This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.

Por más de 60 años, las misiones de ciencias de la Tierra de la NASA, han hecho avanzar nuestra comprensión de los sistemas terrestres y nos han ayudado a monitorear y gestionar los impactos ambientales y del cambio climático, tales como sequías, deforestación, e inundaciones.

“La NASA está cambiando su enfoque para priorizar las aplicaciones prácticas de sus datos desde el principio, en el diseño, selección y apoyo de nuevas misiones de ciencias de la Tierra”.

Durante ese tiempo, las misiones comúnmente se han diseñado, en primer lugar y ante todo, para atender a la necesidad de datos, de los investigadores que trabajan en responder preguntas científicas apremiantes. Las aplicaciones y usos creativos de estos datos, como los destinados a proporcionar soluciones prácticas o mejoras en la toma decisiones en función de las necesidades de la sociedad, frecuentemente se han tomado en cuenta en momentos más tardíos durante el proceso de desarrollo e implementación.

Pero la creciente urgencia de los desafíos ambientales modernos, exige un enfoque más inmediato en la aplicación de los conocimientos adquiridos en las misiones de observación de la Tierra, en beneficio de la humanidad. Por tanto, la NASA está cambiando su enfoque para priorizar las aplicaciones prácticas de sus datos desde el principio, en el diseño, selección y apoyo de nuevas misiones. Como parte de esta estrategia, la agencia está también, intencionalmente, desarrollando programas y herramientas, pensando en los usuarios finales; y potenciando los beneficios sociales de las misiones y actividades existentes.

Dos ejemplos que demuestran el enfoque actualizado de la NASA, son la misión de Biología y Geología de Superficie (SBG, por sus siglas en inglés), que actualmente está en desarrollo, y la misión en curso del Satélite-2 de Hielo, Nubes y Elevación del Terreno (ICESat-2, por sus siglas en inglés), el cual ha estado en órbita desde 2018.

Valoración de las aplicaciones en el diseño de misiones

La encuesta decenal del 2017, sobre las Ciencias de la Tierra y Aplicaciones desde el Espacio, articuló un consenso en la comunidad científica, sobre la importancia crítica de que los planeadores de las misiones, consideren las posteriores aplicaciones de los datos, sin dejar de abordar las preguntas científicas más apremiantes. Específicamente, la encuesta desafió a la comunidad de las ciencias de la Tierra a “perseguir objetivos cada vez más ambiciosos y soluciones innovadoras, que mejoren y aceleren el valor científico y de aplicación de las observaciones de la Tierra desde el espacio”. Para hacer frente a este desafío, es necesario transformar la forma en como las misiones actuales son implementadas, así como la forma en que las nuevas son diseñadas, para reflejar el énfasis en las aplicaciones de los datos como medida del valor de los mismos.

En respuesta, la NASA desarrolló su nueva estrategia de Ciencias de la Tierra a la acción, que se dio a conocer públicamente en la sesión abierta del 20 de marzo de 2024, del Comité de las Academias Nacionales de Ciencias de la Tierra y Aplicaciones desde el Espacio. Este plan estratégico de 2024-2034, aprovecha la posición única de la NASA, como agencia espacial y científica con capacidades integrales, desde el desarrollo y lanzamiento de tecnologías innovadoras, hasta la mejora del conocimiento científico y la creación de herramientas y modelos que apropian a los responsables de la toma de decisiones para afrontar los desafíos del mundo real.

“Una primera iniciativa bajo esta nueva dirección, es el estudio SBG de la NASA, el cual fue el primero de varios objetivos científicos y de aplicación de estudios decenales que se desarrollarán”.

Una primera iniciativa bajo esta nueva dirección, es el estudio SBG de la NASA, el cual fue el primero de varios objetivos científicos y de aplicación de estudios decenales que se desarrollarán. El estudio decenal subrayó las prioridades de una futura misión del satélite SBG, que incluyen la observación de la vegetación terrestre, los ecosistemas acuáticos, la nieve y el hielo, los cambios activos en la superficie de la Tierra, y los cambios en el uso del suelo, así como el establecimiento de enfoques para gestionar la agricultura, los hábitats naturales, el uso y calidad del agua, y el desarrollo urbano.

