geoprocessamento 2

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Disciplina: GeoprocessamentoDisciplina: Geoprocessamento

Comportamento Espectral dos AlvosComportamento Espectral dos Alvos

Objetivos

• Descrever a interação da radiação solar com o solo;

• Descrever a interação da radiação solar com a vegetação;

• Descrever a interação da radiação solar com a água.

Sumário• Introdução

Reflectividade de solos

• Desenvolvimento

Influência da água

Influência da granulometria

Influência da matéria orgânica

Influência da óxido de ferro

Aplicação Militar

• Conclusão

Relembrando...

AS PROPRIEDADES BÁSICAS NA INTERAÇÃO DOS MATERIAIS COM A RADIAÇÃO ÓPTICA SÃO A EMISSIVIDADE, REFLECTÂNCIA,ABSORTÂNCIA E A TRANSMITÂNCIA.

RAZÃO ENTRE A ENERGIA RADIANTE EMITIDA PELO MATERIAL CONSIDERADO E A ENERGIA RADIANTE EMITIDA POR UM CORPO NEGRO A MESMA TEMPERATURA.

RAZÃO ENTRE A ENERGIA RADIANTE ABSORVIDA E A ENERGIA RADIANTE INCIDENTE.

RAZÃO ENTRE A ENERGIA RADIANTE REFLETIDA E A ENERGIA RADIANTE INCIDENTE.

RAZÃO ENTRE A ENERGIA RADIANTE TRANSMITIDA E A ENERGIA RADIANTE INCIDENTE.

FATORES QUE INTERFEREM NO COMPORTAMENTO DO ALVO:

1- MÉTODO DE AQUISIÇÃO:

A- GEOMETRIA DE AQUISIÇÃO DE DADOS;

B-PARÂMETROS ATMOSFÉRICOS;

C-PARÂMETROS RELATIVOS AO ALVO.

GEOMETRIA DE AQUISIÇÃO DE DADOS

PARAMETROS ATMOSFÉRICOS

Umidade atmosférica: interfere na absorção da radiância na trajetória do fluxo entre a fonte e a superfície.Influência na concentração de aerossóis.

Presença de aerossóis: Quanto maior o aumento da concentração de aerossóis maior será o aumento do

espalhamento.

PARÂMETRO RELATIVOS AO ALVO

Influência da vizinhança: objetos com coeficiente maior de reflexão irão mascarar a resposta do alvo.

Interações da energia eletromagnética com a atmosfera.

Em contraste com o espalhamento, a absorção atmosférica resulta na perda efetiva de energia para os constituintes atmosféricos.

Vapor d’água, dióxido de carbono e ozônio são os constituintes atmosféricos mais eficientes na absorção de energia eletromagnética.

Estes gases tendem a absorver energia eletromagnética em específicas bandas do espectro, eles influenciam “onde nos olhamos espectralmente” com qualquer sistema de sensoriamento remoto.Janelas Atmosféricas: são regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera é

particularmente transmissiva a energia eletromagnética.

Atmosfera terrestre e sua interação com a radiação solar

Atmosfera terrestre e sua interação com a radiação Solar

• Troposfera

– 15 a 18km (equador), 2 a 8 km (polos)

– 80% da massa da atmosfera

– Chuva, vento, nuvens, neblina, neve, etc

– Temperatura diminui 6 graus a cada 1000 metros

– Limitada pela Tropopausa que “aprisiona” as moléculas de água

• Estratosfera

– Do final da tropopausa até 30km a partir da superfície

– Pouco oxigênio e sem umidade

– Temperatura aumenta com o aumento da altitude devido à absorção da radiação ultravioleta (UV) pela camada de ozônio

– Limitada pela Estratopausa


• Mesosfera

– Início logo após a Estratopausa e pode alcançar 80km a partir da superfície

– Rica em ozônio. A temperatura continua aumentando, podendo chegar a 10 graus centígrados aos 50km da superfície, voltando a decrescer acentuadamente até atingir –90 graus no topo da camada

– Do ponto de vista de SR é importante porque é nela que ocorre a absorção de quase todas as radiações ultravioleta

– Limitada pela Mesopausa

• Ionosfera

– Espessura aproximada de 600km

– Condutividade elétrica alta devido à ionização causada pela radiação ultravioleta

– Reflete ondas de rádio (curtas) permitindo comunicação à grandes distâncias


• Exosfera

– Zona mais externa da atmosfera

– Chega a 1000km de distância da superfície.

