The subject of convection in fluid and porous media is investigated. Particular attention is paid to penetrative convection. The first two chapters are devoted to penetrative convection when fluid overlies and saturates a porous medium. Penetrative convection is described by a quadratic equation of state in the first instance and via internal heating in the second. Linear instability analyses are performed in both cases. A surprising and striking array of streamlines are presented at the onset of convection. The streamlines exhibit novel behaviour when physical parameters of the problem are varied. Penetrative convection in a horizontally isotropic porous layer is discussed next. Again penetrative convection is described by a quadratic equation of state and internal heating. The internally heated model is dealt with primarily as it yields a global nonlinear stability bound. The two models are shown to be mathematically adjoint and the nonlinear stability results compared with previously published linear ones. Good agreement between the two is seen. The effect of convection on the evolution of under-ice meltponds is investigated next. Linear and nonlinear analyses are employed to yield instability and global stability results respectively. Discrepancy between the two is found and the region of possible subcritical instabilities is presented. Finally convection in a porous medium is investigated via a cubic equation of state. It is found that unconditional nonlinear stability results can be established if Forchheimer theory is introduced. The results are compared to previously published linear ones and it is shown that the linear theory essentially captures the physics involved.

No description available.

No description available.

La evapotranspiración es una de las variables hidrológicas más relevantes. La cuantificación de ésta, con un nivel suficiente de precisión, es fundamental en estudios hidrológicos, en modelos de cambio climático, y en la producción de alimentos. El mayor interés reside en estimar la evolución espacio-temporal de la evapotranspiración a escala regional.Actualmente existen modelos capaces de reproducir el complejo proceso de evapotranspiración a escala regional. Éstos, se basan en esquemas unidimensionales que describen la radiación, conducción y mecanismos de transporte influenciados por la temperatura de superficie. En estos modelos, se sustituye la temperatura de superficie obtenida por teledetección por la temperatura aerodinámica, y se estima la evapotranspiración como término residual de la ecuación de balance de energía. La aplicación de los modelos, se ve limitada por la falta de instrumentación específica en las diferentes estaciones distribuidas a escala mundial. También se debe tener en cuenta que la aplicación de estos modelos no es sencilla y se requiere un entrenamiento adecuado para su aplicación. En la presente Tesis, se propone un modelo sencillo que permite estimar la evapotranspiración a escala regional con datos meteorológicos medidos en estaciones convencionales y temperatura de superficie obtenida a partir de imágenes de satélite. Éste es de base física sencilla y requiere la estimación de dos parámetros locales que dependen de las condiciones meteorológicas de los primeros metros de la atmósfera. Su principal fundamento es asumir que la temperatura de la superficie engloba las variaciones de los primeros metros de la atmósfera. Para la aplicación del modelo es necesario disponer de datos de temperatura y humedad del aire, velocidad del viento y radiación solar e imágenes de temperatura de superficie. La ecuación operativa obtenida es la siguiente: donde a y b son parámetros locales.Complementariamente, se valida la ecuación propuesta en dos zonas de la región central de Argentina. Una zona corresponde a una región de clima húmedo con muy bajo déficit hídrico y la otra corresponde a una zona seca en la que el déficit es importante. Para la aplicación del modelo se han utilizado 114 imágenes captadas por el sensor AVHRR de NOAA. En ambas zonas se han comparado los resultados del modelo con los obtenidos en estaciones del área. La comparación permitió observar que el modelo subestima la evapotranspiración de referencia (4 % en régimen húmedo y 5 % en régimen seco) y que el error de estimación era de ±0,6 mm d-1 en la zona húmeda y de ±0,7 mm d-1 en la zona seca. En ambas zonas, se ha aplicado el modelo para la obtención de mapas de evapotranspiración. Los mapas resultantes permiten comprobar que el modelo reproduce de forma realista los cambios en las condiciones meteorológicas en diferentes estaciones y dentro de éstas. Por último, se demuestra la aplicación del modelo a escala global. Para ello, se han calculado los parámetros del modelo en 69 estaciones meteorológicas del mundo con diferentes condiciones climáticas (frías, templadas y tropicales). / Among the hydrological variables, evapotranspiration is one of the most important. Its assessment, with an acceptable level of precision, is of fundamental value for climate change and hydrological studies, climate models, and food production. Of utmost importance is the estimation of space-time variations of the evapotranspiration at the regional level.There are nowadays models able to reproduce the complex process of evapotranspiration at the regional level, that are based on one-dimensional schemes which describe the radiation, conveyance and transport mechanisms that are influenced by the surface temperature. Those models substitute the surface temperature from remote sensing techniques by the air-dynamic temperature, and the evapotranspiration is calculated as the residual term of the energy balance equation. The application of