Dissertação de Mestrado em Sensoriamento Remoto, orientada pelo Dr. Hermann Johann Heinrich Kux, aprovada em 02 de agosto de 2000.

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1 INPE TDI/883 CONTRIBUIÇÃO DOS DADOS INTEGRADOS DOS SISTEMAS SENSORES TM/LANDSAT-5 E ERS-1/SAR PARA O ESTUDO DE USO E COBERTURA DA TERRA NO NORDESTE DA ILHA DO MARANHÃO Maurício Eduardo Salgado Rangel Dissertação de Mestrado em Sensoriamento Remoto, orientada pelo Dr. Hermann Johann Heinrich Kux, aprovada em 02 de agosto de INPE São José dos Campos 2003

2 (812.1) RANGEL, M. E. S. Contribuição dos dados integrados dos sistemas sensores TM/Landsat-5 e ERS-1/SAR para o estudo de uso e cobertura da terra no nordeste da ilha do Maranhão / M.E.S. Rangel. São José dos Campos: INPE, p. (INPE TDI/883). 1.Sensoriamento remoto. 2.Landsat 7. 3.Mapeador temático. 4.Radar imageador. 5.ERS-1/SAR. 6.Classifica ção de imagem. 7.Classificação por máxima verossimilhança. 8.Estatística. 9.Análise estatística Kappa. 10.Uso do solo. 11.Detecção de mudanças. 12.Brasil. 13.Maranhão (Estado). 14.São Luís (MA). I.Título.

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5 A principal tarefa do homem na vida é dar nascimento a ele mesmo, tornar o que ele potencialmente é. O produto mais importante de seu esforço é a sua própria personalidade. Erich Fromm

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7 A Deus Acima de tudo, por ter sempre iluminado a minha vida A meus pais, Valdemar M. Rangel (in memorian) e Rosemar S. Rangel, Pela educação e saúde que sempre puderam proporcionar À minha esposa, Raquel Rangel Pelo amor, afeto e carinho os quais sempre estiveram presentes em nossos momentos

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9 AGRADECIMENTOS Os nossos sinceros agradecimentos são a todas aquelas pessoas que contribuíram, de forma direta ou indireta, para a realização deste trabalho, em especial: Ao Dr. Hermann J. H. Kux pela orientação prestada ao longo do desenvolvimento deste trabalho, bem como pela amizade adquirida durante estes anos. Aos Drs. João Roberto dos Santos e Tereza Galloti Florenzano pelo incentivo e conhecimentos transmitidos em suas áreas de pesquisa. À Dra. Corina da Costa Freitas pelo carinho e credibilidade que sempre depositou durante o Curso de Mestrado. Ao Dr. Antonio Cordeiro Feitosa, pela amizade e co-orientação deste trabalho. Ao INPE, pela oportunidade dada durante o desenvolvimento da Dissertação, e à CAPES pela concessão da bolsa de estudo no decorrer do curso. À Coordenação do Curso de Sensoriamento Remoto, nas pessoas dos Drs. José Carlos Neves Epiphanio e Flávio Jorge Ponzoni pela oportunidade, e em especial à Maria Etelvina (Etel) pela atenção e carinho que tem pelos alunos. Aos funcionários do Laboratório de Tratamento de Imagens Digitais (LTID), Valéria e Júlio, pelo apoio técnico dado. Às colegas Vanessa Mandrucci, Rosana Okida e Maria Carolina pela ajuda prestada durante a etapa de processamento dos dados. Ao Núcleo de Estudos e Pesquisas Ambientais (NEPA-UFMA), em especial aos bolsistas Kalib e Cláudio Souza, e ao Laboratório de Hidrobiologia (LABOHIDRO- UFMA), na pessoa da MSc. Maria Marlúcia Ferreira pelo apoio e recursos cedidos durante o trabalho de campo.