– Predominância do hidrogênio

– Temperatura varia de 2000 graus (dia) a –300 (noite)

Quando a radiação solar penetra na atmosfera terrestre, sofre uma forte atenuação devido à reflexão, o espalhamento, e a absorção pelos constituintes atmosféricos, por partículas dispersas e nuvens.

Interações da energia eletromagnética com a superfície terrestre

E ( ) = E ( ) + E ( ) + E ( )I R A T

E ( ) = E n erg ia re fle tid aR

E ( ) = E ne rg ia tran sm itidaTE ( ) = E n erg ia a bso rv id aA

E ( ) = E ne rg ia in c ide n teI

A radiação emitida ao incidir sobre a superfície de outra matéria pode ser refletida, absorvida ou transmitida. Quando absorvida, a energia é geralmente reemitida, em diferentes comprimentos de onda.

Geometria da energia refletida

A maneira como a energia é refletida depende da rugosidade da superfície dos objetos.

Refletores especulares são superfícies planas que refletem como espelhos, onde o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência.

Refletores difusos (ou lambertianos) são superfícies rugosas que refletem uniformemente em todas as direções.

Â n g u lo d e in c id ên c ia

Â n g u lo d e re flex ã o

R efle to resp ecu la r

id ea l

R efle to resp ecu la r

q u a se p er fe ito

R efle to rd ifu so q u a se

p er fe ito

R efle to rd ifu soid ea l

(su p er fíciela m b ertia n a )

A distribuição da energia solar na superfície terrestre é influenciada por:

• espalhamento atmosférico por moléculas e particulados,

• absorção gasosa (7 gases na região de 0.4 a 2.5 µm)– Vapor d’água (H2O), – Dióxido de carbono (CO2), – Ozônio (O3),– Óxido nitroso (N2O), – Monóxido de carbono (CO), – Metano (CH4), e

– Oxigênio (O2)

Efeitos Atmosféricos

Absorção por Vapor D´água

• Fortes bandas de absorção em 1.45 e 1.95 µm completamente atenuam a energia solar e faz com estes comprimentos de ondas não tenham utilidade para estudos da superfície terrestre a partir do espaço.

• Absorções por vapor d´água também causam um impacto significativo no infra-vermelho próximo.

• O efeito da atmosfera na resposta Visível e NIR para alvos da superfície depende da influência (contribuição) relativa da atenuação e "path radiance".

• A atmosfera tende a tornar superfícies escuras mais brilhantes e superfícies claras mais escuras.

Efeitos Combinados da Atmosfera…

Comportamento Espectral dos Alvos

1 - água

2 - vegetação

3 - solo

Fundamentos

• Fatores dominantes para a resposta dos alvos:

– No sensor:

• Banda (comprimento de onda)

– No alvo:

• Tipo de material

• Conteúdo de umidade

– Outros:

• Horário de coleta

• Atmosfera

• Clima

• Época do ano

• Localização geográfica

Feições Básicas

• Vegetação

• Solo

• Água

Considerações

• Tipos de vegetação (grama, vegetação alta, vegetação baixa, cerrado), podem ser distinguidos pelas suas características espectrais

• Solo exposto, superfícies metálicas, telhados e asfalto apresentam padrões de resposta similar, mas podem ser distinguidos em determinadas bandas

• Vegetação rasteira e corpos d’àgua túrbidos tendem a imitar o padrão de resposta do solo

Considerações

• Visível: boa distinção entre as feições básicas

• IR Próximo: melhor faixa para distinguir vegetação de outas feições e entre espécies de vegetação

• IR Médio: sensível ao conteúdo de umidade de todas as feições e ao conteúdo mineral do solo

COMPORTAMENTO DA REFLECTÂNCIA DOS ALVOS NATURAIS TERRESTRES

.4 .5 .6 1,0 1,5 2,0 2,5

.4 .5 .6 1,0 1,5 2,0 2,5

.4 .5 .6 1,0 1,5 2,0 2,5

.4 .5 .6 1,0 1,5 2,0 2,5

OS ESPECTROS DE REFLECTÂNCIA DOS MATERIAIS SÃO A BASE PARA A

INTERPRETAÇÃO ESPECTRAL DAS IMAGENS MULTI E HIPERESPECTRAIS DE S.R.