such models is constrained by the availability of specific instruments at the measuring stations distributed worldwide. It also has to be taken into account that the application of those models is not an easy task and that it requires special training and abilities by the operator.This research presents a simple model that allows the estimation of the evapotranspiration at the regional level from meteorological data measured at conventional stations and surface temperature from satellite images. The model has a simple physical basis and requires the estimation of two local parameters that depend on the meteorological conditions of the lower portion of the atmosphere. The main assumption is that the surface temperature describes all variations registered at the first few meters of the atmosphere.In order to apply the model, data on temperature, air relative humidity, wind velocity, solar radiation, and surface temperature (from images) are required. The operational equation is as follows: where a and b are local parameters.The equation proposed has been validated in two regions of central Argentina. One of them has a humid climate with a low water deficit, whereas the second has a dry climate and relevant water deficit. The model has made use of 114 images of NOAA´s AVHRR sensor. In both cases, the model results have been compared with the data measured at local stations. As a result of that, it was found that the model sub-estimate the reference evapotranspiration (4% in humid regime and 5 % in dry regime) and, results with estimation errors of ±0,6 mm d-1 (humid region) and of ±0,7 mm d-1 (dry region). Given so, evapotranspiration maps for both regions were generated that reproduce realistically changes in the meteorological conditions at each station and among them.Lastly, the application of the model at a global scale is shown. To do so, the model parameters were calculated for 69 meteorological stations worldwide, located al various climatic conditions (cold, temperate and tropical).

La necesidad del conocimiento de la temperatura de la superficie terrestre paraestudios medioambientales y para la administración de los recursos de la Tierra haconvertido la estimación de la temperatura desde satélite en uno de los temas deinvestigación más importantes en el campo de la Teledetección en el infrarrojo térmicodurante las últimas dos décadas. Excepto para los componentes de la irradiancia solar,los flujos que intervienen en el balance de energía en la interfase superficie/atmósferaúnicamente pueden parametrizarse a partir del uso de la temperatura de la superficieterrestre. Por lo tanto, el conocimiento de la temperatura resulta de gran interés paramuchas aplicaciones, como la estimación de los balances de agua y energía,evapotranspiración, modelos de circulación general (GCM), efecto invernadero,estudios de desertificación, etc.Para obtener valores de temperatura a partir de datos de sensores a bordo desatélites lo suficientemente precisos es necesario corregir los efectos atmosféricos yangulares, así como corregir el efecto de la emisividad.Esta magnitud, que mide la eficiencia inherente de la superficie para convertir la energíacalorífica en energía radiante fuera de la misma, también aporta una valiosainformación, sobre todo en estudios de geología. La emisividad proporcionainformación acerca de la composición de las superficies, siendo por lo tanto útil paraestudios de desarrollo y erosión de suelos, para detectar cambios en coberturas vegetalesdispersas y para la exploración de recursos.En este trabajo se estudia en profundidad el tema de la estimación de latemperatura y la emisividad de la superficie terrestre a partir de los datosproporcionados por los sensores de alta resolución, sobre todo en la región espectral delinfrarrojo térmico comprendida entre los 8 y los 13 mm. Los algoritmos y métodosdesarrollados en el trabajo se aplican a imágenes DAIS y ASTER para su posteriorvalidación. Actualmente, los resultados muestran que en general y desde satélite, latemperatura de la superficie terrestre puede obtenerse con una precisión inferior a 2 K yla emisividad con una precisión inferior al 2%. / Except for solar irradiance components, most of the fluxes at thesurface/atmosphere interface can only be parameterized through the use of surfacetemperature. Land surface temperature (LST) can play either a direct role, such as whenestimating long waves fluxes, or indirectly as when estimating latent and sensible heatfluxes. Moreover, many other applications rely on the knowledge of LST (geology,hydrology, vegetation monitoring, global circulation models, evapotranspiration, etc.).However, thermal infrared data provided by satellites requires mainly three correctionsin order to obtain accurate values of LST, namely, i) atmospheric correction, ii)emissivity correction and iii) directional effects. Atmospheric correction is needed inorder to remove the atmospheric perturbation from the electromagnetic signal measuredby the sensor, whereas the emissivity correction is needed due to natural surfaces arenot black or even grey bodies (i. e. the emissivity is not unity and may also bewavelength dependent). In addition, all these corrections depend on the observationangle (directional effects).This work focuses on the land surface temperature and emissivity retrieval frommultispectral thermal data provided by high resolution sensors, overall in the thermalinfrared region between 8 and 13 mm. The algorithms and methods developed in thismemory have been validated and applied to DAIS and ASTER images. The resultsshow that land surface temperature and emissivity can be obtained with an accuracylower than 2 and lower than 2%, respectively.