El plan del SBG integró estas necesidades de observación en un estudio de arquitecturas potenciales, que evaluó qué tipo de sensores y capacidades de medición son necesarios para adquirir las observaciones deseadas. Lee et al. [2022] describieron cómo en este estudio de arquitectura la NASA involucró a inversores de la comunidad de aplicaciones, incluidas las que gestionan la agricultura, los ecosistemas acuáticos costeros y continentales, y los ecosistemas de nieve y hielo. Este involucramiento proporcionó una base para el diseño ingenieril de la misión, ayudó a centrar las discusiones con los socios internacionales y reforzó los beneficios de definir claramente los productos de datos de la misión desde el principio, tanto para las aplicaciones como para los usuarios de datos científicos.

Un posterior estudio sobre las Necesidades de los usuarios y la Valoración del SBG, también recogió las aportaciones de un amplio conjunto de sectores interesados, incluidos la comunidad de atención de incendios, aquellos que gestionan los impactos del calor urbano en la salud, y los gestores de la conservación y la biodiversidad, entre otros. En este estudio, la NASA enumeró los conceptos de aplicaciones y los contextos de decisión que podrían afectar el diseño de las arquitecturas del SBG. Por ejemplo, la latencia de los datos, la frecuencia temporal de la revisión y la resolución espacial son factores críticos que a menudo determinan si las instituciones interesadas pueden utilizar productivamente un conjunto de datos observacionales.

La latencia de los datos es el tiempo total que transcurre entre el momento en que un sensor adquiere los datos y el momento en quedan disponibles al público, y la frecuencia temporal de revisión es la periodicidad con la cual un lugar de la Tierra es medido por el sensor. Si la latencia o el tiempo entre revisiones es demasiado largo, los datos podrían no ser útiles para la toma de decisiones, por ejemplo, poder avisar a tiempo a las comunidades de inundaciones durante una marea real o para actualizar las alertas de evacuación de “recomendada” a “obligatoria”. De la misma forma, si la resolución espacial de un conjunto de datos, por ejemplo, uno que caracteriza inundaciones u otra amenaza, es demasiado baja, es posible que el personal de emergencia no pueda localizar a las comunidades afectadas para garantizar su seguridad.

Sin embargo, existen compensaciones entre la latencia, la frecuencia temporal de revisión, la resolución espacial y el costo de la misión. Por ejemplo, los conjuntos de datos de alta resolución a menudo suelen adquirirse con menos frecuencia que aquellos con resolución espacial más baja y, por lo tanto, es menos probable que estén disponibles cuando se necesiten, en parte porque el aumento en la resolución espacial suele incrementar el costo de la misión y la latencia de los datos. En consecuencia, se asignó una latencia máxima admisible a cada aplicación identificada por la comunidad de usuarios del SBG, tales como el monitoreo y mapeo en tiempo real de incendios forestales, calor extremo en entornos urbanos, y amenazas geológicas (p.e., erupciones volcánicas).

La arquitectura seleccionada para la misión incluye dos plataformas con diferentes instrumentos, resoluciones espaciales, frecuencias de revisión, y latencias de datos. Una plataforma tendrá una resolución de 30 metros, un tiempo de revisión de 16 días, y una latencia de los datos de 72 horas [Thompson et al., 2022]. La otra tendrá una resolución de 60 metros y un tiempo de revisión de 3 días, y algunos productos de datos tendrán una latencia de 24 horas [Basilio et al., 2022]. Alineado con el plan estratégico 2024–2034 de la NASA, este diseño final maximiza tanto las prioridades científicas identificadas en el estudio decenal, como la utilidad de los datos de la misión para todas las potenciales aplicaciones.

