OBTENÇÃO DO ALBEDO DE ÁREAS IRRIGADAS E DE VEGETAÇÃO NATIVA EM PETROLINA E VIZINHANÇAS COM IMAGEM LANDSAT 7 - ETM+

Transcrição

1 OBTENÇÃO DO ALBEDO DE ÁREAS IRRIGADAS E DE VEGETAÇÃO NATIVA EM PETROLINA E VIZINHANÇAS COM IMAGEM LANDSAT 7 - ETM+ SILVA, B. B. da 1 ; BEZERRA, M. V. C. 2 ; BRAGA, A. C. 3 ; SILVA, S. T. A. da 2 RESUMO: A presente pesquisa teve por objetivo a determinação do albedo da superfície envolvendo áreas irrigadas e de vegetação nativa no município de Petrolina PE. Utilizou-se uma imagem ETM+ Landsat 7, de 10 de setembro de 2001 e procedimentos do Surface Energy Balance Algorithm for Land SEBAL, que se baseia na radiância medida nos canais reflectivos (1, 2,3, 4, 5 e 7) do Landsat 7. Comparou-se o albedo estimado com correção atmosférica segundo critérios propostos por ALLEN et al. (2002) e segundo TASUMI (2003), este último tendo em conta a correção atmosférica de cada uma das seis bandas reflectivas do ETM+. Comparou-se o albedo de diferentes alvos e em todos esses o albedo de ALLEN et al. (2002) foi menor que o de TASUMI (2003). O método de correção de ALLEN et al. (2002) apresentou resultados mais próximos aos observados em pomares implantados na região estudada. PALAVRAS-CHAVE: albedo, radiância espectral, Landsat 7 ABSTRACT: The main objective of this study was the determination of the surface albedo involving irrigated areas and native vegetation of Petrolina PE. One ETM+ - Landsat 7 image, obtained in September 10, 2001, and procedures of Surface Energy Balances Algorithm for Land SEBAL, which uses measured radiance of the six reflective bands of Landsat 7, was used. The albedo obtained with atmospheric correction according ALLEN et al. (2002) and TASUMI (2003) was compared with measured values of different spots in the study area. In different spots the albedo estimated with ALLEN et al. (2202) were smaller than those obtained according to TASUMI (2003) approach. The atmospheric correction of ALLEN et al. (2002) produced albedo values which agreed well with measured values obtained in different orchards in the selected area. KEYWORDS: albedo, spectral radiance, Landsat 7 INTRODUÇÃO: O sensoriamento remoto aplicado à agricultura oferece diversas vantagens, pois possibilita a geração de séries temporais das cenas estudadas, possui cobertura espacial muito ampla e as informações obtidas podem ser espacializadas e, em geral, revelam aspectos importantes para o planejamento agrícola de áreas irrigadas (BASTIAASSEN, 2000). Existem vários algoritmos destinados ao cômputo do albedo superficial, a partir de medições realizadas em sensores orbitais. LIANG (2002) obteve, para vários sistemas (AVHRR, MODIS, 1 Pesquisador CNPq / Professor do Programa de Pós-graduação em Meteorologia da UFCG bernardo@dca.ufcg.edu.br Av. Aprígio Veloso,882. Campina Grande, PB Fone (083) Aluno do Programa de Pós-graduação em Meteorologia da UFCG markusvinicius@yahoo.com.br, saulo@dca.ufcg.edu.br 3 Aluna Especial do Programa de Pós-graduação em Meteorologia da UFCG alexandracbraga@hotmail.com