La medida de la temperatura de la superficie del mar (TSM) desde satélite parecía ser un problema resuelto mediante aproximaciones que partían de la homogeneidad para esta superficie. Sin embargo, en los últimos años han surgido nuevas exigencias en cuanto a la precisión en la determinación de esta magnitud clave para el estudio de los procesos de intercambio en la interfase océano-atmósfera. En esta Tesis Doctoral, y en el marco de la Misión Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) de la Agencia Espacial Europea, se abordan dos temas pendientes en el campo del desarrollo de algoritmos para la determinación precisa de la TSM a partir de observaciones desde el espacio. Se propone, en primer lugar, una metodología operativa y autónoma para la medida de la TSM in situ, que pueda servir como referencia para el desarrollo y validación de dichos algoritmos. Para ello, muchos trabajos han considerado medidas realizadas mediante sondas contacto a cierta profundidad, sin embargo la estratificación térmica de la capa más superficial del océano hace que exista una discrepancia significativa y no simple entre ambas temperaturas, apuntando a la necesidad de la medida de la TSM mediante radiometría térmica. La metodología propuesta parte de un análisis de las magnitudes participantes en el modelo radiativo para la superficie del mar, con el objetivo de establecer la mejor estrategia de medida para la obtención de la TSM con la máxima precisión posible. Dicha metodología permitió la medida de la TSM con una precisión de ± 0,15 K durante las campañas WInd and Salinity Experiment (WISE) 2000 y 2001, desarrolladas en la fase experimental de la misión SMOS. En segundo lugar, la emisividad de la superficie del mar (ESM), magnitud necesaria para la determinación de la TSM a partir de observaciones radiométricas, presenta unas dependencias que, de no estar bien caracterizadas, comportarían errores importantes en dicha temperatura. Para ello, se llevaron a cabo medidas angulares de la ESM para diferentes estados de la rugosidad del mar, que permitieron estudiar sus dependencias y, además, analizar la validez de los modelos teóricos existentes para su determinación. La comparación de estos valores experimentales con el modelo de Masuda et al. (1988) demuestra que éste estima adecuadamente la ESM para ángulos de observación inferiores a 50º, pero la subestima para ángulos superiores. Sin embargo, el modelo de Wu y Smith (1997), incorporando el efecto de la emisión reflejada de la propia superficie, consigue reproducir con mayor exactitud la ESM para cualquier geometría de observación y rugosidad de ésta. Comprobada la bondad de este modelo, pero teniendo en cuenta su complejidad matemática, la cual dificulta una aplicación operativa del mismo, el paso final fue el desarrollo de una parametrización simple pero precisa para la determinación de la ESM en función del ángulo de observación y de la velocidad del viento en superficie, la cual consigue reproducir dicha emisividad con un error inferior a ± 0,0010. Además, se proporcionan los coeficientes necesarios para el uso de dicha parametrización asociada a las bandas térmicas de sensores actualmente a bordo de satélite con posible visión para ángulos elevados: AATSR-ENVISAT, AVHRR-NOAA, MODIS-EOS Aqua/Terra y SEVIRI-MSG. La inclusión de dicha parametrizacion en los algoritmos de determinación de la TSM desde satélite permitiría corregir el decrecimiento de la ESM con el ángulo de observación, además del efecto de la rugosidad, mejorando su precisión para visiones apartadas del nadir, tanto en algoritmos de tipo multicanal como multiangular. / Sea Surface Temperature (SST) measurement from satellite seems to be solved. However, a higher accuracy in the SST is required nowadays to study the interchange processes produced in the sea-atmosphere interface. This Thesis, in the framework of the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) Mission of the European Space Agency, deals with two pending issues in the development of algorithms for an accurate SST retrieval from space. First, an operational and autonomous methodology is proposed for the in situ SST measurement, which could be a reference for the development and validation of these algorithms. Most of the previous works have been using values measured by contact probes in depth, but there is a significant difference between both temperatures due to the surface thermal stratification and so a SST determination by thermal radiometry is