Hay periodistas que gustan de apoyarse en anécdotas para contar historias acerca del cambio climático, pero para los científicos, los datos lo son todo.
Sin embargo, la recopilación de datos que nos ayuden a estudiar los motivos del cambio climático, es rara vez una tarea rápida y de bajo coste, especialmente cuando se trata de obtener la información a vista de pájaro sobre una costa o una gran extensión de hielo.
Afortunadamente, los drones (también conocidos como UAVS – Unmanned Aerial Vehicles o UAS – Unmanned Aerial Systems), pueden ser utilizados como “minions voladores robóticos”, llenando nichos para los que los métodos aéreos convencionales, como alquiler de aviones o conectando a datos de satélite, son poco adecuados.
Los drones no son algo nuevo ni los científicos están descubriendo ahora su utilidad como herramientas para el desarrollo en el estudio del cambio climático. “En 1998, utilizamos lo que en ese tiempo era considerado un UAV para estudiar la capa de hielo en el Ártico”, dice James Maslanik, un profesor de investigación emérito del Departamento de Ingeniería de Ciencias Aeroespaciales de la Universidad de Colorado-Boulder. “Era un sistema de última generación, muy adelantado a su tiempo”, dice sobre el UAV de ala fija que emplearon. Tenía 3 metros de envergadura, una carga de pago de 4Kg. como máximo y funcionaba con gasolina. Maslanik recuerda tener que arrastrar bidones de combustible para aviación hasta la estación de investigación en el Ártico, sólo para mantener el UAV en el aire.
Los drones con los que contamos hoy, basados en diseño de rotores como cuadricópteros y versiones de ala fija que parecen aviones convencionales en miniatura, son mucho más asequibles, transportables, útiles y con más capacidad que los que utilizaba el Sr. Maslanik hace una década. Esto es gracias a la miniaturización de sus componentes electrónicos, la disminución en el precio y tamaño de las cámaras y sensores que llevan, y la capacidad de sus sistemas de propulsión que, en la mayoría de los casos, se alimentan mediante baterías.
Más ligero, más accesible
Con anterioridad a la aparición de los drones, las inspecciones aéreas que se realizaban para estudiar el cambio climático, sólo podían hacerse usando aeronaves tripuladas o mediante imágenes de satélite, pero ambos métodos tenían notorias limitaciones.
Alquilar un avión es mucho más caro y menos fiable que utilizar un dron, dado que el clima puede con frecuencia impedir un plan de vuelo. Además, alquilar un avión ha de preverse con días de antelación. Los investigadores necesitan solicitar un permiso a la Administración para operar un dron, pero una vez que lo tienen pueden utilizar este dispositivo cada vez que lo necesiten, siempre y cuando la velocidad del viento esté dentro de lo que soporta el UAV.
David Johnston, profesor asistente en la Escuela Nicolás de Medio Ambiente de la Universidad de Duke, dice sobre el hecho de cambiar el alquiler de aviones por el uso de drones: “utilizando un dron podemos obtener datos tratables en 4 horas, contra los 4 días que serían necesarios utilizando un avión”.
Un dron es más manejable que un avión tripulado y puede pilotarse a menor altitud. Las imágenes de satélite han sido una bendición para los investigadores, pero un cielo cubierto de nubes puede convertirlas en inservibles, y a menudo carecen de la resolución necesaria para trabajos como el recuento de animales.
Puede sonar mundano, pero contar animales es una parte clave en la investigación climática de los litorales, donde la dinámica de la población está fuertemente ligada al cambio en factores como la temperatura del agua, fuentes de comida o la pérdida de hielo en el mar.
A principios de 2015 el Sr. Johnston lideró un equipo que utilizada pequeños drones de ala fija – el eBee sensefly fabricado por Parrot – para contar focas grises a lo largo de las costas heladas en islas frente a Terranova. La especie se dio casi por extinguida sobre el 1820, pero su número ha estado creciendo desde la década de 1980. Hoy en día se enfrentan a múltiples peligros como consecuencia del cambio climático: la subida de la temperatura está influyendo en sus patrones de reproducción y, en el Ártico, el deshielo está facilitando la proliferación de parásitos mortales.
El equipo pretendía determinar si utilizando drones se podría realizar más fácilmente el conteo de animales y sus cachorros, consumiendo menos tiempo que con el método tradicional de alquiler de aviones. En censos anteriores los investigadores utilizaron una cámara (generalmente manual) para tomar imágenes desde un avión o un helicóptero, realizando también manualmente la unión de imágenes, esperando no contar 2 veces un mismo animal.
Los beneficios obtenidos con el uso de drones resultaron relevantes: además de tomar más fácilmente tanto imágenes como vídeo, el software de los aviones no tripulados utilizaban datos de GPS para georeferenciar cada fotograma capturado. Estos datos se utilizaron posteriormente para crear lo que se llama mapas ortomosaicos, que eran más precisos y útiles que unir manualmente las imágenes tomadas desde una cámara de mano.
