ESTIMATIVA DO FLUXO DE CALOR NO SOLO UTILIZANDO O ALGORITMO SEBAL/METRIC E IMAGENS SATÉLITES NA REGIÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO PARAÍBA

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1 ESTIMATIVA DO FLUXO DE CALOR NO SOLO UTILIZANDO O ALGORITMO SEBAL/METRIC E IMAGENS SATÉLITES NA REGIÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO PARAÍBA Thaís Cristina Marques Ocrécio 1, Heliofábio Barros Gomes 2, Fabiano Barbosa dos Santos 3, Lucas Barbosa Cavalcante 4, Maurílio Neemias dos Santos 5, Sâmara dos Santos Silva 6 1 Meteorologista, Instituto de Ciências Atmosféricas,ICAT/ UFAL, Maceió-AL, thais.ocrecio@gmail.com 2 Meteorologista, Professor Adjunto III. ICAT/ UFAL, Maceió-AL, heliofabio@icat.ufal.br 3 MSc em Meteorologia, ICAT/ UFAL, Maceió-AL, santos.fbarbosa@gmail.com 4 Engº Agrimensor, Mestrando em Meteorologia, ICAT/UFAL, Maceió-AL, cavalcantelb@gmail.com 5 Meteorologista, Instituto de Ciências Atmosféricas,ICAT/ UFAL, Maceió-AL, maurilioneemias2010@gmail.com 6 Meteorologista, Instituto de Ciências Atmosféricas,ICAT/ UFAL, Maceió-AL, samarass_@hotmail.com RESUMO: O presente trabalho contribuiu para compreensão das estimativas e análises dos fluxos de energia à superfície, tendo como objetivo estimar as componentes do balanço de radiação e fluxos de calor no solo em torno da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba por meio de técnicas de Sensoriamento Remoto e Imagens orbitais. O método utilizado foi o algoritmo SEBAL/METRIC, que possibilita quantificar a energia disponível, e possui capacidade de diferenciação dos elementos que constituem a área de estudo. Os resultados obtidos mostraram que o método apresentou boa precisão, que pode ser confirmada por comparação com medidas in situ, e por meio de correção atmosférica banda a banda, resultando em melhores estimativas do albedo e NDVI, e consequentemente melhorando o saldo de radiação e o fluxo de calor no solo, podendo também ser utilizado na avaliação de impactos ambientais causados por alterações no solo. PALAVRAS-CHAVE: saldo de radiação, srtm, imagens orbitais. INTRODUÇÃO: A bacia do Rio Paraíba apresenta, em seu território o total de 17 municípios, com áreas em dois estados: Alagoas e Pernambuco. Porém, a região estudada apresenta problemas de escassez de água e desastres relacionados a enchentes, caracterizando certa vulnerabilidade em relação a variações na disponibilidade hídrica de seus cursos d água. A observação da Terra por meio de satélites é a maneira mais efetiva e econômica de coletar os dados necessários para utilização no monitoramento e modelagem destes fenômenos, especialmente em países de grande extensão territorial, como o Brasil. O sensoriamento remoto é uma ferramenta que tem possibilitado identificar importantes mudanças em diversos biomas terrestres; e nos últimos anos foram desenvolvidas técnicas que possibilitam a determinação dos componentes do balanço de radiação com imagens orbitais para suprir os poucos dados existentes. As alterações que ocorrem nos processos de transferência de massa, calor e momento que ocorrem na superfície terrestre são de grande relevância devido às modificações realizadas na cobertura vegetal, como as que ocorrem em regiões das bacias hidrográficas, podendo provocar mudanças climáticas, ambientais em escalas local, regional e global. O presente trabalho possui como objetivo estimar as componentes do balanço de energia, identificar e avaliar possíveis alterações promovidas pela substituição de biomas em torno da bacia hidrográfica do Rio Paraíba, com o intuito de auxiliar na compreensão das possíveis alterações no clima ocorridas na região da bacia hidrográfica do Rio Paraíba no Estado de Alagoas. MATERIAL E MÉTODOS: A área em estudo compreende parte da bacia hidrográfica do Rio Paraíba, localizada no Estado de Alagoas, numa região de clima tropical quente e chuvoso com verão seco, pluviometria média anual na bacia em torno de mm. As imagens orbitais (Figura 1) selecionadas foram obtidas através do sensor Thematic Mapper TM, a bordo do satélite LANDSAT 5, junto á DGI (Divisão de Geração de Imagens as mesmas correspondem á órbita/ponto (214/66 e 67; 215/66 e 67), com o mínimo de nebulosidade na imagem. Suas bases 333

