O SENSOR MODIS E SUAS APLICAÇÕES AMBIENTAIS NO BRASIL

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1 O SENSOR MODIS E SUAS APLICAÇÕES AMBIENTAIS NO BRASIL Organizadores: Bernardo F. T. Rudorff; Yosio E. Shimabukuro & Juan C. Ceballos

2 Prefácio - Getulio Teixeira Batista SENSOR MODIS APLICAÇÕES AMBIENTAIS Aplicações na Agricultura Aplicações no Meio Ambiente Aplicações na Hidrosfera Aplicações na Atmosfera Aplicações Socio-econômicas Projetos Operacionais

3 SENSOR MODIS 1. Histórico e descrição João Vianei Soares; Getulio T. Batista & Yosio E. Shimabukuro 2. Produtos para ecossistemas terrestres (MODLAND) Marcelo L. Latorre; Yosio E. Shimabukuro & Liana O. Anderson 3. Produtos para oceano (MOCEAN) Milton Kampel & João A. Lorenzzetti 4. Produtos para atmosfera (MODIS Atmosphere) Juan Carlos Ceballos 5. Pré-processamento Egídio Arai & Ramon Morais de Freitas 6. O Futuro do MODIS no Sistema de Observação da Terra José Luis Yi & José A. Quintanilha Referências Bibliográficas

4 Aplicações na Agricultura 7. Estimativa da produtividade agrícola da soja: estudo de caso no Rio Grande do Sul Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff 8. Classificação de soja pelo método de superfícies de resposta espectro temporal Conrado de Moraes Rudorff; Luciana M. Sugawara; Carlos A. O. Vieira & Rodrigo Rizzi 9. Índices de vegetação para estimativa de área plantada com arroz irrigado Enzo D Arco; Bernardo F. T. Rudorff & Rodrigo Rizzi 10. Avaliação do IAF para soja no Rio Grande do Sul Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff & Yosio Shimabukuro 11. Detecção de geada em lavouras de café Débora R. Rafaelli & Mauricio A. Moreira Referências Bibliográficas

5 Aplicações no Meio Ambiente 12. Classificação espectro-temporal de formações vegetais Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro 13. Monitoramento da paisagem de unidades de conservação María Silvia Pardi Lacruz & João Roberto dos Santos 14. Monitoramento da cobertura terrestre: fenologia e alterações antrópicas Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro. 15. Modelagem da irradiância solar incidente Pabrício Marcos Oliveira Lopes; Brenner Stefan Gomes Silva; Marcus Jorge Bottino & Dalton de Morisson Valeriano 16. Avaliação do Índice de Área Foliar (LAI) na Amazônia Luiz Eduardo Aragão & Yosio E. Shimabukuro 17. Avaliação do produto FAPAR para a floresta tropical Amazônica Mônica C. A. Senna; Marcos H. Costa & Yosio E. Shimabukuro Referências Bibliográficas

6 Aplicações na Hidrosfera 18. Monitoramento de áreas alagáveis Thiago S. F. Silva; Ramon Morais de Freitas & Evlyn M. L. M. Novo 19. Sistemas Aquáticos Continentais Evlyn M. L. M. Novo; Cláudio Barbosa & Ramon Morais de Freitas 20. Estimativa da produtividade primária oceânica Milton Kampel & Salvador Airton Gaeta Referências Bibliográficas

7 Aplicações Socio-econômicas 24. Epidemiologia e saúde pública Marcelo de Paula Correia 25. Fiscalização do seguro agrícola Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff 26. Monitoramento da colheita da cana Daniel Alves de Aguiar; Wagner F. Silva; Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff; Luciana M. Sugawara & Luiz Antônio Dias Paes Referências Bibliográficas

8 Projetos Operacionais 27. Desmatamento na Amazônia Sistema DETER Yosio E. Shimabukuro; Valdete Duarte; Mauricio A. Moreira; Egidio Arai; Dalton M. Valeriano; Liana O. Anderson & Fernando Del Bom Espírito Santo 28. ESTIMATIVA QUINZENAL DE ÁREAS QUEIMADAS Alberto Setzer; Fabiano Morelli & Roberto Lombardi Referências Bibliográficas - Siglas