2 ETM+ e outros), equações de transformação da refletância de diferentes bandas espectrais em albedo superficial. Para o Landsat 5 TM e Landsat 7 ETM+, utilizados intensivamente na Bacia do Bear River, nos Estados Unidos (ALLEN et al., 2002) e em diferentes áreas irrigadas do globo a obtenção do albedo é baseada na combinação linear da reflectância das bandas 1, 2, 3, 4, 5, e 7, e em correção atmosférica simples e que tem produzido resultados muito consistentes, dispensando a utilização de códigos de transferência radiativa de maior complexidade e que representa uma das vantagens do SEBAL. Mais recentemente, TASUMI (2003) propôs que a correção atmosférica fosse aplicada a cada banda espectral do Landsat 5 e 7. Esta pesquisa objetivou a determinação do albedo da superfície, em áreas irrigadas e de vegetação nativa do município de Petrolina - PE, com base em imagem do ETM+ - Landsat 7 e procedimentos usados por Allen et al. (2002) e TASUMI (2003), com o SEBAL. MATERIAL E MÉTODOS: Foi utilizada uma imagem do ETM+ - Landsat 7, composta de sete bandas espectrais, cuja passagem sobre a área estudada ocorreu às 09h34min (tempo legal) do dia 10 de setembro de 2001, na órbita 217 e ponto 66. Cada banda foi calibrada radiometricamente segundo procedimentos descritos em SILVA et al. (2005). Nesse procedimento, a intensidade de cada pixel (de todas as bandas espectrais) foi convertida em radiância espectral monocromática - L λi (W m -2 sr -1 µm - 1 ). De posse do mapa de radiância espectral de cada banda, co-seno do ângulo zenital do Sol e do fluxo direcional espectral no topo da atmosfera (K λ,i ) de cada banda, estimou-se a refletância espectral planetária r pi (razão entre o fluxo emergente da atmosfera e o fluxo incidente no topo da atmosfera) de cada banda, através da seguinte equação (BASTIAANSSEN, 1995): r, i p = i K i cos Z λ, Lλ π (1) d em que Z é o ângulo zenital do Sol (obtido diretamente no cabeçalho da imagem), d r é o quadrado da razão entre a distância média Terra Sol e aquela no dia da imagem e π(sr) é uma constante, resultante da integração hemisférica da radiância espectral. O albedo planetário, ou albedo não corrigido - r p de cada pixel da imagem foi obtido com base na combinação linear das refletâncias planetárias, segundo procedimento utilizado por BASTIAANSSEN (1995) para dias de céu claro: r =0,293r + 0,274r + 0,231r +0,156r + 0,034r + 0,012r (2) p p1 p2 p3 p4 p5 p7 r em que r p1, r p2, r p3, r p4, r p5 e r p7 são os albedos planetários das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7. No SEBAL Surface Energy Balance Algorith for Land, o albedo da superfície r o ou albedo corrigido atmosfericamente, é obtido através da expressão (BASTIAANSSEN, 1995; SILVA et al., 2005), aplicável a dias de céu claro:

3 r r = 0 p b a em que a representa o albedo da atmosfera e b corresponde ao quadrado da transmissividade atmosférica - τ sw, que foi obtida segundo expressão simplificada proposta por ALLEN et al. (2002) em função da altitude de cada pixel. Para o albedo da atmosfera escolheu-se o valor 0,03, por ser esse um valor comumente utilizado em outras pesquisas, e que é adotado como um valor médio (ALLEN et al., 2002, SILVA et al., 2005). Também foi usado procedimento de correção atmosférica, proposto por TASUMI (2003), que é aplicada a cada banda individualmente. (3) Figura 1 Área de estudo em composição RGB das bandas 4, 3 e 2 do ETM+ - Landsat 7, obtida em 10 de setembro de 2001, destacando-se as áreas irrigadas (vermelho) e rio São Francisco (azul).