10 Aos colegas da Turma de Mestrado/1998 pelos momentos de amizade e companheirismo que tivemos ao longo do curso, principalmente aos amigos Romero Moreira, Luciana Miura e Clotilde Ferri. Aos amigos, companheiros e camaradas Gil Sales, Marcelo Thalês e Jorge Gavina pelos momentos de alegria e descontração. Aos amigos Luiz Messias, Luis Carlos e João Filho, funcionários do Laboratório de Geoprocessamento da UEMA, pela concessão de parte do material referente à área de estudo. Enfim, a todas as pessoas que me fizeram acreditar que tudo na vida é muito difícil, mas que nada é impossível quando se acha que se pode conseguir.

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12 RESUMO Neste trabalho, apresenta-se e discute-se os resultados obtidos a partir da integração de dados ópticos e de microondas, avaliando-se o grau de sinergismo entre os mesmo na detecção e mapeamento de mudanças de uso e cobertura vegetal atual do solo, na área a nordeste da Ilha do Maranhão. Foram utilizadas imagens TM do satélite Landsat-5 de junho de 1984 e junho de 1999, e dados SAR do ERS-1, de junho de Os procedimentos metodológicos utilizados consistiram de: (1) redução do ruído speckle dos dados SAR, nos quais foram aplicados diversos filtros com diferentes janelas permitindo uma melhor interpretabilidade desse dado, (2) aplicação da técnica de transformação do espaço IHS e (3) classificação supervisionada usando-se o algoritmo MaxVer, onde a acurácia do conjunto de informações geradas foi avaliada com base nos resultados obtidos a partir da matriz de erros, através da análise estatística Kappa. Os resultados foram comparados com mapas de uso obtidos a partir das imagens orbitais utilizadas durante o processo de classificação, bem como de dados de campo. A integração dos dados possibilitou distinguir diferentes características específicas de uso do solo através de imagens em composição colorida, mostrando o sinergismo entre as informações multiespectrais e texturais.

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14 CONTRIBUTION OF THE INTEGRATED SENSOR SYSTEMS TM/LANDSAT-5 AND SAR/ERS-1 DATA TO STUDY NORTHEAST'S LAND USE/LAND COVER FROM MARANHÃO ISLAND ABSTRACT In this study we present and discuss the results obtained from integration of optical and microwave data, evaluating the degree of synergism between these data sets, for the detection and mapping of changes of land use/ land cover, at the northeastern section of Maranhão Island. We used images of satellite TM Landsat-5 from June 1984 and July 1999, and ERS-1 SAR data from June The methodological procedures used were: (1) reduction of speckle noise from radar data, with the application of several filters with different window sizes, thus allowing the improvement of interpretation; (2) application of the technique IHS space transformation and (3) supervised classification, using the MaxVer classification algorithm. Finally the accuracy of the information set obtained was evaluated, based on the results obtained from the error matrix, using Kappa statistics. The results were compared with land use maps obtained from satellite images used during the classification process, as well as with field data. Data integration allowed to distinguish different specific characteristics of land use through color composite images, showing the synergism between multispectral and textural images.

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16 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... LISTA DE TABELAS... CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO CAPÍTULO 2 - LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO GEOGRÁFICA Localização Geográfica Caracterização Geográfica Geologia Geomorfologia Vegetação Solos...34 CAPÍTULO 3 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Sensoriamento Remoto Óptico Sensoriamento Remoto por Radar Sensoriamento Remoto Aplicado ao Uso do Solo e Cobertura Vegetal Integração de Dados Multisensores Processamento Digital de Imagens Pré-Processamento Correção Geométrica e Registro Correção Radiométrica Correção Atmosférica Realce de Imagens Análise por Componentes Principais Transformação do Espaço IHS Classificação de Imagens Classificação Supervisionada...58 CAPÍTULO 4 - MATERIAIS Dados de Sensoriamento Remoto Dados Cartográficos Material Computacional Equipamentos Complementares...63 Pág.

