dissertação prof. manoel

7/30/2019 Dissertao Prof. Manoel

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIAINSTITUTO DE GEOGRAFIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM GEOGRAFIAREA DE CONCENTRAO EM GEOGRAFIA E

GESTO DO TERRITRIO

SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO ANLISE TEMPORAL DARELAO USO DA TERRA / TEMPERATURA E ALBEDO DE SUPERFCIE

NA BACIA DO RIO VIEIRA NO NORTE DE MINAS GERAIS

MANOEL REINALDO LEITE

UBERLNDIAMG2011


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MANOEL REINALDO LEITE

SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO ANLISE TEMPORAL DARELAO USO DA TERRA / TEMPERATURA E ALBEDO DE SUPERFCIE

NA BACIA DO RIO VIEIRA NO NORTE DE MINAS GERAIS

Dissertao de Mestrado apresentada ao programa de ps-graduao em Geografia da Universidade Federal deUberlndia, como requisito parcial obteno do ttulo demestre em Geografia.

rea de concentrao: Geografia e Gesto do Territrio.Subrea: Cartografia e Sensoriamento Remoto.

Orientador: Prof. Dr. Jorge Lus Silva Brito

UBERLNDIAMG2011

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Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)

Sistema de Bibliotecas da UFU, MG, Brasil.______________________________________________________________________

L533s Leite, Manoel Reinaldo, 1979-2012 Sensoriamento remoto aplicado anlise temporal da relao uso da

terra/temperatura e albedo de superfcie na bacia do Rio Vieira no Norte deMinas Gerais / Manoel Reinaldo Leite. - 2012.

111 f.: il.

Orientador: Jorge Lus Silva Brito.Dissertao (mestrado) - Universidade Federal de Uberlndia, Programa

de Ps-Graduao em Geografia.Inclui bibliografia.

1. Geografia - Teses. 2. Sensoriamento remoto - Teses. 3. Algoritmos -Teses. 4. Bacias hidrogrficas - Teses. I. Brito, Jorge Lus Silva. II.Universidade Federal de Uberlndia. Programa de Ps-Graduao emGeografia. III. Ttulo.

CDU: 910.1

______________________________________________________________________

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Dedicatria

minha amada me Maria Jos Dures Leite, pessoa simples que aprendeu, desde sua infncia, aobservar e trabalhar com a terra, de tal forma que seus sentidos se tornaram instrumentos to precisos

que a natureza no lhe conseguia ter segredos.

Dedico in memria

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Agradecimentos

A Universidade Federal de Uberlndia, atravs do Instituto de Geografia e dolaboratrio de Cartografia e Sensoriamento Remoto pelo aprendizado proporcionado.

Ao comando da Aeronutica, atravs do Departamento de Controle do Espao Areo,por ceder os dados da temperatura do ar do aeroporto de Montes Claros para as datas dapesquisa.

Ao Professor Doutor Jorge Lus Silva Brito pela grande contribuio para meucrescimento cientfico e profissional.

Aos Professores Doutores Roberto Rosa, Vanderlei de Oliveira Ferreira e Joo DonizeteLima pelas fundamentais contribuies desde o incio deste trabalho.

Ao professor Doutor e irmo Marcos Esdras Leite, pelo apoio e incentivo em vriasetapas deste trabalho e da minha vida.

A toda minha famlia, sem os quais eu nada poderia.

Aos meus filhos, Lucas Matthews e Melissa Gabriela, motivos maiores de minha luta.

minha pequena flor Danielle e a sua famlia pelo amor e compreenso.

Valquria pela fora, incentivo e cumplicidade na elaborao deste trabalho.

Aos amigos Dcio F. dos Reis e Silvio Dias de Alkmim, pela ajuda na aquisio dosdados metereolgicos junto suas instituies.

Ao meu irmo Joo de Deus, a Cidoca, a Lu e Jaci pelo amparo na Republica maisfamiliar que eu j conheci, saudosas discusses na hora do almoo e caf, meus sincerosagradecimentos.

Aos irmos de Laboratrio que muitas vezes me ajudaram a segurar a peteca, no que

diz respeito ao processamento dos dados: Gabriel (Gabrilouco), Carlos Magno(Bolacha) e a Jefferson William (Barba Negra)

A todos que de forma direta e indireta contriburam para a realizao deste trabalho.

A Bacia hidrogrfica do Rio Vieira...

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http://www.lacar.ig.ufu.br/node/42http://www.lacar.ig.ufu.br/node/42


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Resumo

Este trabalho objetivou analisar, com auxlio de dados TMLandsat 5, as relaes entreas mudanas no uso da terra e a variao da temperatura e do albedo de superfcie, no perodosazonal de inverno da bacia do Rio Vieira para os anos de 1985, 1995 e 2010. A escolha da

bacia do Rio Vieira se justifica porque essa rea, localizada na mesorregio do Norte do Estadode Minas Gerais, foi palco de um rpido e intenso crescimento populacional. De forma que essefato proporcionou vrias modificaes nos sistemas de uso da terra dessa bacia, como porexemplo: rpida expanso urbana, recuperao de reas degradadas e a antropizao de reasnaturais. Permitindo, neste contexto, o desenvolvimento deste trabalho num ambiente com asdevidas alteraes dos sistemas de uso da terra. Os procedimentos metodolgicos necessriospara analisar as relaes entre as mudanas no uso da terra e a variao da temperatura e doalbedo de superfcie na bacia do Rio Vieira foram os seguintes: o primeiro procedimento cuidoudo tratamento das imagens de satlite com vistas ao mapeamento do uso da terra; essemapeamento, por sua vez, obedeceu ao esquema hierrquico de legenda proposto por Heymann(1994). O segundo procedimento considerou a aplicao do algoritmo semiemprico SurfaceEnergy Balance Algorithms for LandSEBAL, o qual descreve o balano completo de radiao

sobre a superfcie da Terra a partir das bandas espectrais do visvel, infravermelho prximo einfravermelho termal. Do ponto de vista operacional, o tempo de execuo da metodologiaaplicada ao mapeamento do uso da terra, desde a aquisio dos produtos orbitais at a validaodos mapeamentos, foi relativamente curto. Fato que merece destaque, sobretudo, porquepermitiu a elaborao de uma vasta gama de informaes temporais da bacia do Rio Vieira.Com destaque para a recuperao de 54,79 km de vegetao natural em 25 anos. Do ponto devista do mapeamento termal, o coeficiente de variao apontou uma correlao entre os dadosde temperatura obtidos pelo modelo SEBAL e os dados de temperatura do ar, medidos aaproximadamente 1,5m do solo, variando de 0,61 e 11,38% e uma correlao geral em r =0,961. Essa validao se mostrou altamente eficiente, tendo em vista que os dados do TMLandsat 5 so coletados a uma altitude de 705 km em relao superfcie. A validaoestatstica permite concluir que a estimativa da emissividade infravermelha obtida pelo presentealgoritmo satisfez a necessidade de obteno da modelagem trmica da bacia do Rio Vieira apartir dos canais espectrais do sensor TM Landsat 5. Desta forma, recomenda-se o algoritmoSEBAL para estudos que busquem analisar a espacializao dos dados de temperatura desuperfcie. Tendo em vista que a temperatura dos alvos da superfcie de grande valia para acompreenso de vrios fenmenos climticos.

Palavras-chave: Sensoriamento remoto, uso da terra, SEBAL e Bacia do Rio Vieira.

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Abstract

This study aimed to analyze with the help of TM data - Landsat 5, the relationship between thechanges in land use and the variation of temperature and surface albedo, during period winter inbasin River Vieira for the years 1985, 1995 and 2010. The choice of river basin Vieira is

justified because this area, located in the North of Minas Gerais, was the scene of intense andrapid population growth. So this fact led to several modifications to the systems of river basinVieira land use, such as: rapid urban expansion, rehabilitation of degraded areas and humandisturbance of natural areas. Allowing this context, the development of this work in anenvironment with appropriate changes in land use systems necessary for the research. Themethodological procedures needed to analyze the relationship between changes in land use andthe variation of temperature and surface albedo in the Rio Vieira were the following: the firstprocedure considered the treatment of satellite images in goal to map land use; this mapping, inturn, followed the hierarchical scheme proposed by Heymann Legend (1994). The secondprocedure considered the application of the algorithm semi empirical Surface Energy BalanceAlgorithms for Land - SEBAL, which describes the full swing of radiation on the Earth'ssurface from the spectral bands of visible, near infrared and thermal infrared. From an

operational standpoint, the runtime of the methodology applied to the mapping of land use,since the acquisition of orbital products to validate the mappings, was relatively short. A factthat deserves attention, especially because it led to the development of a wide range of temporalinformation of Vieira River basin. With emphasis on the recovery of 54.79 km of naturalvegetation in 25 years. From the viewpoint of the thermal mapping, the coefficient of variationshowed a correlation between the temperature obtained by the SEBAL model and the airtemperature, measured at about 1.5 m high, ranging from 0.61 to 11.38 % and an overallaccuracy r = 0.961. This validation was highly effective in order that the data Landsat TM 5are collected at an altitude of 705 km above the surface. The statistical validation shows that theestimate of the infrared emissivity obtained by this algorithm satisfy the need for obtaining thethermal modeling of river basin Vieira from the spectral channels of Landsat 5 TM sensor. It isrecommended the SEBAL algorithm for studies seek to that analyze the spatial distribution ofsurface temperature data. Considering that the temperature of the surface is of great value to theunderstanding of various climatic phenomena.

Keywords: Remote sensing, Land use, River Basin Vieira and SEBAL.

