Indicadores satelitales de calidad de agua: NDWI, NDCI, NDTI y TSI

Los indicadores, de un vistazo

Los índices de diferencia normalizada comparan dos bandas: (A − B) / (A + B). El resultado va de −1 a +1 y no depende del brillo general de la escena, lo que permite comparar una pasada con otra a lo largo de años.

NDWI: extensión del espejo de agua

Fórmula: NDWI = (B03 − B08) / (B03 + B08). El agua refleja algo de verde y absorbe casi todo el infrarrojo cercano; la vegetación y el suelo hacen lo contrario. Por eso los píxeles de agua dan NDWI positivo y la tierra, negativo.

Cómo se lee: la superficie con NDWI por encima de cero es agua confiable. Su evolución muestra retracciones, anegamientos o el avance de vegetación sobre el pelo de agua.

Límites: la vegetación flotante densa (camalotes) puede tapar el agua y restarle superficie; los canales más angostos que dos o tres píxeles quedan mezclados con la orilla.

Cómo lo usa Copernicus: primero delimita el agua de cada espejo con NDWI y recién después calcula, solo sobre esa agua, los indicadores de calidad.

NDCI: clorofila y estado trófico

Fórmula: NDCI = (B05 − B04) / (B05 + B04). La clorofila absorbe la luz roja (B04, 665 nm) y el agua con algas refleja más en el borde rojo (B05, 705 nm). Cuanto más alga, más alto el NDCI.

De índice a clorofila: la relación empírica de Mishra & Mishra (2012) convierte el NDCI en clorofila-a (mg/m³). Es la que aplica el pipeline de Copernicus, con un resguardo: por debajo del mínimo de esa curva el modelo deja de ser informativo, así que el valor se acota y se informa como cota superior («≤»), nunca como un dato exacto.

Cómo se lee: la clorofila es el indicador más temprano de eutrofización —el exceso de nutrientes que termina en floraciones— y la variable con la que se calcula el TSI.

Límites: la calibración fue desarrollada para aguas productivas y otros cuerpos de agua, y puede requerir ajuste local. En aguas muy claras, o muy oscuras por materia orgánica disuelta, pierde poder de resolución. Por eso, cuando una laguna queda sostenidamente fuera del rango útil del método, sus tableros no le asignan un color: lo declaran y remiten al laboratorio.

NDTI: turbidez y sólidos en suspensión

Fórmula: NDTI = (B04 − B03) / (B04 + B03). El agua cargada de sedimentos refleja más en el rojo que en el verde.

Cómo se lee: NDTI negativo corresponde a agua más clara; valores que suben hacia cero o por encima indican agua más turbia, por sedimentos, obras, resuspensión del fondo o tránsito náutico.

Límites: la turbidez y la clorofila pueden superponerse ópticamente; por eso se leen juntas y contra la historia del propio espejo, no como valores absolutos aislados.

TSI: el índice de la norma bonaerense

La Res. Conjunta ADA 1207/19 califica los espejos de agua artificiales con el Índice de Estado Trófico de Carlson (1977) modificado por Aizaki (1981). Por clorofila-a:

TSI = 10 · (2,46 + ln(clorofila) / ln(2,5))

Copernicus aplica esa misma fórmula a la clorofila estimada por satélite. El resultado es una estimación para vigilar entre campañas: la declaración jurada de enero y junio se hace con laboratorio habilitado y profesional matriculado.

Señal de floración algal

Una floración se ve en el satélite como un aumento de clorofila que se aparta de lo esperable para esa laguna en esa época. Por eso la señal se construye contra la historia propia del espejo (la serie desde 2015), no contra un umbral universal.

El satélite no distingue especies ni mide toxinas: no puede decir si una floración es de cianobacterias tóxicas. Lo que sí hace es avisar a tiempo y señalar dónde muestrear. El marco sanitario provincial está explicado en cianobacterias: salud y Cianosemáforo.

Radar Sentinel-1: ver el agua con nubes

Los índices anteriores son ópticos: con nubes, esa pasada se pierde. El radar de apertura sintética (SAR) de Sentinel-1 emite su propia señal y atraviesa las nubes. El agua quieta devuelve muy poca energía al satélite y se ve oscura, lo que permite seguir la extensión de los espejos y los anegamientos aun con cielo cubierto. El radar no mide clorofila: complementa la extensión, no la calidad.

Resolución, frecuencia y límites

• Resolución: 10 m en verde, rojo e infrarrojo cercano; 20 m en el borde rojo que usa el NDCI.
• Frecuencia: una pasada cada ~5 días sobre la Provincia de Buenos Aires; archivo desde 2015.
• Nubes: las pasadas ópticas con nubes o sombras sobre el espejo se descartan; no se rellenan con datos inventados.
• Orilla: los píxeles del borde mezclan agua, vegetación y suelo. El número de calidad se calcula sobre el núcleo de agua abierta, descartando la franja de orilla.
• Tamaño: una laguna o canal necesita suficiente agua lejos de la orilla para que ese núcleo exista. Los canales muy angostos se siguen en extensión, no en calidad.
• Corrección atmosférica: se trabaja con reflectancia de superficie (Sentinel-2 nivel 2A). En agua, la señal es débil y la corrección atmosférica es una fuente de incertidumbre conocida en la literatura.

Satélite + laboratorio

El satélite mide indicadores ópticos del agua; no mide DBO, coliformes, nutrientes disueltos, oxígeno ni toxinas, y no reemplaza la DDJJ ni la firma del profesional matriculado. Su valor está en lo que el muestreo puntual no puede dar: cobertura de todo el espejo, una medición cada pocos días y una década de historia. El satélite indica dónde y cuándo muestrear; el laboratorio confirma.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• McFeeters, S. K. (1996). The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing.
• Mishra, S. & Mishra, D. R. (2012). Normalized difference chlorophyll index: A novel model for remote estimation of chlorophyll-a concentration in turbid productive waters. Remote Sensing of Environment.
• Lacaux, J. P. et al. (2007). Classification of ponds from high-spatial resolution remote sensing: Application to Rift Valley Fever epidemics in Senegal. Remote Sensing of Environment.
• Carlson, R. E. (1977). A trophic state index for lakes. Limnology and Oceanography.
• Aizaki, M. et al. (1981). Application of Carlson's trophic state index to Japanese lakes and relationships between the index and other parameters. Research Report from the National Institute for Environmental Studies, Japan.
• Resolución Conjunta ADA 1207/19, Provincia de Buenos Aires — explicada aquí.