Ampliando las inversiones en las misiones existentes

“Una forma clave en que la NASA está poniendo en acción los datos de las misiones terrestres existentes, es financiando el desarrollo de nuevas aplicaciones innovadoras y actividades de investigación aplicada”.

Una forma clave en que la NASA está poniendo en acción los datos de las misiones terrestres existentes, es financiando el desarrollo de nuevas aplicaciones innovadoras y actividades de investigación aplicada, por ejemplo, a través de sus programas abiertos Investigación y Análisis y La Tierra en acción (La Tierra en acción es un nuevo elemento en la División de Ciencias de la Tierra de la NASA e incluye la antigua cartera de Ciencias Aplicadas, así como otras actividades). Un vibrante ejemplo de los frutos de este esfuerzo es el programa de aplicaciones de la misión ICESat-2, el cual se centra en promover y socializar el uso de los datos de esta misión en curso.

ICESat-2 lleva un único instrumento: el Sistema de Altímetro de Láser Topográfico Avanzado o ATLAS (por sus siglas en inglés). ATLAS emite fotones láser y mide los tiempos de viaje de los fotones de retorno reflejados por la superficie terrestre, para calcular la distancia entre la nave espacial y la superficie. A partir de estas observaciones, el instrumento mapea la elevación de la superficie a lo largo de las trayectorias de las naves espaciales, con gran detalle y con una latencia de 45 días.

ATLAS sigue proporcionando un conjunto de datos único, con una estructura y densidad de muestreo distintas a las de los conjuntos de datos generados por otros sensores de observación de la Tierra. Y la NASA continúa financiando actividades de aplicaciones diseñadas para aumentar el uso de los datos de ATLAS, para apoyar la toma de decisiones relacionadas con el hielo marino del Ártico, el derretimiento del hielo terrestre y el estado de los reservorios de agua potable críticos, por ejemplo.

“El programa de aplicaciones del Satélite-2 de Hielo, Nubes, y Elevación del Terreno, ha sido exitoso en aumentar la visibilidad de la misión y en consolidar su valor duradero”.

El programa de aplicaciones del ICESat-2, el cual ayuda a los usuarios a acceder y aplicar los datos de ATLAS, ha sido exitoso en aumentar la visibilidad de la misión y en consolidar su valor duradero. Los primeros voluntarios de la comunidad de usuarios, tales como el proveedor de datos geoespaciales marinos TCarta y la Fundación de Investigación y Administración de Sitios Culturales, han contribuido al desarrollo de productos y actividades de la misión. Y la participación de los usuarios potenciales a través reuniones, hackweeks, y publicaciones, ha llevado a una comprensión más amplia y clara de la utilidad de las observaciones de elevación precisas, desde el espacio y a partir del lanzamiento de la misión [Brown et al., 2022]. Con sus esfuerzos, el programa de aplicaciones está permitiendo una mejor integración de las aplicaciones en futuras misiones de altimetría.

Aplicaciones para el análisis de altimetría

ATLAS provee datos de elevación extremadamente precisos, pero acceder a ellos y comprenderlos, puede plantear desafíos, especialmente para los nuevos usuarios. Para facilitar el uso de los datos altimétricos y el desarrollo de nuevas aplicaciones se ha desarrollado un conjunto de herramientas y productos, entre los cuales se incluyen los siguientes ejemplos.

La librería del software icepyx ha sido construida por una comunidad de usuarios, desarrolladores y científicos de los datos de ICESat-2. Estas personas han colaborado en el desarrollo de una librería compartida de recursos existentes, códigos nuevos, tutoriales y casos de uso, para facilitar los descubrimientos científicos, simplificando el proceso de búsqueda, acceso y análisis de los conjuntos de datos de ICESat-2. La herramienta se está utilizando, por ejemplo, para fusionar los datos de altura oceánica de ATLAS, con observaciones de temperatura, salinidad y profundidad de boyas oceánicas, para acelerar la comprensión de los cambios en las corrientes oceánicas y la cobertura de hielo en regiones remotas [Bisson et al., 2023].