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Lista de Figuras

Figura 01 - Distribuio percentual da radiao solar incidente..................................................19

Figura 02 - Fluxograma de ordenamento seqencial para mapeamento de uso da terra..............32Figura 03Nvel digital das imagens com correo (A) e sem correo atmosfrica (B)..........34

Figura 04Estatstica de imagens sem correo (A) e com correo atmosfrica (B)...............35

Figura 05Cos de (i) e de (e) para a bacia do Rio Vieira em 17/08/2010 s 09h 46 min..........37

Figura 06Modelos sem e com correo topogrfica.................................................................38

Figura 07 - Fluxograma para hierarquizao de legenda para mapeamento do uso da terra.......40

Figura 08Legenda dos mapeamentos executadas por arvore de deciso.................................40

Figura 09Exemplo de distribuio amostral e classe mapeada na bacia do Rio Vieira...........42

Figura 10distribuio espacial de pontos para a validao dos mapeamentos ........................43

Figura 11Representao esquemtica de uma matriz de confuso..........................................45

Figura 12 - Etapas sequenciais para obteno de temperatura e albedo de superfcie.................48

Figura 13Localizao da Bacia do Rio Vieira..........................................................................55

Figura 14 - Grfico da evoluo demogrfica do Municpio de Montes Claros..........................56

Figura 15Mapa de Caracterizao geolgica da bacia do Rio Vieira......................................59

Figura 16 - Mapa de Caracterizao hipsomtrica da bacia do Rio Vieira..................................62

Figura 17 - Mapa de Caracterizao geomorfolgica da bacia do Rio Vieira.............................63

Figura 18 - Mapa de caracterizao pedolgica da bacia do Rio Vieira......................................68

Figura 19 - Mapa de Uso da terra na bacia do Rio Vieira em 1985.............................................70

Figura 20 - Mapa de Uso da terra na bacia do Rio Vieira em 1995.............................................72

Figura 21 - Mapa de Uso da terra da bacia do Rio Vieira em 2010.............................................75

Figura 22 - Grfico de relao de uso da terra entre os anos mapeados......................................77

Figura 23 - Curvas de tendncia entre os domnios de uso da terra por ano mapeado................79

Figura 24 - Temperatura de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 1985 s 09h26mim...........................................................................................................................................84

Figura 25 - Albedo de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 1985 s 09h 26mim......85

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Figura 26 - Temperatura de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 1995 s 08h58mim...........................................................................................................................................86

Figura 27Albedo de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 1995 s 08h 58mim.....87

Figura 28Temperatura de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 2010 s 09h46mim...........................................................................................................................................88

Figura 29Albedo de superfcie da bacia do Rio Vieira para o ano de 2010 s 09h 46mim.....89

Figura 30Sistemas de uso da terra por classe de temperatura na bacia do Rio Vieira/1985 -09h 26mim....................................................................................................................................92

Figura 31Sistemas de uso da terra por classe de albedo na bacia do Rio Vieira/1985 - 09h26mim...........................................................................................................................................92

Figura 32Sistemas de uso da terra por classe de temperatura na bacia do Rio Vieira/1995 -

08h58min......................................................................................................................................97Figura 33sistemas de uso da terra por classe de albedo na bacia do Rio Vieira/1995 -08h58min......................................................................................................................................97

Figura 34sistemas de uso da terra por classe de temperatura na bacia do Rio Vieira/2010 -09h46min....................................................................................................................................99

Figura 35sistemas de uso da terra por classe de albedo na bacia do Rio Vieira/2010 -09h46min....................................................................................................................................99

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Lista de Tabelas

Tabela 01Nveis digitais escuros de referncia para correo atmosfrica............................. 34

Tabela 02 - Coeficientes para a transformao Tasseled-Cap / Landsat TM.............................. 39Tabela 03 - Correo dos horrios de passagem do TM para a rea de estudo........................... 47

Tabela 04Mapeador Temtico (TM) Landsat 5: descrio, intervalo de comprimentos de ondae coeficientes de calibrao, radincias espectrais mnima (a) e mxima (b) e irradinciaespectral no topo da atmosfera para imagens at 04/05/2003......................................................47

Tabela 05Mapeador Temtico (TM) Landsat 5: descrio, intervalo de comprimentos de ondae coeficientes de calibrao, radincias espectrais mnima (a) e mxima (b) e irradinciaespectral no topo da atmosfera para imagens ps 04/05/2003.....................................................48

Tabela 06rea superficial das classes de declividade da bacia do Rio Vieira.........................61

Tabela 07rea superficial das formas de relevo da bacia do Rio Vieira................................ 65

Tabela 08Associao entre as fases do relevo e as declividades na bacia do Rio Vieira.........67

Tabela 09Uso da terra na bacia do Rio Vieira em 1985...........................................................71



Tabela 12 Saldo de rea em percentual por classe de uso da terra entre os anos mapeados ebalano final de reas mapeadas em relao rea da bacia........................................................79

Tabela 09 - Matriz de confuso do mapeamento do ano de 1985................................................80



Tabela 12Diferena de temperatura entre as estaes e o modelo SEBAL1985..................84

Tabela 16 Parmetros estatsticos e coeficiente de variao entre os dados de controle e omodelo SEBAL1985................................................................................................................85


Tabela 18Parmetros estatsticos e coeficiente de variao entre os dados de controle e omodelo SEBAL1995................................................................................................................85


Tabela 20Parmetros estatsticos e coeficiente de variao entre os dados de controle e omodelo SEBAL2010................................................................................................................86

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Sumrio

Introduo......................................................................................................................13

CAPTULO 1Fundamentao terica.....................................................................17

1.1Radiao solar e o balano de energia....................................................................17

1.2Radiao de onda curta e albedo de superfcie.......................................................22

1.3Radiao de onda longa e a emissividade de superfcie.........................................24

1.4Temperatura obtida por sensor remoto...................................................................26

1.5Surface Energy Balance Algorithms for Land(SEBAL)....28

CAPTULO 2Materiais e procedimentos tcnicos operacionais...........................31

2.1Mapeamento do uso da terra...................................................................................32

2.2Mapeamento da temperatura e do albedo de superfcie.........................................46

CAPTULO 3Resultados e anlise...........................................................................54

3.1 - Localizao e descrio da rea de estudo..............................................................54

3.1.1Localizao e aspectos histricos........................................................................54

3.1.2 - O Clima da bacia do Rio Vieira...........................................................................57

3.1.3A geologia da bacia do Rio Vieira.......................................................................58

3.1.4 - A geomorfologia da bacia do Rio Vieira.............................................................60

3.1.5A pedologia da bacia do Rio Vieira.....................................................................66

3.2Mapeamento da cobertura vegetal natural e do uso da terra..................................69

3.3Mapeamento da temperatura e albedo de superfcie..............................................81

3.4Relao entre o uso da terra, temperatura e albedo de superfcie...........................90

CAPTULO 4 - Consideraes finais.........................................................................102

Referncias...................................................................................................................105

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Introduo

A expresso uso da terra denota atividades humanas de ocupao e explorao

da superfcie do planeta e dos seus recursos em funo da necessidade de manuteno

das sociedades humanas.

Dentro dessa tica, Silva (1995) argumenta que, at por volta da dcada de 1960,

a terminologia uso da terra no fazia nenhuma meno s questes ambientais e sobre

os impactos desse uso no revestimento natural dos solos e as consequncias de sua

substituio. Essa terminologia refletia a inteno de promover a classificao dos

espaos naturais de modo a identific-los para facilitar seu reconhecimento e

explorao.

O IBGE (2006) entende que o trabalho da Comisso Mista para Informao e

Classificao do Uso da Terra de 1971 descreve um marco terico na compreenso dos

estudos envolvendo a terminologia uso da terra. Principalmente porque para a

comisso os estudos envolvendo o uso da terra passaram a considerar o revestimento

dos solos e efetivamente a questo ambiental. Enfatizando a interdependncia entre

esses componentes e a necessidade de planejamento dos usos da terra.

Ainda conforme IBGE (2006), a consolidao de um novo marco surge quando

do avano tecnolgico dos meios de observao do planeta. Somados facilidade de

obteno de imagens da superfcie possibilitadas pelos dispositivos imageadores.

A mescla entre as novas concepes tericas oriundas dos trabalhos da comisso

e dos avanos tecnolgicos de observao da Terra definitivamente descreve um novo

marco terico-metodolgico para os estudos sobre o uso da terra. J que permite a

fundamentao de metodologias calcadas nas perspectivas tericas que orientam os

estudos sobre o uso do territrio visando justia socioambiental.

Principalmente considerando o fato de que o uso da terra implica ematividades humanas destinadas obteno de produtos e benefcios a partir da

transformao do espao natural, e deve, portanto, ser entendido como sinnimo de

espao geogrfico, tendo em vista a dinmica do uso do territrio.

Assim sendo, os estudos sobre o uso da terra devem contemplar as variaes

no espao-tempo por fora das mudanas de orientaes que norteiam a utilizao dos

espaos em diferentes momentos. Isso , a dinmica imposta pelos ciclos econmicos

sobre o uso das terras impe uma variao nestes ambientes ao longo do tempo, comconsequncias para o espao fsico, ou seja, reas que em determinados perodos eram


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destinadas produo podem ser, em outros perodos, abandonadas, de forma que o

contrrio tambm pode ser verdadeiro. Dentro dessa lgica, as florestas, os sistemas

agroflorestais e os solos podem funcionar tanto como reserva ou fontes de carbono.

Fato que, em 1990, o primeiro relatrio do Intergovernmental Panel on

Climate ChangeIPCCdenunciava que as concentraes dos gases estufas como o

dixido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o xido nitroso (N2O) aumentaram cerca

de 30%, 145% e 15% respectivamente, desde a revoluo industrial do sculo XVIII at

o ano de 1992. Essa realidade conduziria o clima da Terra a mudanas que trariam

consequncias negativas para o sistema natural e humano.

Dentre os responsveis pelas alteraes do clima terrestre destacam-se a queima

de combustveis fsseis e o chamado foramento radioativo (EFEITO, 1999). O

foramento radioativo nada mais do que uma perturbao no balano de energia do

sistema Terra-atmosfera, ou seja, as alteraes dos constituintes da superfcie terrestre

implicam tambm em alteraes no equilbrio e distribuio do balano de energia

superfcie.

De maneira que os desmatamentos significam maior emisso de CO2 para a

atmosfera, alm de possibilitarem maior ressecamento do solo e aumento de

temperatura de superfcie. As alteraes do uso da terra, a exemplo de pastagens e do

uso agrcola, significam alteraes no contedo de carbono do solo. As florestas

plantadas contribuem para a remoo e emisso de CO2 para a atmosfera. (EFEITO,

1999)

Essas alteraes nos revestimentos naturais do solo e o uso da terra impem uma

nova busca pelo equilbrio da distribuio dos componentes do balano de radiao na

superfcie e na atmosfera, resultando em alteraes como o chamado efeito estufa

antrpico.

