SERP 06 (2011 II) Comportamento espectral da vegetação. Responsável: Denise Cybis Fontana

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1 SERP 06 (2011 II) Comportamento espectral da vegetação Responsável: Denise Cybis Fontana Avaliação: Trabalhos de caráter teórico-prático Material didático: PPG Sensoriamento Remoto / UFRGS

2 CRONOGRAMA aulas teóricas Data Professor Tópico 21/06 Denise Fontana UFRGS 28/06 Tatiana Kuplich INPE 05/07 (15:00h) Dejanira Saldanha UFRGS vegetação culturas vegetação florestas Rochas e solos 12/07 Glauber Acunha água oceanos FURG 2, 3 e 4/8 (Turno integral) Lênio Galvão INPE 9/8 Denise Fontana UFRGS Imagens hiperespectrais Prática com espectrorradiômetro 16/8 Ulisses Bremer UFRGS Geleiras

3 Critérios de avaliação Trabalho 1 - Padrões espectrais de alvos obtidos em imagens multi-espectrais; Trabalho 2 - Padrões espectrais de alvos obtidos em imagens hiperespectrais; Trabalho 3 - Relatório de prática com espectrorradiômetro; Frequência às aulas.

4 Curva espectral típica de diversos alvos a nuvem b areia c vegetação verde d solo e vegetação seca f asfalto g - água

5 Comportamento espectral Aspecto de visualização dos alvos depende: Fonte de energia utilizada; Interação da energia com a atmosfera; Interação da energia com o alvo; Tipo de sensor selecionado; Esquema de recepção, transmissão e processamento. VEGETAÇÃO - expressa as características: anatômicas; fisiológicas e morfológicas

6 FONTE DE ENERGIA: Radiação Solar (SR passivo) Espectro Eletromagnético

7 ALVO - Vegetação Características anatômicas e fisiológicas da vegetação FOLHA Órgão mais importante Reações fotoquímicas Respiração Transpiração

8 Fotossíntese Processo natural pelo qual a energia solar é aproveitada e acumulada em moléculas simples de açúcar feitas a partir de água e de CO 2, com liberação de oxigênio para o ar. 6CO H 2 O + energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2 As plantas adaptaram sua estrutura interna e externa para realizar a fotossíntese

9 Célula vegetal Unidades estruturais e funcionais

10 Estruturas presentes nas células vegetais Parede secundária cutina restringe a perda de água (índice de refração = 1,3 ) Reflexão interface parede e ar Vacúolo Membrana: tonoplasto Suco celular: água + componentes Pigmentos Antocianinas absorvem o verde e vemelho: cor azul, roxo,... Reflexão -Variações na orientação das interfaces Cloroplasto Fixação de energia química (membrana dos tilacóides) -Clorofilas e carotenóides Absorção da radiação (visível)

11 Estrutura característica da folha Epiderme cobertura da folha. Cutina restringe a respiração. Difunde, mas reflete muito pouco a radiação. Espessura variável podendo ocorrer pelos. Estômatos cm -2 aberturas que regulam as trocas gasosas e perda de água. Mecanismo determinante do comportamento espectral no Infravermelho Termal: Redução na respiração aumento da temperatura aumento da emissão de radiação

12 Estrutura característica da folha Mesófilo abundância de cloroplastos e grandes espaços intercelulares é onde ocorre a fotossíntese Ocorre no lado de incidência da radiação Mecanismo determinante do comportamento espectral no visível e infravermelho próximo e médio Absorção e espalhamento da radiação

13 Interação da estrutura da folha com as faixas espectrais Interação: - Alta absorção da radiação solar no espectro visível - Alta reflexão no infravermelho

14 Interação da radiação com a folha Ri φri = φrr + φra + λ Onde: λ λ φrt λ Rr Rt Ra Ri = radiação incidente Rr = radiação refletida Ra = radiação absorvida Rt = radiação transmitida Em termos relativos: ρ λ + α λ + τ λ = 1 Reflectância, Absorância e Transmitância