ROCHA

VEGETAÇÃO

SOLO

ÁGUA

Vegetação

Água de R io Turvo

Solo Arg iloso

Solo A renoso

Água de R io Lím pido

C O M P R IM EN TO D E O N D A (M IC R O M E TR O S)

50

40

REFLECTÂNCIA

(% )

30

20

10

0

Visível IV P róxim o.4 .5 .6 .7 .8 .9 1.0 1 .1 1.5 1.6 1 .7 1.8

IV M édio IV M édio IV Term al8.0 9.0 10 .0 11.0 12 .0 13 .0

.5 .6 .7 .8 1.1

4 5 6 7

8.0 12.6

8 (apenas LA N D S AT 3)M SS (LANDS AT 1,2,3,4 e 5)

.45 .52 .6

1 2

.76 .9

3 4 TM (LANDSAT 4 e 5)

1.55 1 .75

5

2.08 2.35

7

10.3 12.5

6

.48 .52 .68 .69 .83

1 2 3 R B V (LAN D SAT 1 e 2)

.51 .75

R B V (LAN D SAT 3 )

X S

P

S PO TResposta espectral dos alvos

naturais


Comportamento Espectral do Solo

O comportamento espectral do solo é afetado por diversos fatores dentre os quais destacam-se:

• a cor do solo,

• o tipo do solo (latossolo, litossolo, podzólico),

• o teor de matéria orgânica nele presente,

• o teor de ferro,

• a composição mineralógica do solo (presença ou ausência de minerais escuros),

• o teor de umidade

• a sua textura (distribuição de tamanho das partículas presentes no solo, ou proporção de argila, silte e areia).


O aspecto mais complexo no estudo e compreensão do comportamento espectral do solo, é que em laboratório nós podemos isolar esses componentes, e estudar seu efeito sobre a resposta espectral do solo.

Mas na natureza, esses componentes encontram-se inexoravelmente relacionados, reforçando o efeito sobre o outro, outras vezes, anulando. Via de regra, entretanto, de modo idealizado, podemos dizer que a reflectância do solo aumenta monotonicamente com o comprimento de onda.

Para solos com a mesma composição mineralógica, a tendência é a redução da reflectância com o aumento do tamanho das partículas.


Reflectância espectral de solo (Epiphanio et al., 1992).

COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ROCHAS

Mineral Fórmula Centro da banda nm

Hematita x-Fe2O3 850

Goethita x-FeOOH 650 900-940

Limonita 2Fe2O3 3H2O) 650 900-940

hematita

goethita

limonita

.5 .6 .7 .8 .9 1.0 1.1 1.2 1.3 µm

Re

flect

ân

cia

(%

)

EXEMPLOS ESPECTROS DE ROCHAS

granito

calcário

basalto

xisto

0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5 µm

Ref

lect

ânci

a (%

)

ESPECTROS MINERAIS COMUNS ROCHAS DE ALTERAÇÃO HIDROTERMAL

SENSOR ASTER

Banda Compr. Onda

4 1,60 - 1,70

5 2,145 - 2,185

6 2,185 - 2,225

7 2,235 - 2,285

8 2,295 - 2,365

9 2,360 - 2,430

UMIDADE

RUGOSIDADE

GEOMETRIA DE PLANTIO

( plantações em curvas de nível X plantações de cana )

Influência da ÁguaInfluência da Água

Uma alta umidade do solo é caracterizada, em todos Uma alta umidade do solo é caracterizada, em todos os comprimentos de onda, por valores baixos de os comprimentos de onda, por valores baixos de reflexão, pois o índice de refração nas áreas frontais da reflexão, pois o índice de refração nas áreas frontais da interface água/partícula é menor que o índice de interface água/partícula é menor que o índice de refração nessas áreas em solos secos. Em aerofotos e refração nessas áreas em solos secos. Em aerofotos e imagens de satélite, os solos úmidos são imagens de satélite, os solos úmidos são caracterizados por tons de cinza mais escuros, o que caracterizados por tons de cinza mais escuros, o que significa uma reflectividade menor.significa uma reflectividade menor.