Nesse caso, a temperatura dos diferentes sistemas de uso da terra serdiretamente proporcional quantidade de energia trmica associada. Como exemplo,

pode-se citar o fato de que, em uma rea cuja radiao solar pode ser considerada

constante, as variaes de temperatura e do albedo de superfcie ocorrero em funo do

tipo de cobertura da terra. Tendo em vista que um sistema de uso florestal consumir

mais energia trmica do que um sistema de uso com solo em exposio e assim por

diante.

Essa realidade, quando considerada luz das concepes da termodinmica,implica que o ambiente alterado, ainda que seja uma pequena poro em rea, tende a


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restabelecer o equilbrio trmico com os seus sistemas vizinhos, ou seja, haver

transferncia de energia e consequentemente variao na temperatura e no albedo de

superfcie ao longo do tempo e do espao.

Dessa forma, torna-se de fundamental importncia para planejamento

ambiental e do uso da terra o conhecimento e o registro da relao que se estabelece ao

longo do tempo e do espao entre o uso da terra e a variao da temperatura e do albedo

de superfcie de qualquer regio, principalmente, considerando o fato de que alteraes

de comportamento desses componentes climticos podem acarretar alteraes no micro

e no macro clima.

Diante desta realidade, o sensoriamento remoto se destaca como uma

ferramenta de importncia singular, j que os dados de sensor remoto vm dando

suporte a vrios estudos sobre a superfcie da Terra, sobretudo quando se considera a

possibilidade de obteno de informaes temporais como os dados da srie TM

Landsat 5, que se pontuam como uma importante fonte de informaes histricas,

permitindo o mapeamento e a quantificao de informaes pretritas e atuais das reas

imageadas.

Assim sendo, este trabalho se norteia pelas seguintes indagaes: qual a

dinmica entre o uso da terra, a temperatura e o albedo de superfcie da bacia do Rio

Vieira no perodo sazonal de inverno nos ltimos 25 anos? Quais so as implicaes

que as mudanas no uso da terra conferiram temperatura e ao albedo de superfcie da

bacia do Rio Vieira?

Direcionado por essas indagaes, este trabalho procurou analisar, com auxlio

de dados TMLandsat 5, as relaes entre as mudanas no uso da terra e a variao da

temperatura e do albedo de superfcie no perodo sazonal de inverno da bacia do Rio

Vieira nos ltimos 25 anos. Para alcanar esse objetivo, no entanto, os seguintes

objetivos especficos foram cumpridos:Elaborar mapeamento temtico sobre o uso e ocupao da terra da bacia Rio

Vieira no perodo sazonal de inverno dos anos de 1985, 1995 e 2010.

Elaborar mapas trmicos da bacia do Rio Vieira no perodo sazonal de inverno

dos anos de 1985, 1995 e 2010.

Elaborar mapeamento temtico sobre o albedo de superfcie da bacia do Rio

Vieira no perodo sazonal de inverno para os anos de 1985, 1995 e 2010.

A escolha da bacia do Rio Vieira se justifica no fato de que esta rea foi palco deum rpido e intenso crescimento populacional. De forma que esse fato proporcionou


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vrias modificaes nos sistemas de uso da terra desta bacia, como por exemplo: rpida

expanso urbana, recuperao de reas antropizadas e a antropizao de reas naturais.

Permitindo, neste contexto, o desenvolvimento deste trabalho num ambiente com as

devidas alteraes dos sistemas de uso da terra.

Dentro desta perspectiva, analisar a dinmica do campo trmico da bacia do

Rio Vieira, a partir da srie histrica do TM - Landsat 5 de singular relevncia para a

compreenso dos impactos ambientais acarretados pelas intervenes humanas neste

ambiente. Primeiro, porque a distribuio espacial dos dados de temperatura, a partir de

imagens de satlite, permite uma anlise em escala espacial completa da rea. Segundo,

porque, ao mesmo tempo em que se avalia a dinmica trmica deste ambiente,

possvel avaliar a dinmica de ocupao de suas terras, permitindo traar um paralelo

entre as variveis consideradas de maneira a compreender os mecanismos que

permitiram a atual configurao dos sistemas de uso da terra nesta bacia e sua relao

com a temperatura e albedo de superfcie ao longo dos anos mapeados.


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CAPTULO 1 - Fundamentao terica

1.1Radiao solar e o balano de energia

De acordo com oNational Solar Observatorydos E.U.A, o Sol uma estrela de

classe espectral G2V, o que significa dizer que possui uma temperatura de superfcie de

aproximadamente 6000 K. O Sol representa 99,86% de toda a massa do sistema solar e,

certamente por esse fato, ocupa a posio central do sistema exercendo influncia

gravitacional sobre todos os corpos celestes que o orbitam. Do total da massa solar,

74% composta por hidrognio, 24% por hlio e o restante apresenta compostos de

ferro, nquel, silcio, enxofre, entre outros.

A produo de energia do Sol est ligada a uma cadeia de reao conhecida

como ciclo prton-prton, a qual, em termos gerais, consiste na fuso de quatro tomos

de hidrognio em um tomo de hlio (MOBLEY, 1994). De acordo com os dados do

National Solar Observatory,esta reao converte cerca 0,7% de toda a massa fundida

em energia. Como resultado, tem-se a liberao de energia na forma de ftons e

neutrinos.

Os ftons gerados so altamente energizados e, sob as condies extremas de

temperatura e densidade do ncleo da estrela, interagem com o plasma das camadas

sequenciais at perderem energia e serem reemitidos na forma de radiao

eletromagntica, pela superfcie do sol, em direo ao espao, conforme afirma Novo

(2008).

Cerca de 99% da radiao eletromagntica irradiada pelo Sol corresponde aos

comprimentos de onda entre 0,15 e 4,00 m. Desse montante, cerca de 51% encontra-se

no infravermelho, 44% no visvel e 4% no ultravioleta. Embora essa radiao tenha a

capacidade de viajar pelo espao sem perda de energia, sua intensidade diminuiinversamente com o quadrado da distncia do Sol (LEMOM, 1965).

De acordo com os valores explicitados por Ayoade (2001), o Sol irradia cerca de

56 x 1026 calorias por minuto. Desse montante, entretanto, apenas 2,55 x 1018 so

interceptadas pela Terra. A quantidade de energia que atinge a atmosfera por unidade de

rea, formando ngulos retos com os raios solares denominada de constante solar e

possui valor de 1,98 cal/cm2 . min.

importante destacar que a interceptao desta energia pela atmosfera da Terrano se d de forma homognea e variar em funo de trs fatores bsicos: o perodo do
http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/http://www.nso.edu/


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ano, tendo em vista que no perilio a Terra recebe mais radiao do que no aflio; do

perodo do dia, na medida em que o sol se desloca, aumentando ou decrescendo sua

altura, em seu eixo zenital, em relao ao ponto superficial considerado, e da latitude, j

que a declinao latitudinal, bem como a oscilao da Terra em relao ao seu eixo

comparado ao eixo solar, no permite que a radiao atinja diretamente o topo da

atmosfera em determinadas latitudes (GOODY E WALKER, 1975).

Obviamente, a constante solar ser tambm influenciada pela quantidade de

energia irradiada pelo Sol. Dessa forma, a conjuntura entre os fatores que influenciam a

quantidade de energia interceptada pela atmosfera e a superfcie terrestre define o

padro de energia solar recebido pela Terra.

No que diz respeito radiao solar na superfcie da Terra, a dinmica de

incidncia ligeiramente alterada, j que fatores como o aspecto das vertentes e a

elevao das superfcies terem a capacidade de influenciar na incidncia da radiao

sobre a mesma. O fator mais atenuante diz respeito aos constituintes da atmosfera

terrestre. Isso porque, quando a radiao solar penetra na nossa atmosfera, ela se sujeita

aos efeitos dos seus componentes. Podem-se citar como exemplo, os valores

apresentados por Varjo-Silva (2006), onde o autor argumenta que 19% da radiao

solar absorvida pelo oznio e pelo vapor dgua da atmosfera.

Segundo o autor supracitado, o O3 responsvel pela absoro da radiao

ultravioleta abaixo de 0,29m. Enquanto o H2O, em vapor, responsvel pela absoro

da radiao nos comprimentos de onda entre 0,9 e 2,1 m. Da mesma forma, compete

ao Co2, a absoro da radiao cujos comprimentos de onda so maiores que 4.0 m.

Alm de 20%, em mdia, da radiao solar, que penetra a atmosfera, ser refletida de

volta para o espao pelas nuvens. A Figura 01 ilustra com maiores detalhes a dinmica

de incidncia, reflexo e absoro da energia solar no planeta Terra.

Pela anlise da Figura 01, percebe-se que a radiao oriunda do Sol atinge asuperfcie da Terra a partir de dois processos. O primeiro diz respeito radiao direta,

essa radiao assim denominada porque atinge a superfcie da Terra de forma direta

com interferncia mnima dos constituintes atmosfricos, tendo em vista que a

atmosfera praticamente transparente radiao de onda curta caracterstica do

espectro solar.


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Figura 01distribuio percentual da radiao solar incidente.Fonte: Varejo-Silva, M.A., 2006.

O segundo processo relaciona-se com um fenmeno conhecido como difuso e

resultado do espalhamento da radiao pelos constituintes da atmosfera e da superfcie.

Desta forma, a radiao solar global, para a superfcie terrestre, definida pela soma da

radiao direta com a radiao difusa.

Esta radiao aquece a superfcie da Terra que, por sua vez, passa a emitir

radiao eletromagntica cujos comprimentos de onda localizam-se na faixa de 4 a 100

m. Essa radiao denominada de radiao de ondas longas. Cerca de 90% da

radiao emitida pela superfcie absorvida pelo vapor dgua, gs carbnico, oznio e

nuvens presentes na atmosfera. Os comprimentos de onda, emitidos pela Terra,

compreendidos entre os intervalos de 8,5 a 11 m, totalizando 10% desta radiao da

radiao emitida, se perdem para o espao. O restante da radiao absorvida pelos

constituintes da atmosfera so ento reemitidos de volta para a superfcie que absorve

totalmente Esse fluxo conhecido como contrarradiao atmosfrica (TUBELIS e

NASCIMENTO, 1980).

