta, con el potencial de mejorar drásticamente las prácticas de sostenibilidad en la gestión del agua. Un recurso así también podría permitir la investigación científica en cuencas remotas e inaccesibles.
Medición de nieve con radar #
Numerosos estudios terrestres y aéreos de los últimos 50 años han establecido que la profundidad y la masa de nieve pueden calcularse a partir de los tiempos de viaje de las ondas radar en el manto de nieve. Las señales de radar abarcan las porciones de microondas y ondas de radio del espectro electromagnético y tienen longitudes de onda mucho más largas que las utilizadas en imágenes ópticas. Las señales de radar con longitudes de onda superiores a 1 centímetro se transmiten a través de mantos secos de nieve, que no contienen agua derretida, mientras que longitudes de onda superiores a 20 centímetros pueden penetrar tanto mantos secos como húmedos [por ejemplo, Bradford et al., 2009]. Sin embargo, la resolución espacial y las limitaciones de ancho de banda impiden mediciones directas de los tiempos de viaje de señales desde el espacio utilizando sistemas de radar convencionales.
Por otro lado, los métodos SAR, que aprovechan la fase y amplitud de la señal de radar devuelta, han encontrado muchas aplicaciones para la observación terrestre, especialmente porque las señales de radar atraviesan la cobertura de nubes y porque pueden usarse de noche. El SAR utiliza principios del efecto Doppler para combinar múltiples observaciones de radar superpuestas desde una antena de radar de franja amplia para simular una apertura de antena mayor y registrar la fase de las señales de radar retrodispersas. Los métodos SAR que utilizan amplitudes o fases retrodispersadas se han estudiado y desarrollado durante más de 25 años para aplicaciones en nieve [por ejemplo, Shi y Dozier, 1997; Guneriussen et al., 2001].
InSAR detecta el cambio de fase de las señales de radar entre dos adquisiciones de datos SAR. Cualquier acumulación de nieve entre adquisiciones de datos provoca un cambio de fase en las señales retrodispersadas porque las ondas de radar se mueven más despacio en el manto de nieve que en el aire. Este cambio en la fase del radar representa un cambio en los tiempos de viaje de las señales y puede utilizarse para estimar cambios directamente en SWE; junto con una densidad estimada de nieve, también puede utilizarse para estimar cambios en la profundidad de la nieve (la imagen que sigue a este párrafo) [ Guneriussen et al., 2001].
Hasta poco tiempo atrás, InSAR tuvo escasa evaluación y desarrollo para la detección del manto de nieve, principalmente porque las observaciones in situ de SWE, necesarias para validar el método, no se recogieron coincidiendo con las series temporales de InSAR. Otros factores incluyeron información orbital satelital imprecisa, problemática para procesar datos InSAR, la escasez de satélites que detectan en longitudes de onda más largas y sus respectivas estrategias de adquisición, y el hecho de que los datos SAR eran en gran medida propietarios (esto es pagos) (mientras estos datos se han vuelto accesibles desde el lanzamiento de Sentinel-1 en 2014).
Por ello, trabajos previos han demostrado que se requieren observaciones frecuentes y regulares para medir cambios secuenciales de fase y detectar con precisión cambios en la SWE del manto de nieve (por ejemplo, por acumulación, ablación o redistribución) [ Deeb et al., 2011]. Para estimar el SWE total de un manto nevado, deben sumarse los cambios en el SWE entre pares secuenciales de adquisiciones InSAR (Figura 2), un enfoque demostrado recientemente utilizando datos InSAR recogidos por Sentinel-1 cada 6 días [ Oveisgharan et al., 2024].