required. The methodology development begins with an analysis of each term of the sea radiative model to establish the best measurement strategy to obtain the maximum SST accuracy. This methodology permitted us to determine SST with an uncertainty of ±0.15K during the WInd and Salinity Experiment (WISE) 2000 and 2001, carried out within the SMOS Mission. Secondly, the Sea Surface Emissivity (SSE), which is necessary for the SST retrieval from radiometric observations, shows physical dependences that need an accurate characterization. Thus, angular SSE measurements were carried out under a wide range of sea surface roughness conditions, which allowed us to study these dependences and to analyse the soundness of the theoretical models for SSE estimate. The model proposed by Masuda et al. (1988) works only for observation angles up to 50º, but the Wu and Smith model (1997) reproduces accurately SSE for any viewing geometry and surface roughness. Once the soundness of this last model was checked as well as its mathematical complexity, the final step was the development of a simple parametrization to obtain the SSE as a function of the observation angle and the surface wind speed. This operational algorithm is provided for several current satellite sensors: AATSR-ENVISAT, AVHRR-NOAA, MODIS-EOS Aqua/Terra and SEVIRI-MSG; and permits the SSE determination with an uncertainty lower than ±0.1%.

A pesar de que en el Protocolo de Kyoto (1997) no se tomaron medidas para restringir la emisión a la atmósfera de las partículas de origen antropogénico, la influencia que tienen éstas sobre el clima se estima comparable a la de los gases de efecto invernadero. La ausencia de directrices estuvo motivada por el escaso conocimiento de las propiedades y mecanismos de formación y eliminación de los aerosoles en la atmósfera, y por tanto su efecto neto sobre el clima futuro. El presente trabajo se enmarca dentro de la necesidad de mejorar la comprensión del sistema. Para ello se aborda experimentalmente la caracterización climatológica de las propiedades de los aerosoles y de sus mecanismos de transporte, mediante técnicas de fotometría solar, en una estación situada en la zona metropolitana de Valencia. Los resultados son extrapolables a otras regiones desarrolladas del Mediterráneo occidental europeo, sometidas no sólo a la influencia de partículas de origen natural sino también antropogénico. La propagación de la radiación electromagnética solar en su paso por la atmósfera está afectada por la absorción y la dispersión de las moléculas y las partículas en suspensión. Estas partículas en suspensión, juegan un papel muy importante no solo en la evolución del clima terrestre sino también en la corrección de la señal recibida por los satélites de observación de la tierra. Para el cálculo de las propiedades de estos aerosoles, se ha empleado un fotómetro solar automático CIMEL, modelo CE318. Este instrumento permite la medida de la irradiancia directa y la radiancia difusa del cielo en varios canales. La versión del instrumento aquí empleado posee cuatro canales útiles para el cálculo de las propiedades de los aerosoles y un canal para estimar el contenido en vapor de agua en la columna atmosférica. Este instrumento es el estándar de la red internacional AERONET (AERosol RObotic NETwork).Por otro lado, existen diversos algoritmos de inversión que permiten obtener las propiedades ópticas de estos aerosoles a partir de las medidas del fotómetro CIMEL. En concreto el algoritmo empleado ha sido el Skyrad.Pack, que posibilita la obtención de parámetros como el índice de refracción complejo, el albedo de dispersión simple, el parámetro de asimetría, la función de fase y la función de distribución de tamaños. Los resultados de este trabajo se han dividido en tres partes. En el primero de ellos se caracteriza la instrumentación, especialmente en lo relativo a la calibración de sus componentes directa y difusa, la dependencia térmica de los sensores y una corrección novedosa de la simetría de la medida de almucantar, lo que permite una mejora sensible de los resultados.Una segunda parte se dedica a la caracterización climatológica de los aerosoles en la zona metropolitana de Valencia, incluyendo el estudio de su comportamiento anual, estacional y mensual. Esta caracterización es de utilidad a la hora de conocer las tendencias y patrones temporales de los aerosoles. Por último, se aborda el estudio de la relación existente entre el origen de las masas de aire dominantes y las