17 CAPÍTULO 5 - METODOLOGIA Trabalho de Campo Pré-Processamento Correção Radiométrica Correção Atmosférica Correção Geométrica Processamento Técnica de Realce de Imagens Imagens TM/Landsat Imagem SAR/ERS Integração Digital de Dados Produto Integrado pelo Método de Transformação do Espaço IHS Classificação de Imagens...75 CAPÍTULO 6 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Levantamento de Campo Produto Integrado TM/Landsat-5 e SAR/ERS Classificação Supervisionada...83 CAPÍTULO 7 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A - MÉDIA DOS NÚMEROS DIGITAIS REFERENTES AO ALVO ÁGUA DA IMAGEM TM DE 1984 E APÊNDICE B - VALORES DO DESVIO PADRÃO, COEFICIENTES DE CORRELAÇÃO E OIF DAS BANDAS DO TM DE 1984 E

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19 LISTA DE FIGURAS Localização da área de estudo Mangues (A), dunas (B) e segmentos de praias (C) Ecossistema de mangues ao longo do litoral (A) e igarapés (B) Areia Quartzosa (A e B) com formação vegetal de dunas e restingas (C) Espectro eletromagnético Assinatura espectral de uma folha verde sadia na faixa óptica do espectro eletromagnético Geometria do modo imagem do ERS Transformação por principais componentes Diagrama esquemático mostrando a relação entre os espaços IHS e RGB Fluxograma da metodologia Gráficos da relação: DN médio dos alvos corpos d água pelos comprimentos de onda (l) das bandas do TM de 1984 (a) e TM de 1999 (b) Geração de uma imagem ortorretificada Espacialização dos pontos de controle coletados em campo Produto integrado SAR/TM de 1984, através do método IHS Produto integrado SAR/TM de 1999, através do método IHS Mapa de uso do solo e de cobertura vegetal da imagem TM de Mapa de uso do solo e de cobertura vegetal da imagem TM de Classificação da imagem integrada TM de 1984 com a imagem SAR de Classificação da imagem integrada TM de 1999 com a imagem SAR de Quantificação (m2) das áreas definidas pelas classes de uso do solo e cobertura vegetal obtidas das imagens TM classificadas dos anos de 1984 e Pág.

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21 LISTA DE TABELAS Pág Coluna estratigráfica local Características espectrais do sistema orbital TM/Landsat Modelo literal da matriz de erros normalizada Qualidade da classificação associada a um valor da estatística kappa Características dos dados TM/Landsat Características da imagem SAR/ERS Erros residuais e médios dos pontos de controle coletados nas imagens TM e SAR Padrões das classes de uso do solo e cobertura vegetal observados na imagem TM/Landsat-5 (451-RGB decorrelacionada) e em campo Exatidão das classificações dos dados TM de 1984 e de 1999, e do produto integrado TM de 1984 e de1999/sar de Matriz de erro com valores em pixels da classificação supervisonada MaxVer da imagem TM de Matriz de erro com valores em pixels da classificação supervisonada MaxVer da imagem TM de Matriz de erro com valores em pixels da classificação supervisonada maxver das imagens TM de 1999 integrada com a SAR de Matriz de erro com valores em pixels da classificação supervisonada maxver das imagens TM de 1984 integrada com a SAR de Valores de Z aplicados às imagens classificadas...90

