Relação entre IAF obtidos dos satélites LANDSAT - 5 e NOAA utilizando o método de mínimos quadrados

Transcrição

1 Relação entre IAF obtdos dos satéltes LANDSAT - 5 e NOAA utlzando o método de mínmos quadrados Fabane Regna Cunha Dantas 1, Céla Campos Braga 2, Mara José Herculano Macedo 1, Soetâna Santos de Olvera 1 1 Doutoranda em Meteorologa pela Unversdade Federal de Campna Grande - UFCG - Departamento de Cêncas Atmosfércas - DCA - Av. Aprígo Veloso, 882, B. Unverstáro, Campna Grande PB, emal: fabane@dca.ufcg.edu.br 2 Profª. Drª. Departamento de Cêncas Atmosfércas, Unversdade Federal de Campna Grande UFCG, Campna Grande, PB. ABSTRACT: Remote sensng data were used to determne a relatonshp of the LAI (Leaf Area Index) estmated by sensors TM/Landsat-5 and AVHRR / NOAA, over Caatnga of the states of Pernambuco, Paraba and Ceara. The TM mages were resampled to 1 km spatal resoluton n order to compare them wth those of AVHRR. The mages were processed wth ERDAS Image 8.7 software usng the SEBAL (Surface Energy Balance Algorthm for Land). The results showed hghly sgnfcant relatonshp of the LAI wth a correlaton coeffcent r = 0.85 and standard mean error 7.65%. Palavras-chave: IAF, AVHRR, TM. 1 - INTRODUÇÃO Os dados de sensoramento remoto têm sdo de fundamental mportânca em pesqusas dreconadas ao estudo do comportamento dnâmco da vegetação. Portanto, tal abordagem procura tornar mas operaconal o sstema de montoramento da evolução espacal e temporal das mudanças na cobertura da superfíce terrestre, sendo uma ferramenta de grande mportânca para a obtenção de nformações necessáras ao manejo, gerencamento e gestão de recursos naturas, tas como água, solo e vegetação (BATISTA & ALMEIDA, 1998). Os dados obtdos dos sstemas de sensores de alta resolução temporal e espacal AVHRR (Advance Very Hgh Resoluton Radometer) e TM (Thematc Mapper) nstalados a bordo dos satéltes NOAA e LANDSAT, respectvamente, são capazes de fazer o montoramento da resposta espectral da vegetação de uma determnada área geográfca. HUETE (1988) encontrou uma relação para índce de vegetação ajustado para o solo SAVI. HA et al. (2001) analsaram a varabldade do IVDN, do IAF (Índce de Área Folar) e temperatura da superfíce estmada a partr de dados do AVHRR/NOAA na Coréa. Os autores observaram que a varabldade nteranual do IAF depende fortemente do tpo de vegetação e que as mudanças do IAF não estão relaconadas com as varações do IVDN. BRAGA et al. (2003) utlzaram séres temporas do IVDN para determnar o tem po de resposta da vegetação às precptações. MELO (2003) estmou o índce de área folar (IAF) e a fração de cobertura vegetada (F veg ) a partr de dados qunzenas de IVDN obtdo de magens AVHRR/NOAA ncorporando-os no modelo Regonal Atmospherc Modelng System (RAMS). SILVA et al. (2005) utlzaram o sensor TM para analsar a varabldade espacal do albedo em áreas rrgadas de frutíferas e vegetação natva no sem-árdo no vale do São Francsco em Petrolna-PE. BRAGA et al. (2006) utlzaram séres temporas do IVDN a partr de magens NOAA para estmar a fração vegetação no leste da Baha. Os autores concluíram que na década de 1990 houve uma queda consderável da vegetação no setor leste da Baha. DANTAS et al. (2008) utlzaram dados dos satéltes NOAA e LANDSAT-5 para encontrar uma relação entre o albedo médo em áreas de frutífera, Caatnga e área msta