Además, uno de los drones eBee que el equipo de Johnston utilizó para el conteo de focas, portaba una cámara térmica que detectaba calor, haciendo de esta manera más visibles a los cachorros incluso si estaban protegidos por árboles o arbustos.
Del frío al calor
En aguas más cálidas, los arrecifes de coral juegan un rol vital en la salud del océano. Pero el cambio climático, especialmente por el calentamiento de océanos y el incremento de la acidez por el crecimiento del ratio de dióxido de carbono presente, ha ocasionado ya un daño importante en los arrecifes de coral. En el Caribe los corales también están sufriendo porque especies clave que se alimentan de algas como el pez loro y el erizo de mar, se encuentran en serio declive. Esto tiene como consecuencia un incremento en la proliferación de las algas, que acaba ahogando al coral.
Un informe de 2014 de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza, predice la total desaparición del coral en 20 años, a menos que podamos devolver el equilibrio necesario. El Conservatorio de la naturaleza está trabajando en el Caribe para ayudar a proteger y fomentar la salud de los arrecifes de coral y fomentar las prácticas de pesca sostenible.
Contra todo pronóstico, una importante especie de coral, Acropora o coral cuerno de alce, está haciendo una reaparición en algunas de estas áreas. Sin embargo, el recuento y la cartografía de este tipo de coral es difícil debido a que crece en aguas poco profundas y está expuesto durante períodos de marea baja, lo que significa que el método convencional de conteo de corales, el buceo, no funciona. El científico senior Steve Schill está utilizando RPAS (cuadricópteros y hexacópteros – cuatro y seis rotores respectivamente) para recoger vídeos de la costa y realizar el conteo y mapeado de este tipo de coral.
Schill, geógrafo espacial, también utiliza drones para crear mapas de los manglares del Caribe, que son una fuente importante de mitigación contra el cambio climático. Los manglares capturan más carbono que otros tipos de bosques y actúan como criaderos para muchas especies de peces que luego se unirán a los ecosistemas de los arrecifes de coral. Los manglares también son víctimas de desarrollo costero, y la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional estima que más de la mitad de los manglares del mundo han sido destruidos durante el siglo pasado. Equipado con cámaras de infrarrojos, los aviones no tripulados recogen imágenes que muestran a los investigadores en qué lugar exacto están los manglares sufriendo estrés por falta agua o nutrientes.
«La revisión de manglares y corales puede no ser uno de los trabajos más atractivos de la conservación, pero juega un papel vital», dice Schill. Estos mapas son el primer paso en el modelado de futuros cambios, y son esos modelos los que muestran a los gobiernos y los políticos locales las pruebas de por qué es importante actuar. «Si sólo podemos proteger el 20% de los arrecifes, ¿cuál es el mejor 20% para que sea protegido? Estos mapas nos ayudan a decidir dónde invertir de manera más óptima el presupuesto destinado a conservación«.
Además, Schill utiliza fotogrametría, una técnica que convierte las imágenes 2D en modelos 3D que ayudan a medir con más precisión. Los drones permiten realizar la fotogrametría de las zonas costeras mediante la recopilación de imágenes fijas y vídeo desde multitud de panorámicas: de forma oblicua, de arriba hacia abajo, perspectivas laterales… que se estudian juntos en mosaicos de imágenes y ensamblándolos para formar representaciones 3D. El software necesario para crear estas imágenes está incluido en los RPAS, facilitando en gran medida este tipo de trabajo.
Las imágenes resultantes son de gran precisión, por lo que estos mapas pueden expresar características precisas, como por ejemplo el follaje de los manglares, a través de gradientes de color.
Drones para mejorar modelos climáticos
En la parte más grande (aunque cada vez menos) de color blanco del Ártico, Gijs De Boer utiliza vehículos aéreos no tripulados para recopilar datos que están contribuyendo a que los modelos para luchar contra el cambio climático sean más precisos. DeBoer es un científico de investigación del Instituto Cooperativo para la Investigación de Ciencias Ambientales, una asociación entre la NOAA y la Universidad de Colorado-Boulder. Estudia las nubes, en concreto el papel que juegan las nubes en la transferencia de energía entre la atmósfera y la superficie de la tierra.
Investigadores del Ártico se preocupan mucho por el “albedo”, que se refiere al grado en el que una superficie refleja o absorbe la luz solar. A medida que el Ártico se derrite, el hielo se convierte en agua que absorbe más luz del sol. El polvo y el hollín son transportados por el viento (que se origina a partir de la industria, el transporte o incendios forestales) empeorando la situación. «En última instancia, esta pérdida de reflectividad hace que se intensifique el calentamiento que derrite el hielo que a su vez cambia el albedo. Una superficie más oscura absorbe más radiación y conduce por lo tanto a un mayor calentamiento», dice DeBoer.