As faixas de absorção da água (1,4 mm e 1,9 mm) servem para determinar a quantidade de água no solo. As bandas de absorção da água nas curvas espectrais dos solos úmidos são diferentes daquelas nas curvas dos mesmos solos no estado seco

Refletividade de um solo argiloso no VIS, NIR e MIR em dependência da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p. 50;

Lowe, 1969).

Refletividade de um solo de areia no VIS, NIR e MIR em dependência da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p. 50;

Lowe, 1969).

Reflectividade de um solo argila no VIS e NIR em função da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p.38; Condit, 1970).

Reflectividade de um solo laterítico no VIS e NIR em função da umidade (Fonte: Kronberg, 1984, p.38; Condit, 1970).

Fatores que afetam a reflectância dos solos

1. Umidade (maior umidade causará uma menor reflectância através da porção refletida do espectro eletromagnético);

2. Conteúdo de matéria orgânica (um aumento em matéria orgânica causará uma diminuição da reflectância);

3. Quantidade de óxido de ferro (um aumento em óxido de ferro causará uma diminuição de reflectância);

4. Porcentagem relativa de argila, silte e areia (uma diminuição do tamanho das partículas aumentará a reflectância);

5. Características de aspereza da superfície dos solos (uma diminuição na aspereza da superfície causará um aumento do nível de reflectância).


• Óxidos de Ferro– Em geral, os óxidos de ferro absorvem bastante a energia

eletromagnética da região do infravermelho próximo (com máximo de absorção em torno de 900 nm). A quantidade de energia absorvida depende da quantidade do óxido de ferro. Assim, para solos contendo maiores teores de óxidos de ferro, como os Latossolos Ferríferos e os Latossolos Roxos, os espectros de energia refletida, principalmente, na região do infravermelho próximo, são bastante atenuados em razão da presença do óxido de ferro, que sobrepuja as influências dos demais parâmetros do solo.


•Matéria Orgânica–A composição e o conteúdo de matéria orgânica no solo são reconhecidamente fatores de forte influência sobre a reflectância dos solos. À medida que o teor de matéria orgânica aumenta, a reflectância do solo decresce no intervalo de comprimento de onda de 400 a 2500 nm.

–Quando o teor de matéria orgânica no solo excede a 2,0 %, ela desempenha um papel importante na determinação das propriedades espectrais do solo. Quando o teor é menor de 2,0%, outros constituintes do solo passam a ser mais influentes no comportamento espectral do solo do que a matéria orgânica.

–Na Figura ao lado são mostradas três curvas espectrais, obtidas de solos com materiais orgânicos em diferentes estádios de decomposição; ou seja, materiais sápricos (altamente decompostos), materiais hêmicos (moderadamente decompostos) e materiais fíbricos (fracamente decompostos).


•Rugosidade e Formação de Crosta Superficial

–Logo nas primeiras pesquisas sobre sensoriamento remoto em solos, foi possível reconhecer a presença de formação de crostas superficiais em áreas desnudas, pela diferença no comportamento espectral dessas áreas em relação às adjacentes do mesmo tipo de solo. A formação de crosta faz com que solos úmidos apresentem um comportamento espectral de solo seco. Solos com presença de crosta apresentam maiores valores de reflectância na região espectral de 430 a 730 nm, em relação àqueles cujas crostas foram desfeitas. Este fato foi mais tarde evidenciado em estudos sobre identificação e mapeamento de solo preparado para plantio, na região de Ribeirão Preto, SP.