15 ρ λ + α λ + τ λ = 1 Reflectância, transmitância e absortância de folha típica (Fonte: Li-cor, 1990)

16 Propriedades espectrais de folhas de diferentes espécies vegetais.

17 Interação da radiação com a atmosfera 50% 50%

18 Em termos quantitativos Considerando 0,4 a 0,7 µm 50% da energia 0,7 a 3,0 µm 50% da energia Reflectâncias e absortâncias medias para folhas em condições de baixa e alta elevação solar Especie R B R A A B A A Gossypium hirsutum (algodao) 0,277 0,221 0,397 0,524 E considerando: 0,4 a 0,7 µm ρ Т 0,10 0,7 a 3,0 µm ρ Т 0,40 Helianthus annus (girassol) 0,287 0,227 0,412 0,537 Musa paradisiaca (banana) 0,333 0,262 0, Prunus persica (pessegueiro) 0,306 0,246 0,478 0,586 Capsicum annuum (pimenta) 0,271 0,211 0,397 0,534 Assim: Para todo o espectro ρ Т (0,1x0,5) + (0,4x0,5) = 0,25 25% 50% Media 0,295 0,233 0,420 0,545 adaptado de Gates, 1980

19 Reflectância de folhas verdes Visível Infravermelho próximo Infravermelho médio BORDA VERMELHA

20 Reflectância de folhas verdes Visível BORDA VERMELHA Pico de reflectância 555nm Da radiação incidente: Absortância 80% Reflectância Transmitância 10%

21 Interação no visível Absorção pelos Pigmentos Clorofilas (65%) Clorofila a verde-azulada Clorofila b verde-amarelada Carotenóides amarelos ou alaranjados Antocianinas vermelhos Xantofilas e outros

22 Absorção pelas clorofilas e carotenos Clorofila b Clorofila a Absorção B-caroteno Comprimento de ondas (nm) Clorofilas pigmentos verdes Carotenóides pigmentos amarelos ou alanjados (pigmentos acessórios)

23 Efeito dos pigmentos na Reflectância de folhas de: (a) Folhas de Coleus (b) Folhas de Maple

24 Folhas de Liquidambar styraciflua L. (sweetgum) em quatro estágios de desenvolvimento e as curvas espectrais

25 Clorofila Reflectância Visível (%) Clorofila a Clorofila b Teor de clorofila (mg/dm 3 ) Reflectância, na porção do visível, para o dossel de soja em função do teor de clorofila, em 9 de março e 20 de abril, EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

26 Reflectância de folhas verdes Infravermelho próximo + ÁGUA BORDA VERMELHA Da radiação incidente: Reflectância 40%

27 Folha normal Efeitos da água Reflectância (%) Comprimento de onda (nm) Folha infiltrada com água -absorção da radiação pela molécula de água; - espalhamento da radiação na interface célula-ar (maior índice de refração); - Pressão de turgescência modificando as áreas de interface célula-ar. Efeito da infiltração de água nos espaços interceculares na reflectância de folhas de feijão

28 Folhas de milho Folhas de soja Fonte: Swain & Davis (1978)

29 Árvores decíduas (Acer) Árvores coníferas (Pinus) Reflectância de folhas de árvores decíduas e coníferas Fonte: Lillesand & Kiefer (1987)

30 Tipo e espessura das folhas Epiderme superior Parênquima paliçádico Parênquima lacunoso Sistema vascular Folha de sol Epiderme inferior Folha de sombra

31 Reflectância aditiva no IV próximo

32 Reflectância de folhas verdes Infravermelho médio BORDA VERMELHA Detecção do suprimento de água

33 1,4 1,9 2,7 Relação inversa entre reflectância da folha e absorção da água Fonte: Hoffer e Johannsen (1988) Efeito do conteúdo de umidade sobre a reflectância de folhas de milho

34 Reflectância de folhas verdes Visível Infravermelho próximo Infravermelho médio BORDA VERMELHA

35 Região do infravermelho termal (8,0 a 14,0 µm) Para vegetação: transmitância = 0 ρ α + τ = 1 ρ α = 1 λ + λ λ λ + λ Pela Lei de Kirchoff (Corpo Negro) α = ε λ λ ρ + ε λ λ =1 Corpos: mau refletores bom emissor Indicação da temperatura do corpo (Lei de Planck)