SnowEx-UAVSAR pone a prueba InSAR #
La campaña SnowEx de la NASA sirvió como campo de pruebas para muchas de las principales metodologías de teledetección en nieve, incluyendo InSAR. SnowEx se asoció con el programa de Vehículos Aéreos Sar No Habitados (UAVSAR), del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la (JPL por sus siglas en inglés) NASA para recopilar imágenes aéreas InSAR sobre los sitios de campo SnowEx durante 2017, 2020 y 2021 (Figura 3). (El UAVSAR estaba originalmente pensado para volar en una aeronave autónoma, de ahí su nombre, pero en su lugar se opera en una aeronave tripulada)
El avión UAVSAR vuela a unos 12 kilómetros de altitud, transportando un instrumento SAR que emite señales en una franja de aproximadamente 15 kilómetros de ancho, con una resolución espacial de unos 5 metros y una longitud de onda de unos 24 centímetros, lo que se sitúa dentro del rango de longitud de onda del radar en banda L. Las ondas de radar en banda L son lo suficientemente largas como para penetrar mantos de nieve profundos (con dispersión mínima en el manto nevado) y algunas copas forestales, con la contrapartida de que la longitud de onda más larga reduce la sensibilidad para cartografiar pequeñas acumulaciones de nieve o pequeños eventos de redistribución del viento.
En febrero de 2017, NASA SnowEx llevó a cabo campañas aéreas y terrestres, incluyendo vuelos UAVSAR, en lugares de Grand Mesa y en la cuenca Senator Beck, en el oeste de Colorado. El instrumento UAVSAR sobrevoló cada sitio en cinco fechas, de febrero a marzo. La evaluación directa del enfoque InSAR de banda L de paso repetido no fue posible porque la estrategia de campaña de campo se diseñó para evaluar otros métodos de teledetección. Aun así, las mediciones de cambio de fase fueron valiosas para predecir la profundidad de la nieve con un algoritmo de aprendizaje automático, porque los cambios medidos en SWE tenían un patrón espacial muy similar al de la profundidad total de nieve medida [ Alabi et al., 2025].
Se realizaron cuatro estudios UAVSAR en cadenas montañosas con climas continentales (caracterizados por veranos calurosos e inviernos fríos), donde los mantos de nieve son relativamente poco profundos. En Grand Mesa, Colorado, se evaluaron las mediciones de profundidad de nieve y cambios de SWE con InSAR frente a las mediciones de capa de nieve lidar espacialmente distribuidas en el aire. Marshall et al. [2021] demostró que las mediciones de nieve InSAR pueden ser notablemente precisas en terrenos llanos y condiciones de nieve seca.
Los estudios realizados en periodos de 3 meses en las montañas del norte de Colorado apoyan aún más la precisión de los hallazgos basados en InSAR, especialmente durante la temporada de acumulación cuando los mantos de nieve están secos [Bonnell et al., 2024a, 2024b]. Estos estudios también demostraron la utilidad de InSAR para cartografiar los mantos nevados en una variedad de paisajes, incluyendo praderas de humedales densamente vegetadas, bosques severamente quemados, topografía escarpada y bosques de coníferas con cobertura forestal baja a moderada.
Un estudio en la caldera Valles de Nuevo México utilizó InSAR para mapear la acumulación y ablación de nieve al inicio de la temporada de deshielo, y encontró que los patrones de ablación se asemejaban a pérdidas de nieve observadas en imágenes ópticas coincidentes [ Tarricone et al., 2023]. Hasta este estudio, medir el SWE con InSAR durante esta parte de la temporada de nieve se consideraba inviable porque se pensaba que la nieve húmeda absorbería y atenuaría demasiado la señal del radar.
Los mantos de nieve de las praderas, incluidos los de Montana, pueden ser intermitentes, con vientos que limpian la nieve en algunas zonas y la redistribuyen en ventiscas profundas en otras zonas. Palomaki y Sproles [2023] encontraron que las mediciones de nieve InSAR tenían una incertidumbre aumentada donde el suelo solo estaba parcialmente cubierto por nieve.
De SnowEx a NISAR #
La campaña SnowEx de la NASA permitió avances significativos en el desarrollo de un enfoque InSAR con teledetección para medir los mantos de nieve. Sin embargo, se necesita más trabajo para determinar la idoneidad del enfoque en diferentes entornos, y no se espera que funcione en todas las condiciones de nieve. La presencia de agua líquida dentro del manto de nieve es el mayor factor inhibidor, por lo que no está claro qué tan bien puede soportar el InSAR en banda L con mantos de nieve marítimos húmedos, las regiones que acumulan nieve cerca de su punto de fusión y el periodo de deshielo primaveral. Aunque el método parece funcionar con alta precisión en algunos bosques, también está por ver si puede adaptarse para bosques de alta densidad.