–Nestes estudos foram utilizados dados do MSS (Multispectral Scanner Sensor) do Landsat, bandas 6 e 7 (visível e infravermelho próximo) e fotografias aéreas falsa cor, escala aproximada 1:20.000. Durante as fases de interpretação dos dados de satélite e de fotografias aéreas, os autores notaram que certas áreas preparadas para plantio apresentaram, nos dados do Landsat (banda 4) dois tons de cinza bastante distintos: um bem escuro, proveniente da maior absorção da radiação nesta faixa, pela presença de óxido de ferro e outro mais claro, embora fosse o mesmo solo. Após a verificação de campo, constataram a presença de crostas no solo exatamente onde a tonalidade de cinza era mais clara. Neste caso, a formação de crostas estava associada à diferença de tempo entre o preparo do solo, nestas áreas, e o período de coleta dos dados do satélite.

–Por outro lado, durante o preparo do solo, principalmente no período de aração, é comum a formação de torrões. Este fato, gera sobre o solo uma certa rugosidade do terreno, o que se pressupõe interferir na reflectância do mesmo. Essa rugosidade pode causar efeitos tanto de espalhamento como de sombreamento.


•Umidade do Solo

–Solos úmidos, em geral, apresentam uma reflectância menor que os secos, na faixa de comprimento de onda de 400 a 2600 nm. Para ilustrar, na figura ao lado são mostrados várias curvas espectrais de solos contendo diferentes porcentagens de água. É possível observar ainda que todas elas apresentam bandas de maior absorção pela água em 1400 nm, 1900nm e 2200 nm.


•Distribuição do Tamanho de Partículas–Os solos são formados por partículas de diferentes tamanhos. Entretanto, a caracterização textural de um solo é feita em função das frações areia, silte e argila. Observando os valores de areia (2 a 0,05 mm), silte (0,05 a 0,002 mm) e argila (< 0,002 mm), nota-se que cada uma dessas frações pode estar no solo em diferentes tamanhos compreendidos nestes intervalos, consequentemente, um solo pode apresentar reflectância espectral diferente de outro solo da mesma classe por dois motivos: concentração e tamanho das partículas que compõem os solos.

–Por outro lado, o arranjo físico e a agregação dessas partículas proporcionam ao solo uma estrutura. A textura e a estrutura são responsáveis pela quantidade e tamanho dos espaços porosos no solo, que são ocupados pela água e o ar. No caso de um solo ideal para cultivo, sem problema com excesso de umidade, o ar ocupa os poros maiores que 5 mm e a água poros menores que 5 mm.

–A fração argila é a mais ativa quimicamente e pode ser constituída por minerais secundários, como a caulinita, montmorilonita e por sesquióxidos de alumínio e ferro.

–Nota-se que cada constituinte do solo interage com a radiação eletromagnética, diferentemente do outro. Porém, é sempre bom lembrar que no solo esses minerais não ocorrem isoladamente e, sim, formando o complexo solo. Desta forma, fica evidente que a energia refletida por um solo é a soma integrada de todas as energias refletidas pelos diferentes componentes do solo.

SOLO

*O EFEITO DA ÁGUA NOS SOLOS CAUSA A ABSORÇÃO DE COMPRIMENTOS DE ONDA CENTRADAS em:

760nm, 970nm, 1190nm, 1450nm e 1940nm.

*PORÇÃO MAIOR DA ENERGIA PERMANECE NO SOLO ( REFLEXÃO)

GRANULOMETRIA

*RELAÇÃO INVERSA DE TAMANHO DAS PARTICULAS E REFLECTÂNCIA.

Influência da Granulometria

Um solo pode apresentar reflectância espectral diferente de outro solo da mesma classe por dois motivos: concentração e tamanho das partículas que compõem os solos.

Influência da Granulometria

•Em solos com grãos finos, boa parte da luz é refletida antes que as absorções ocorram, resultando em espectros de reflectância com fracas feições de absorção e com um albedo contínuo e elevado.

•Amostras com tamanhos de grãos maiores mostram bandas de absorção mais pronunciadas.

•VEGETAÇÃO

Vegetação

• Região do Visível

• Região do Infravermelho Próximo

• Região do Infravermelho de Ondas Médias

O que mais influencia na reflectância

espectral

• Influência do solo

• Interação REM x Dosséis vegetais

• Interação da Rem x Folhas

• Efeitos de Estress

Comportamento Espectral de Alvos

Os objetos da Terra apresentam um comportamento espectral muito variado.