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23 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO O estudo do uso do solo consiste na obtenção de informações sobre o modo como o espaço está sendo modificado pelo homem, ou ainda, como se caracteriza a cobertura vegetal original. A utilização de dados dos sistemas sensores orbitais disponíveis, aliada à visão panorâmica e repetitividade das imagens orbitais, tem permitido a aquisição de informações de extensas áreas, possibilitando uma visão de conjunto de forma rápida e representativa, o que tem contribuído para o levantamento e monitoramento do uso e cobertura da terra, na medida em que os efeitos da ocupação e exploração desordenada do solo vêm causando a deterioração do meio ambiente. O processo de dinâmica dos ecossistemas terrestres tem recebido atenção especial em estudos de mudanças ocorridas no uso do solo e cobertura vegetal. Nos últimos anos, este processo tem acarretado um crescimento significativo das atividades de pesquisas voltadas ao uso de radar de abertura sintética (SAR) em áreas tropicais, onde há intensa presença de nuvens, ao lado de satélites equipados com sensores que operam na faixa óptica do espectro eletromagnético, para o monitoramento do uso e ocupação do solo. Desta forma, um número considerável de sistemas ópticos e SAR tem sido desenvolvidos com sucesso, para este tipo de aplicação, dentre os quais destacam-se: TM/Landsat, HRV/SPOT, ERS-1/2, JERS-1 e RADARSAT. A maior parte de trabalhos realizados no Estado do Maranhão, com o uso de técnicas e produtos de sensoriamento remoto, foi efetuada na área do Golfão Maranhense, porque a região passa por um intenso processo de transformação econômica e da paisagem. No Golfão Maranhense encontra-se inserida a Ilha do Maranhão, dividida em quatro municípios, a saber: São Luís, Raposa, Paço do Lumiar e São José de Ribamar. O município de Raposa vem experimentando um crescente fluxo migratório e reflexos consideráveis no processo de ocupação desordenada a que vem sendo submetida a Ilha do Maranhão. Observa-se atualmente a proliferação de assentamentos populacionais e ocupações irregulares que, por falta de planejamento adequado, poderão gerar sérios 25

24 problemas sócio-econômicos para o município, além de comprometer os ecossistemas locais. Considerando-se a dinâmica do processo de uso e ocupação do solo deste município, torna-se importante a constante atualização dos mapas temáticos correspondentes a este processo, visto que somente com um acompanhamento das mudanças ocorridas ao longo do tempo, se tornará possível uma análise dos efeitos da atividade humana sobre a dinâmica e organização do espaço em questão. Na concepção da análise desses efeitos, surge a necessidade do uso de métodos e técnicas capazes de maximizar a compreensão dos padrões de organização deste espaço. Em função disso, o principal objetivo deste trabalho é avaliar a potencialidade e o sinergismo da combinação de dados de sensoriamento remoto óptico e de microondas, através da aplicação de técnicas de processamento digital de imagens, para o estudo da dinâmica do uso do solo e cobertura vegetal do Nordeste da Ilha do Maranhão, área do município de Raposa, no período de 1984 a Dentro deste escopo, foram postulados os seguintes objetivos específicos: a) aplicar técnica de realce por decorrelação de bandas do TM/Landsat-5 para auxiliar na detecção de feições de interesse de uso do solo e cobertura vegetal; b) analisar a integração de dados multisensores a fim de que se possa caracterizar e detectar as mudanças ocorridas a partir da comparação dos resultados obtidos pela classificação digital dos dados ópticos e de radar combinados, bem como aquelas derivadas da classificação dos dados ópticos, isoladamente; c) gerar mapas temáticos caracterizando os diversos tipos de uso do solo e cobertura vegetal, com base em uma acurácia de aceitação pré-estabelecida durante a etapa de campo; 26

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26 CAPÍTULO 2 LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO GEOGRÁFICA Localização Geográfica A área de estudo ocupa o extremo nordeste da Ilha do Maranhão. O município de Raposa foi criado em 10 de novembro de 1994, conforme Lei Estadual nº 6.132/94, e implantado em janeiro de 1997, sendo então desmembrado do município de Paço do Lumiar. Este município originou-se por volta dos anos cinqüenta, pela permanência de imigrantes cearenses. Atualmente, apresenta como base econômica a indústria artesanal de confecções, microempresas de prestação de serviços e, principalmente, a pesca. Conforme o FIBGE (1997), o município possui uma superfície de 63,90 km 2, sendo limitado pelas coordenadas 02º21 a 02º32 de latitude sul e 44º00 a 44º12 de longitude oeste. Ele engloba uma faixa de terras delimitada ao norte e a leste pelo Oceano Atlântico, desde a foz da Baía de São Marcos até o Oceano Atlântico, delimitado ao sul pela Baía de Curupu, e a oeste pelo município de Paço do Lumiar (Figura 2.1) (Chaves et al., 1998). O município de Raposa caracteriza-se por um intenso processo de alteração da paisagem natural local. A fisiografia costeira da região compõe-se de extensas baixadas litorâneas com formações de praias arenosas, dunas móveis, paleodunas, manguezais, marismas e depósitos de vasas modelados por uma extensa rede de canais, normalmente preenchidos pela preamar (Feitosa, 1998). O ecossistema de mangues compõe-se de grandes áreas com diferentes níveis de maturação e de espécies vegetais. 27