Este mecanismo de interao entre os constituintes da atmosfera e da superfcieda Terra, que permitem a reflexo, difuso e absoro da radiao, produz na superfcie


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o balano de radiao. Goody e Walker (1975) entendem que este mecanismo a fonte

primria para processos fsicos, qumicos e biolgicos observados nos ecossistemas

naturais e agrcolas, alm da fora motriz para a ocorrncia de quase todos os

fenmenos atmosfricos. Ou seja, essa energia aproveitada pela biomassa, para o

aquecimento do ar e da gua e ciclos termodinmicos variados, e de vital importncia

para a manuteno do sistema solo-planta-atmosfera, permitindo a redistribuio da

umidade, calor no solo e na atmosfera atravs de processos energticos de trocas

turbulentas.

Para Tubelis e Nascimento (1980), o balano de radiao pode ser compreendido

como a quantidade de radiao que absorvida e emitida por uma dada superfcie. No

contexto do sistema Terra-atmosfera, em linhas gerais, o balano de radiao positivo

durante o dia e negativo durante a noite, e pode ser definido pelos seus constituintes

atravs da equao (01).

R = (Q + q) (1) + I - I (01)

Em que R o balano de radiao, (Q + q) a soma da radiao solar direta e

difusa incidente sobre a superfcie, o albedo da superfcie,I a radiao de onda

longa incidente ou a contra radiao atmosfrica eI a radiao de onda longa emitida

pela superfcie terrestre.

De forma semelhante, Ayoade (2001) argumenta que o balano de radiao para

o sistema Terra-atmosfera positivo entre as latitudes 30 S e 40 N e negativa para as

demais localidades. Realidade que influencia, dentre outras, a circulao atmosfrica.

De acordo com os estudos de Sellers (1965), a dinmica do balano de radiao

da superfcie-atmosfera apresenta oscilaes em qualquer faixa latitudinal considerada.

Isso porque a atmosfera se comporta como uma depresso radioativa perdendo maisenergia do que consumindo ou armazenando. Por exemplo, do total da radiao solar

que atinge a Terra, cerca de 30%, em mdia, e reemitida imediatamente para o espao,

por fora de um fenmeno conhecido como albedo planetrio, 51% so absorvidas pela

superfcie terrestre e apenas 19% so absorvidas pela atmosfera e pelas nuvens.

Para manter o equilbrio trmico, a superfcie da Terra, que com exceo dos

polos, fonte de calor, fornece parte de sua energia trmica excedente para a atmosfera.

Sobretudo, a partir da liberao do calor latente impulsionado pela evaporao da gua,


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conduo do calor sensvel da superfcie para a atmosfera e a difuso turbulenta de

energia trmica para a atmosfera (SELLERS, 1965).

Neste caso, Tubelis e Nascimento (1980) avaliam que a contabilidade do

balano de energia superfcie define o fluxo de energia capaz de promover a

evaporao da gua e ocasionar variaes na temperatura de superfcie. Os autores

argumentam ainda que o balano de radiao superfcie mais complexo do que no

topo da atmosfera, j que os movimentos dos fluidos por conduo e conveco esto

presentes. Dentro deste contexto, o balano de radiao da superfcie da Terra assume

carter mais complexo, tendo em vista a quantidade de variveis que influenciam no

cmputo final do balano de energia, sendo o mesmo definido pela equao (02).

R =LE + H + G + f + P (02)

De modo queR o balano de radiao,LE o calor latente da evaporao,H

o calor sensvel,f a adveco horizontal total das correntes, G o fluxo de calor da

armazenagem eP a energia utilizada para a fotossntese.

Para efeito de clculo, todavia, algumas dessas variveis podem ser

negligenciadas ou desprezadas, tendo em vista seu reduzido peso em relao aos valores

totais. o caso da energia utilizada para a fotossntese, a qual se estima ser da ordem de

5% do total da radiao lquida (AYOADE, 2010). A adveco horizontal das correntes

f,por ser muito pequena, pode ser desprezada para efeito de clculo.

No caso do fluxo de calor da armazenagem, o mesmo pode ser considerado

constante, j que o calor armazenado durante o dia se perde durante a noite. De forma

anloga, o calor armazenado na primavera e vero perdido durante o outono e o

inverno, destacando um balano constante nesse mecanismo. Desta forma, a equao do

balano de radiao continental pode ser reescrita de acordo com a equao (03).

R =LE + H (03)

De forma contextualizada, os estudos envolvendo o balano de radiao

superfcie (R) assumem singular relevncia para a compreenso dos fenmenos

climticos, na construo de modelos de previses climticas e no planejamento das

atividades agrcolas e ambientais.


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Gomes (2009) entende que estudos recentes demonstram uma tendncia em se

trabalhar com sensoriamento remoto na determinao do balano de radiao

superfcie (R), principalmente porque as transformaes de energia prximo da

superfcie implicam em variaes espaciais e temporais de vrios parmetros

meteorolgicos, incluindo as temperaturas dos ambientes naturais. E sendo os dados de

sensor remoto calcado nas resolues espaciais, espectrais, radiomtrica e temporal, as

tcnicas de sensoriamento remoto, bem como os seus produtos, so ferramentas

poderosas para a realizao desse tipo de estudo.

1.2Radiao de onda curta e albedo de superfcie

Esta radiao localiza-se entre os comprimentos de onda menores que 3,0 m,

da ser dita radiao de onda curta. Para a realizao de trabalhos prticos, envolvendo o

balano de onda curta na superfcie da Terra, consideram-se os componentes da

radiao solar global, ou seja, a radiao direta e a radiao difusa.

O problema reside no fato de que grande parte da superfcie da Terra no possui

estaes de controle que permitam uma observao detalhada desta radiao. No

entanto, modelos clssicos de regresso linear so utilizados para a sua estimativa

pontual. Alm desses modelos, os trabalhos de Beyer et. al (1991) e Satyamurty e Lahiri

(1992), de acordo com Gomes (2009), podem ser includos nos esforos para se obter

melhores modelos da radiao solar global e, por conseguinte, melhor obteno do

balano de onda curta.

O balano de onda curta , em sntese, entendido como a diferena entre os

fluxos de radiao incidente e refletido. Diante disso, inferi-se que o balano de onda

curta dependera da radiao solar global e do albedo da superfcie, sendo o balano de

onda curta (RC), para um dado momento, representado pela equao (04)

RC = (Q + q) - (1) 04

O albedo da superfcie terrestre, o qual predomina nas faixas reflexivas em torno

de 0,3 a 3,0 m, representa a razo entre a radiao solar refletida e a radiao global

incidente em funo do ngulo zenital solar (ATAIDE, 2007).

Pela interpretao da equao 04, o balano de onda curta depender da radiaoincidente e do albedo. Esse fato, como lembra Gomes (2009), implica que dada


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constncia da radiao solar incidente em determinada rea, o saldo de onda curta

depender do tipo de cobertura da terra, j que a cobertura da terra influenciar

diretamente o albedo da superfcie, de forma que as relaes de intensidade entre o

balano de onda curta e o albedo sero inversamente proporcionais, isto , quanto maior

o albedo, menor o balano de onda curta.

O problema que o albedo apresenta variaes e assimetrias em suas medies

ao longo do fotoperodo, tendo em vista que variveis meteorolgicas como o vento e o

orvalho, conforme destaca o trabalho de Minnis et. al. (1997), tm a capacidade de

acarretar alteraes na ordem de 10% dos valores do albedo de superfcie. Os estudos de

Song (1998) demonstram que a variao angular do dossel vegetativo acarretado pelo

movimento forte dos ventos tambm pode comprometer a obteno coerente do albedo.

Na tentativa de se obter o albedo de forma mais prxima da realidade, vrios

estudiosos, alm dos supracitados, vm desenvolvendo metodologias para se estimar o

albedo atravs de medidas de campo e tcnicas de sensoriamento remoto, dentre os

quais se destacam Allen et. al (2002), que desenvolveram um modelo tendo por base a

transmitncia atmosfrica para onda curta a partir da altitude dos pixel de um modelo

numrico do terreno (MNT). Tal metodologia foi testada e validada por vrios autores

como Souza (2008), Menezes (2006), Gomes (2009), entre outros, que encontraram sob

condies de terreno plano valores prximos dos medidos pelas estaes de controle.

Esta preocupao com as medidas do albedo se justifica porque o mesmo

considerado um importante parmetro para a construo de modelos climticos. Dos

modelos de circulao atmosfrica e dos modelos de representao dos processos de

realimentao, este ltimo , basicamente, funo do comprimento de onda, anglo solar

e da razo da irradincia difusa e direta, Gomes (2009).

Neste contexto, sendo o albedo uma medida que varia conforme as propriedades

fsico-qumicas das superfcies com relao ao ngulo zenital solar, conclui-se queatividades humanas como desmatamentos, silvicultura, agricultura, pecuria,

urbanizao tambm so fatores que influenciaro na variao de seus valores. Arya

(2001) entende que variaes no albedo local pode acarretar mudanas significativas no

micro e no macro-clima de determinada regio, principalmente considerando a

temperatura do solo.

Sendo assim, o balano da radiao de onda curta, bem como a obteno do

albedo da superfcie terrestre so de fundamental importncia para estudos voltadospara a anlise das inter-relaes entre a dinmica da temperatura de superfcie de


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determinada regio e as atividades antrpicas de uso das terras desenvolvidas ao longo

do tempo e do espao.

1.3Radiao de onda longa e a emissividade de superfcie

No entender de PlanckapudEisberg (1979), toda matria acima de 0 K emite

um espectro contnuo de radiao que independe do material que forma o corpo, mas

basicamente funo de sua temperatura. Dentro desse raciocnio, pode-se considerar que

a Terra se comporta como um corpo negro, com temperatura mdia de 300 K e

comprimentos de onda de mxima emisso entre 8 e 12 m.

Os comprimentos de onda emitidos pela Terra e sua atmosfera variam, em

termos de comprimento de onda, de 4 a 100 m. Nesse caso, trata-se de ondas longas

ou radiao termal (CHEN, 1985).