Dois alvos de natureza similar podem ter comportamento espectral diferente.

Ex. Árvore seca e árvore sadia.

Estudando a variação da resposta espectral de diferentes tipos de vegetação pode-se identificar suas características comuns e ainda comparar o comportamento espectral típico da vegetação com os de outros alvos

VEGETAÇÃO:

a)Fonte de radiação

b)Atmosfera

c)Dossel

d)Solo

e)Detector

A)FONTE DE RADIAÇÃO:

NORMALMENTE A FONTE DE RADIAÇÃO É O SOL.

B)ATMOSFERA

ABSORÇÃO DE DIVERSOS COMPRIMENTOS DE ONDAS

C)DOSSEL:

GEOMETRIA DO PLANTIL,TEMPERATURA,VELOCIDADE DO VENTO E PRECIPITAÇÃO

D)SOLO

RUGOSIDADE SUPERFICIAL, TEXTURA E UMIDADE

Fatores que afetam a reflectância da vegetação

• Fatores Morfológicos

– Densidade da cobertura vegetal

– Densidade de plantio

– Largura da folha

– Distância entre folhas

– Inserção foliar

• Fatores Fisiológicos

– Idade da planta

– Déficit Hídrico

– Tipo e espessura das folhas

– Nutrientes

– Conteúdo de água na folha

1. Reflectância efetiva de fundo (background,

solo, rocha, folhas mortas, sombra)

2. Ângulo de iluminação solar

3. Azimute do sol

4. Ângulo de visada

Fatores que afetam a reflectância da vegetação

Outros fatores

COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA VEGETAÇÃO

A REFLECTÂNCIA DA VEGETAÇÃO É CONTROLADA PELA COMPOSIÇÃO INTERNA DA FOLHA E PELA ESTRUTURA DO DOSSEL

A FOLHA É O COMPONENTE DA VEGETAÇÃO QUE TEM MAIOR INTERAÇÃO (TANTO EM ÁREA COMO EM INTENSIDADE ) COM A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA INCIDENTE

Região do Visível

• O comportamento da reflexão é determinado pela clorofilaclorofila

• A absorção encontra-se no intervalo da luz azul (0,4 - 0,5 mm) e da luz vermelha (0,6 - 0,7 mm); enquanto reflete no intervalo da luz verde (0,5 - 0,6 mm).

Região do Infravermelho Próximo (0,7 - 1,3 mm)

•Depende do tipo de planta•A radiação é refletida em uma proporção de 30 a 70% dos raios incidentes•As superfícies das folhas e os pigmentos são transparentes para esses comprimentos de onda. •As plantas perdem a capacidade de absorver fótons nesse espectro•O mínimo de reflexão neste comprimento de onda é causado pela mudança do índice de refração nas áreas frontais de ar/célula do mesófilo.

SEÇÃO DE CORTE DA FOLHA

Trajetória dos raios na estrutura interna da folha

Múltiplas reflexões e refrações devido descontinuidades dos índices de refração entre o ar (ir=1,0) e as paredes celulares

hidratadas (ir=1,4)

Mesófilo fotossintético : arranjo de células que formam o parênquima

(seiva + protoplasma)

Região de espaços intercelulares

O2 CO2 H2O

Região do Infravermelho de Ondas Médias (acima de 1,3 mm)

• O conteúdo de água das folhas influencia a interação com a radiação.

• A água dentro da folha absorve especialmente nas bandas em torno de 1,45 mm e 1,96 mm.

• Uma folha verde caracteriza-se pela reflexão semelhante a de uma película de água.

• Portanto, a maior influência na reflectância espectral nessa faixa é a Água.