9 1. Histórico e descrição João Vianei Soares; Getulio T. Batista & Yosio E. Shimabukuro Altura: 3,5 metros Comprimento: 6,8 metros Massa: Quilogramas Energia (Potência): watts (média) Taxa de Coleta de Dados pelos Instrumentos: kilobytes por seg. (média) Vida Útil (projetada): 6 anos Altura: 2,7 metros Comprimento: 6,5 metros Massa: Quilogramas Energia (Potência): watts (média) Taxa de Coleta de Dados pelos Instrumentos: 8.847,4 kilobytes por seg. (média) Vida Útil (projetada): 6 anos AMSR-E MODIS AMSU-A1 AIRS AMSU-A2 Antena Banda-X HSB CERES (2)

10 Corpo negro de referência Espelho duplo de varredura Difusor solar Cobertura da abertura Calibrador espectroradiométrico Módulo principal eletrônico Visada para o espaço e porta de calibração lunar Refrigerador radiativo Porta do refrigerador radiativo e protetor da terra Isolante termal

11 Tab. 1.1 Especificações gerais do Espectrorradiômetro MODIS Órbita: Taxa de varredura: Faixa imageada: Telescópio: Tamanho: Peso: Potência: Taxa de dados: Quantização: Resolução espacial: Vida útil: Altitude de 705 km, cruzando o equador às 10h30min em nodo descendente (Terra) e 13h30min no nodo ascendente (Aqua), heliossíncrona, quase polar, circular 20 rpm, ortogonal à órbita 2330 km (ortogonal) por 10 km (direção de vôo no nadir) 17,78 cm diâmetro, sem eixo único, focos separados, com planos de desvio intermediários. 1,0 x 1,6 x 1,0 m 228,7 kg 162,5 W (media orbital) 10,6 Mbps (pico); 6,1 Mbps (media orbital) 12 bits 250 m (bandas 1-2) 500 m (bandas 3-7) 1000 m (bandas 8-36) 6 anos

12 2. Produtos para ecossistemas terrestres (MODLAND) Marcelo L. Latorre; Yosio E. Shimabukuro & Liana O. Anderson Tab. Produtos da superfície terrestre gerados pelo sensor MODIS Módulos PRODUTOS PRODUTOS RELACIONADOS AO BALANÇO DE ENERGIA MOD 09 Reflectância de superfície MOD 11 Temperatura da superfície da Terra e Emissividade MOD 43 BRDF/Albedo MOD 10 E 29 Cobertura de neve e extensão de gelo na superfície do mar PRODUTOS RELACIONADOS À VEGETAÇÃO MOD 13 Grades de índices de vegetação (Máximo NDVI e MVI integrado) MOD 15 Leaf Area Index (LAI) e FPAR MOD 17 Fotossíntese líquida e produtividade primária PRODUTOS RELACIONADOS À COBERTURA TERRESTRE MOD 12 Cobertura da terra e mudança na cobertura da terra MOD 14 Anomalias termais, fogo e queima de biomassa MOD 44 Conversão da cobertura vegetal

13 Composição RGB, bandas MODIS (1, 2, 7) do produto MOD09. Área localizada na região central do Estado do Mato Grosso Julho de 2002.

14 Produto MOD13: NDVI e EVI, com resolução espacial de 500m, abrangendo América do Sul. Jun 25 Jul

15 3. Produtos para oceano (MOCEAN) Milton Kampel & João A. Lorenzzetti Oceano MOD18 - Normalized Water-leaving Radiance (Radiância Normalizada Proveniente de Corpos d Água) MOD19 - Pigment Concentration (Concentração de Pigmentos) MOD20 - Chlorophyll Fluorescence (Fluorescência da Clorofila) MOD21 - Chlorophyll_a Pigment Concentration (Concentração de Pigmento de Clorofila a) MOD22 - Photosynthetically Active Radiation (PAR) (Radiação Fotossinteticamente Ativa) MOD23 - Suspended-Solids Concentration (Concentração de Partículas Sólidas) MOD24 - Organic Matter Concentration (Concentração de Matéria Orgânica) MOD25 - Coccolith Concentration (Concentração de Plancto Calcáreo) MOD26 - Ocean Water Attenuation Coefficient (Coeficiente de Atenuação da Água do Mar). MOD27 - Ocean Primary Productivity (Produtividade Primária do Oceano) MOD28 - Sea Surface Temperature (Temperatura de Superfície do Mar - TSM) MOD31 - Phycoerythrin Concentration (Concentração de Pigmentos de Algas Vermelhas) MOD36 - Total Absorption Coefficient (Coeficiente de Absorção Total) MOD37 - Ocean Aerosol Properties (Propriedades de Aerossóis Oceânicos). MOD39 - Clear Water Epsilon (Grau de Pureza de Águas Claras)