36 Interação da radiação com o dossel vegetativo Dossel = conjunto de copas da vegetação ou tudo aquilo que compõe a parte aérea de uma comunidade de plantas. Florestas Culturas Campos

37 Produção Agrícola RS 17% (grãos) BR Principais culturas NORTE DO RS Soja, milho (primavera-verão) Trigo (outono-inverno) SUL DO RS Arroz (Primavera-verão) Rio Grande do Sul

38 Cultura do soja no RS

39 Cultura do soja no RS BR RS Produção (1000 ton) % Des. Veg. Floração Enc. Grão Maduro Colhido Soja Safras CARACTERÍSTICAS: -Leguminosa -Época de semeadura definida - Grandes áreas produtoras % de lavouras Out 2 Nov 1 Nov 2 Dez 1 Dez 2 Jan 1 Jan 2 Fev 1 Fev 2 Mar 1 Mar 2 Abr 1 Abr 2 Mai 1 Mai 2 Mês/Quinzena

40 Cultura do arroz no RS BR RS 53% Produção (1000 ton) Arroz Safras

41 CARACTERÍSTICAS: -Gramínea -Época de semeadura definida - Grandes áreas produtoras -Sistema de inundação Des. Veg. Floração Enc. Grão Maduro Colhido % de lavouras Out 1 Out 2 Nov 1 Nov 2 Dez 1 Dez 2 Jan 1 Jan 2 Cultura do arroz no RS Fev 1 Fev 2 Mês/Quinzena Mar 1 Mar 2 Abr 1 Abr 2 Mai 1 Mai 2

42 BR RS Cultura do milho no RS Produção (1000 ton) % Milho Safras

43 CARACTERÍSTICAS: -Gramínea -Ampla faixa de Cultura do milho no RS % de lavouras Set 1 Set 2 Out 1 Out 2 Nov 1 Nov 2 Dez 1 Dez 2 Jan 1 Jan 2 Fev 1 Fev 2 Mar 1 Mar 2 Abr 1 Abr 2 Mai 1 Mai 2 Jun 1 Jun 2 Jul 1 Jul 2 semeadura - Localização e tamanho de lavouras Des. Veg. Floração Enc. Grão Maduro Colhido Mês/Quinzena

44 BR RS 37% Produção (1000 ton) Trigo Safras Cultura do trigo no RS

45 Cultura do trigo no RS Des. Veg. Floração Enc. Grão Maduro Colhido % de lavouras Mai 2 Jun 1 Jun 2 Jul 1 Jul 2 Ago 1 Ago 2 Set 1 Mês/Quinzena Set 2 Out 1 Out 2 Nov 1 Nov 2 Dez 1 CARACTERÍSTICAS: - Gramínea - Confusão espectral com demais cereais de inverno

46 Interação da radiação com o dossel vegetativo 1. Aspectos geométricos: Forma como o alvo reflete a radiação incidente Obs: Assume-se que vegetação ~ alvo lambertiano

47 Atenção em estudos multitemporais Efeitos da reflectância bidirecional numa parcela de azevém observada em diferentes ângulos de visada (Fonte: Jensen, 2009)

48 Interação da radiação com o dossel vegetativo 2. Aspectos espectrais: Soma das contribuições dos alvos componentes da cena (folhas, caules, flores, fundo,...); Afetada por características morfológicas e fisiológicas da vegetação Capacidade de absorção Influênciada pela reflectância do solo, ângulo de iluminação e observação, efeitos atmosféricos...