Las nubes son reflexivas por lo que, donde cubren el Ártico, reflejan la energía del sol en la atmósfera. Sin embargo, el estudio de los procesos físicos que subyacen en las nubes y su formación ha sido muy difícil, ya que los científicos carecen de buenos datos y modelos de observación. Los datos se han obtenido a través de la medición de la radiación en pequeñas zonas de manera individual, o recopilados por radiómetros incorporados en aviones tripulados. Pero los aviones se mueven demasiado rápido para conseguir el nivel de detalle que DeBoer necesita estudiar las nubes y que los modeladores del clima necesitan con el fin de integrar el papel de las nubes en sus predicciones sobre el clima.
Durante los últimos dos años, De Boer y su equipo CIRES han estado utilizando aviones no tripulados de ala fija en Prudhoe Bay, Alaska. Los RPAS llevan radiómetros que miden la energía que viene a través de la atmósfera y la energía que sube de la superficie, para ver qué porcentaje de esa energía se está reflejando. Este tipo de investigación requiere la topografía de grandes extensiones de tierra, que CIRES no sería capaz de hacer en otro lugar en el territorio ártico controlado por los Estados Unidos, debido a que la FAA requiere que los pilotos mantengan el contacto visual con sus RPAS en todo momento. Pero el equipo de De Boer utiliza el espacio aéreo en el que el Departamento de Energía, en coordinación con la FAA, permite que se vuelen aviones no tripulados mucho más allá de la vista del piloto, a lo largo de la costa y sobre el Océano Ártico hasta 82 grados norte, unas 700 millas náuticas desde la costa.
«Los drones son realmente la vanguardia de la mejora de los modelos climáticos, ayudando a los científicos a entender mejor las transferencias de energía entre la superficie y la atmósfera», dice DeBoer. «Nos ayudan a obtener una representación más precisa, tanto a corto plazo como a largo plazo, de la evolución del clima. Existe la lógica incertidumbre al hacer este tipo de modelos climáticos. Una de las cosas en las que nos estamos concentrando, es en tratar de reducir esa incertidumbre y así poder orientar a políticos e industria en cómo utilizar estas proyecciones de una manera significativa, para mitigar los efectos del cambio climático».
Una herramienta, no la panacea
De cara al futuro, los drones van a ser una de las más importantes herramientas de investigación, sobre todo a medida que se vaya mejorando la integración con otras tecnologías avanzadas. Schill y sus colegas están desarrollando un barco por control remoto para remolcar una cámara submarina. Su equipo desplegará el barco junto con un avión no tripulado para recoger imágenes bajo el agua y en la superficie, con el fin de crear mapas que dan tanto “a vista de pájaro” como “a vista de pez”.
Johnston dice que le gustaría recoger tomas diarias de las costas para que los investigadores puedan entender mejor cómo los fenómenos meteorológicos influyen a lo largo del tiempo. Digamos que hay un cambio topográfico importante que se produce a lo largo de una costa, y que podría ser el resultado de una tormenta de gran alcance o de un deslizamiento de tierra. Sin buenos datos, no sería capaz de averiguar cuál fue la causa. «Si tuviera dos imágenes tomadas con dos semanas de diferencia, vería algún cambio, pero me faltarían las mediciones del periodo total», explica Johnston.
Dice que en las zonas costeras, a través de la monitorización frecuente, los aviones no tripulados pueden ayudar a los investigadores a diferenciar entre «la detección del cambio y averiguar cómo se produce el cambio.»
Los RPAS vienen con alguna carga social grave. Pueden ser mal utilizados como se ha visto este verano pasado, cuando pilotos aficionados volaron sus aparatos en el espacio aéreo demasiado cerca de incendios forestales, obligando a las autoridades a aterrizar los aviones de extinción de incendios. Además, no siempre son la mejor herramienta para el trabajo. Sus rotores ruidosos pueden perturbar la fauna que los investigadores están tratando de estudiar. Sus capacidades de alcance y sus medios técnicos, aunque han mejorado, todavía tienen sus límites. Y los reglamentos sobre cómo, dónde y cuándo se puede volar un UAV todavía están en proceso de cambio. También están las limitaciones financieras, que influyen en la tecnología UAV que los investigadores están utilizando hoy en día y la que estarían utilizando si se contara con el flujo de efectivo sin obstáculos.
Pero para Johnston, Schill, DeBoer, y para otros muchos científicos cuyo trabajo se realizar en la orilla del agua, el uso de drones está abriendo nuevas posibilidades de investigación y permite profundizar en la recopilación de datos para medir los impactos medioambientales y tratar de obtener la respuesta a la alteración de los ecosistemas y el derretimiento del Ártico, al cambio climático.
FUENTE http://theweek.com/articles/625715/how-scientists-are-using-drones-measure-effects-climate-change
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