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na Figura 2 está representado o albedo de toda a cena selecionada para a pesquisa. As áreas em azul claro representam áreas do leito do São Francisco e pequenos reservatórios hídricos, com albedo inferior ou igual a 10%. Os maiores valores (superiores a 35%) estão representados pela cor vermelha e compreendem sol descoberto e áreas urbanas de Petrolina. Como pode ser visto, há predominância de valores de albedo entre 0,10 e 0,25, que abrangem áreas irrigadas e partes da vegetação nativa. Esses valores estão de acordo com os encontrados por SILVA et al. (2005). Observou-se em pivô central, Caatinga, leito do São Francisco, solo preparado para plantio e ponto da cidade de Petrolina, que os valores do albedo segundo ALLEN et al. (2002), foram respectivamente iguais a 0,18, 0,13, 0,09, 0,30 e 0,27, enquanto nesses mesmos pontos valores de 0,21, 0,15, 0,11, 0,36 e 0,32 para o método de TASUMI (2003). 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Figura 1 Albedo da área selecionada em 10 de setembro de 2001 Petrolina - PE Em estudos realizados em áreas irrigadas no Arizona - USA, KUSTAS et al. (1990), usando técnicas de sensoriamento remoto, obtiveram albedo de 21%, 23% e 22%, em áreas com trigo, alfafa e algodão, respectivamente. Em outro estudo, DUBAYAH (1992) obteve mapas de albedo em Manhattan,

5 Kansas, USA, quando avaliava efeitos da topografia no saldo de radiação solar. Nessa pesquisa foi considerado o algoritmo de transferência radiativa para efetivar a correção atmosférica das medições do Landsat 5 - TM. Também foi avaliada a interferência da declividade do terreno sobre o albedo e, como conseqüência, do saldo de radiação de onda curta, concluindo que grande parte da variabilidade do saldo de radiação solar decorre da topografia e não da variabilidade do albedo, que apresentou pequena variabilidade em grande parte da área estudada. A área cultivada com frutíferas apresentou albedo da ordem de 20%. MOURA (2001), trabalhando em pomar de goiabeira, na mesma região, observou valores médios de albedo em torno de 24% às 9h30min, valores esses próximos aos obtidos nesta pesquisa. Conclusões Diante dos resultados obtidos destaca-se como principal conclusão a de que o albedo correspondente ao método de ALLEN et al. (2002) foi sistematicamente inferior ao de TASUMI (2003) e mais próximo ao de medições realizadas com diferentes frutíferas na mesma área. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ALLEN, R. G., TREZZA, R., TASUMI, M. Surface energy balance algorithms for land. Advance training and users manual, version 1.0, pp.98, BASTIAANSSEN, W. G. M. Regionalization of surface flux densities and moisture indicators in composite terrain. Ph.D. Thesis, Wageningen Agricultural University, Wageningen, Netherlands, 273p, BASTIAANSSEN, W. G. M. SEBAL - Based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz Basin, Turkey. Journal of Hydrology, v. 229, p , CHANDRAPALA, L. & WIMALASURIYA, M. Satellite measurements supplemented with meteorological data to operationally estimate evaporation in Sri Lanka. Agricultural Water Management, 58: , DUBAYAH, R. Estimating Net Solar Radiation using Landsat TM and Digital Elevation data. Water Resources Research, 28 (a): , IZIOMONS, M. G. & MAYER, H. On the variability and modeling of surface albedo and long-wave radiation components. Agricultural and Forest Meteoroly. 111: , KUSTAS, W. P.; MORAN, M. S. and JACKSON, R. D.; GAY, L. W.; DUELL, L. F. W.; KUNKEL, K. E.; MATTHIAS, A. D. Instantaneous and daily values of the surface energy balance over

6 agricultural fields using remote sensing and a reference field in an arid environment. Remote Sensing of Environment, 32: , LIANG, S. Narrowband to broadband conversions of land surface albedo I Algorithms. Remote Sensing of Environment, 76: , MOURA, M. S. B. Fenologia e consumo hídrico da goiabeira (Psidium guajava L.) irrigada. Campina Grande: DCA/CCT/UFPB, p. (Dissertação de Mestrado). SILVA, B. B., LOPES, G. M., AZEVEDO, P. V. de. Balanço de radiação em áreas irrigadas utilizando imagens Landsat 5 TM. Revista Brasileira de Meteorologia, v.20, n.2, , TASUMI, M. Progress in operational estimation of regional evapotranspiration using satellite imagery. Dissertation presented at The University of Idaho, USA. 357 p, 2003.