Características do saldo de radiação na Amazônia Ocidental

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1 Características do saldo de radiação na Amazônia Ocidental Ana Paula Nunes da Silva 1, Ana Claudia Villar e Luna Gusmão 1, Nilzele de Vilhena Gomes 1, Bernardo Barbosa da Silva 1, Geber Barbosa de Albuquerque Moura 2 1 Departamento de Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande PB, Bra. apns@ymail.com; aninhavillar@hotmail.com; nevoa2002@hotmail.com, bernardo@dca.ufcg.br 2 Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife PE, Bra. geber@depa.ufrpe.br ABSTRACT: This study it objectified esteem albedo, the normalized difference index vegetation (NDVI) and the net radiation to the landscape (Rn) using Thematic Mapper (TM) sensor of LANDSAT 5 satellite for the region the northwest of the capital of the Acre. For the accomplishment of the study a orbital image of the Landsat 5-TM satellite was used, in orbit 2 and point 67, in day 18/08/2008. The geometric corrections for the image had been carried through, after that then the albedo, NDVI and net radiation maps had been generated. The esteem values of the Rn had presented values that had varied between 200 and 456,6 W m -2, being the biggest values found in the interior and the River Acre bank and too much water recourses bodies gifts in the analyzed area. Palavras-chave: índice de vegetação, Landsat 5-TM, SEBAL 1. INTRODUÇÃO A utilização do sensoriamento remoto e as técnicas de geoprocessamento vêm sendo usado em diversas áreas da pesquisa, principalmente no monitoramento ambiental do Brasil, principalmente pela grande extensão territorial do país que dificulta a realização de pesquisas in loco, prejudicando um monitoramento continuo de áreas passíveis ao desmatamento e mudança de vegetação. A quantificação das taxas de fluxos de energia, em diferentes regiões da Amazônia, pode contribuir para facilitar a construção de modelos válidos para prognosticar mudanças, que podem ocorrer na Terra (ANDRADE et al., 2009). Existem vários algoritmos utilizados para o cômputo do NDVI e da reflectância através das bandas espectrais dos sensores instalados nos satélites. O SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) foi proposto por Bastiaanssen (1995) e t em sido aplicado em diferentes países e em áreas irrigadas da região semi-árida do Nordeste brasileiro para estimar o NDVI e a reflectância. Silva et al. (2005) e Di Pace et al. (2008) obtiveram através deste algoritmo o balanço de radiação à superfície. Mendonça (2007), usando o algoritmo SEBAL para área de plantação de cana-de-açúcar, observou valores de correlação superiores a 95%, quando comparada a metodologia de estimativa de albedo com dados medidos em campo. De acordo com Leivas et al. (2007) a obte nção do balanço ou saldo de radiação a superfície (Rn) e de suma importância para a agricultura, pois e uma variável básica na estimativa da evapotranspiração (ET) e no cálculo do Balanço Hídrico, que são essenciais para a utilização racional dos recursos hídricos. O saldo de radiação é a quantidade de energia que sobra na superfície e que será utilizada nos processos de aquecimento do ar e do solo, na fotossíntese e como calor latente. Giongo (2008) comparou a metodologia proposta pelo SEBAL para estimar o balanço de radiação com dados de uma estação de superfície, em área irrigada no município de Santa Rita do Passa Quatro (SP) e, verificou que o algoritmo apresentou valores consistentes e satisfatórios para a aplicação, obtendo correlações acima de 98% entre os dados medidos e estimados.

