Cartografía aplicada a hielo marino y témpanos en el Servicio de Hidrografía Naval

Por Alvaro S. Scardilli, Soledad Tiranti y María de los Ángeles Jaimes.

Introducción

Las actividades logísticas, científicas y turísticas en la Antártida se ven condicionadas por la presencia de hielo marino y témpanos, por lo que resulta imprescindible contar con información lo más exacta posible sobre su estado de desarrollo y concentración, permitiendo la programación de las diferentes actividades, definir su duración y determinar el medio a emplear para su cumplimiento (Pope et al., 2017). Por ello, las cartas de hielo son una herramienta fundamental, ya que son mapas gráficos que muestran las condiciones de hielo marino para un momento específico utilizando simbología estandarizada. Esta cartografía grafica dos tipos de hielo:

• Hielo marino: cualquier forma de hielo en el mar originado por la congelación de sus aguas.
• Témpanos: gran masa de hielo flotante de forma muy variada que se ha desprendido de un glaciar.

La posición y deriva de témpanos, la concentración del hielo marino y la extensión del campo de hielo han sido monitoreadas a través de información satelital durante décadas. Sin embargo, siempre resulta de mayor valor para los navegantes la información del estado de desarrollo o espesor del hielo, la presión del campo de hielo, su deriva y posible derretimiento. Para dar una respuesta a estos requerimientos, fueron desarrolladas las cartas de hielo, las cuales son producidas por los servicios de hielo de los países afectados por la presencia de hielo en aguas territoriales o de interés. Estas cartas de hielo se elaboran de acuerdo con estándares internacionales (World Meteorological Organization, 2014) y se utilizan para representar de manera gráfica y georreferenciada la concentración y estado de desarrollo del hielo marino y la presencia de témpanos.

Si bien se utilizan diversos tipos de imágenes satelitales para la confección de las cartas de hielo, son de mayor interés aquellas obtenidas de sensores que trabajan en el espectro de las microondas, en particular las de sistemas activos, debido a la capacidad de obtener datos independientes de la luminancia solar y las condiciones atmosféricas (Salvó et al., 2023). Los recursos satelitales más utilizados son los correspondientes a imágenes de Radar de Apertura Sintética (SAR) de SAOCOM-1A y 1B, Sentinel-1A, RADARSAT 2 y Cosmo-Skymed.

Desde 2015, el Servicio de Hidrografía Naval de Argentina (SHN), a partir de las actividades de apoyo a la Armada Argentina que venía desarrollando desde la década de 1970, amplió la difusión de sus de cartas de hielo dando comienzo al trabajo como un Servicio de Hielo con productos propios y de alcance público y global.

El objetivo de este trabajo es detallar el proceso de elaboración de los diferentes productos del Servicio de Hielo de Argentina y mostrar cómo se emplean las imágenes satelitales y señalar la importancia de su utilización para la identificación del hielo marino y témpanos, con especial foco en la seguridad náutica.

Tecnología aplicada para confección de cartas de hielo

Como puede observarse en la FIGURA 2, la zona de aplicación para las cartas de hielo incluye la región antártica y aguas del Atlántico Sur. El hielo marino no suele extenderse más al norte del límite de los 60° de latitud sur, mientras que la deriva de los témpanos sí puede alcanzar la latitud de la ciudad de Mar del Plata.

Las diferentes zonas representadas responden al criterio de enfocar los análisis de condiciones de hielo en las regiones más visitadas por cruceros turísticos y por la alta concentración de Bases de diferentes países, lo cual conlleva operaciones de abastecimiento y despliegue de personal técnico y científico de distintos países que dirigen numerosos proyectos de investigación.

Las imágenes satelitales utilizadas son de dos tipos: ópticas —en bandas visible e infrarroja (VIS/IR) — y de radar de apertura sintética (SAR). La mayor cantidad de imágenes VIS/IR, corresponden a los sensores Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) de los satélites Terra y Aqua e imágenes Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) del satélite Suomi NPP.

Los satélites VIS/IR tienen la ventaja de poseer una gran frecuencia de adquisición de imágenes para la región antártica, aunque se ven limitadas en cuanto a la resolución y a que la detección del hielo se ve obstaculizada por la nubosidad. Sin embargo, se cuenta con imágenes de mayor resolución que corresponden al sensor SAR de los satélites SAOCOM 1A y 1B, Sentinel-1A, RADARSAT 2 y Cosmo Skymed.