2 teóricas e computacionais são descritas em Bastiaanssen et al. (1998a) e apresentadas em detalhe em Allen et al. (2007a). Após a seleção das imagens, utilizando o software ERDAS Imagine 9.1 foi feito o pré-processamento e as aplicações dos fluxos de energia, sendo a montagem do layout feita nos programas ArcGIS 9.2 e SPRING Os dados necessários para o monitoramento das condições meteorológicas para validação das componentes do balanço de radiação foram adquiridos por meio dos dados de PCDs (Plataforma de coleta de dados automatizada) e dados de estações automáticas, localizadas próximas a área de estudo, disponibilizadas pela Diretoria de Meteorologia (DMET/SEMARH AL). Figura 1 Localização da Bacia do Paraíba no Estado de Alagoas. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Nas Figuras 2 a 4 estão representados os mapas temáticos dos fluxos de calor no solo (G) para a região de estudo, no dia 17 de março de 2011 nos pontos/ órbitas 214/66, 214/67, 215/66, 215/67, respectivamente. Considerando-se que a extração de informações acerca da superfície terrestre mediante uso de imagens de satélite somente é possível na ausência de nuvens, ou seja, em condições de céu limpo, os valores d saldo de radiação obtidos no momento da passagem do satélite representam instantes de maior disponibilidade de energia aos diversos processos biofísicos. A seguir, são apresentados os mapas temáticos e os valores medidos usados na validação do método empregado na pesquisa. Segundo Feitosa (2005) e Bastiaanssen et al. (1998), dos componentes do balanço de energia, o fluxo de calor no solo (G) é o que apresenta maior dificuldade do ponto de vista de precisão, quando estimado por técnicas de sensoriamento remoto. Por outro lado, os últimos autores citados, não consideram esse fato como um fator limitante quando se trabalha com áreas muito pequenas, nas quais minimizam as influências da variação do tipo de solo e da cobertura vegetativa, incompatível com o tamanho do pixel do sensor TM (30m x 30m). Nessa pesquisa, a estimativa do fluxo de calor no solo foi realizada conforme sugerido por Bastiaanssen (2000), em função do saldo de radiação, albedo da superfície, índice de vegetação por diferença normalizada e temperatura da superfície, com valores próximos do horário de meio-dia. Para lagos profundos e de águas claras, ou seja, com pouco ou quase nenhuma turbidez, Allen et al.(2007a) consideram que cerca de 50% do saldo de radiação é destinado ao aquecimento da água. Já Silva e Bezerra (2006) e Bezerra et al. (2008) sugeriram o uso de 30% do saldo de 334