propiedades de las partículas que arrastran, encontrando una clara relación entre ambas. En los apéndices se han incluido los resultados numéricos agrupados en tablas, para su posterior uso en aplicaciones climatológicas y de teledetección, cuando estos estudios se realizan en zonas metropolitanas del Mediterráneo occidental europeo / There is a real need on improving our knowledge of the physical and optical properties of the atmospheric particles. These particles (called aerosols) are important on the atmosphere and Earth systems. Their effect on the climate prediction is decisive, and moreover they degrade the quality of remote sensed images. Therefore, this work is aimed at characterising the climatological properties of the atmospheric aerosols, and their transport mechanisms. For this purpouse, we have applied sunphotometry experimental technics in a site located in the suburbs of Valencia city at the east coast of Spain. For the aerosol properties retrieval, we have employed two automatic CIMEL sunphotometers, model CE318. This equipment measures solar direct radiation and sky diffuse radiance. On the other hand, there are few inversion algorithms for deriving the optical properties from the sun - sky sunphotometer measurements. The one employed in this work has been Skyrad.Pack. This algorithm retrieves the aerosol size distribution function, scattering phase function, single scattering albedo, complex refractive index and asymmetry parameter. The results of this work have been divided in three parts. In the first one the instrumentation has been characterised: calibration monitoring of the direct and diffuse components, thermal effects on the sensors and its correction, and a novel correction method for accounting for lateral deviation of the solar pointing. These corrections introduce an important improvement on the results. A second part is devoted to the climatological characterisation of the aerosols in the suburban area of Valencia. The annual, seasonal and monthly trends are also analysed, with a detailed statistical study. The third part is aimed at finding a relationship between the dominant air masses geographical origins and the particles properties, as they are brought by the air masses from remote source areas.Finally, a large number of tables have been also prepared and presented at the appendix for consultation, when climatological or remote sensing studies must be done at regions in western Europe, that are affected by pollution from medium size cities and also by maritime or north african air masses.

The research of the Thesis, "Theoretical Approach to the Radiance-to-Flux Conversion in the EarthCARE Framework", is aimed at studying the instantaneous TOA radiance-to-flux conversion for the prospective Broad-Band Radiometer (BBR) on-board the EarthCARE (Earth Clouds Aerosols and Radiation Explorer) platform, through the development of theoretical angular distribution models based on the specific designing features of the instrument. The inversion procedure has been undertaken to obtain the apparent TOA fluxes according to the flux retrieval accuracy required for the mission. The ADMs employed in previous missions make use of a single radiance in the inversion process. With the specific BBR along-track configuration, three simultaneous radiances point the same target, thus providing more information on the anisotropy of the observed scene. This additional information is employed to construct more accurate inversion schemes than those using a single radiance, thus the objective has been to construct theoretical ADMs based on the specific characteristics designed for this pioneering instrument. However, the resulting angular models are not a finished product to be directly applied over EarthCARE data. This is an attempt to study one potential solution and assess its drawbacks and advantages.Considering that the use of existing ADMs have important shortcomings, the Thesis opens an unexplored study line by which detailed numerical calculations are used to assess and construct ADMs. A specific module of the EarthCARE Simulator has been employed to carry out the broad-band radiative transfer computations, namely the semi-analytical Monte-Carlo radiative transfer code. In spite of the difficulty associated with addressing the unlimited atmospheric conditions needed in order to determine ADMs based on model calculations, a theoretical database has been constructed considering different surface, atmospheric and cloud