16 Produtos MODIS propostos para aplicações em Oceano (MODOCEAN) Nome do produto Radiância emergente da superfície do mar normalizada Concentração de clorofila-a Coeficiente de atenuação da luz na água do mar Temperatura da superfície do mar Radiação fotossinteticamente ativa Produtividade primária oceânica Fluorescência da clorofila (e eficiência da fluorescência) Absorção espectral pelo fitoplâncton Absorção pela matéria orgânica dissolvida Concentração de sólidos em suspensão Concentração de pigmentos em cocolitoforídeos Concentração de outros pigmentos

17 Exemplo de concentração de clorofila-a estimada pelo emprego do algoritmo OC3M em uma imagem MODIS (ver texto) para a região da costa sudeste brasileira em 30/08/2004. Valores de clorofila em escala logarítmica, variando entre 0,01 a 20,00 mg m-3.

18 4. Produtos para atmosfera (MODIS Atmosphere) Juan Carlos Ceballos Atmosfera MOD04 - Aerosol Product (Produto de Aerossol) MOD05 - Total Precipitable Water (Total de Água Precipitável) MOD06 - Cloud Product (Produto de Nuvem) MOD07 - Atmospheric Profiles (Perfil Atmosférico) MOD08 - Gridded Atmospheric Product (Grades de Produtos Atmosféricos) MOD35 - Cloud Mask (Máscara de Nuvem)

19 MODIS Nível-2 Os produtos obtidos a partir de arquivos de radiâncias já navegadas são: Aerossol: tipo, profundidade óptica, distribuição de tamanhos de partículas, concentração (massa), propriedades ópticas. MOD04_L2 (Terra) e MYD04_L2 (Aqua). Vapor d água: vapor d água e água precipitável. MOD05_L2 (Terra) e MYD05_L2 (Aqua). Nuvens: propriedades físicas e radiativas de nuvens, incluindo fase das partículas (gelo / água), discriminação entre nuvem e superfície nevada, raio efetivo das partículas nas nuvens, profundidade óptica, efeitos de sombra de nuvem, temperatura do topo, altura do topo, emissividade equivalente, fase da nuvem (gelo / água, opaca / semitransparente), fração de nebulosidade em condições diurnas e noturnas. MOD06_L2 (Terra) e MYD06_L2 (Aqua). Perfilagem atmosférica: perfil vertical de temperatura e umidade; estabilidade atmosférica; coluna de ozônio. MOD07_L2 (Terra) e MYD07_L2 (Aqua). Mascaramento de nuvens: indicação de observação da superfície com linha de visada obstruída por nuvem ou afetada por sombra de nuvem. Indicação adicional de presença de cirrus, gelo / neve, reflexão especular de luz solar (sunglint). Indicação adicional dia / noite, e oceano / continente. MOD35_L2 (Terra) e MYD35_L2 (Aqua).

20 5. Pré-processamento Egídio Arai & Ramon Morais de Freitas Níveis de processamento do MODIS Nível de Processamento Nível 0 Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Características do dado Dados brutos na resolução total, sem as informações de comunicação. Dados do Nível 0 que foram calibrados utilizando coeficientes radiométricos e geométricos, e informações de geolocalização. Variáveis geofísicas derivadas na mesma resolução e localização dos dados de Nível 1. Variáveis mapeadas em grades igualmente espaçadas, com preenchimento consistente. Saídas de modelos ou resultados de análises de dados de Níveis mais baixos.