49 Características morfológicas e fisiológicas da vegetação Fatores Morfológicos aqueles relacionados com a organização espacial dos elementos envolvidos na captação da luz Fatores Fisiológicos aqueles relacionados ao aspecto funcional da planta

50 Fatores morfológicos Índice de área foliar (IAF ou LAI) Distribuição horizontal e vertical das folhas IC = 100% IC < 100% Distância vertical Ângulo de inserção foliar (grau de penetração da radiação no interior da copa) 0 o Erectófilas Planófilas 90 o

51 Fatores Fisiológicos (em culturas anuais) Metabolismo (tipo de cultura) Etapa do desenvolvimento Conteúdo de água na planta Estado nutricional das plantas Outros...

52 Aspecto da vegetação satélies aeronaves Forma de radiômetros Aquisição de dados

53 Aquisição: Radiômetro Informação numérica (curvas espectrais) área = ângulo de abertura x altura

54 Fatores fisiológicos Metabolismo (Tipo de cultura) Espectros de algumas espécies agrícolas, obtidas no Colorado em 3 de setembro de 1993 usando o AVIRIS com 244 canais e pixels de 20x20m (Fonte: Jensen, 2009)

55 Fatores fisiológicos (culturas anuais): Conteúdo de água na planta Estado nutricional das plantas Práticas de manejo CAPACIDADE DE INTERCEPTAR A RADIAÇÃO

56 70 60 Re fle ctân cia (%) CNI DNI CI DI Comprimento de Onda (nm) Reflectância do dossel de soja no dia 09/03/2004 nos tratamentos CNI (convencional não irrigado), CI (convencional irrigado), DNI (direto não irrigado) e DI (direto irrigado), EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

57 Fatores fisiológicos: Etapa do desenvolvimento Capacidade de interceptar a radiação Período de implantação Máximo desenvolvimento Senescência

58 Fatores fisiológicos: Etapa do desenvolvimento Escalas fenológicas Desenvolvimento da planta de trigo FORMAÇÃO DE GRÃOS MAIO/JULHO Emissão da 6ª folha ALONGAMENTO Emergência AFILHAMENTO EMBORRACHAMENTO FLORESCIMENTO OUTUBRO/NOVEM MBRO Número de afilhos Número de espigas Grãos/espiga Peso de grãos

59 Reflectância em 50 função das 40 etapas do 30 desenvolvimento da cultura do 20 trigo Reflectância (%) Afilhamento Florescimento Formação de grão Comprimento de ondas (nm) Mistura vegetação + solo

60 Distribuição dos pixels de uma cena Migração de um pixel de vegetação agrícola no espaço multiespectral do V e IVP no espaço multiespectral do V e IVP (Fonte: Jensen, 2009)

61 Aquisição: por satélite Informação numérica e espacial (curvas espectrais e imagens) Resoluções radiométrica, espectral, espacial e temporal

62 Aquisição: por satélite Informação Características do sensor MODIS LANDSAT IKONOS

63 Aquisição: por satélite Efeitos atmosféricos: Nebulosidade Variação espacial e temporal Vapor d água CO 2 atmosférico Fumaças Aerossóis Aspecto distinto para um mesmo alvo Geometria de imageamento Ângulo solar Revelo (exposição do terreno)

64 Característica espectral Exemplo: Landsat TM Reflectâ ância (%) Landsat Comprimento de ondas (µm) Resoluções: temporal (16 dias), espectral (6bandas V+IV e 1banda T), espacial (30m), radiométrica (8 bits)

65 Característica espectral Landsat Banda 3 Banda 4 Banda 5

66 Característica espectral Landsat MATA SOLO MILHO Composição Colorida RGB 543 (Landsat TM) SOJA Classificação digital

67 Pivô central - sistema de irrigação

68 Característica espectral e temporal Dinâmica de culturas agrícolas ciclo anual Landsat 22/10/98 11/02/98 Imagem Landsat órbita/ponto 223/80, composição colorida RGB 543, georreferenciada, com a malha municipal sobreposta Fonte: Projeto Geosafras

69 Característica espectral e temporal Delimitação das lavouras pela diferença das duas datas, município de Itaqui (novembro e fevereiro) Landsat

70 Característica espectral e temporal Delimitação das lavouras pela diferença das duas datas, município de Uruguaiana (novembro e fevereiro) Diferenciação de áreas de soja Landsat Contexto soja arroz