conditions. The variations on these parameters are conditioned to the EarthCARE satellite orbit and physical ligatures. At the end, more than 8x104 detailed scenes has been produced, building up significant ensembles with a robust statistical analysis, and including realistic 3-D cloud effects. A high number of calculations has been performed on the Computing Centre from the University of Valencia while the European Space Agency (ESA) facilitated a significant computing resource by allowing us to implement the EarthCARE Simulator on the ESA Earth Observation Grid Processing-on-Demand (EO G-POD). Three different inversion methodologies have been specifically developed to take advantage of the along-track scanner configuration of the EarthCARE BBR. Flux can be estimated, as a result of the study, by using an optimized classical inversion procedure with different effective radiance definitions, namely along-track and average methods, or defining the flux as the linear combination of the three-view radiances. These conversion methodologies has been applied to a BBR-like CERES representative dataset, and the results has been compared to the flux estimates obtained by the single-view based CERES ADMs. It has been shown that the application of theoretical ADMs on satellite-measured radiances is far from straightforward. The current approach is presently far from complete and requires significant further research. Empirical ADMs must farther studied before they are rule out.A number of multi-layer bins have been generated for a prototype BBR ADM scene definition, still experimental though. Twenty five multi-layered realistic cloud scenes have been built for this study employing a 3-D stochastic cloud model generator. Since the cloud-imager retrievals are insufficient for the BBR scene identification (ID) in multi-layer cloud, the radiance-to-flux conversion provides large errors. The use of the active instruments helps to determine the type of clouds involved in the scene in most multi-layer situations. The Thesis demonstrates the potential improvement of the radiance-to-flux conversion, by adequately selecting the ADM scene definition and including information from active instruments on-board EarthCARE platform in the scene ID. / La Tesis, "Theoretical Approach to the Radiance-to-Flux Conversion in the EarthCARE Mission Framework", responde a uno de los principales intereses de la misión espacial EarthCARE (Earth Clouds Aerosols and Radiation Explorer), el estudio de procedimientos para la estimación flujos a partir de las radiancias del radiómetro de banda ancha Broad-Band Radiometer (BBR) a bordo de la misión. Los objetivos se centran, por tanto, en establecer la metodología para la conversión instantánea de radiancias en techo de la atmósfera a densidades de flujo radiante. Ésta, basada en el desarrollo teórico de modelos de dependencia angular (ADM), se define teniendo en cuenta las características específicas del instrumento. Se optimiza aprovechando que las tres visiones del BBR aportan información angular adicional, lo que posibilita una mejora en la precisión obtenida por los algoritmos de conversión respecto a la que se obtiene con modelos angulares que emplean una única radiancia. El proceso ha sido desarrollado considerando el error máximo atribuible a la obtención de flujos estipulado en los requisitos de precisión de la misión. De tal modo que los flujos aparentes determinados a partir de la conversión de radiancias satisfacen, en su gran mayoría, este requisito. La aspiración de este trabajo no es dar una respuesta definitiva a la estimación de flujos para EarthCARE, si no estudiar una de las posibles soluciones y valorar las potenciales ventajas e inconvenientes.Tres metodologías has sido específicamente desarrolladas para sacar el mayor rendimiento a la configuración en along-track del instrumento BBR. Se comprueba que la aplicación de ADMs teóricos sobre radiancias medidas desde satélite está todavía en un proceso inicial. Es, por tanto, prematuro utilizar ADMs teóricos, y se constata la necesidad de profundizar en el análisis de ADMs empíricos. La Tesis pone de manifiesto los problemas que surgen en la conversión al considerar escenas con varias capas de nubes si la identificación de escena no es precisa. Se demuestra la mejora en la conversión de radiancias a flujos cuando se realiza una adecuada definición de escena del ADM y se incluyen los productos de los sensores activos del EarthCARE en la identificación de escena del BBR.