La misión satelital NISAR tiene atributos que podrían ayudar a alcanzar el objetivo de aplicar InSAR para los recursos hídricos de nieve a nivel global. Primero, al igual que UAVSAR, NISAR utilizará una señal de radar en banda L, lo que potencialmente permitirá observaciones precisas de los cambios de fase en algunas zonas boscosas y desde grandes mantos de nieve. En segundo lugar, NISAR tendrá un periodo exacto de revisita de 12 días. Este periodo es más largo que el periodo de revisión de 7 días que a menudo se probó durante la campaña SnowEx, pero debería ser lo suficientemente corto como para producir mediciones de software de alta calidad en muchos ámbitos nevados. En tercer lugar, la Instalación Satelital de Alaska, que distribuirá los datos de NISAR, proporcionará conjuntos de datos InSAR con una resolución de 80 metros en un plazo de 2 días tras la adquisición, lo suficientemente oportuno para tomar decisiones de gestión del agua.
Siempre un pero… #
A pesar de estos obstáculos, los resultados de SnowEx y la disponibilidad de datos NISAR (además de los próximos lanzamientos de otros satélites SAR en banda L como ROSE-L (Radar Observing System for Europe in L-band) y el desarrollo de métodos de mapeo SWE utilizando frecuencias de radar más altas) muestran que las técnicas modernas de radar están iluminando el camino hacia el futuro de la monitorización global del manto de nieve. Para avanzar en este camino, las colaboraciones interdisciplinares que involucren a investigadores de nieve, expertos en radar, científicos de datos y, lo más importante, gestores locales de agua, deben seguir evaluando y aprovechando el potencial de InSAR para detectar cambios en los mantos de nieve e informar las decisiones de gestión del agua que afectan a personas y hábitats en todo el mundo.
Agradecimientos #
Randall Bonnell, Jack Tarricone, Hans-Peter Marshall, Elias Deeb y Carrie Vuyovich agradecieron a los participantes, coordinadores y líderes de la campaña NASA SnowEx y al equipo UAVSAR de la NASA, especialmente a Yunling Lou y Yang Zheng. Gran parte de esta investigación culminó a partir de colaboraciones en el Grupo de Trabajo de Nieve InSAR de banda L de la NASA (2021 hasta la actualidad) y en las herramientas de ciencia abierta desarrolladas durante las Hackweeks SnowEx de la NASA (2021–2023). En particular, reconocemos los esfuerzos de Zach Hoppinen, Ross Palomaki, Shadi Oveisgharan, Ibrahim Alabi, Dan McGrath, Ryan Webb, Kelly Elder, Eric Sproles, Rick Forster y Anne Nolin. También reconocemos estudios basados en torres y satélites de InSAR, que se realizaron en conjunto con las campañas SnowEx, de Jorge Ruiz y Juha Lemmetyinen. Por último, agradecemos a John Hammond y John Fulton por sus comentarios constructivos. Cualquier uso de nombres comerciales, de empresas o de productos es solo para fines descriptivos y no implica el respaldo del gobierno de EE. UU.
Referencias #
Alabi, I. O., et al. (2025), Avanzando en la monitorización de la profundidad de la nieve terrestre con aprendizaje automático y datos InSAR en banda L: un estudio de caso utilizando los datos SnowEx 2017 de la NASA, Front. Sensores remotos, 5, 1481848, https://doi.org/10.3389/frsen.2024.1481848.
Bonnell, R., et al. (2024a), La incertidumbre en la recuperación de agua equivalente de nieve InSAR en banda L aumenta con la fracción de cobertura forestal, Geophys. Res. Lett., 51(24), e2024GL111708, https://doi.org/10.1029/2024GL111708.