SlideRule es una infraestructura abierta de procesamiento de datos científicos bajo demanda y basado en la nube. El complemento SlideRule del ICESat-2 ofrece una herramienta personalizable para hacer uso del archivo de productos de datos de bajo nivel (mínimamente procesados) de la misión. El usuario define un área geográfica de interés y parámetros de procesamiento claves, como el período de agregación o producto, mediante una interfaz web interactiva o la interfaz de programación de aplicaciones (API), y SlideRule rebota productos de alto nivel, de nubes de puntos de la elevación de la superficie, en segundos o minutos. Esta funcionalidad permite el rápido desarrollo de algoritmos y la visualización e interpretación de los datos. SlideRule también facilita las aplicaciones que requieren un procesamiento personalizado de los datos altimétricos, tales como la medición de las variaciones interanuales en la profundidad de la nieve y la evaluación del posible impacto de estas variaciones en la disponibilidad de agua en las regiones montañosas de latitud media [Besso et al., 2024].

“La plataforma CryoCloud provee talleres de formación al estilo hackathon, así como apoyo a los científicos para que investiguen y enseñen en un entorno en línea gratuito y accesible”.

CryoCloud es un entorno en la nube dirigido por expertos de la comunidad que desarrolla herramientas de acceso libre, para investigación criósferica abierta y colaborativa. La plataforma ofrece talleres al estilo hackathon, así como apoyo a los científicos para que investiguen y enseñen en un entorno en línea gratuito y accesible, que es menos dependiente de los recursos informáticos locales. Por ejemplo, CryoCloud se está utilizando en aplicaciones para mejorar el entendimiento de cómo el aumento del nivel del mar, causado por el derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia, afectará a las comunidades costeras.

OpenAltimetry es una herramienta de fácil acceso y basada en mapas, para visualizar datos de elevación del terreno, obtenidas por las misiones ICESat e ICESat-2. Los usuarios definen un área geográfica, un producto de datos, y una fecha de interés, por medio de una interfaz web interactiva o API y luego, pueden revisar y descargar los datos georreferenciados de forma rápida. Los investigadores han utilizado OpenAltimetry para validar las mediciones de la altura de los árboles, recopiladas por el programa de Aprendizaje y Observaciones Globales en Beneficio del Ambiente (GLOBE, por sus siglas en inglés) [Campbell, 2021], y para investigar el derretimiento del hielo superficial en Antártida, como indicador de calentamiento y pérdida de hielo [Geetha Priya et al., 2022].

Los productos QuickLook del ICESat-2 aceleran la entrega de un subconjunto de datos del ICESat-2, de los 30-45 días comúnmente requeridos para las observaciones de elevación de alta precisión, a menos de 72 horas. Aunque los datos QuickLook presentan una mayor incertidumbre en sus georreferenciaciones y alturas reportadas, en comparación con los productos de datos estándar de mayor latencia, su disponibilidad mucho más rápida ofrece valor para las aplicaciones que requieren información en tiempo real más cercana. Los datos QuickLook se utilizan en sistemas operacionales como GloLakes, el cual proporciona los niveles de los lagos como datos de entrada para monitorear casi en tiempo real, recursos de agua en más de 27,000 lagos alrededor del mundo [Hou et al., 2024]. (Los productos de datos estándar, una vez disponibles, reemplazan a los archivos de datos QuickLook, que son conservados por el Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo, para ofrecer la mayor resolución posible.)

El poder de las asociaciones

El SBG y el ICESat-2 son sólo dos ejemplos de cómo la NASA está cambiando su enfoque para seleccionar y diseñar nuevas misiones de ciencias de la Tierra, y para ampliar la utilidad de las misiones existentes. Otros ejemplos incluyen próximas misiones, como la del Radiómetro Geosincrónico de Monitoreo e Imagen de Litorales (GLIMR, por sus siglás en inglés) y Landsat Next, cuyo lanzamiento está programado para alrededor de 2027 y 2030, respectivamente.