The PhD dissertation presented here falls into the Earth Observation field, specifically vegetation monitoring. This work consists in the extensive exploitation of historical databases of satellite images for vegetation monitoring through two parameters, which are the land surface temperature (LST) and a vegetation index (NDVI). Up to now, vegetation monitoring has been limited to the use of vegetation indices, so the addition of the land surface temperature parameter represents the main innovative character of this PhD study.This dissertation is divided into 5 chapters. The first chapter begins by introducing the theoretical aspects of NDVI and LST parameters, addressing the means for retrieving them from remotely sensed observations, as well as their main limitations. Then, an introduction to vegetal physiology is developed, which allows for understanding how NDVI and LST parameters are linked to plants. A bibliographical study is then presented, which stresses out the gaps in the exploitation of historical databases.The second describes the data used in this PhD. The instrument providing most of these data is embarked on the NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) satellite series. This instrument is the AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). The AVHRR databases used in this work are the PAL (Pathfinder AVHRR Land) and GIMMS (Global Inventory Modeling and Mapping Studies) databases. Additional data used punctually are also described briefly.The third chapter describes the operations applied to the data to prepare their temporal analysis. These operations start with the calculations of vegetation index and land surface temperature parameters. The AVHRR data used in this work are contaminated by the orbital drift of NOAA satellites, so an important part of this doctorate consisted in developing a technique for correcting this effect. We chose to develop our own technique, which we validated by direct comparison with data retrieved by geostationary satellites.In the fourth chapter, the different methods used for data temporal analysis are presented. Those methods consist of trend detection, harmonic analysis, and fitting the temporal series to annual NDVI evolution curves. Then, a phenological analysis is presented, which allows for retrieval of trends in spring and autumn dates for most of the globe. These trends are validated by comparison with previous studies. The trend analysis for spring dates is then extended to the 1948-2006 period using air temperature data. The long-term observation of different NDVI indicators also allows for the detection of land vegetation changes, even in our case of coarse spatial resolution. Finally, two methods for NDVI temporal analysis are compared.In the fifth chapter, a quick presentation of simultaneous study of NDVI and LST is developed through a revision of previous results, followed by the observations carried out from the orbital drift corrected data. These observations allowed for the determination of indicators of NDVI and LST, thus enabling for the characterization of the vegetation at global scale. A harmonic analysis of NDVI and LST at European scale is also presented. The application of the developed indicators for simultaneous monitoring of NDVI and LST shows promising results.As a conclusion, the main results described above are summarized, and plans for a close future are presented. This PhD has also demonstrated that such work could be carried out in a small structure with limited resources. / El trabajo de tesis doctoral aquí presentado consiste en el uso extensivo de bases de datos históricas de imágenes de satélite para el seguimiento de la vegetación terrestre, a través de dos parámetros; la temperatura de la superficie terrestre (LST por sus siglas en inglés) y el índice de vegetación NDVI.El primer capítulo de la memoria introduce las nociones de NDVI y LST desde una perspectiva teórica, así como sus principales limitaciones y sus vínculos con la fisiología vegetal. Un estudio bibliográfico permite poner el acento sobre las lagunas en el uso de las bases de datos históricas.El segundo capítulo describe los datos utilizados en este trabajo, proporcionados en su mayoría por el instrumento AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) a bordo de la serie de satélites de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) a través de las bases de datos PAL (Pathfinder AVHRR Land) y GIMMS (Global Inventory Modeling and Mapping Studies). También se presentan datos adicionales que se usaron puntualmente. El tercer capítulo describe el proceso para obtener las series temporales de NDVI y LST, las cuales están contaminadas por la deriva orbital de los satélites NOAA. Hemos propuesto una técnica propia para su corrección, validada por comparación directa con datos obtenidos por satélites geoestacionarios.En el cuarto capítulo se introducen diferentes métodos utilizados para el análisis temporal de los datos. Se obtuvieron tendencias acerca de parámetros vinculados a la evolución anual de NDVI para la mayor parte del globo, validadas por comparación con estudios previos.En el quinto capítulo se presenta un análisis conjunto del NDVI y de la LST, seguido por la elaboración de indicadores de la evolución anual de estos dos parámetros. A continuación se presenta un análisis armónico del NDVI y de la LST para Europa. El uso de los indicadores desarrollados para el seguimiento simultáneo del NDVI y de la LST revela resultados prometedores.Por último se presentan las conclusiones más relevantes del trabajo realizado, así como planes de trabajo para un futuro próximo.