3 radiação para o cálculo do fluxo de calor no lago de Sobradinho, leito do São Francisco e outros reservatórios no Nordeste brasileiro, por considerarem que as condições dos corpos de água nessa região são bem distintas daquelas estabelecidas por Allen et al, (2005), mas atentam para a necessidade de pesquisas de campo para a verificação dessa porcentagem do saldo de radiação destinada ao fluxo de calor sobre a superfície de água. Comparando visualmente as figuras 2, 3 e 4, observa-se que em ambos os métodos utilizados, ocorreram poucas alterações diferenciando as áreas do recorte de estudo, ficando entre 10 e 50 W.m -2. Nas figuras 2 e 4, foram utilizados os saldo de radiação Allen e Metric, respectivamente. Analisando os resultados, observou-se que os valores que predominaram estão na classe de 10 a 50 W.m -2, e na Figura 3 (Idaho) a classe de 0 a 40 W.m -2. As áreas em vermelho representam os valores de G maiores que 50 Wm 2, que correspondem aos açudes e a pequenos corpos de água distribuídos no restante da cena. Os valores inferiores a 30 W.m -2, estão representados pelas áreas com tonalidade amarelo e se distribuem predominantemente na região como um todo no período chuvoso, nas áreas agrícolas e em alguns pontos isolados da cena que apresenta vegetação nativa bastante densa ou culturas com grande atividade fotossintética. A tonalidade predominante das cenas é a amarelo e verde claro, que representa valores de G maiores que 10,0 W.m -2 e menores que 50 W.m -2 e que correspondem às áreas de vegetação com densidade intermediária. As áreas em amarelo representam valores de G maiores que 20 Wm 2 e menores que 30 W.m -2, enquanto que as áreas com tonalidade verde-claro representam os valores de G entre 40W.m -2 e 50 W.m -2 e representam a vegetação nativa densa que se concentram predominantemente no bioma de canade-açúcar e entre outros. Figura 2 Fluxo de Calor no solo na superfície (Allen) para o dia 17/04/2011 obtido com o 335

4 Figura 3 Fluxo de Calor no solo na superfície (Idaho) para o dia 17/04/2011 obtido com o Figura 4 Fluxo de Calor no solo na superfície (Metric) para o dia 17/04/2011 obtido com o 336

5 CONCLUSÃO: Os resultados evidenciaram que o SEBAL/METRIC pode ser utilizado nas condições climáticas da bacia hidrográfica do rio Paraíba e que o algoritmo possui capacidade de diferenciação dos elementos que constituem a área de estudo que o habilitam ao monitoramento de alterações ambientais em diferentes biomas terrestres. Entre os métodos analisados, o METRIC apresentou boa precisão, a qual pode ser confirmada por comparação com medidas pluviométricas in situ, e por meio de correção atmosférica banda a banda, resultando em melhores estimativas do albedo e NDVI, consequentemente melhorando o saldo de radiação e o fluxo de calor no solo. AGRADECIMENTOS: À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Alagoas (Fapeal) e a Universidade Federal de Alagoas (UFAL). REFERÊNCIAS: ALLEN, R. G.; TASUMI, M.; MORSE, A.; TREZZA, R. A landsat-based energy balance and evapotranspiration model in Western US water rights regulation and planning. Irrigation and Drainage Systems, v. 19, p., ALLEN, R. G.; TASUMI, M.; TREZZA, R. Satellite-Based Energy Balance for Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC) Model. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, p., 2007a. 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., BASTIAANSSEN, W. G. M.; MENENTI, M.; FEDDES, R. A.; HOLTSLAG, A. A. M. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL) 1. Formulation. Journal of Hydrology, v , p a. BASTIAANSSEN, W. G. M. SEBAL-based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz Basin, Turkey. Journal of Hidrology. V. 229, p BEZERRA, B.G.; SILVA, B.B. DA; FERREIRA, N.J. Estimativa da evapotranspiração diária utilizando-se imagens digitais TM - Landsat 5. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 23, p , FEITOSA, J. R. P. Uso de Técnica de Sensoriamento Remoto e Imagens Landsat - Tm e NOAA-AVHRR na estimativa do balanço de radiação à superfície. 164f. Tese (Doutorado em Recursos Naturais). Programa Institucional de Pós-graduação em Recursos Naturais. Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, SILVA, B. B.; BEZERRA, M. V. C. Determinação dos fluxos de calor sensível e latente na superfície utilizando imagens TM - Landsat 5. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 14, p. 1-10,