2 (Caatnga e agrcultura rrgada). A Soetâna Santos de Olvera 1 relação funconal entre os dados do AVHRR e TM apresentou um coefcente de correlação lnear gual a 0,75, com erro médo de 1,67%. BRAGA et al. (2009) utlzaram magens dos sstemas de sensores TM/LANDSAT para varabldade espacal do albedo e IAF em áreas heterogêneas no Ceará. Os resultados mostraram que os parâmetros estudados para os das chuvosos são bastante coerentes. DANTAS et al. (2009) utlzaram dados remotos para encontrar uma relação do IVDN médo sobre áreas de Caatnga em dferentes regões do nordeste braslero. A correlação lnear dos dados de IVDN, obtdos entre os dos sensores envolvdos, fo de 0,77, com erro médo de 6,68%. Dante das dversas pesqusas realzadas através das técncas de sensoramento remoto, o objetvo deste estudo fo encontrar uma relação entre o IAF em dferentes regões dos estados do Ceará, Paraíba e Pernambuco sobre a Caatnga com dados do LANDSAT- 5/TM e NOAA/AVHRR. 2 - MATERIAL E MÉTODOS Foram utlzadas qunze magens do sensor TM (Thematc Mapper) do satélte LANDSAT-5 reamostradas para 1 km de resolução, composta de sete canas adqurda ao INPE e qunze do AVHRR (Advance Very Hgh Resoluton Rad ometer) do NOAA, composta de 5 canas. A área de estudo, composta por vegetação do tpo Caatnga, localza-se nos estados: do Ceará (para os das 21 de agosto de 2005, 24 de outubro de 2005, 28 de janero de 2006, 23 de julho de 2006, 08 de agosto de 2006, 24 de agosto de 2006, 28 de setembro de 2007 e 13 de agosto de 2008), da Paraíba (para os das 10 de julho de 2004, 17 de dezembro de 2004, 29 de julho de 2005, 01 de outubro de 2005 e 19 de julho de 2007) e de Pernambuco (para os das 24 de setembro de 2003 e 10 de dezembro de 2004), conforme lustrada na Fgura 1. CEARÁ PARAÍBA PERNAMBUCO Fgura 1. Áreas de estudo localzadas nos estados do Ceará, Paraíba e Pernambuco composta por vegetação de Caatnga. As magens foram processadas com auxílo do Software ERDAS utlzando a b a Calbração radométrca, proposta por MARKHAM & BAKER (1987): L a ND 255 em que, a e b são as radâncas espectras mínmas e máxmas (W m -2 sr -1 μm -1 ), ND é a

3 ntensdade do pxel (número ntero de 0 a 255), =1, 2,..., 7, corresponde às bandas do TM / LANDSAT. Na Refletânca espectral planetára em cada banda empregou-se a expressão de L BASTIAANSEN (1995) dada por: rp em que r p é a reflectânca planetára da K cosz dr banda, K λ é a rradânca no topo da atmosfera, Z é o ângulo zental do Sol e dr é o nverso do quadrado da dstânca relatva Terra-Sol. As refletâncas das magens AVHRR foram obtdas através dos coefcentes de calbração (nclnação S e ntercepto I) contdos em arquvos brutos, obtdos dretamente da 2 NOAA a partr da expressão: S. C10, I em que é a refletânca (%) do pxel correspondente à banda (1 ou 2 do AVHRR), é a dstânca Terra Sol no da em questão (em undade astronômca), C 10, é a ntensdade no pxel (em 10 bts) e S e I são os coefcentes de calbração da banda. O IAF, defndo como sendo a razão entre a área folar de toda a vegetação por undade de área utlzada por essa vegetação, fo calculado pela equação empírca de ALLEN et al. (2002): 0,69 SAVI ln IAF 0,59 0,91 em que o SAVI é o Índce de Vegetação Ajustado para os Efetos do Solo que fo determnado pela expressão de HUETE (1988): L IV v SAVI 1 L IV V em que L = 0,5 tanto para os satéltes da sére NOAA quanto para o LANDSAT. Na análse estatístca dos dados para encontrar a relação exstente entre o IAF estmado pelo AVHRR/NOAA e pelo TM/LANDSAT, utlzou-se o método de regressão lnear segundo crtéro dos Mínmos Quadrados. Maores detalhes da metodologa encontramse em SPIEGEL (1968) e WILKS (1995). 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO A Fgura 2 mostra o dagrama de dspersão e a reta de regressão do IAF obtdos do AVHRR e do TM nas áreas de estudos para a vegetação de Caatnga. O ajuste do modelo lnear para estmar o IAF fo dado pela equação da reta de regressão: IAFTM 0,20. IAFAVJRR 0,07 com erro padrão da estmatva de 7,65% e coefcente de correlação lnear gual 0,85, o que mplca num coefcente de determnação (r 2 ) de 0,72. TM 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 IAF - CAATINGA TM = 0.20 AVHRR R² = ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 AVHRR Fgura 2. Relação funconal do IAF obtdo pelo AVHRR e TM para vegetação de Caatnga.