2 O presente estudo tem como objetivo avaliar o comportamento espacial do albedo, NDVI e Saldo de Radiação em uma área situada na Amazônia Ocidental, nos arredores do município de Rio Branco. 2. METODOLOGIA O Município de Rio Branco se localiza sob as coordenadas S, W, com altitude de 153 metros. Rio Branco situa-se em ambas as margens do Rio Acre, sua topografia à direita é formada por imensa planície de aluvião, enquanto que o solo na margem esquerda caracteriza-se por sucessão de aclives suaves. O período chuvoso compreende os meses de outubro a abril, o período seco de junho a agosto e os meses de maio e setembro são caracterizados como meses de transição entre as estações (DUARTE, 2006). Sua vegetação natural é composta basicamente por floresta tropical aberta (baixos platôs e aluvial). O retângulo selecionado para estudo possui as seguintes coordenadas: canto superior esquerdo (longitude 67º W, 09º S) e canto inferior direito (longitude 67º W, 09º S). Na Figura 1 está representada a área estudada, resultante de uma composição RGB das bandas 3, 4 e 5 do Landsat 5 TM. Figura 1. Área selecionada para a pesquisa no Estado do Acre A imagem foi adquirida junto ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), órgão ligado ao Ministério da Ciência e Tecnologia, na órbita 2, ponto 067, no dia 18/08/2008, obtida no período seco da região, para que se possa verificar como a expansão territorial afetou no albedo, no índice de vegetação e no saldo de radiação desta parte da Amazônia. O sensor TM mede a radiância espectral dos alvos e os armazena na forma de níveis de cinza, ou intensidade do pixel, ou ainda número digital (ND), cujos valores variam de 0 a 255 (8 bits), tendo uma resolução espacial de 30m nas bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7, e uma resolução espacial de 120m na banda 6. Dessa forma, para a visualização e realização de operações matemáticas intra e inter bandas, recortes, classificação, e outras operações, foi utilizado o software ERDAS Imagine 8.7. Para o processamento das imagens são desenvolvidos modelos matemáticos através da ferramenta Model Maker do ERDAS Imagine 8.7. As calibrações das imagens, bem como a radiância espectral, cálculo da refletividade e albedo planetário foi obtido conforme procedimentos descritos em GIONGO et al. (2010). Após a obtenção do albedo planetário fez-se o cômputo do albedo da superfície segundo proposta de ALLEN et al. (2007), pela Equação 1. toa p 2 em que sw αp (1) é a da radiação solar refletida pela atmosfera, que varia entre 0,025 e 0,04, mas para o modelo SEBAL é recomendado o uso do valor de 0,03, com base em Bastiaanssen

3 (2000) e τsw é a transmissividade atmosférica que para condições de céu claro, pode ser obtida por Allen et al. (2002) através da Equação 2. 5 τ sw 0, z (2) em que z é a altitude de cada pixel (m). O Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) foi o btido através da razão entre a diferença das refletividades do Infra-vermelho-próximo ( iv ) e vermelho ( v ), pela soma das mesmas, de acordo com a Equação 3. iv v NDVI (3) iv v em que iv e v correspondem, respectivamente, as bandas 4 e 3 do Landsat 5 - TM. As cartas de emissividades, temperatura de superfície, radiação de onda curta e longa incidente e radiação de onda longa emitida, foram obtidas segundo procedimentos bem descritos em Silva et al. (2005). 2 O saldo de radiação à superfície Rn ( Wm ) é computado utilizando-se a Equação do balanço de radiação à superfície (Equação 4). Rn R R R R ( 1 ) R (4) onde s s o R é a radiação de ondas curtas incidente, é o albedo corrigido de cada pixel, R s a radiação de onda longa emitida pela atmosfera na direção de cada pixel, onda longa emitida por cada pixel e o é a emissividade de cada pixel. R é é a radiação de 3. RESULTADOS Na Figura 2 encontra-se a carta de albedo, percebe-se que há uma pequena área de solo exposto (com valores acima de 28%), havendo p redominância de floresta em grande parte da área analisada, a qual possivelmente devido a sua coloração escura reflete menos energia e por esse motivo a carta de albedo apresenta um maior número de pixels com valores próximos a zero, como pode ser visto no histograma mostrado na Figura 3. Os valores de albedo oscilaram entre 4,5% e 79,6%, com valor médio de 19,0%. Os valores mais baixos correspondem ao curso d água presente na imagem estudada. Figura 2. Carta de albedo para a área analisada em níveis de cinza e em composição colorida Pelo histograma da Figura 3, vêem-se dois valores modais, este fato revela a predominância de dois tipos superfície na área analisada: Floresta e solo com vegetação rasteira ou nu. Na Figura 4 encontram-se as cartas de NDVI os níveis de cinza mais escuros promulgam valores que representam o maiores índices de vegetação como se pode observar na carta de NDVI em composição colorida, enquanto os níveis de cinza mais claros representam baixos índices de vegetação, representando o perímetro urbano de Rio Branco, bem como áreas classificadas como sendo de solo desprovido de vegetação.

4 Freqüência Freqüência Albedo (Wm-2sr-1μm-1) A Figura 3. Histograma dos valores de albedo (A) e Saldo de radiação (B) Rn (W m -2 ) B A Figura 4 corrobora com a carta de albedo, revelando uma maior área com índice de vegetação alto devido aos baixos valores de albedo. Percebe-se que as áreas de baixo albedo são as referentes aos maiores índices de vegetação, este fato ocorre, pois a vegetação absorve a radiação, apresentando baixa reflectividade. O índice de vegetação apresentou valores entre -1,00 e 0,86, apresentando duas classes modais (0,62 e 0,73), indicando a predominância de dois tipos de vegetação na área, em conformidade com o que foi analisado anteriormente em relação ao albedo. Os valores negativos do NDVI correspondem às áreas de solo exposto bem como às áreas de solos úmidos e os rios localizados dentro da região de estudo como o Rio Acre. Figura 4. Carta de NDVI para a área analisada em níveis de cinza e em composição colorida Figura 5. Carta de saldo de radiação para a área analisada em níveis de cinza e em composição colorida Na Figura 5 encontra-se a carta de saldo de radiação, as áreas vegetadas apresentam maior saldo de radiação, pois tem menor albedo, ou seja, refletem menos energia em ondas curtas resultando numa maior absorção da radiação incidente sendo maior a energia convertida em ondas longas. Os menores valores do saldo de radiação (maior es valores da radiação de onda longa) ocorreram na área com solo exposto ou vegetação rala. Valores negativos de saldo referem-see a áreas cobertas por nuvens. Os valores do saldo de radiação apresentaram uma variação de 200 a 456,6 W m -2. Pode-se observar através da Figura 5 que