71 Comportamento espectral da vegetação Índices de Vegetação

72 Reflectância de folhas verdes Visível Infravermelho próximo Infravermelho médio BORDA VERMELHA

73 Vegetação Solo Re eflectância (%) Água Comprimento de ondas (µm) Curva característica da reflectância de alvos

74 Visível Infravermelho 9 70 Reflec ctância Visível (%) Reflectân ncia Infravermelho (%) IAF IAF Reflectância, na porção do visível e do infravermelho, para o dossel de soja em função do índice de área foliar (IAF), EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

75 Visível Infravermelho Reflec ctância Visível (%) Clorofila a Clorofila b Teor de clorofila (mg/dm 3 ) ncia Infravermelho (%) Reflectâ Clorofila a Clorofila b Teor de clorofila (mg/dm 3 ) Reflectância, na porção do visível e do infravermelho, para o dossel de soja em função do teor de clorofila, em 9 de março e 20 de abril, EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

76 Reflec ctância Infravermelho (%) CNI CI DNI DI Vegetação Reflectância Visível (%) Reflectância do dossel de soja, nas faixas do visível e do infravermelho nos tratamentos CNI (convencional não irrigado), CI (convencional irrigado), DNI (direto não irrigado) e DI (direto irrigado), EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

77 Solo infravermelho (%) Reflectância 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 y = 1,3159x + 0,0392 R 2 = 0,9249 Linha do solo 0,0 0,1 0,2 0,3 Reflectância visível (%) Reflectância da superfície do solo descoberto e sob palha em condições variáveis de umidade. EEA-UFRGS, Eldorado do Sul (Almeida et al., 2005).

78 Índices de vegetação Medidas radiométricas da quantidade, estrutura e condição da vegetação Combinações lineares de bandas espectrais (visível e infravermelho) Visível Infravermelho Vegetação Solo Reflectância (%) Água Comprimento de ondas (µm) Curva característica da reflectância de alvos

79 1.Razão entre bandas espectrais: Os índices de vegetação agrupados nesta categoria são também denominados índices de vegetação por inclinação, visto que a relação entre as reflectâncias nas bandas espectrais é definida por retas com diferentes inclinações. Relação entre as reflectância de plantas no visível e no infravermelho

80 2. Combinações lineares entre bandas espectrais: Os índices de vegetação agrupados nesta categoria são também denominados índices de vegetação por distância, por representarem uma medida linear de distância em relação ao padrão espectral do solo descoberto. Relação entre as reflectância de plantas no visível e no infravermelho

81 a nuvem b areia c vegetação verde d solo e vegetação seca f asfalto g - água SR - Razão simples (Jordan, 1969) RVI = ρ IV ρ V sendo ρ IV e ρ V as reflectâncias no infravermelho e visível, respectivamente Valores típicos: Nuvens, água e neve apresentam valores de reflectância maiores no visível do que no infravermelho - RVI próximos a zero. Rochas e solo descolberto têm valores similares de reflectância nestes dois comprimentos de onda - RVI próximos a unidade. Vegetação - RVI entre 3 e 15 Altos valores são associados com altas densidades de vegetação saudável.

82 NDVI - Índice de vegetação por diferença normalizada (Rouse et al, 1973) a nuvem b areia c vegetação verde d solo e vegetação seca f asfalto g - água NDVI = ( ρ ) IV ρv ( ρ + ρ ) IV V Valores típicos: Nuvens, água e neve apresentam valores de reflectância maiores no visível do que no infravermelho - NDVI negativos. Rochas e solo descolberto têm valores similares de reflectância nestes dois comprimentos de onda - NDVI próximos a zero. Vegetação - NDVI entre 0,3 e 1 Altos valores são associados com altas densidades de vegetação saudável. Efeitos atmosféricos (espalhamento por poeiras, aerosóis, gases atmosféricos e nuvens dentro do pixel) - aumenta a reflectância na banda do visível em relação a banda do infravermelho - reduz NDVI.