En la actualidad, el SAR es uno de los sensores remotos más importantes para monitorear e investigar el hielo marino, especialmente en las áreas polares donde la cobertura nubosa dificulta la observación con otro tipo de instrumentos. Las imágenes SAR proporcionan imágenes de alta resolución en cualquier condición de tiempo y luminosidad.

Cabe mencionar que, ante la ausencia de radiación solar durante el invierno, las imágenes VIS/IR no están disponibles; por lo que contar con imágenes SAR resulta imprescindible. El lanzamiento del satélite argentino SAOCOM 1A en el 2018 ha permitido que las cartas de hielo que produce el SHN ganen una gran independencia de los proveedores de imágenes que responden a las necesidades e intereses del hemisferio norte.

La efectividad de las imágenes SAR para la identificación de hielo marino y témpanos depende de las características de cada satélite, y aspectos técnicos de cada sensor en particular. La resolución espacial y cobertura del área sobre la cual pasa el satélite y adquiere información puede ser del tipo StripMap, para mejor nivel de detalle, o ScanSAR para áreas de mayor extensión. Las diferentes combinaciones de polarización, es decir, la forma en que la información es obtenida, permiten discriminar entre los diferentes tipos de hielo marino o la identificación de témpanos.

Para la elaboración de las cartas de hielo se emplea el software QGIS, ya que es gratuito, de código abierto y permite un trabajo acorde a las necesidades de los productos operativos como los que se describen en este trabajo. Por medio de este software, se añaden las distintas imágenes satelitales ya georreferenciadas y se procede al análisis de las mismas, en donde los analistas de hielo aplican su experiencia visual generando la digitalización de polígonos mediante la identificación de campos homogéneos de las variables de interés. Entre las variables identificadas se encuentran la concentración, con una escala de 0/10 (aguas libres) a 10/10 (concentración máxima de hielo), la forma y los estados de desarrollo (espesores) del hielo marino.

En un proceso aparte, se realiza la identificación de témpanos que estén localizados en aguas libres o fuera del campo de hielo marino. Para esto, se adoptan criterios que se relacionan con el tamaño de los témpanos y la cantidad de los mismos en un grillado de 1° de latitud por 1° de longitud.

Cartas de hielo del SHN

A través de la interpretación visual de las imágenes SAR y VIS/IR y de la experiencia de los analistas de hielo, se determinan las formas, la concentración y el espesor del hielo marino. También puede analizarse el origen del hielo, terrestre o marino, y sus posibles estados de desarrollo. Esto permite realizar un análisis muy detallado para los usuarios de las cartas de hielo, ya que constituye la herramienta principal para determinar la ruta de navegación de los diferentes buques en la Antártida.

Las diferentes cartas de hielo que produce el SHN han ido incrementando notablemente su calidad y confiabilidad a partir de los siguientes factores:

1) Incremento en la disponibilidad de imágenes SAR.
2) Mayor capacidad de procesamiento y manipulación de información a través de QGIS.
3) Mejora en la elaboración de cartas de hielo durante la noche polar austral mediante el modo Night Vision del satélite SUOMI NPP.
4) Más personal dedicado exclusivamente a la tarea de analistas de hielo.
5) El trabajo colaborativo entre organismos afines y el International Ice Charting Working Group.

A partir de toda la información disponible, el SHN confecciona cuatro tipos de productos: Carta de borde de hielo marino, Carta de estado de desarrollo, Carta de Borde de Hielo y Carta de Témpanos.

A través de un código de colores estandarizado, se diferencian las concentraciones y estados de desarrollo correspondientes. A su vez, en las cartas de concentraciones de hielo marino, a cada polígono se le asigna una letra para referenciar luego los “códigos ovales” que describen información de formas y estados de desarrollo de cada concentración de hielo marino, según la simbología propuesta por Organización Meteorológica Mundial (OMM). El código oval se divide en cuatro espacios de franjas horizontales. El primero, en la parte superior, indica la concentración total del hielo en décimas. En la sección que le sigue, se indican concentraciones parciales, mientras que en la tercera, se colocan los estados de desarrollo visibles y, en la cuarta, las formas predominantes. En la FIGURA 3, se muestra un ejemplo de los tipos de cartas operativas de hielo marino generadas por SHN.