El GLIMR es un sensor geoestacionario que estará localizado sobre el Golfo de México y la línea de costa del sureste de los Estados Unidos, para proporcionar información crítica sobre la proliferación de algas nocivas, derrames de petróleo, acumulaciones de Sargassum, y otras amenazas costeras. La misión fue diseñada con este enfoque único para proporcionar información crítica y así mejorar las respuestas, la contención y los avisos públicos necesarios en regiones densamente pobladas. Landsat Next, una constelación de tres observatorios idénticos, ha sido rediseñada para responder a las necesidades de la extensa base de usuarios de Landsat, proporcionado observaciones más frecuentes y una mayor resolución espacial, al tiempo que continúa el legado de Landsat a través de operaciones de misión sostenible.

Lo que no cambia en el enfoque de la NASA, es la importancia que le da al trabajo con los sectores interesados. La nueva estrategia de Ciencias de la Tierra a la Acción, resalta el valor de las asociaciones estratégicas para obtener beneficios sociales tangibles. Así, las colaboraciones con los socios internacionales, la academia, las organizaciones sin ánimo de lucro y otras agencias, seguirán siendo fundamentales en el esfuerzo por satisfacer la necesidad de observaciones de la Tierra, que sean accesibles, procesables y beneficiosas para ayudar a la humanidad a enfrentar los desafíos urgentes.

Referencias

Basilio, R. R., et al. (2022), Surface Biology and Geology (SBG) thermal infrared (TIR) free -flyer concept, in 2022 IEEE Aerospace Conference, pp. 1–9, Inst. of Electr. and Electron. Eng., Piscataway, N.J., https://doi.org/10.1109/AERO53065.2022.9843292.

Besso, H., D. Shean, and J. D. Lundquist (2024), Mountain snow depth retrievals from customized processing of ICESat-2 satellite laser altimetry, Remote Sens. Environ., 300, 113843, https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113843.

Bisson, K. M., et al. (2023), Software to enable ocean discoveries: A case study with ICESat-2 and Argo, ESS Open Archive, https://doi.org/10.22541/au.170258908.81399744/v1.

Brown, M. E., et al. (2022), Scientist-stakeholder relationships drive carbon data product transfer effectiveness within NASA program, Environ. Res. Lett., 17(9), 095004, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac87bf.

Campbell, B. A. (2021), ICESat-2 and the Trees Around the GLOBE student research campaign: Looking at Earth’s tree height, one tree at a time, Acta Astronaut., 182, 203–207, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.02.002.

Geetha Priya, M., et al. (2022), Estimation of surface melt induced melt pond depths over Amery Ice Shelf, East Antarctica using multispectral and ICESat-2 data, Disaster Adv., 15, 1–8, https://doi.org/10.25303/1508da01008.

Hou, J., et al. (2024), GloLakes: Water storage dynamics for 27 000 lakes globally from 1984 to present derived from satellite altimetry and optical imaging, Earth Syst. Sci. Data, 16, 201–218, https://doi.org/10.5194/essd-16-201-2024.

Lee, C. M., et al. (2022), Systematic integration of applications into the Surface Biology and Geology (SBG) Earth mission architecture study, J. Geophys. Res. Biogeosci., 127(4), e2021JG006720, https://doi.org/10.1029/2021JG006720.

Thompson, D. R., et al. (2022), Ongoing progress toward NASA’s Surface Biology and Geology mission, in IGARSS 2022: 2022 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, pp. 5,007–5,010, Inst. of Electr. and Electron. Eng., Piscataway, N.J., https://doi.org/10.1109/igarss46834.2022.9884123.

Datos de autores

Molly E. Brown (mbrown52@umd.edu), University of Maryland, College Park; Aimee Neeley, Science Systems and Applications, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.; and Thomas Neumann, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Text © 2025. The authors. CC BY-NC-ND 3.0
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This translation by Daniela Hernández Vargas (@DanielaH1696) was made possible by a partnership with Planeteando y Geolatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando y Geolatinas.

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