83 (Fonte: Jensen, 2009) NDVI sensível às variações de biomassa em condições de BAIXA biomassa (ALTA biomassa SATURAÇÃO) SR sensível às variações de biomassa em condições de ALTA biomassa

84 TVI - Índice de vegetação transformado (Rouse, 1973) É uma extensão do NDVI, dado por: ( ρ ρ ) ( ρ IV + ρv ) TVI = IV V + 0, 5 A adição de 0,5 foi feita para evitar trabalhar com números negativos. A raiz quadrada foi utilizada no sentido de evitar a possibilidade das variâncias das razões serem proporcionais aos valores médios.

85 PVI - Índice de vegetação perpendicular (Richardson e Wiegand, 1977) Representa a distância ortogonal de um ponto, correspondendo a reflectância da vegetação, à linha do solo, no espaço definido pelas bandas do visível e do infravermelho. ρ iv(vg) PVI ρ iv(so) ρ v(vg) ρ v(so) 2 2 PVI = ( ρv( SO) ρv( VG) ) + ( ρiv( SO) ρiv( VG) )

86 É possível expressar PVI como uma combinação linear de ρiv e ρv: PVI = 2 ( a b) IV VG V VG 1 ρ a + ( ) ρ ( ) 1 sendo ρ V(SO), ρ V(VG), ρ IV(SO) e ρ IV(VG) as reflectâncias nas regiões do vemelho e do infravermelho para o solo e para a vegetação, respectivamente. Para um dado solo, as reflectâncias no visível e infravermelho são relacionadas pela equação da linha do solo, dada por: ρiv ( SO) = aρv ( SO) + b

87 SAVI - Índice de vegetação ajustado para o solo (Huete, 1988) SAVI = ( ρiv ρv ) (1 + ( ρiv + ρv + L) L) L é a soma dos valores das coordenadas (x,y) do ponto em que a linha do solo intercepta a linha gerada pela resultante entre PVI e NDVI. A constante L foi introduzida no sentido de diminuir a influência do brilho do solo e produzir isolinhas de vegetação mais independentes do solo. L varia de zero a infinito como função da densidade do dossel. Se L = 0, SAVI é equivalente ao NDVI e se L tende ao infinito, SAVI é equivalente ao PVI.

88 L

89 WDVI - Índice de vegetação ponderado WDVI = ρ IV cρ V onde: c IV SO = ρ ( ) ρ V SO ( ) sendo c o intercepto da linha do solo quando esta passa pela origem.

90 Principais satélites/sensores Cobertura Global/Regional GOES (USA) Cobertura Regional/Local LANDSAT (USA) Cobertura Local SPOT (FRANÇA) NOAA/AVHRR (USA) CBERS (BRASIL) IKONOS (USA) MODIS (USA) ASTER/TERRA (EUA) QUICK BIRD (USA)

91 Influência dos diferentes sensores sobre o valor do NDVI LANDSAT/TM: B5 ( ) e B7 ( ) NOAA/AVHRR: B1 ( ) e B2 ( ) TERRA/MODIS: B1 ( ) e B2 ( ) Paspalum notatum em condições de baixa, média e alta biomassa NDVI - AVHRR NDVI - MODIS NDVI - AVHRR NDVI - Landsat landsat baixa biomassa vs avhrr baixa biomassa landsat media biomassa vs avhrr media biomassa landsat alta biomassa vs avhrr alta biomassa NDVI - Landsat landsat baixa biomassa vs modis baixa biomassa landsat media biomassa vs modis media biomassa landsat alta biomassa vs modis alta biomassa NDVI - MODIS modis baixa biomassa vs avhrr baixa biomassa modis media biomassa vs avhrr media biomassa modis alta biomassa vs avhrr alta biomassa Fonte: Fonseca et al. (2006)

92 Algumas aplicações dos índices de 1. Realce de alvos vegetação 2. Estimativa de parâmetros agronômicos; 3. Monitoramento da vegetação; 4. Previsão de safras 5. Outros...