5 os maiores valores de Rn encontram-se no interior e no entorno do Rio Acre e demais corpos hídricos presentes no recorte. O histograma da carta do saldo de radiação (Figura 3B) mostra dois valores modais, com picos semelhantes aos de albedo, mostrando a presença de dói tipos d superfície predominantes: vegetação (com aproximadamente 370 W.m -2 ) e solo exposto (295 W.m -2 ), sendo este último mais presente na área estudada, revelando o desmatamento que a região vem sofrendo devido a urbanização das áreas ao redor da Capital.. 4. CONCLUSÕES O estudo do saldo de radiação da superfície no Estado do Acre mostrou que em áreas de maior albedo possuem um menor índice de vegetação, compreendendo solo exposto e, conseqüentemente apresenta menor quantidade de energia para ser transformada em calor sensível e latente. Já nas áreas vegetadas, como já era esperado, ocorre os menores valores de albedo, indicando uma maior absorção da energia solar chegando à superfície, obtendo assim valores de saldo de radiação na superfície superiores aos das regiões que estão com o solo desprovido da vegetação nativa. A utilização do algoritmo SEBAL na estimativa do saldo de radiação mostrou-se satisfatória, haja vista que os resultados são coesos e análogos a outros encontrados e citados na literatura. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, R. G.; TASUMI, M.; TREZZA, R. SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land), Advanced training and users manual. Idaho: Implementation, v ALLEN, R. G.; TASUMI, M.; TREZZA, R. Satellite-Based energy balance for mapping evapotraspiration with internalized calibration (METRIC) Model. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. New York, v.133, n.4, p July/Aug ANDRADE, N. L. R.; AGUIAR, R. G.; SANCHES, L.; ALVES, E. C. R. F.; NOGUEIRA, J. S. Partição do saldo de radiação em áreas de floresta amazônica e floresta de transição amazônia-cerrado. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, p , BASTIAANSSEN, W. G. M. Regionalization of surface flux densities and moisture indicators in composite terrain: A remote sensing approach under clear skies in Mediterranean climate. PhD. Dis., CIP Data Koninklijke Biblioteheek, Den Haag, the Netherlands. 272 p., DI PACE, F. T.; SILVA, B. B.; SILVA, V. P. R.; SILVA, S. T. A. Mapeamento do saldo de radiação com imagens Landsat 5 e modelo de elevação digital. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.12, n.4, pp DUARTE, A. F. Aspectos da climatologia do Acre, Brasil, com base no intervalo Revista Brasileira de Meteorologia, v. 21, p , GIONGO, P. R. Estimativa do balanço de radiação com técnicas de sensoriamento remoto e dados de superfície. Recife, PE: UFRPE, Originalmente apresentada como dissertação de Mestrado em Engenharia Agrícola. Universidade Federal Rural de Pernambuco, p GIONGO, P. R.; MOURA, G. B. A.; SILVA, B. B.; ROCHA, H. R.; MEDEIROS, S. R. R.; NAZARENO, A. C. Albedo à superfície a partir de imagens Landsat 5 em áreas de cana-de-açúcar e cerrado. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.14, n.3, pp LEIVAS, J. F.; GUSSO, A.; FONTANA, D. C.; BERLATO, M. A. Estimativa do balanço de radiação a partir de imagens do satélite ASTER. In: XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2007, Florianópolis. Anais... São José dos Campos: INPE, v. 1. p MENDONÇA, J. C. Estimativa da evapotranspiração regional utilizando imagens digitais orbitais na região Norte Fluminense. Rio de Janeiro: UENF, Originalmente apresentada como tese de Doutorado em Produção Vegetal, Universidade Estadual do Norte Fluminense, p. SILVA, B. B.; LOPES, G. M.; AZEVEDO, P. V. Balanço de radiação em áreas irrigadas utilizando imagens Landsat 5 TM. Revista Brasileira de Meteorologia. Rio de Janeiro, v.20, n.2. p , SRTM. Disponível em: < Acesso em: 28 Out