27 FIGURA Localização da área de estudo FONTE: Trabalho em escritório 28

28 2.2 - Caracterização Geográfica Na área de estudo, todos os fatores ambientais possuem notável presença. No entanto, dentre os aspectos mais relevantes da fisiografia da paisagem local, a geologia, a geomorfologia, os solos e a vegetação são os aspectos que receberam maior atenção neste estudo, visto que impõem alterações mais significativas para o equilíbrio da paisagem Geologia A área de estudo está localizada a sudoeste da bacia sedimentar de Barreirinhas, próximo ao extremo oriental da bacia sedimentar de São Luís, correspondente ao contato entre as áreas emersa e submersa desta bacia. Geologicamente, esta área é constituída por rochas do Terciário (arenitos róseos, pouco consolidados, com leitos de argila e caulim), apresentando exposição da Formação Itapecuru (constituída por arenitos finos e argilosos de cores diversas, com estratificações cruzadas), da Série Barreiras (formada por sedimentos clásticos mal selecionados, variando de siltitos a conglomerados) e do Quaternário, onde são encontradas formações de dunas, mangues, paleodunas, marismas e praias (Brasil, 1973). A bacia sedimentar de Barreirinhas está situada a nordeste do Estado do Maranhão, no trecho entre a Baía de São José e o delta do Parnaíba. A bacia sedimentar de São Luís, por sua vez, abrange parte da região noroeste, estendendo-se entre a Ilha do Maranhão e o alto do Gurupi (Brandão e Feijó, 1994). Segundo Feitosa (1996), nas formações superficiais das bacias de Barreirinhas e São Luís, existe uma predominância de sedimentos quaternários, compostos por clásticos de granulometria proporcionalmente homogênea, sendo recorrentes os ecossistemas de praias, dunas, mangues, vasas e solos lateríticos. O Golfão Maranhense, que corresponde ao contato entre as duas bacias, possui traços que são característicos destas 29

29 bacias, apresentando expressivas formações de dunas e extensas áreas de vales afogados com a presença de mangues. A coluna estratigráfica local é apresentada, de forma simplificada, na Tabela 2.1. TABELA Coluna estratigráfica local PERÍODO Quaternário Cretáceo Pré-Cambriano FONTE: Brasil (1973) SÍMBOLO Qa, Qdn Ki DESCRIÇÃO LITOLÓGICA Aluviões e Dunas: cascalhos, argilas e areias finas bem classificadas Discordância arenitos e argilas vermelhos laminados, com lentes de calcário Discordância angular granitos, migmatitos, anfibolitos FORMAÇÃO Barreiras Indiviso Geomorfologia O relevo do Estado do Maranhão, segundo Ab Saber (1960), apresenta quatro unidades geomorfológicas distintas: os chapadões das áreas centrais e meridionais; uma área de transição com a presença de relevos residuais; colinas terciárias; e o Golfão Maranhense, que se caracteriza por ser uma região rebaixada e alagadiça de estuários afogados dos rios Pindaré, Mearim, Itapecuru e Munim. Por outro lado, segundo FIBGE (1984) o relevo do Estado constitui-se de: Chapadas, Chapadões e Cuestas, Golfão Maranhense, Lençóis Maranhenses e Litoral de Rias ou Vales Afogados. O trecho do Litoral de Rias apresenta feições morfológicas que se caracterizam por uma costa baixa recortada, com feições de manguezais penetrando pelos vales afogados, numerosos canais, lagoas, cordões arenosos, ilhas e a presença de falésias, localizadas na área situada entre as Baías de Cumã e São Marcos. Contrastando, o Litoral dos 30