93 1. Realce de alvos IMAGEM NDVI - LANDSAT Banda 3 Banda 4

94 1. Realce de alvos IMAGEM NDVI - LANDSAT 0, , , SOLO DESCOBERTO FLORESTAS E CULTURAS ANUAIS -0, , CORPOS D ÁGUA NUVENS

95 1. Realce de alvos IMAGEM NDVI - LANDSAT florestas campos culturas água solo

96 2. Estimativa de parâmetros agronômicos Tendência de saturação em altos valores de IAF Relação entre índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) e índice de área foliar (IAF), em lavouras de soja submetidas a distintas condições hídricas e de manejo do solo (Fonte: Almeida et al., 2008).

97 2. Estimativa de parâmetros agronômicos ATENÇÃO: Relações empíricas podem ser instáveis, variando com o tipo e umidade do solo, com a geometria de imageamento, condições atmosféricos e a presença de biomassa seca do dossel. Imagem de índice de área foliar (IAF) estimada a partir da relação obtida por Almeida et al. (2008).

98 3. Monitoramento da vegetação PERFIS TEMPORAIS Evolução temporal do índice de vegetação

99 Variações nos perfis temporais em função de condições diferenciadas de crescimento e desenvolvimento

100 Composições de máximo valor (decêndio) Dias Objetivos: Reduzir a influência da atmosfera (nuvens); Permitir estudos multitemporais.

101 Transcurso temporal da CMV de determinada região out nov dez jan 0,70 0,65 Necessidade de sensores com alta resolução temporal 0,60 0,55 NDVI 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN Meses

102 NOAA/AVHRR Imagens Globais NDVI (16-dias) Arquivo global a partir de

103 TERRA / MODIS Imagens Globais NDVI e EVI (16-dias) Arquivos globais a partir de

104 TERRA/MODIS índices de vegetação NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada) NDVI = ρ ρ NIR NIR ρ + ρ RED RED Melhorias pela redução: - Influência da atmosférica - Influência do fundo EVI (Enhanced Vegetation Index) (Índice de vegetação realçado) EVI = G ρ ρ NIR RED ( L + ρ NIR + c1ρ RED c2ρblue )

105 Imagens MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer Comparativo entre Imagens de NDVI NOAA MODIS

106 arroz soja/milho trigo CULTIVOS arroz soja/milho trigo culturas diversificadas arroz culturas diversificadas Guasselli et al. (2006)

107 O NDVI como indicador do padrão temporal da biomassa em zonas de cultivos 0,70 Agrícola 1 - arroz Agrícola 2 - soja e milho / trigo Agrícola 3 - culturas diversificadas 0,60 I NDVI 0,50 0,40 0,30 JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN Meses Transcurso anual do NDVI médio (período de ) em três regiões de cultivo agrícola no Estado do Rio Grande do Sul

108 O NDVI como indicador do padrão temporal da biomassa em zonas de cultivos 0,80 0,70 Agrícola 2 - soja e milho (verão) / trigo (inverno) 0,60 NDV VI 0,50 0,40 0,30 0,20 JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN Meses Transcurso anual do NDVI médio (período de ) em região de cultivo agrícola no Rio Grande do Sul

109 NDVI como indicador de condições hídricas - ETr/ETo 0,65 NDVI NDVI ETr/ETo ETr/ETo ,0 0,60 0,8 ND DVI 0,55 0,50 0,6 0,4 0,2 /ETo ETr/ 0,45 jul ago set out nov dez jan fev mar abr mai jun meses 0,0 Transcurso anual de NDVI e de ETr/ETo em anos de alto (1991/1992) e baixo (1990/1991) rendimento da Soja (Fontana et al., 2003) rendimento de 712kg/ha rendimento de 1.957kg/ha

110 O NDVI como indicador de crescimento e desenvolvimento em trigo NDVI Máscara de cultivo Anos com rendimento abaixo de 1800 kg.ha -1 NDVI Máscara de cultivo Anos com rendimento acima de 1800 kg.ha ,8 0, kg.ha kg.ha kg.ha kg.ha -1 0,7 0, kg.ha kg.ha 0,6-1 0,6 Anos com rendimento abaixo de 1.800kg.ha -1 Anos com rendimento acima de 1.800kg.ha -1 0,5 0, kg.ha -1 0,5 Duração 0,4 do NDVI 0,3 0,3 0,2 abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro 0,2 abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro Perfil temporal de NDVI na região de abrangência da Cotrijal, 2007 (Junges, 2008)