21 Região no centro e na borda da passagem. Município Feliz Natal-MT

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24 Site do EOS Data Gateway

25 Endereços de sites sobre o MODIS na internet Endereço Descrição Página oficial do Sensor MODIS Página da disciplina de Atmosfera Disciplina de Continente Disciplina de Calibração Lista dos algorítmos ATBD Avaliação dos dados de qualidade de cada produto MRT e MRT Swath Lista de softwares utilitários

26 Exemplo de Identificação dos Arquivos MODIS MOD13A2.A h13v hdf MOD Identificação da plataforma MOD-Terra, MYD-Aqua 13A2 Número do produto (índice de vegetação 16 dias 1km) A Data de aquisição ano de 2003 dia Juliano 033 h13v12 Tile horizontal 13 vertical Versão de processamento Data do processamento: Ano 2003 dia Juliano 057 horário (HH:MM:SS) 23:36:23

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28 6. O Futuro do MODIS no Sistema de Observação da Terra José Luis Yi & José A. Quintanilha ATMS (Advanced Technology Microwave Sounder). CrIS (Cross-track Infrared Sounder). OMPS (Ozone Mapping and Profile Suite). VIIRS (Visible/Infrared Imager Radiometer Suite).

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30 7. Estimativa da produtividade agrícola da soja: estudo de caso no Rio Grande do Sul Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff Mapas temáticos referente à produtividade da soja estimada pelos modelos AGRO e AGROESPEC, anos-safra 2000/01 a 2002/03 e a localização geográfica da área de estudo

31 8. Classificação de soja pelo método de superfícies de resposta espectro- temporal Conrado de Moraes Rudorff; Luciana M. Sugawara; Carlos A. O. Vieira & Rodrigo Rizzi a) 15 a 30/10/2000 b) 02 a 17/12/2000 c) 18/02 a 05/03/2001 d) 06 a 21/03/2001 e) 22/03 a 06/04/2001 f) 07 a 22/04/2001

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35 9. Índices de vegetação para estimativa de área plantada com arroz irrigado Enzo D Arco; Bernardo F. T. Rudorff & Rodrigo Rizzi a) Composição colorida nov2 (B) + fev1 (G) + fev2 (R) b) Resultado da classificação vetor do mapa de referência

36 10. Avaliação do IAF para soja no Rio Grande do Sul Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff & Yosio Shimabukuro

37 11. Detecção de geada em lavouras de café Débora R. Rafaelli & Mauricio A. Moreira Imagem NDVI diária fatiada, obtida em 06/07/00 antes da ocorrência da geada do dia 13/07/00. Imagem NDVI diária fatiada, obtida na data de 24/07/00 após as geadas

38 12. Classificação espectro-temporal de formações vegetais Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro Mapa de classificação da cobertura da terra do Estado do Mato Grosso

39 13. Monitoramento da paisagem de unidades de conservação María Silvia Pardi Lacruz & João Roberto dos Santos PRIMEIROS TRÊS HARMÔNICOS PARA ÁREAS DE FLORESTA PRIMÁRIA, FLORESTA COM EXPLORAÇÃO MADEIREIRA E SUCESSÃO SECUNDÁRIA EM ESTÁDIO AVANÇADO DA FLORESTA NACIONAL DE TAPAJÓS.

40 14. Monitoramento da cobertura terrestre: fenologia e alterações antrópicas Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro m m m m m m m m m m Mapa de altimetria gerado com base nos dados da SRTM para o Estado do Mato Grosso.

41 15. Modelagem da irradiância solar incidente Pabrício Marcos Oliveira Lopes; Brenner Stefan Gomes Silva; Marcus Jorge Bottino & Dalton de Morisson Valeriano Modelo Numérico Terreno Produto albedo MOD43B3 + + Produto albedo MOD43B3 Irradiância céu claro Refletância nuvem + + Cobertura de nuvem Visada do céu + Configuração do terreno Irradiância céu nublado Irradiância solar suavizada = Imagens utilizadas no modelo TOPORAD para o cálculo da irradiância de céu nublado para a data de 21 de dezembro de 2003

42 16. Avaliação do Índice de Área Foliar (LAI) na Amazônia Luiz Eduardo Aragão & Yosio E. Shimabukuro - 02o 33-54o Model 1 Model 2 Model o o km Superfícies de LAI geradas a partir dos três modelos de regressão múltipla