REFLECTANCIA DA FOLHA

CLOROFILA (65%) CAROTENO (6%) XANTOFILA (29%)

0,4 0,7

Conteúdo água

Estrutura celular

Pigmentos

H2O

H2O

60

30

10

Ref

lect

ânci

a %

0,7 1,3 1,3 2,5 µmVisível Infravermelho infravermelho ondas próximo curtas

EFEITO DA ABSORÇÃO DOS PIGMENTOS DA FOLHA

Sem pigmento

Antocianina

Clorofila

Antocianina

+ clorofila

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 µm

70

60

50

40

30

20

10

Ref

lect

ânci

a %

SELEÇÃO DE BANDAS ESPECTRAIS

1 2 3 4 5 7

VEGETAÇÃO ROCHA COM FERRO

ROCHA COM CARBONATO ROCHA COM HIDROXILA

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 µm

10

20

30

40

50

60

Reflect

ânci

a (

%)

BANDAS DO SENSOR ETM DO LANDSAT-7


Curvas espectrais de alguns alvos terrestres


Características espectrais da vegetação:

– a curva de referência é associada às características das folhas

– grande absorção em torno dos comprimentos de onda de 0,45 e 0,65 m (azul e vermelho)

– grande reflectância na região do infravermelho próximo


Os principais aspectos relacionados ao comportamento espectral da folha, em cada uma destas regiões são:

a) região do visível: Nesta região os pigmentos existentes nas folhas dominam a reflectância espectral. Estes pigmentos, geralmente encontrados nos cloroplastos são: clorofila (65%), carotenos (6%), e xantofilas (29%). Os valores percentuais destes pigmentos existentes nas folhas podem variar grandemente de espécie para espécie. A energia radiante interage com a estrutura foliar por absorção e por espalhamento. A energia é absorvida seletivamente pela clorofila e é convertida em calor ou fluorescência, e também convertida fotoquimicamente em energia estocada na forma de componentes orgânicos através da fotossíntese;


b) região do infravermelho próximo: Nesta região existe uma absorção pequena da REM e considerável espalhamento interno na folha. A absorção da água é geralmente baixa nessa região. A reflectância espectral é quase constante nessa região. Gates et al. (1965) determinou que a reflectância espectral de folhas nessa região do espectro eletromagnético é o resultado da interação da energia incidente com a estrutura do mesófilo. Fatores externos à folha, como disponibilidade de água, por exemplo, podem causar alterações na relação água-ar no mesófilo, podendo alterar a reflectância de uma folha nesta região. De maneira geral, quanto mais lacunosa for a estrutura interna foliar, maior será o espalhamento interno da radiação incidente, e conseqüentemente, maior será também a reflectância;

c) região do infravermelho médio: A absorção devido à água líquida predomina na reflectância espectral das folhas na região do infravermelho próximo. Considerando a água líquida, esta apresenta na região em torno de 2000 nm, uma reflectância geralmente pequena, sendo menor do que 10% para um ângulo de incidência de 65o e menor do que 5% para um ângulo de incidência de 20o. A água absorve consideravelmente a REM incidente na região espectral compreendida entre 1300 nm a 2000 nm. Em termos mais pontuais, a absorção da água se dá em 1100 nm; 1450 nm; 1950 nm; 2700 nm e 6300 nm.

•ÁGUA


Comportamento Espectral da água

De maneira geral, a água apresenta alta absortância.

A água absorve toda a energia solar incidente em comprimentos de onda superiores a 0,7 m, propriedade importante no mapeamento de corpos d’água utilizando o infra-vermelho.

Fatores que alteram a resposta espectral da água:

• Sedimentos em suspensão:

– a turbidez da água aumenta a reflectãncia de corpos d’água

• Clorofila:

– Aumenta a reflectância principalmente no verde até o vermelho

ÁGUA

A RADIAÇÃO QUE CHEGA DA ÁGUA É ORIGINÁRIA DE QUATRO MODOS:

1)PELA REFLEXÃO DO FLUXO DE RADIAÇÃO DIRETA DO SOL

2)PELA REFLEXÃO DO FLUXO DE RADIAÇÃO DIFUSA QUE ATINGE A ÁGUA

3)PELO FLUXO ESPALHADO PELA ATMOSFERA

4)PELO FLUXO QUE É ESPALHADO NO INTERIOR DO VOLUME D’ÁGUA E EMERGE DA AGUA APÓS ATRAVESSAR A INTERFACE ÁGUA/AR.