111 4. Previsão de safras PRODUÇÃO AGRÍCOLA Rendimento X Área cultivada

112 RENDIMENTO

113 O NDVI como estimador do rendimento de grãos Modelo Agrometeorológico Espectral: Santa Catarina Argentina Y = a -28º o + a 1 TA + a 2 TE Termo Agrometeorológico -33º Uruguay Oceano Atlântico Termo Espectral NDVI/NOAA Meteorological stations Estação meteorológica -56º -51º Melo et al. (2003) e Bianchi et al. (2008)

114 Desempenho do modelo de estimativa do rendimento da soja r R 2 = = 0,94 0, IBGE Modelo Agrometeorológico-espectral Rendime ento (kg.ha -1 ) VALIDAÇÃO AJUSTE Safras Rendimentos de soja observados (IBGE) e estimados (MAE) Série de ajuste ( ), validação (5 anos independentes) e teste (2003 a 2006) Melo (2003)

115 NDVI/MODIS como estimador de rendimento de arroz no Rio Grande do Sul Yc = 3,707(imdez)-7,741(immar)+0,159(ranovdez)+6,144(imfev)+0,236 Termos: ESPECTRAL Imagem MODIS METEOROLÓGICO Radiação solar Rendimentos estimados (kg.h ha -1 ) r = 0, Rendimentos oficiais (kg.ha -1 ) (Klering et al., 2007)

116 NDVI/MODIS como estimador de rendimento de trigo no Rio Grande do Sul Relação entre rendimento de grãos de trigo (kg.ha -1 ) oficial e estimado por modelo no período de 2000 a Região de abrangência da Cotrijal, Termos: ESPECTRAL Imagem MODIS METEOROLÓGICO Índice de geada, precipitação colheita, graus-dia Ren ndimento Oficial (kg.ha -1 ) (Junges et al., 2007) Rendimento Modelado (kg.ha -1 ) Equação: y= 186,5+(6,89*NDVI)-(0,28*IG)+(0,68*PREC)-(2,87*GD) Modelo Diferença 0,65-0,15-1,67 0,50-0,85 0,91 0,59 R 2 = 0,99 R 2 ajustado = 0,99 Erro padrão = 28,41

117 ÁREA CULTIVADA

118 O NDVI como indicador de área cultivada - Sazonalidade diferenciada 0,70 Mínimo Máximo Salientar a diferença Máximo - Mínimo 0,60 NDVI 0,50 Máscara de culturas 0,40 Área agrícola Campos Área de Florestas 0,30 JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR ABR MAI JUN Meses Transcurso anual do NDVI médio (período de ) em três regiões com diferentes ocupações do solo no Estado do Rio Grande do Sul

119 Imagem MODIS/TERRA Mosaico temporal para o Rio Grande do Sul 12 bandas (de outubro a março) - Safra 2005/ Menor NDVI Maior Composição de mínimo valor (outubro, novembro e dezembro) Composição de máximo valor (janeiro, fevereiro e março)

120 Composição de mínimo Imagem MODIS/TERRA Imagem diferença (Máximo Mínimo) - Safra 2005/ Composição de máximo Diferença Menor Maior Máscara de cultura aplicação de valor de corte à imagem diferença (valor constante???)

121 TERRA/MODIS Mapeamento da SOJA Comparativo do Mapeamento da Soja no RS Através de Imagens Landsat e Modis - Safra 2005/ (ha) Área Soja MODIS ( R 2 = 0, Área Soja Landsat (ha) Comparativo em regiões 100% cobertas, sem nuvens, sem áreas de arroz e com soja no mapeamento pelo Landsat Região Norte do Rio Grande do Sul Wagner et al. (2006)

122 Obrigada pela atenção