43 17. Avaliação do produto FAPAR para a floresta tropical Amazônica Mônica C. A. Senna; Marcos H. Costa & Yosio E. Shimabukuro (a) Outubro de 2001 (b) Novembro de 2001 (c) Dezembro de 2001 (d) Janeiro de 2002 (e) Fevereiro de 2002 (f) Março de 2002 (g) Abril de 2002 (h) Maio de 2002 (i) Junho de 2002 (j) Julho de 2002 (l) Agosto de 2002 (m) Setembro de 2002 Distribuição para a América do Sul da FAPAR estimada pelo MODIS para o período de outubro de 2001 a setembro de 2002

44 18. Monitoramento de áreas alagáveis Thiago S. F. Silva; Ramon Morais de Freitas & Evlyn M. L. M. Novo Original Restaurada Floresta Macrófitas Água Pasto / Solo Nuvens Máscara Classificação da imagem MODIS referentes a 02/05/04

45 19. Sistemas Aquáticos Continentais Evlyn M. L. M. Novo; Cláudio Barbosa & Ramon Morais de Freitas Baixa Alta Imagem fração fitoplâncton. Quanto maior a abundância da assinatura do fitoplâncton presente num dado pixel, maior é o seu nível digital

46 20. Estimativa da produtividade primária oceânica Milton Kampel & Salvador Airton Gaeta Produtividade primária oceânica calculada a partir de dados do sensor MODIS utilizando o modelo P1 (ver texto). Valores expressos em [gc m-2 a-1].

47 21. Inferência de aerossóis Alexandre Correia; Andrea D. de Almeida Castanho; José Vanderlei Martins; Karla M. Longo; Márcia A. Yamasoe & Paulo Artaxo Produtos de aerossóis MODIS Aqua (29 de agosto de 2005, 17h15UTC). a) Composição RGB; b) Profundidade óptica de aerossóis em 0,55 mm; c) Expoente de Angström entre 0,47 e 0,66 mm; d) Fração da profundidade óptica em 0,55 mm devido ao aerossol que não contém poeira de deserto (h0,55).

48 22. Inferência de perfis atmosféricos Rodrigo Augusto Ferreira de Souza (a) (b) Campos horizontais de temperatura atmosférica em 500 hpa (a), de temperatura do ponto de orvalho em 500 hpa (b), do conteúdo total de ozônio (c) e de água precipitável (d) na coluna atmosférica. (c) (d)

49 23. Recuperação de propriedades físicas e radiativas de nuvens Carlos Frederico de Angelis & Luiz Augusto Toledo Machado

50 24. Epidemiologia e saúde pública Marcelo de Paula Correia

51 25. Fiscalização do seguro agrícola Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff

52 Lavouras de soja delimitadas sobre imagens diferença do EVI entre a safra de 2004/05 (seca) e a de 2002/03 (normal), desde novembro até março

53 26. Monitoramento da colheita da cana Daniel Alves de Aguiar; Wagner F. Silva; Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff; Luciana M. Sugawara & Luiz Antônio Dias Paes N Mapa da área de cana-de-açúcar colhida EDR Ribeirão Preto W E Projeção UTM Datum: SAD-69, zona 23 S LEGENDA Loclização da EDR no estado de SP Kilometers Limite EDR Datas colheita 06/04 22/04 08/05 24/05 09/06 25/06 11/07 27/07 12/08 28/08 13/09 29/09 15/10 31/10 16/11 02/12 18/

54 27. Desmatamento na Amazônia Sistema DETER Yosio E. Shimabukuro; Valdete Duarte; Mauricio A. Moreira; Egidio Arai; Dalton M. Valeriano; Liana O. Anderson & Fernando Del Bom Espírito Santo

55 28. ESTIMATIVA QUINZENAL DE ÁREAS QUEIMADAS Alberto Setzer; Fabiano Morelli & Roberto Lombardi Figura 28.9 Imagem Landsat TM de 26 de abril de 2006 com recorte do P. N. Ilha Grande (anterior à queimada que começou no dia 30 de abril de 2006). Figura Imagem Landsat TM de 12 de maio de 2006 com recorte do P. N. Ilha Grande (posterior às queimadas que terminaram em 15 de maio de 2006). Figura focos de queima (pontos Figura pixeis de área queimada

56 Obrigado!