Los aerosoles atmosféricos, partículas sólidas o líquidas en suspensión en el aire, afectan al balance radiativo terrestre de forma directa, absorbiendo y dispersando la radiación solar incidente, e indirecta, actuando como núcleos de condensación en la formación de nubes. Al efecto de la absorción y dispersión de la radiación solar incidente se le denomina forzamiento radiativo de los aerosoles, y puede llegar a ser de la misma magnitud pero de sentido opuesto que el forzamiento radiativo debido a los gases de efecto invernadero. Ante la evidencia de estos efectos sobre el clima, en los últimos años el estudio de los aerosoles atmosféricos ha cobrado gran interés, desarrollándose nuevos instrumentos y metodologías para su estudio, aunque se ha avanzado relativamente poco en su conocimiento. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido la caracterización de los aerosoles atmosféricos que dominan el área metropolitana de Valencia a partir de las medidas realizadas con el nefelómetro de integración TSI 3563. Para ello, se ha instalado y mantenido un nefelómetro de integración TSI 3563, instrumento altamente sensible para la medida in‐situ de los coeficientes de dispersión y retrodispersión de los aerosoles atmosféricos en tres longitudes de onda (450, 550 y 700 nm), en la estación del Campus de Burjassot de la Universitat de València. Así mismo, también se ha desarrollado una metodología de trabajo para la obtención de las propiedades de los aerosoles más importantes, tanto extensivas (coeficientes de dispersión y retrodispersión) como intensivas (exponente de Ångström de dispersión, fracción de retrodispersión, parámetro de asimetría). Los resultados de este trabajo se han dividido en tres partes. La primera parte consiste en una caracterización climatológica de los aerosoles en la zona metropolitana de Valencia, incluyendo el estudio de su variabilidad anual, estacional y diaria. En la segunda parte se han analizado los procesos de transporte atmosférico que se presentan habitualmente en el área metropolitana de Valencia y su relación con las propiedades de las partículas. Por último, y como fruto de la colaboración con el Grupo de Aerosoles del Earth System Research Laboratory del NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), en la tercera parte se han visto otras aplicaciones del nefelómetro de integración TSI 3563, al comparar las propiedades de los aerosoles medidas sobre Bondville (Illinois, EE.UU.) por el Airborne Aerosol Observatory del NOAA con las obtenidas por la red de medida AERONET (Aerosol RObotic NETwork) durante el periodo 2006 – 2008. / Atmospheric aerosols, solid or liquid particles suspended in the air, influence the Earth’s radiative balance both directly, by absorbing and scattering solar radiation, and indirectly, through their action as cloud condensation nuclei in cloud formation. The effect of direct aerosol radiative forcing may currently have an influence of potentially the same magnitude but in the opposite direction as greenhouse gas forcing. Because of the evidence of their role in climate change, the study of atmospheric aerosols has taken on enormous interest in the last years, with the development of new instruments and techniques for their study, although there has been little progress in their knowledge. The main objective of this PhD. Thesis has been the characterization of the atmospheric aerosols in the metropolitan area of Valencia through the measurements made with the TSI Model 3563 integrating nephelometer. For this purpose, a TSI 3563 integrating nephelometer has been installed at the measurement station in the Burjassot Campus of the University of Valencia for the measurement of the scattering and backscattering coefficients at 3 wavelengths (450, 550, and 700 nm). Moreover, a methodology to obtain the most important properties of atmospheric aerosols has also been developed. The results of this work have been divided in three parts. The first one consists in a climatological characterization of the aerosols in the metropolitan area of Valencia, including their annual, seasonal, and daily variability. In the second part, the relationship between the geographical origin of the dominant air masses and the aerosols properties has been analyzed. Finally, as result of the collaboration with the Aerosol Group of the NOAA’s Earth System Research Laboratory, other applications of the TSI 3563 integrating nephelometer have been studied in the comparison of the aerosol properties measured over Bondville (Illinois, USA) by the Airborne Aerosol Observatory with the ones obtained by AERONET (Aerosol RObotic NETwork) during the period 2006 – 2008.