A radiao emitida pela Terra diz respeito a emitncia terrestre, e a somatria

das energias emitidas pelos alvos da superfcie. O balano de onda longa (BOL) um

dos componentes do balano de radiao mais difceis de ser mesurado, j que os

instrumentos no fornecem medies simples desta radiao. Esta varivel pode ser

obtida, por analogia, atravs da equao do balano de radiao quando as demais

variveis estiverem coerentes.

De fato, o estudo do (BOL) abarca trs elemento: a radiao atmosfrica

incidente ou contra radiao, que seria funo basicamente da temperatura do ar, do

vapor dgua e da cobertura de nuvens presentes na atmosfera; a radiao refletida pela

superfcie terrestre que depende da temperatura e da emissividade infravermelha dos

seus constituintes, e a emitncia terrestre a qual ir depender da temperatura do solo e

sua emissividade (GOMES, 2009). Desta forma, o balano de onda longa pode ser

representado matematicamente pela equao (05).

BOL =I -I (05)

Tubelis e Nascimento (1980) expem que, quando as medidas por aparelhos no

estiverem disponveis, uma alternativa para a obteno do (BOL) seria a utilizao de

equaes empricas.

Para Leito (1994), o problema desse tipo de clculo reside no fato de quevariveis como a umidade e a temperatura do ar devem ser utilizadas como parmetro


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de calibrao, e, em muitos casos, a disponibilidade desses dados no so constantes.

Desta forma, o autor argumenta que modelos mais simples esto sendo desenvolvidos

considerando-se a lei de Stefan-Boltzmann, conforme equao 06:

I = T4 (06)

Sendo que () a emissividade dos alvos, () e a constante de Stefan -Boltzmann

(5,67 x 19-8 Wm-2 K-4) e T a temperatura absoluta em K.

De forma que o balano de radiao de onda longa fica definido de

acordo com a equao 07.

BOL =I - T4 (07)

Anlises de variaes climatolgicas, como no caso de flutuaes na

temperatura de superfcie, por exemplo, possuem como base de anlise o saldo de

radiao de onda longa. Neste contexto, de grande valia sua compreenso e

determinao para os estudos ambientais. Sobretudo, por contribuir na elaborao de

modelos de emissividade infravermelha dos alvos da superfcie, a qual pode ser

definida, segundo Rosa (2003), como a relao entre a emitncia de um corpo real, em

funo de sua temperatura, e a emitncia de um corpo negro.

Os estudos envolvendo a emissividade so de grande importncia para a

obteno da temperatura de superfcie a partir de dados de sensor remoto, j que o que

os sensores dos satlites medem a temperatura aparente, ou temperatura de brilho. Na

realidade, a temperatura de brilho diz respeito radincia monocromtica dos alvos na

banda termal, diferente da temperatura real dos mesmos. Por isso mesmo, a

emissividade infravermelha de grande importncia, pois, como destaca Novo (2008), a

radincia dos constituintes da superfcie reduzida pela sua emissividade, sendo amesma necessria para a converso da temperatura de brilho em temperatura de

superfcie.

Salisbury e DAria (1992) avaliam que, na banda do infravermelho termal, a

emissividade do solo e das superfcies vegetadas varia em funo da presena de gua,

j que a emissividade do solo varia de 0,85 a 0,99 dependendo dos constituintes do solo

e de sua umidade, no passo em que a vegetao possui valores na ordem de 0,98.

Brito (1993) estimou a temperatura e umidade do dossel da floresta amaznica apartir de modelos discretos e contnuos de micro-ondas e dados de temperatura de brilho


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obtidos por satlite. O autor concluiu que a presena da vegetao provoca atenuao da

radiao emitida pela superfcie, sendo a umidade da vegetao o parmetro que mais

influencia os clculos de temperatura de brilho.

Nos seus estudos, Van de Grien e Owe (1993) encontraram uma correlao de

94% entre o ndice de Vegetao por Diferena Normalizada (NDVI) e a emissividade

da superfcie.

Lopes et. al. (2007) aplicou o (NDVI) obtido de produtos MODIS com

resolues espaciais de 1 km e 250 m, utilizando o algoritmo de Valor e Caselles

(1996), no intuito de determinar o comportamento sazonal da emissividade na regio da

Serra da Mantiqueira e do Vale do Rio Paraba do Sul. Os resultados apontaram maior

variabilidade espacial da emissividade mdia em funo da heterogeneidade da

vegetao e o aumento da emissividade mdia do perodo de inverno para o perodo de

vero, por conta, principalmente, do aumento da precipitao nesse perodo.

Os estudos desenvolvidos por Guaquan e Zhangzhi (1992) apontaram uma forte

correlao entre o ndice de rea Foliar (IAF) e a emissividade de superfcie. De tal

forma que, quando o (IAF) aumenta a emissividade, tambm aumenta at se tornar

constante. Segundo os autores, valores de (IAF) maior ou igual a 2 implicam em uma

constncia de emissividade igual a 0,98.

A obteno da temperatura de superfcie a partir de produtos orbitais de grande

importncia para estudos sobre varias reas do conhecimento e para o monitoramento da

vegetao e da temperatura de superfcie. Assim sendo, pode auxiliar na compreenso

da dinmica ambiental de determinada regio em relao as atividades antrpicas ali

desenvolvidas e as flutuaes de temperatura e do albedo na superfcie, atravs de

produtos orbitais e ndices de vegetao, permitindo uma anlise mais ampla do que

metodologias convencionais.

1.4Temperatura obtida por sensor remoto

O sensoriamento remoto vem dando suporte a vrios estudos sobre a superfcie da

Terra. Dentre os quais se destaca a obteno de variveis climatolgicas, sobretudo, as

ligadas a mensurao da temperatura que um importante fator para o planejamento

ambiental de qualquer regio. As possibilidades de obteno de informaes

climatolgicas atravs de tcnicas de sensoriamento remoto e de imagens orbitais


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permitem uma anlise geral das reas em maior escala se comparadas aos dados

pontuais disponibilizados pelas estaes de controle.

A obteno de temperatura por sensores remotos possui como base de suporte os

estudos das variveis oriundas do balano de radiao superfcie, como fluxo de

radiao de onda curta e, principalmente, os de onda longa, que envolvem a regio do

infravermelho. Alm da interao da radiao com os constituintes da superfcie e da

atmosfera terrestre.

Desta forma, Novo (2008) explica que a radiao do infravermelho distante no

utilizada em sensoriamento remoto da superfcie da Terra pela sua pouca ocorrncia. A

regio do infravermelho prximo, em termos de interao com a radiao

eletromagntica com a superfcie, tratada basicamente como a regio do visvel. O

infravermelho termal, todavia, carece de ateno diferenciada, j que a energia liberada

para os comprimentos de onda do infravermelho termal so procedentes de vibraes

moleculares em funo da temperatura dos alvos.

Neste caso, infere-se que a temperatura de um dado alvo ser diretamente

proporcional radiao emitida por ele, de forma que quanto maior a radiao medida

pelo satlite, considerando um determinado alvo, maior ser a temperatura do mesmo.

Assim sendo, pode-se considerar que a temperatura uma medida que mensura

fisicamente a energia mdia de movimento de partculas num sistema em equilbrio

trmico dado seu grau de liberdade, conforme argumenta PlanckapudEisberg (1979).

O problema envolvendo sensores remotos, para a mensurao da temperatura de

superfcie, reside no fato de que as propriedades trmicas dos alvos so avaliadas a

distncias considerveis, sofrendo, portanto, interferncia dos constituintes da

atmosfera. Assim, o modelo de corpo negro de Planck deve ser considerado para a

estimativa de temperaturas obtidas por sensoriamento remoto.

Outra realidade a ser considerada o fato de que os sensores medem a radinciamonocromtica espectral dos alvos. Nesse caso, conforme argumenta Rosa (2003),

deve-se utilizar a funo inversa da lei de Planck no intuito de se obter a temperatura de

brilho da superfcie e inserir a emissividade dos alvos nos clculos para se determinar a

temperatura de superfcie.

Atualmente, pesquisadores vm desenvolvendo estudos e metodologias para se

estimar a variao da temperatura e do albedo da superfcie em relao aos seus

diferentes constituintes, dentre os quais cita-se Weng e Dengsheng (2004) e Weng &Quattrochi (2006), que fizeram uma anlise entre os padres de temperatura da


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vegetao urbana natural nos E.U.A e na China, respectivamente. No Brasil, grande

parte destes estudos est sendo realizados com o objetivo de se avaliar o fenmeno de

ilhas de calor dentro do espao urbano, com destaque para Teza e Baptista (2005) que

realizaram estudos a partir de imagens Landsat e Aster, em vrias metrpoles

brasileiras, de 1984 a 2001, constatando um aumento mdio da temperatura de 3C.

Dentre as vrias metodologias utilizadas para a estimativa da temperatura de

superfcie, destaca-se Bastiaanssen et. al. (1995), Allen (1996), Bastiaanssen et. al.

(1998), Allen (2002), Allen et. al. (2007), com o desenvolvimento e aprimoramento do

algoritmo Surface Energy Balance Algorithms for LandSEBAL, o qual descreve o

balano completo de radiao e da energia sobre a superfcie da Terra a partir de dados

de sensor remoto.

Desta forma, estudos envolvendo a temperatura dos alvos terrestres e suas

relaes com as dinmicas socioambientais conquistam uma importante ferramenta de

suporte para obteno, anlise e elaborao de informaes atravs de um algoritmo

prtico e eficiente.

1.5 - Sur face Energy Balance Algor ithms for L and(SEBAL)

O algoritmo semiemprico Surface Energy Balance Algorithms for Land

SEBAL descreve o balano completo de radiao sobre a superfcie da Terra a partir das

bandas espectrais do visvel, infravermelho prximo e infravermelho termal. Estas

bandas so utilizadas como dados de entrada para o processamento das imagens, alm

de dados locais de estaes de controle utilizados como parmetro de calibrao do

algoritmo.

O SEBAL foi testado e validado em diversas regies do globo como, porexemplo, E.U.A, China, Egito, Espanha, Argentina, ndia, Brasil entre outros, conforme

Tasumi (2003). O SEBAL foi elaborado visando obter a evapotranspirao (ET) em

escalas regionais, pois, como afirma Bastiaanssen et. al(1998), os algoritmos clssicos

baseados em sensores remotos e medidas de temperatura de superfcie se mostravam

satisfatrios apenas para grandes escalas, impondo a necessidade de elaborao de um

algoritmo que considerasse a resoluo espacial dos dados de sensor remoto para

escalas regionais.