30 Lençóis Maranhenses caracteriza-se por ser topograficamente baixo, apresentando dunas, restingas, lagoas e ilhas, poucos manguezais e amplas desembocaduras de rios (Brasil, 1973). Para Feitosa (1996) as feições geomorfológicas da área de estudo apresentam similaridades com as formas comuns ao longo de toda a área costeira do Maranhão (Figura 2.2). Os manguezais, dunas e segmentos de praias apresentam características dinâmicas que mostram um certo encadeamento dos processos morfogenéticos. FIGURA Mangues (A), dunas (B) e segmentos de praias (C) FONTE: Trabalho de campo 31

31 As praias e dunas realçam o processo de dinâmica da área da costa arenosa do Litoral Oriental ao norte e a leste e na área dos Lençóis Maranhenses. Ao centro, sul e oeste, os manguezais, recortados por canais de maré, se relacionam à geomorfologia do Litoral Ocidental e do interior do Golfão Maranhense. Estes dois litorais correspondem à faixa de sedimentos holocênicos, interrompidos pelo grande recorte litorâneo, chamado de Golfão Maranhense, que estruturalmente, corresponde à Fossa da Ilha Nova, a qual separa as Bacias de São Luís e Barreirinhas (Rezende e Araújo, 1970) Vegetação A Planície Costeira do Estado do Maranhão é constituída por formações vegetais de mangues ao longo do Litoral Ocidental, e de dunas e restingas, na extensão do Litoral Oriental. Na área interior do Golfão Maranhense, as formações campestres, inundáveis durante a estação chuvosa, intercalam-se entre a Floresta Secundária de Babaçuais e os manguezais do fundo das Baías de São Marcos e São José (Feitosa, 1996). No município de Raposa, o ecossistema de mangues, característico de ambientes salinos e salobres, é relativamente homogêneo e ocupa uma extensa faixa de terras inundáveis pelas marés ao longo do litoral e nas embocaduras dos rios e igarapés (Figura 2.3). Este ecossistema, ao longo do litoral e igarapés, é formado por estratificações vegetais que medem até 1 m de altura, em diferentes fases de maturação e grande poder de regeneração. Nas áreas mais interiores, os manguezais se constituem como florestas arbóreas fechadas e homogêneas, com árvores que chegam a medir até 20 m de altura (Maranhão, 1998a). 32

32 FIGURA Ecossistema de mangues ao longo do litoral (A) e igarapés (B) FONTE: Trabalho de campo Como condições propícias à proliferação dos ambientes de mangues, destacam-se: a temperatura, insolação, salinidade, disponibilidade de matéria orgânica, inundação periódica e a baixa energia das correntes de marés (Maranhão, 1998a). Nessas áreas é marcante a presença de espécies como: Rhizophora mangle, L.; Laguncularia racemosa, G.; Avicennia schaweriana, L.; e Avicennia germinans, L. (Brasil, 1991). Dentro da formação florística do município percebe-se, basicamente, a existência das espécies de Rhizophora mangle, L. (Mangue-Vermelho), as quais ocupam sempre a linha costeira das embocaduras dos rios, caracterizando-se por raízes aéreas e pneumatóforas; e, a espécie Avicennia sp. (Mangue Siriba ou Siriúba) que forma uma segunda linha, ocupando as margens dos rios até onde há influência das marés, mesmo com baixo teor salino (Brasil, 1973). Este tipo de vegetação permite o desenvolvimento de raízes aéreas que asseguram, através de um sistema de aeração interna, a entrada de ar que atinge as ramificações mergulhadas na lama. Com referência à cobertura vegetal de dunas e restingas, típica de ambientes arenosos, formados pelo deslocamento das areias das praias, onde a permeabilidade do solo e a evaporação reduzem a disponibilidade de água no solo durante a estação seca, ela é considerada pioneira por ser a primeira a se estabelecer nesta área desnuda, inteiramente virgem (Maranhão, 1998b). Este tipo de vegetação, tem como função primordial a fixação da areia quando submetida à incidência de ventos à barlavento, ocorrendo de 33