*APENAS O ULTIMO CONTÉM INFORMAÇÕES SOBRE A COMPOSIÇÃO DO MEIO AQUÁTICO

Fatores que afetam a reflectância da água

• A reflectância da água do rio Tietê é típica de água com elevada concentração de material inorgânico em suspensão, com acentuada reflectância na faixa do vermelho, indicando baixa absorção da energia nesta região espectral.

• A água do rio Piracicaba apresenta uma reflectância bastante baixa, com pico de máxima reflectância na região do verde (± 23%). Este fato, é um indicador forte da presença de material orgânico em suspensão.

• A reflectância da água, obtida no corpo central do reservatório de Barra Bonita, onde as águas dos dois rios já estão misturadas, mostra claramente a transição entre os dois espectros anteriores.

ÁGUAÁGUA

neve

nuvem

água turva

água limpa

500 1000 1500 2000 2500 nm

15

20

60

80

Refl

ectâ

ncia

(%

)

H2O

H2O

SEDIMENTO EM SUSPENSÃO

400 500 600 700 800 900 1000 nm

0

35

105

210

350

590

0

2

4

6

8

10

Mg/L

Refl

ectâ

ncia

(%)

R E S P O S T A S

E S P E C T R A I S

RESPOSTAS ESPECTRAIS

Números Digitais ou ND

RESPOSTAS ESPECTRAIS Energia Refletida pela Água


Energia Refletida pelo Solo


Energia Refletida por Feições Mistas


Interpretação Digital da Imagem

Comprimento de Onda (nm)

400 800 1200 1600 2000 2400

Ref

lect

ânci

a

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8SoloVeg.

Ve

rme

lho

NIR

SW

IR


Brasilia National Park

La

nd

sa

t T

MComportamento Espectral de Alvos

Brasilia National Park

Wavelength (nm)

400 800 1200 1600 2000 2400

Ref

lect

ance

Fac

tor

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5Cerrado Grassland (52o, n=64)Scrub Cerrado (55o, n=86)Wooded Cerrado (49o, n=56)Cerrado Woodland (50o, n=56)Gallery Forest (41o, n=67)Pasture (54o, n=56)

Espectro Eletromagnético - REM

NomeIntervalo Espectral

Fonte de Radiação

Propriedade Medida

Fenômeno

Visível 0,4 - 0,7 Sol Reflectância Absorções

Infravermelho próximo 0,7 - 1,1 Sol ReflectânciaAbsorções / Vibrações

Infravermelho de ondas curtas1,1 - 1,35 1,4 - 1,8 2,0 - 2,5

Sol Reflectância Vibrações

3,0 - 4,0 Sol Reflectância Vibrações

4,5 - 5,0Corpos terrestres de altas temperaturas

(incêndio)Temperatura Emissão

Infravermelho termal8,0 - 9,5 10 - 14

Terra Temperatura Emissão

Terra (passivo) "Backscatter" Rotação

Artificial (ativo) "Backscatter" Rotação

Infravermelho médio

Microondas (radar) 1mm - 1m

Comportamento Espectral de Alvos“Bandas Espectrais”

Landsat 7 – Banda 1Landsat 7 – Banda 2Landsat 7 – Banda 3Landsat 7 – Banda 4Landsat 7 – Banda 5Landsat 7 – Banda 7Landsat 7 – RGB 4,5,3Landsat 7 – RGB 5,4,3Landsat 7 – RGB 5,4,7Landsat 7 – RGB 3,2,1

Aerosol, gases, moléculas

Substrato

Dossel

Atmosfera

Nuvens

Sensoriamento Remoto: “Problemas...”

zexo

sensoraparente E

L

cos

SuperfícieSuperfície

20 km

2-3 km

8 kmOO22, CO, CO22,,

GasesGasesTraTraçosços

Moléculas (Espalhamento Moléculas (Espalhamento RayleighRayleigh))

HH22O, AerossólsO, Aerossóls

TroposféricosTroposféricos

Ozone, AerossólsOzone, AerossólsEstratosféricosEstratosféricos

Poeira do Sahara sobre as Ilhas CanáriasSeaWiFS (Março, 1998)

Plumas de Fumaça no México SeaWiFS (Junho, 1998)

geoprocessamento 2

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