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Os principais produtos do SEBAL so: albedo de superfcie, balano de onda

curta, balano de onda longa, ndices de vegetao como o NDVI, SAVI e IAF,

emissividade de superfcie, temperatura de superfcie, saldo de radiao, fluxo de calor

sensvel, calor latente e a evapotranspirao pixel a pixel.

No Brasil, destaca-se, entre os demais, o trabalho de Bezerra (2006) que

objetivou obter o balano de energia e a evapotranspirao diria em reas de cultivos

irrigados de sequeiro, vegetao nativa e a reserva florestal da Chapada do Araripe, no

qual o autor concluiu que, de forma geral, o SEBAL apresentou uma preciso eficiente

para a obteno de evapotranspirao diria.

Evidencia-se, do mesmo modo, o trabalho de Menezes (2006) que testou o

SEBAL sob diferentes condies de relevo, lanando mo das tcnicas de normalizao

topogrfica, em relao a dados obtidos em estaes de controle na regio do Municpio

de Santa Barbara MG. Concluiu o autor, de maneira geral, que a tcnica de

normalizao topogrfica influenciou na aplicao do algoritmo em questo nas

condies de relevo movimentado.

Gomes (2009) avaliou, atravs da aplicao do SEBAL/METRIC, as alteraes

promovidas pela mudana do uso da terra alavancada pela cana-de-acar e eucalipto.

Alm de testar a calibrao e validao do algoritmo nas condies climticas do

Municpio de Santa Rita do Passa Quatro SP, concluindo que o SEBAL/METRIC

pode ser utilizado para anlise e monitoramento de alteraes ambientais de diferentes

biomas.

A deteco do fenmeno de ilhas de calor tambm pode ser verificada pela

aplicao do SEBAL, a exemplo, pode-se citar o trabalho de Moreira e Galvncio

(2009), no qual os autores analisaram as variaes das ilhas de calor na cidade de Recife

no perodo de 1984 a 2007, e encontraram um aumento de aproximadamente 4C nas

menores temperaturas e de 8C nas maiores temperaturas.Galvncio et. al. (2009), analisando a temperatura do ar e da superfcie no Stio

Boa Felicidade em So Jos do Sabugi PB, concluiu que a estimativa da temperatura

de superfcie obtida a partir da aplicao do SEBAL em imagens de satlite pode

resultar em vantagens, quando comparadas aos dados de temperatura obtidos por

estaes, j que a anlise em escala espacial permitida.

Diante desses estudos, o SEBAL se destaca, dentre os demais algoritmos

destinados a estimativa do balano de radiao a superfcie, por propiciar a obteno deinformaes de vital importncia para anlise ambiental com base em dados


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climatolgicos. Deste modo, os estudos envolvendo a dinmica de mudanas ambientais

e climticas acarretadas pela interveno humana na forma de ocupao das terras

podem ser exploradas com maior rigor e em escalas regionais.

Com efeito, a possibilidade de anlise das informaes de temperatura da

superfcie a partir de imagens orbitais permite um paralelo, sobretudo, de forma

temporal, entre as mudanas de uso da terra, e as relaes geogrficas dos efeitos destas

alteraes. Ou seja, as relaes entre as flutuaes da temperatura da superfcie de

determinada regio podem ser analisadas simultaneamente as alteraes do uso da terra

e suas relaes explicitadas na forma de documentos cartogrficos.


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CAPTULO 2Materiais e procedimentos tcnicos operacionais

Como mencionado na introduo, este trabalho buscou analisar, com auxlio de

dados TM Landsat 5, as relaes entre as mudanas no uso da terra e a variao da

temperatura e do albedo de superfcie, no perodo sazonal de inverno da bacia do Rio

Vieira nos ltimos 25 anos, para o horrio de passagem do satlite Landsat 5. A escolha

do perodo de inverno justifica-se pela no ocorrncia de nuvens na rea mapeada nos

respectivos intervalos de tempo.

O objetivo inicial era avaliar perodos de dez em dez anos, iniciando-se do ano

de 1985, entretanto, as imagens TM disponibilizadas pelo INPE de 2005, 2006 e 2007

para a rbita/ponto 218/72 apresentaram uma quantidade significativa de nuvens, no

perodo de estudo. Desta forma, as imagens de 2008 substituiriam as imagens de 2005.

Contudo, devido semelhana do uso da terra nas imagens de 2008 e 2010, optou-se

por utilizar as imagens do ano de 2010. Neste caso, os intervalos de tempo foram assim

definidos, 28/08/1985, 09/09/1995 e 17/08/2010.

Alm das imagens, os seguintes documentos cartogrficos foram utilizados:

Imagens semicontroladas do modelo numrico de elevao oriundo do subsistema

VNIR/ASTER, com resoluo espacial de 30m, disponibilizadas no Site daNASA(http://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem-wist.asp)

Cartas topogrficas na escala de 1: 100 000 folhas SE-23-X-A-V e SE-23-X-A-VI,elaboradas pela Diretoria de Servio Geogrfico do Exrcito DSG,disponibilizadas pela Prefeitura Municipal de Montes Claros (PMMC).

Dados climatolgicos das estaes de controle do Centro de Previso de Tempo eEstudos Climatolgicos (CPTEC), da Universidade Estadual de Montes Claros, daUniversidade Federal de Minas Gerais/campus de Montes Claros. E das estaes deMontes Claros, Diamantina e Itamarandiba, de responsabilidade do Instituto

Nacional de Meteorologia (INMET), e da estao do aeroporto de Montes Claros,

para as datas e horrios correspondentes passagem do sensor.

Os procedimentos metodolgicos necessrios para analisar as relaes entre as

mudanas no uso da terra e a variao da temperatura e do albedo de superfcie na

bacia do Rio Vieira foram divididos em trs. O primeiro procedimento cuidou do

tratamento das imagens de satlite com vistas ao mapeamento do uso da terra. O

segundo considerou a aplicao do SEBAL para obteno do albedo de superfcie e da

temperatura dos diferentes sistemas de uso da terra encontrados. E, por fim, no terceiro
http://www.google.com.br/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.inmet.gov.br%2F&ei=0wJUTomcH5CEsALC9JWKBw&usg=AFQjCNGO6j-RVSOUIcPnOTlFhTMcBKLJXwhttp://www.google.com.br/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.inmet.gov.br%2F&ei=0wJUTomcH5CEsALC9JWKBw&usg=AFQjCNGO6j-RVSOUIcPnOTlFhTMcBKLJXwhttp://www.google.com.br/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.inmet.gov.br%2F&ei=0wJUTomcH5CEsALC9JWKBw&usg=AFQjCNGO6j-RVSOUIcPnOTlFhTMcBKLJXwhttp://www.google.com.br/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.inmet.gov.br%2F&ei=0wJUTomcH5CEsALC9JWKBw&usg=AFQjCNGO6j-RVSOUIcPnOTlFhTMcBKLJXw


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procedimento, as variveis encontradas nos dois levantamentos foram comparadas de

modo que suas relaes foram estabelecidas. Desta maneira, os itens 2.1 e 2.2

explicitam, passo a passo, cada etapa dos dois primeiros procedimentos, enquanto o

terceiro procedimento ser detalhado ao longo da anlise dos resultados.

2.1Mapeamento do uso da terra.

Disponibilizadas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, as imagens

TM-Landsat 5 possuem nvel bsico de tratamento. Neste caso, houve a necessidade de

correo e tratamento dessas imagens. As etapas executadas foram ordenadas na Figura

02 e so em nmero de dez, iniciando-se a partir da correo atmosfrica ate a validao

da classificao.

Figura 02 - Fluxograma de ordenamento seqencial para mapeamento de uso da terra.

Os valores dos nveis digitais das imagens Landsat TM 5 computam a

reflectncia da superfcie mais a reflectncia da atmosfera, sem eliminao da radinciade percurso (SANTOS, 2003).


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Os modelos de correo para o efeito aditivo dos constituintes da atmosfera na

reflectncia dos alvos da superfcie so geralmente complexos, tendo em vista a

necessidade de parmetros atmosfricos como caracterstica da altura de aquisio da

imagem, espessura ptica da atmosfera e tipos de aerossis presentes, no momento da

passagem do sensor pela rea considerada.

Diante disto, Chavez (1988) desenvolveu uma metodologia a qual considera os

modelos de espalhamento atmosfricos Rayleigh (componentes gasosos) e Mie

(aerossis) aplicados em conformidade com os valores de nveis de cinza encontrados

em alvos escuros das imagens. Por isso mesmo, a presente correo ficou conhecida

como substituio do objeto escuro1.

O objetivo desta metodologia reside na minimizao do efeito aditivo da

atmosfera na reflectncia dos alvos da superfcie, a partir de um modelo simples e

relativamente eficiente j que o efeito de absoro da atmosfera permanece.

Softwares de processamento digital de imagens como ENVI, ERDAS, IDRISI,

entre outros, apresentam rotinas amigveis para a execuo desta metodologia de

correo atmosfrica. No caso especfico deste trabalho, optou-se por utilizar as rotinas

do ENVI, j que este programa encontra-se licenciado para o laboratrio de

geoprocessamento da Universidade Federal de Uberlndia.

O primeiro passo deste processo consiste na anlise dos valores dos pixels

escuros de referncia para a correo de cada banda espectral, tendo em vista a

suposio de que estes pixels no refletem qualquer comprimento de onda, pelo menos

no em nvel do satlite. Ento, qualquer valor maior que zero deve resultar de

disperso atmosfrica.

Para tanto, necessrio se faz a anlise do histograma de cada banda da imagem.