Bonnell, R., et al. (2024b), Evaluación de recuperaciones equivalentes de agua de nieve InSAR en banda L con encuestas repetidas de radar de penetración terrestre y lidar terrestre en el norte de Colorado, Cryosphere, 18(8), 3,765–3,785, https://doi.org/10.5194/tc-18-3765-2024.
Bradford, J. H., J. T. Harper y J. Brown (2009), Mediciones de permitividad dieléctrica compleja a partir de datos de radar de penetración terrestre para estimar el contenido de agua líquida de nieve en el régimen pendular, Water Resour. Res., 45(8), W08403, https://doi.org/10.1029/2008WR007341.
Deeb, E. J., R. R. Forster y D. L. Kane (2011), Monitorización de la evolución del manto de nieve usando radar interferométrico de apertura sintética en la North Slope de Alaska, EE. UU., Int. J. Remote Sens., 32(14), 3,985–4,003, https://doi.org/10.1080/01431161003801351.
Guneriussen, T., et al. (2001), InSAR para la estimación de cambios en el equivalente de nieve en agua de nieve seca, IEEE Trans. Geosci. Sensores Remotos., 39(10), 2,101–2,108, https://doi.org/10.1109/36.957273.
Hale, K. E., et al. (2023), Disminuciones recientes en el almacenamiento de agua de nieve en el oeste de Norteamérica, Commun. Earth Environ., 4(1), 170, https://doi.org/10.1038/s43247-023-00751-3.
Hoppinen, Z., et al. (2024), Recuperación equivalente de agua de nieve sobre Idaho–Parte 2: Uso de interferometría de paso repetido UAVSAR en banda L, Cryosphere, 18, 575–592, https://doi.org/10.5194/tc-18-575-2024.
Marshall, H. P., et al. (2021), Recuperación de profundidad InSAR en banda L durante la campaña NASA SnowEx 2020: Grand Mesa, Colorado, en 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS, pp. 625–627, https://doi.org/10.1109/IGARSS47720.2021.9553852.
Oveisgharan, S., et al. (2024), Recuperación equivalente de agua de nieve sobre Idaho–Parte 1: Usando interferometría de paso repetido Sentinel-1, Cryosphere, 18(2), 559–574, https://doi.org/10.5194/tc-18-559-2024.
Palomaki, R. T. y E. A. Sproles (2023), Evaluación de técnicas de estimación de nieve InSAR en banda L sobre un manto de nieve de pradera poco profundo y heterogéneo, Remote Sens. Environ., 296, 113744, https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113744.
Shi, J., y J. Dozier (1997), Mapeando la nieve estacional con SIR-C/X-SAR en zonas montañosas, Remote Sens. Environ., 59(2), 294–307, https://doi.org/10.1016/S0034-4257(96)00146-0.
Tarricone, J., et al. (2023), Estimación de la acumulación y ablación de nieve con radar interferométrico de apertura sintética en banda L (InSAR), Cryosphere, 17(5), 1,997–2,019, https://doi.org/10.5194/tc-17-1997-2023.
Información sobre los autores #
Randall Bonnell ( rbonnell@usgs.gov), Servicio Geológico de los Estados Unidos, Denver, Colorado; Jack Tarricone, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland; Hans-Peter Marshall, Universidad Estatal de Boise, Boise, Idaho; Elias Deeb, Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., Hanover, N.H.; y Carrie Vuyovich, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
Citation: Bonnell, R., J. Tarricone, H.-P. Marshall, E. Deeb, and C. Vuyovich (2025), Satellite radar advances could transform global snow monitoring, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250476. Published on 24 December 2025. Text © 2025. The authors. CC BY-NC-ND 3.0 Except where otherwise noted, images are subject to copyright. Any reuse without express permission from the copyright owner is prohibited.
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Cita #
El artículo Satellite Radar Advances Could Transform Global Snow Monitoring, con las firmas de Bonnell, Tarricone, Marshall*, Deeb y Vuyovich, fue publicado en la revista online Eos.org de la Unión Geofísica de Estados Unidos