4 O modelo lnear utlzado explca, portanto, 72% da varação total da varável dependente. A sgnfcânca do coefcente de correlação lnear (r) baseado no teste de t- Student, para o nível de sgnfcânca de 0,01 com 13 graus de lberdade da amostra ( ), resultou em t tabelado = 2,65 contra t cal = Logo, como t cal > t tabelado, a hpótese nula do qual o r amostral fo obtdo em população com = 0, fo rejetada. Observando o coefcente de correlação, pode-se afrmar que, neste conjunto de dados da vegetação Caatnga 72% das varações encontradas no IAF NOAA do modelo lnear são explcados pela varável ndependente (IAF LANDSAT ). Este baxo percentual pode ser assocado ao fato da capacdade do sensor AVHRR, consderando, sobretudo, a característca de resolução espacal ( 1Km) pouco adequada na dentfcação de determnados alvos em que se deseja uma nvestgação detalhada da cobertura vegetal. Assm, o uso do sensor TM de resolução espacal mas fna (30m) permte melhor caracterzação desses alvos. 4 - CONCLUSÕES A comparação entre os dados do AVHRR e TM, pelo modelo de regressão de mínmos quadrados, sobre as três regões estudadas compostas por vegetação de Caatnga mostrou uma sgnfcânca entre as nformações, apresentando coefcente de correlação (r) satsfatóro de 0,85, com erro padrão estmado em 7,65%. Assm, comparações efetuadas entre o IAF obtdos pelos dos sensores podem ser utlzadas com cautela para dferentes fnaldades, tas como: modelos numércos de prevsão de tempo e clma. 5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, R.; TASUMI, M.; TREZZA, R. SEBAL (Surface Energy Balance Algorthms for Land) Advanced Tranng and Users Manual Idaho Implementaton, verson 1.0, BATISTA, G. T; ALMEIDA, S. E. Índce de Vegetação versus precptação na Amazôna. IX Smpóso Braslero de Sensoramento Remoto, Santos, setembro, BASTIAANSSEN, W.G.M. Regonalzaton of surface flux denstes and mosture ndcators n composte terran. Ph. D. Thess, Wagenngen Agrcultural. Unversty, Wagenngen, The Netherlands, BRAGA, C. C; BRITO, J. I. B; SANSIGOLO, C.A e RAO; T. V. R. Tempo de resposta da vegetação às varabldades sazonas da precptação no Nordeste do Brasl. Revsta Braslera de Agrometeorologa, Santa Mara-RS, v.11, n.1, p , BRAGA, C. C.; NEVES, D. G.; BRITO, J. I. Estmatva da fração vegetação no leste da Baha no período de 1982 a Revsta Braslera de Agrometeorologa, v. 14, nº. 3, p BRAGA, C. C.; SOARES, F. R.; DANTAS, F. R. C; BARBIERI, L. F. P. Determnação do albedo e índce de área folar usando o sensor TM / LANDSAT 5. In: XIV Smpóso Braslero de Sensoramento Remoto, 2009, Natal, Anas..., Natal, 2009, INPE. p DANTAS, C. F. R; BRAGA, C. C; SILVA. A.S. T; SILVA, B.B. Estmatva do albedo sobre dferentes alvos utlzando dados remoto. In. XV Congresso Braslero de Meteorologa, 2008, São Paulo, Anas..., CDROM.

5 DANTAS, C. F. R; BRAGA, C. C.; MACEDO, M. J. H. Relação funconal entre IVDN com dados obtdos remotamente sobre regões de Caatnga. In. III Smpóso Internaconal de Clmatologa, 2009, Canela, Anas..., CDROM. HA, K.; OH, H.; KIM, K. Inter Annual and Intra Annual Varabltes of NDVI, LAI and T s Estmated by AVHRR n Korea. Korea Journal of Estmated by AVHRR n Korea. Korea Journal of Remote Sensng. 2, HUETE, A. R. A Sol-Adjusted Vegetaton Index (SAVI). Remote Sensng of Envronment. Vol. 25, p , MARKHAM, B. L.; BARKER, J. L. Thematc Mapper bandpass solar exoatmosphercal radances. Int. J. of. Remote Sensng 8(3): , MELO, M. L. D. Efeto da vegetação em smulações numércas com o modelo RAMS. Campna Grande, UFCG, p. Dssertação (Mestrado em Meteorologa) UFCG/ CCT/DCA, SILVA, B., B.; LOPES, M. L.; AZEVEDO, P. V. Determnação do albedo de áreas rrgadas com base em magens LANDSAT 5 TM. Revsta Braslera de Agrometeorologa, v. 13, n.2, p , SPIEGEL, M. R. Resumo de Teora e Problemas de Estatístca - Coleção Schaum. Lvro Técnco SA. Ro de Janero, WILKS, S. D. Statstcal methods n the atmospherc scences. London, Academc Press. 464p