La carta del borde de hielo marino (FIGURA 4) es realizada con el objetivo de establecer los límites generales del campo de hielo y del borde marginal, es decir, la región donde el navegante puede encontrarse con hielo marino en zonas navegables. Esta carta de hielo general permite a los navegantes establecer claramente cuáles son las zonas de aguas libres y seguras en cuanto a la presencia de hielo marino. Resulta de utilidad para los buques que no tienen intenciones de navegar en la región antártica pero que igualmente necesitan realizar su paso por el pasaje Drake.

Finalmente, el cuarto producto que se genera son las Cartas de Témpanos, como se ve en la FIGURA 5. En estas se visualiza la posición de témpanos cuya extensión es mayor a 10 millas náuticas, identificados con una letra y número; los témpanos menores a 10 millas náuticas y que pueden ser observados a través de las imágenes satelitales para su seguimiento; y por último, la clasificación de riesgo de témpanos de celdas de 1° de longitud por 1° de latitud en base a la densidad o conteo de témpanos que se observe en cada celda. El riesgo en estas áreas se clasifica como:

• Témpanos aislados: 1 sólo témpano.
• Témpanos escasos: 2 a 6 témpanos.
• Témpanos numerosos: igual o mayor a 7 témpanos.

Impacto en la seguridad náutica

Si bien las actividades en aguas de la región antártica son mínimas respecto a lo que ocurre en el resto de los océanos, e incluso frente al Ártico donde hay rutas comerciales bien definidas durante todo el año, es imperioso prestar un confiable y preciso asesoramiento en cuanto a la seguridad náutica a todos los buques que navegan esta desolada parte del globo. Más aún si consideramos que de ocurrir un siniestro en aguas polares o subpolares del hemisferio sur, la ayuda se demoraría por varios días debido a las grandes distancias que existen entre la Antártida y los Centros de Búsqueda y Rescate.

La misión del Servicio de Hidrografía Naval es brindar el servicio público de la seguridad náutica en la zona de responsabilidad nacional de la República Argentina, con su sector antártico correspondiente, y a través de su Servicio de Hielo proporcionar los mejores productos y servicios de análisis de hielo marino y témpanos.

Todas estas actividades dependen de manera crucial de cartas de hielo precisas y confiables para asegurar la navegación en una zona aislada y potencialmente peligrosa, que sufre rápidos cambios por efecto de la meteorología y corrientes oceánicas. Las cartas de hielo aportan valiosa información estandarizada y con control de calidad para la toma de decisiones y la planificación de rutas de navegación.

Las cartas de hielo ayudan a minimizar y evitar riesgos que amenacen la vida humana en el mar y los peligros potenciales para las embarcaciones y sus consecuencias graves para el ambiente. Es por ello que las mismas deben ser perfeccionadas constantemente con la aparición de nuevas herramientas de procesamiento de datos digitales provenientes de sensores remotos.

De esta manera, resulta imprescindible poder contar con sensores SAR que adquieran con frecuencia suficiente durante todo el año sobre las áreas navegables de la Antártida. Para la Argentina existe una mejora significativa a partir del lanzamiento del SAOCOM que permite la programación y adquisición de imágenes con fines operativos de manera continua a lo largo de todo el año.

Bibliografía

• Pope, A., Wagner, P., Johnson, R., Shutler, J., Baeseman, J., y Newman, L. (2017). Community review of Southern Ocean satellite data needs. Antarctic Science, 29(2), 97–138. https://doi.org/10.1017/S0954102016000390
• Salvó, C. S., Gomez Saez, L., y Arce, J. C. (2023). Multi-band SAR intercomparison study in the Antarctic Peninsula for sea ice and iceberg detection. Frontiers in Marine Science, 10, 1255425. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1255425
• World Meteorological Organization. (2014). Ice chart colour code standard (WMO No. 1215). https://library.wmo.int/records/item/37175-ice-chart-colour-code-standard

Autores

Alvaro S. Scardilli. Magíster en Gestión Ambiental. Jefe del Departamento Meteorología, Servicio de Hidrografía Naval. asscardilli@hidro.gov.ar

Soledad Tiranti. Licenciada en Geografía. Jefe de la División Glaciología, Servicio de Hidrografía Naval. soledad.tiranti@defensa.gob.ar

María de los Ángeles Jaimes. Licenciada en Sistemas de Información Geográfica. Analista de hielo, Servicio de Hidrografía Naval. maria.jaimes@defensa.gob.ar