33 forma expressiva nas praias de Carimã, do Canto e do Curupu (Raposa), em áreas adjacentes ao manguezal com a presença de dunas fixas edafizadas, em geral mortas (Maranhão, 1998c) Solos O Estado do Maranhão apresenta pequena variedade de tipos de solos, dentre os quais predominam: os Latossolos, Argilossolos, Plintossolos, Areias Quartzosas e Neossolos. Nas áreas de planícies há predominância dos solos Nitossolos, ao sul, leste e sudoeste; Vertissolos, no centro e oeste do Estado; Areias Quartzosas e Areias Quartzosas Marinhas a leste e a oeste do Golfão Maranhense; e os Halomórficos no Golfão e Litoral Ocidental (Maranhão, 1998b; EMBRAPA, 1999). Dentre os Solos Halomórficos destaca-se o Solonchack (Gleissolos) nos campos inundáveis do Golfão Maranhense. Os Solonchacks são solos salinos, facilmente encontrados na superfície terrestre, onde são formados sob condições hidromórficas, caracterizando-se pela presença de sais. Ocorrem em relevo plano sob vegetação de campo, principalmente na área da Baixada Maranhense (Brasil, 1973). Os solos indiscriminados de mangue, um outro tipo de solo halomórfico, são constituídos por sedimentos não-consolidados, formados por matéria orgânica proveniente da deposição de detritos do mangue e da intensa biodiversidade dos crustáceos ali presentes. Ocorrem ao longo das baixadas litorâneas, nas margens da Baía de São José, onde o relevo plano, e às vezes colinoso, proporciona uma condição de má drenagem devido à oscilação diária das marés (Brasil, 1973). Na área de estudo, há predominância das areias quartzosas marinhas que se caracterizam por serem solos sem horizontes genéticos definidos, com fertilidade natural baixa e acidez elevada. Estes solos ocorrem nas baixadas da porção norteoriental, e apresentam coberturas vegetais descritas como formações litorâneas de dunas e restingas (Figura 2.4) (Feitosa, 1996). Ao centro e a oeste ocorre a predominância dos 34

34 solos indiscriminados de mangues, os quais possuem altos teores de compostos de enxofre e são de difícil recuperação (Maranhão, 1998b). FIGURA Areia Quartzosa (A e B) com formação vegetal de dunas e restingas (C) FONTE: Trabalho de campo 35

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36 CAPÍTULO 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O sensoriamento remoto é uma técnica que utiliza sensores, a bordo de plataformas orbitais ou aerotransportadas, na captação e no registro do fluxo de radiação eletromagnética (REM) refletido ou emitido por elementos na superfície terrestre, e o converte em sinais passíveis de análise (Slater, 1980; Novo, 1992; Ponzoni e Disperati, 1995). A radiação eletromagnética refletida numa dada direção depende da intensidade e da faixa espectral do fluxo radiante incidente e das características físico-químicas do alvo em estudo. O sensoriamento remoto permite identificar características de diferentes materiais superficiais. Isto porque estes materiais comportam-se de modo diverso nos vários comprimentos de onda do espectro eletromagnético (Figura 3.1). Por isso, o conhecimento do comportamento espectral dos alvos é importante na otimização do uso dos dados coletados remotamente, visto que o sinal registrado por um sensor depende das características espectrais da superfície observada (Crósta, 1992, Ponzoni e Disperati, 1995). A aquisição dos dados em sensoriamento remoto é realizada, basicamente, nos seguintes níveis: a) laboratório/campo, onde se utiliza o radiômetro, que é um sensor nãoimageador; b) nível aéreo, através dos levantamentos aerofotogramétricos; e c) nível orbital, com o imageamento realizado através de sensores que se encontram a bordo dos satélites artificiais (Novo, 1992). 37