No ENVI, essa anlise pode ser executada atravs dos comandos (Basic Tools >

Statistics > Compute Statistics). Posteriormente, na caixa de dilogo apresentada peloprograma, deve-se escolher (Box Basic Stats / Histograms / Covariance) e avaliar no

canto inferior esquerdo os valores dos pixels escuros de cada banda. Neste trabalho,

1Mais detalhes deste mtodo de correo podem ser encontrados em Chavez (1988), Silva e

Valeriano (2005) e Grtler et al (2005), estes ltimos desenvolveram uma planilha eletrnica para aconverso dos nveis digitais das imagens TM e ETM+ em dados fsicos de reflectncia e a aplicao da

correo atmosfrica mencionada anteriormente, tal planilha pode ser encontrada no endereo eletrnico(http://www.dsr.inpe.br/Calculo_Reflectancia.xls).
http://www.dsr.inpe.br/Calculo_Reflectancia.xlshttp://www.dsr.inpe.br/Calculo_Reflectancia.xlshttp://www.dsr.inpe.br/Calculo_Reflectancia.xlshttp://www.dsr.inpe.br/Calculo_Reflectancia.xls


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especificamente, a tabela 01 indica os valores considerados para cada banda das

imagens de trabalho.

Tabela 01nveis digitais escuros de referncia para correo atmosfrica

Banda ND Banda ND Banda ND

2010 1995 1985

B1 35 B1 37 B1 58

B2 15 B2 12 B2 31

B3 13 B3 10 B3 20

B4 5 B4 4 B4 15

B5 3 B5 3 B5 6

B7 0 B7 1 B7 0

Na etapa seguinte, devem-se utilizar os comandos (Basic Tools > General

Purpose Utilities > Dark Subtract) e indicar, por meio das caixas de dialogo do

programa (User Value e em Edit select Item), os valores de referncia de cada banda.

Na Figura 03 indicado o valor dos nveis digitais em (RGB 543) de um

mesmo pixel da imagem de 2010, localizado na lagoa de Interlagos na rea NE da

cidade de Montes Claros. A imagem (A) aponta os valores com correo atmosfrica e a

imagem (B) sem correo.

J na Figura 04 so apresentados os grficos estatsticos das imagens (A) semcorreo e (B) posterior correo, atravs dos quais se percebe a atenuao dos valores

ND dos grficos das imagens de (A) para as imagens (B).

Figura 03nvel digital das imagens com correo (A) e sem correo atmosfrica (B)


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Figura 04estatstica de imagens sem correo (A) e com correo atmosfrica (B)

Um dos problemas apontados por Santos (2003), quanto correo por

substituio do objeto escuro, refere-se a reas sombreadas pelo relevo apresentarem

valores de nveis digitais igual a 0. Esta mesma autora argumenta que uma alternativa

para sanar esse problema a utilizao de tcnicas de correo do chamado efeitotopogrfico. Foi imperativa, diante deste fato, a necessidade de realizar a normalizao

deste efeito nas imagens de trabalho.

O primeiro passo consistiu na transformao dos nveis digitais das imagens,

corrigidas na etapa anterior, em dados fsicos de reflectncia (), executando as etapas 1

e 2 do item 2.2. De forma semelhante, esta transformao pode ser executada

automaticamente no ENVI, atravs dos comandos (Basic Tools > Preprocessing >

Calibration Utilities > Landsat Calibration) em funo da data de aquisio dasimagens e elevao solar.


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No passo seguinte, as imagens foram registradas ao MNT atravs da extenso do

ArcGis 9.3.1 (ArcToolbox > Create Ortho Corrected). Para tanto, foram criados os

arquivos de Raster Dataset associados a 25 pontos de controle para cada imagem e

coincidentes com o MNT/ASTER. Esse procedimento apresentou um erro quadrtico

mdio de 8,45 m, ou seja, menor do que pixel.

Para os clculos de correo do efeito topogrfico, nas imagens deste trabalho,

considerou-se o fato de que a superfcie reflete a radiao de uma forma isotrpica, em

conformidade com o modelo de reflectncia Lambertiano. Nesse modelo, as variaes

na reflectncia so devidas quantidade da radiao incidente, j que a iluminao de

uma superfcie diretamente proporcional intensidade luminosa da fonte na direo da

superfcie, portanto, proporcional ao cosseno do ngulo de incidncia dos raios

luminosos. Nesse caso, dada a normalidade da incidncia da radiao, o recebimento de

energia sofrer a mesma variao que o cosseno do ngulo zenital, Smith et al. (1980).

Para a correco da geometria de aquisio das imagens e iluminao considera-

se a equao (08)

NRcorr= NRs cos s /cos i (08)

Sendo que NRcorr o nvel radiomtrico corrigido, NRs representa o nvel

radiomtrico captado pelo sensor, s o ngulo zenital solar e cos (i) o cosseno do

ngulo entre a declividade da superfcie e o sensor, o qual de acordo com Smith et al.

(1980) pode ser considerado igual ao ngulo declividade da superfcie, no caso de se

trabalhar com imagens Landsat TM e MSS e imagens tomadas de sensores com campo

de visada estreito.

Smith et al. (1980) explica que o cos s praticamente constante para a cena e

neste caso a equao (08) pode ser reescrita de acordo com a equao (09).

NRcorr= NRs /cos i (09)

Sendo que o cos (i) dado pela equao (10)

cos i= cos s cos n + sin s sin n cos ( s - n) (10)

sendo que: s - ngulo zenital; n - declive do terreno; s - ngulo azimutal

solar; nazimute do terreno.


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Do ponto de vista operacional, foram considerados os cossenos de cos (e) e o cos

(i)para a correo do efeito topogrfico, de forma que o cos(i) representa o ngulo entre

a fonte de energia e a normal a superfcie e foi obtido de acordo com a expresso (11)

enquanto o cos (e) representa o ngulo entre a fonte e a inclinao do terreno e foi

obtido atravs da expresso (12), implementadas atravs do operador matemtico do

ArcGis 9.3.1.

Cos_i=Cos((Float(/180)*Float(9045.5278))IF(SLOP"METERS"==0.0)OrCos(Float(/180)*Float(904

5.5278))*Cos(Float(/180)*Float(SLOPMETERS"))+Sin(Float(/180)*Float(9045.5278))*Sin(Float(/

180)*Float(SLOPMETERS"))*Cos(Float(/180)*Float(48.1072)-Float(ASPECT)) (11)

Sendo que uma constante, considerada aqui at sua trigsima primeiradecimal, 45.5278 era a elevao do Sol no momento da passagem do sensor pela rea de

estudo, SLOPMETERS a declividade do terreno obtida em graus, 48.1072 era o

azimute solar no momento da passagem do sensor eASPECT o azimute do terreno.

J o Cos (e) foi obtido pela expresso (12):

Cos_e = Cos(Float(SLOPMETERS") * Float(/180)) (12)

A Figura 05 apresenta os valores do cos (i) e cos (e) obtidos para a elevao e

azimute solar descritos acima:

Figura 05Cos de (i) e de (e) obtidos para a bacia do Rio Vieira em 17/08/2010 s 09h e 46 min.

Por fim, as imagens foram normalizadas topograficamente, como explicita a

Figura (06), a partir da expresso (13):


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NTP = IF(cos_i


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para cada uma das bandas do sensor. Os autores avaliaram a manifestao de trs

componentes: a componente brightness, que a soma ponderada de todas as bandas e

est relacionada variao espectral dos solos; a componente greenness est

relacionada ao vigor da vegetao e a diferena entre o canal do infravermelho

prximo e os demais; a componente wetness, que o contraste entre o infravermelho

mdio e os demais canais (GLERIANI et al., 2003).

Tabela 02 - Coeficientes para a transformao Tasseled-Cap / Landsat TM

Componente TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM7

Brightness 0,3037 0,2793 0,4743 0,5585 0,5082 0,1863

Greeness -0,2848 -0,2435 -0,5436 0,7243 0,084 -0,1800

Wetness 0,1509 0,1973 0,3279 0,3406 -0,7112 -0,4572

Fonte: (Crist e Cicone, 1984).

De forma que a transformao para cada componente pode ser executada de acordo

com as equaes (14,15 e 16).

BR = 0,3037*tm1+0,2793*tm2+0,4743*tm3+0,5585*tm4+0,5082*tm5+0,1863*tm7 (14)

GR= -0,2848*tm1-0,2435*tm2-0,5436*tm3+0,7243*tm4+0,0840*tm5-0,1800*tm7 (15)

WT = 0,1509*tm1+0,1973*tm2+0,3279*tm3+0,3406*tm4-0,7112*tm5+0,4572*tm7 (16)

Na etapa seguinte, com o auxlio da chave de interpretao, foram definidas as

classes de uso da terra a serem mapeadas. A elaborao da legenda obedeceu ao

esquema terico apresentado por Heymann (1994), como ilustra a Figura 07.

No que diz respeito classificao, o mtodo foi o supervisionado e o

algoritmo classificador foi o de rvore de deciso como destaca a Figura 08. Este um

tipo de classificador de mltiplos estgios que pode utilizar uma pilha de imagens

independentes do sistema de projeo (ENVI 2010). As regras de rvore de deciso

permitem classificar as imagens utilizando dados temporais, alm de derivadas de

MNT. No caso deste trabalho, o MNT utilizado na classificao teve que ser convertido

para o formato de bits (0 a 255) e os valores altimtricos relativizados utilizando

porcentagem. Assim, para os mapeamentos realizados para os anos de 1985, 1995 e

2010, foram utilizados tasseled cap de inverno, NDVI de inverno, as bandas 3, 4, 5 e 7

das imagens de inverno e o MNT, totalizando 10 componentes para a classificao, por

fim a arvore foi montada como ilustra a Figura 08.


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Figura 07 - Fluxograma para hierarquizao de legenda para mapeamento do uso da terra.

Figura 08legenda dos mapeamentos executadas por arvore de deciso.


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Pelo esquema proposto por Heymann, a bacia foi dividida em trs

grandes categorias: reas antrpicas, gua e as reas naturais.

Posteriormente, essas categorias deram origem a seis subcategorias de acordo

com sua ocupao. Dessas subcategorias, originaram-se dez classes de mapeamento,

definidas, como detalhado na Figura 07.

Destaque deve ser dado para o fato de que as reas classificadas como pastagem

abrangem reas cujo pasto se encontra perene, isto , reas em que a vegetao

apresenta-se, ou por fora de irrigao ou por conta do espcime ali plantado, verde

durante todo o ano. E, tambm, reas de pastagem seca e abandonada, alm de estradas

de difcil identificao a partir das imagens Landsat. Ou seja, a rea de pastagem na

verdade um mosaico destes sistemas de uso.

