UAV-Based Thermal Sensing for Quantifying Diurnal Land Surface Temperature Variability in a Tropical Urban Heat Island Context

Resumen Técnico: Detección Térmica Basada en UAV para Cuantificar la Variabilidad Diurna de la Temperatura de la Superficie Terrestre en un Contexto de Isla de Calor Urbana Tropical

Planteamiento del Problema
La intensidad de la Isla de Calor Urbana (UHI, por sus siglas en inglés) es impulsada por actividades antropogénicas que reemplazan la cubierta terrestre natural por superficies impermeables, lo que genera diferenciales de temperatura significativos entre los entornos urbanos y rurales. Si bien las imágenes satelitales son una herramienta convencional para el monitoreo de la Temperatura de la Superficie Terrestre (LST), su resolución espacial (típicamente de 30 a 1000 metros) es insuficiente para capturar la dinámica térmica diurna a escala fina a través de diversos microentornos como tejados, estacionamientos y pequeñas parcelas vegetadas. Esta limitación dificulta la capacidad de distinguir la acumulación de calor localizada y los mecanismos de enfriamiento esenciales para estrategias efectivas de mitigación del calor urbano.

Metodología
El estudio se llevó a cabo en el campus de la Universiti Teknologi Malaysia (UTM) Johor Bahru, un entorno de uso mixto que cuenta con edificios académicos, redes viales, áreas de estacionamiento, cuerpos de agua y espacios verdes. Para abordar las limitaciones de resolución de los datos satelitales, los investigadores emplearon un enfoque de detección térmica asistido por drones utilizando un UAV de cuatro rotores DJI Matrice 4T equipado con un sensor de infrarrojo térmico (banda espectral de 8–14 µm).

• Adquisición de Datos: Los datos térmicos se recolectaron el 3 de septiembre de 2025, a través de tres épocas temporales para capturar la variabilidad diurna: mediodía (12:30 PM), tarde (4:30 PM) y noche (8:30 PM). El UAV voló a una altitud de 80 metros, logrando una Distancia de Muestra de Suelo (GSD) de aproximadamente 9–12 cm para las imágenes térmicas.
• Verificación de Campo: Para asegurar la precisión radiométrica, el estudio implementó un riguroso protocolo de calibración. Se tomaron mediciones simultáneas en tierra utilizando un termómetro digital de grado industrial sobre materiales de referencia de temperatura preparados por cuenta propia con emisividad conocida. Estas mediciones se utilizaron para derivar un modelo de corrección para ajustar la atenuación atmosférica, la deriva del sensor y la variabilidad de la emisividad de la superficie.
• Procesamiento: Las imágenes térmicas brutas se convirtieron de formatos no radiométricos (.T) a radiométricos (.R). Se aplicó la Ley de Planck (limitada por banda) para convertir la radiancia espectral en valores reales de LST, utilizando parámetros ambientales (humedad, distancia, emisividad) obtenidos de los registros de vuelo. Los datos procesados fueron ortorrectificados mediante Agisoft Metashape para generar ortomosaicos térmicos georreferenciados.
• Análisis: El estudio realizó un análisis comparativo de diez materiales de superficie distintos: asfalto, césped, concreto, techos de cerámica nuevos y viejos, techos de autos negros y blancos, cuerpos de agua, metal y paneles solares.

Resultados Clave
Los ortomosaicos térmicos de alta resolución revelaron una pronunciada heterogeneidad espacial y comportamientos térmicos dependientes del material a través de las tres épocas:

• Dinámica Térmica Diurna: Las superficies impermeables y de color oscuro exhibieron un calentamiento diurno extremo y un enfriamiento nocturno retrasado. Por el contrario, las superficies cubiertas de vegetación y agua demostraron temperaturas consistentemente más bajas y una disipación térmica más eficiente.
• Calentamiento Máximo Diurno (12:30 PM): Todas las superficies impermeables superaron la temperatura del aire ambiente (34 °C). Los techos de autos negros registraron la temperatura más alta (65.5 °C), seguidos por el asfalto (52.0 °C) y los techos de cerámica nuevos (50.8 °C). En contraste, el césped vegetado se mantuvo significativamente más fresco (35.6 °C).
• Tarde (4:30 PM): A medida que la radiación solar disminuía, las temperaturas de la superficie generalmente descendían, pero los materiales construidos retenían el calor. Los techos de autos negros siguieron siendo los más cálidos (42.7 °C), mientras que el césped (30.8 °C) y los cuerpos de agua (32.1 °C) mostraron un enfriamiento efectivo.
• Persistencia Nocturna (8:30 PM): Se observó una tendencia general de enfriamiento, aunque las superficies impermeables permanecieron más cálidas que las zonas vegetadas. El asfalto retuvo calor a 33.3 °C, mientras que el césped se enfrió a 25.9 °C. Este enfriamiento retardado resalta la alta inercia térmica de los materiales artificiales, que continúan liberando la energía almacenada después del atardecer, sosteniendo los efectos localizados de la UHI.
• Influencia del Material: El estudio confirmó que el color de la superficie y las propiedades del material son impulsores críticos del comportamiento térmico. Las superficies oscuras absorbieron significativamente más calor que las superficies blancas reflectantes, y las áreas vegetadas proporcionaron beneficios de enfriamiento constantes mediante el sombreado y la evapotranspiración.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que la detección térmica basada en UAV supera eficazmente las limitaciones espaciales y temporales de las observaciones satelitales convencionales, particularmente para evaluaciones a escala de vecindario donde la variabilidad microclimática es más pronunciada. Al resolver los contrastes térmicos a escala fina, el estudio proporciona un conjunto de datos base que sirve como referente para evaluar la efectividad de la revitalización planificada del paisaje urbano y las estrategias de mitigación del calor urbano.

Los autores posicionan este trabajo con un doble impacto:

1. Utilidad Científica: Ofrece una herramienta precisa para el monitoreo del microclima urbano, permitiendo la identificación de puntos calientes térmicos y corredores de enfriamiento para informar el diseño urbano sostenible y la planificación climática resiliente.
2. Compromiso Comunitario: El estudio incorporó sesiones de recolección de datos participativas con estudiantes, fomentando la conciencia microclimática y la competencia técnica en el análisis geoespacial.

En última instancia, la investigación subraya el papel crítico de las propiedades de los materiales de superficie, el color y la inercia térmica en el gobierno de la dinámica de la UHI localizada. Sugiere que la integración de materiales reflectantes, infraestructura verde y elementos de agua en el diseño urbano es esencial para mitigar el estrés térmico y mejorar el confort térmico al aire libre en contextos urbanos tropicales.