37 FIGURA Espectro eletromagnético FONTE: Modificada de Steffen e Moraes (1993, p. 2) Sensoriamento Remoto Óptico O programa LANDSAT, desenvolvido pela National Aeronautics and Space Administration NASA, foi o primeiro programa de satélite de sensoriamento remoto destinado a observação dos recursos terrestres, com o objetivo de possibilitar a aquisição de dados espaciais, espectrais e temporais da superfície da Terra de maneira global e repetitiva. O Mapeador Temático (TM - Thematic Mapper) instalado a bordo do satélite Landsat-5 dispõe de dados em 7 bandas espectrais, com resolução espacial de 30 m para as bandas do visível, infravermelho próximo e médio, e de 120 m para a banda do infravermelho termal. As imagens TM apresentam uma área nominal no terreno de 185 x 180 km 2 (INPE/SELPER, 2000). Os dados do TM também podem ser utilizados a partir da associação de suas características temporais e multiespectrais, obtendo-se uma composição colorida multitemporal/multiespectral (Florenzano et al. 1988). 38

38 Na Tabela 3.1 constam as características espectrais das bandas TM/Landsat-5: TABELA Características espectrais do sistema orbital TM/Landsat-5 BANDAS FAIXA ESPECTRAL (µm) 1 0,45-0,52 (azul) 2 0,52-0,60 (verde) 3 0,63-0,69 (vermelho) 4 0,76-0,90 (infravermelho próximo) 5 1,55-1,75 (infravermelho médio) 6 10,40-12,50 (infravermelho termal) 7 2,08-2,35 (infravermelho médio) FONTE: Modificado de INPE/SELPER (2000) Nas regiões do visível e infravermelho próximo, os sistemas ópticos medem a quantidade de energia eletromagnética refletida pelos alvos. Por outro lado, nas regiões do infravermelho médio e termal é medida a emissão de energia dos corpos da superfície terrestre (Smith, 1983). Desta forma, vale ressaltar que, para a interpretação de dados de sensoriamento remoto, é importante a obtenção de conhecimento sobre o comportamento espectral dos objetos naturais que compõem a superfície terrestre, tais como: água, vegetação e solos, entre outros. a) Água As propriedades ópticas da água apresentam grande variabilidade no tempo e no espaço em decorrência de seus aspectos gerais. As principais características ópticas de um meio são a reflexão, transmissão e absorção (Novo, 1998). A reflectância e a emissividade da água estão diretamente relacionadas às propriedades ópticas e às substâncias dissolvidas ou em estado de suspensão, à biota fotossintetizadora e a partículas não vivas. Para 39

39 Novo (1998), esses componentes básicos da água afetam o seu comportamento espectral, da seguinte forma: Em torno de 450 nm, a absorção pela água pura é desprezível e praticamente toda energia que penetra na interface ar/água atravessa em quase toda a sua totalidade os primeiros metros. Na região do infravermelho a absorção pela água é muito alta. A presença de matéria orgânica dissolvida na água provoca profundas modificações no processo de absorção da luz no meio aquático. O máximo de absorção da água com a presença de matéria orgânica dissolvida ocorre na região de mínima absorção da água pura. Na região do azul é que se dá o maior contraste na absorção da água pura e da água com altas concentrações de matéria orgânica dissolvida. Os coeficientes de absorção da matéria orgânica dissolvida se equivalem numericamente aos coeficientes de absorção da água pura no infravermelho. Na região do verde e vermelho esse coeficiente é bem menor. O coeficiente de absorção da clorofila tem dois máximos, um na região do azul, em torno de 450 nm, e outro na região do vermelho, em torno de 650 nm. A presença de partículas orgânicas e inorgânicas na água também aumenta o seu coeficiente de absorção. Essas partículas em geral apresentam espectro de absorção semelhante ao da matéria orgânica dissolvida, mas sua magnitude é bem menor, variando entre 0,3 m -1 a 1,5 m -1 em condições de águas bastante túrbidas. A presença de água nos solos e na vegetação pode influenciar, também, significativamente no comportamento espectral destes alvos. b) Vegetação O estudo da vegetação, através de técnicas de sensoriamento remoto, envolve duas abordagens principais, sendo uma relacionada ao estudo de dosséis e outra ao estudo de 40