Outro ponto que merece destaque diz respeito s reas de solo exposto, indicadas

na Figura 07, como produto das reas de pastagem, minerao e urbano. Essa realidade

foi verificada atravs de viagens de campo, tendo em vista que as reas de solo exposto

ou eram precedidas das classes pastagem ou minerao, nos anos anteriores, que foram

abandonadas ou era resultado do avano do espao urbano sobre reas vegetadas para a

criao de loteamentos.

A expanso das reas urbanas, no somente das reas edificadas, mas, sobretudo,

ao preparo dos terrenos, como os desmatamentos anteriormente referidos deixam reas

com os solos expostos. No decorrer do tempo, os loteamentos que no foram ocupados

iniciaram um estgio de regenerao da vegetao, a qual apresenta uma vegetao

rasteira que, em nvel do sensor trabalhado, produz um nvel de confuso muito alto

com a classe pastagem.

A individualizao dessas classes muito complexa, ainda mais somada aos

usos urbanos como depsitos clandestinos de lixo, entre outros. Para no cometer um

erro grosseiro de apontar reas de pastagem dentro do permetro urbano, classe que noocorre neste ambiente, optou-se por denomin-la de outros, indicando usos urbanos

variados da terra.

Definidas as classes de mapeamento, foram coletadas amostras de cada uma das

classes, com o objetivo de treinar o classificador. As amostras foram coletadas com a

maior homogeneidade possvel entre elas e com o maior espaamento possvel, como

exemplifica a Figura 09.


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Figura 09Exemplo de distribuio amostral e classe mapeada na bacia do Rio Vieira

Posterior classificao das imagens, seguiram-se os procedimentos para a

validao dos mapeamentos. Os instrumentos para a validao dos mapeamentos foram

fornecidos pela matriz de confuso como a acuracidade geral e ndiceKappa.

A matriz foi elaborada com auxlio de produtos cartogrficos externos e a partir

da anlise de amostras de conjuntos de pixels distribudos pelos sistemas de uso da terra

de cada ano mapeado, como ilustra a Figura 10. Para o ano de 1985, setenta e trs

pontos amostrais foram colhidos, para o ano de 1995, oitenta e quatro pontos de

amostras foram testados, e para o ano de 2010, oitenta e dois pontos amostrais foram

checados.


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Figura 10distribuio espacial de pontos para a validao dos mapeamentos

A conferncia dessas amostras se deu da seguinte forma: os produtos

cartogrficos, resultado dos trabalhos de Carvalho e Scolforo (2006), Santo (2010) e

Leite (2011), serviram de plano de fundo para a avaliao. Carvalho e Scolforo (2006)

realizaram mapeamento e inventrio da flora nativa para o estado de Minas Gerais a

partir de imagens Landsat TM 5 de primavera, vero, outono e inverno. Os dados desse

mapeamento foram validados com trabalhos de campo os quais contavam com sobrevoo

de helicptero sobre as reas mapeadas. A aeronave contava com cmeras e receptores

GPS aclopados que georreferenciava e fotografava os locais para posterior checagem

em gabinete, a acurcia deste mapeamento, apresentada pelos autores, foi da ordem de

89%.

De forma semelhante Santo (2010) realizou mapeamento para a regio do Norte

de Minas Gerais para os anos de 1986 e 1996, utilizando imagens Landsat TM 5 de

primavera, vero, outono e inverno. Para a validao dos dados desse mapeamento, os


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autores utilizaram cartas de vegetao da regio do Rio So Francisco e fotografias

areas dos anos mapeados para a regio do So Francisco e do projeto Gorutuba,

apresentando uma acuracidade de 88% para este mapeamento.

J Leite (2011) realizou o mapeamento da rea de expanso da cidade de Montes

Claros para os anos de 1970, 1980, 1990, 2000 e 2005, a partir de fotografias areas e

imagens de alta resoluo (Ikonos e Quick Bird).

Esses materiais foram cedidos pelos autores na forma vetorial e em JPEG. No

passo seguinte, cada amostra (Figura 10) contendo um determinado nmero de pixel por

ano e por classe mapeada foi convertida para vetor (.shp) atravs da funo do ArcGis

9.3.1(ArcToolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Point).

Posteriormente, foi atribuda uma chave de identificao, a qual obedeceu

sequncia apresentada pela Figura 10, cerrado = 1, Eucalipto = 2...gua = 10, para cada

conjunto de amostra de pixel, atravs da funo do ArcGis 9.3.1 (Spatial Analyst >

reclassify).

Na sequncia, utilizando-se a mesma funo, atribui-se um valor numrico para

as classes dos mapeamentos externos. Depois, cada conjunto de pixels do presente

mapeamento interceptou um mapeamento externo, da seguinte forma: os mapeamentos

do ano de 1985 interceptaram os dados dos mapeamentos apresentados por Santo

(2010) e Leite (2011) referentes aos mapeamentos do ano de 1986 e 1980 destes

autores, respectivamente.

Os pixels resultantes do mapeamento realizado para o ano de 1995 interceptaram

os dados do mapeamento apresentado por Santo (2010) e por Leite (2011) para os anos

de 1996 e 1990, respectivamente. De forma semelhante, os dados do mapeamento do

ano de 2010 interceptaram os dados do mapeamento de Scolforo e Carvalho (2006) e

Leite (2011).

O processo de interceptao foi realizado a partir do ArcGis 9.3.1 funo(Analysis Tools > Overlay > Intersecct.) O resultado desta interseo uma tabela

contendo as chaves de identificao de cada pixel do mapeamento realizado neste

trabalho, mais a chave de identificao de cada mapeamento externo. De forma que na

primeira coluna da tabela constava a chave de identificao dos mapeamentos do

trabalho, na mesma linha, porm na segunda coluna, constavam as chaves de

identificao dos mapeamentos externos interceptados. Desta forma, foi possvel

identificar e contabilizar os conjuntos de pixels que apresentava incoerncia em relaoaos mapeamentos de referncia.


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Ateno deve ser dada para o fato de que os mapeamentos externos

contemplaram seis classes, so elas: cerrados e afins, floresta tropical caduciflia,

floresta tropical subcaduciflia, eucalipto, urbano e corpos dgua.

As reas de minerao, solo exposto, pastagem e outros no foram mapeados por

nenhum dos mapeamentos de referncia. Assim, no intuito de fornecer uma avaliao da

acuracidade desses sistemas de uso da terra, foram coletadas amostras diferentes das

amostras utilizadas para classificar as imagens de trabalho. A partir da, novas

classificaes foram geradas para essas classes, depois os mesmos procedimentos de

interseo foram realizados.

No passo seguinte, elaboraram-se as matrizes de confuso com os resultados das

intersees entre os pixels das imagens do presente trabalho e dos trabalhos de

referncia.

Moreira et. al. (2004), relembrando os escritos de Campbell (1987), argumenta

que a matriz de confuso identifica o erro global da classificao ou acuracidade geral,

bem como o erro entre cada classe, indicando erros de omisso e comisso. Os erros de

omisso podem ser entendidos como a omisso no mapa de uma determinada feio,

constatada em campo ou em um trabalho de referncia. Os erros de comisso so

descritos no mapa como uma atribuio, de uma determinada feio, a uma classe em

que a mesma no pertencente.

A Figura 11 ilustra a representao esquemtica da matriz de erros.

Figura 11Representao esquemtica de uma matriz de confuso.Fonte: adaptado de Moreira et.at. (2004)


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Para se obter a preciso global com base nesta matriz, basta dividir o somatrio

da diagonal pelo nmero total das amostras. No entender de Congalton e Green (1998),

uma melhor avaliao da acuracidade desta matriz deveria levar em conta todos os seus

componentes. Desta forma, os autores supracitados argumentam que o coeficiente

Kappa ou ndice pode revelar uma melhor estimativa sobre a acuracidade de um

determinado mapeamento, tendo em vista que nos clculos do coeficiente, equao 16,

so considerados todos os componentes da matriz.

(16)

Sendo que X so elementos da matriz de erro; r, o nmero de categorias

presentes na matriz de erro; Xii so os elementos da diagonal principal; Xi+ total da

linha para uma dada categoria informacional; e X+i total da coluna para uma dada

categoria informacional.

Congalton e Green (1998) alertam para o fato de que classificaes resultantes

de trabalhos de sensoriamento remoto so hierarquizadas de acordo com uma a variao

do coeficiente Kappa, de forma tal que, quando K for menor ou igual a 0,4, a

classificao tida como pobre, quando K for maior que 0,4 e menor ou igual a 0,8, aclassificao dita razovel, e quando K for maior que 0,8, a classificao tida como

excelente.

Por fim, com auxlio do programa Excel 2007, aplicou-se a equao 16 da qual

se obteve os valores de K para os mapeamentos do presente trabalho. Posteriormente, os

arquivos originrios das imagens classificadas foram convertidos para o formato

vetorial (shp), para posterior comparao com os mapas termais resultantes da aplicao

do algoritmo SEBAL.

2.2Mapeamento da temperatura e do albedo de superfcie

O meridiano central da bacia do Rio Vieirapossui valor de 43 53, isso significa

que estamos defasados, em relao a GMT, em 3 h aproximadamente. Conforme o

caberio das imagens, o horrio de passagem do sensor o mesmo horrio de GMT,

neste caso, os horrios, em GMT, foram ajustados para a hora local (horrio de


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Braslia), como mostra a tabela 03, no intuito de coletar os dados das estaes de

controle mais prximos do horrio de passagem do sensor.

Tabela 03 - Correo dos horrios de passagem do TM para a rea de estudo

Data da passagem dosensor

Tempo Central (GMT) Hora corrigida para a rea deestudo (Hora de Braslia)

28/8/1985 12h26min 09h26min

9/9/1995 11h58min 08h58min

17/8/2010 12h46min 09h46min

Esse procedimento se faz necessrio porque os dados de temperatura utilizados

para a calibrao do SEBAL foram obtidos a partir das estaes de controle, os quais

so corrigidos para a hora local nas datas correspondentes passagem do sensor sobreestas estaes.

Deve-se de

dissertação prof. manoel

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