ANÁLISE DO ALBEDO E DO ÍNDICE DE VEGETAÇÃO DA DIFERENÇA NORMALIZADA (NDVI) EM UMA BACIA HIDROGRÁFICA, USANDO O SEBAL - SURFACE ENERGY BALANCE ALGORITHM FOR LAND Lucas da Silva Mestre em Manejo de Solo e Água, Prof. IFCE, Campus Quixadá, CE lucasgeografia@yahoo.com.br José Ferreira da Costa Filho Doutor, Prof. do Departamento de Solos e Engenharia Rural/CCA/UFPB, Campus II, Areia - PB costafi@cca.ufpb.br Eduardo Rodrigues Viana de Lima Doutor, Prof. do Departamento de Geociências /CCEN/UFPB, Campus I, João Pessoa - PB eduvianalima@gmail.com Hermes Alves de Almeida Doutor, Prof. do Departamento de História e Geografia /CEDUC/UEPB, Campina Grande - PB hermes_almeida@uol.com.br RESUMO O albedo é a razão entre a radiância refletida e a quantidade de energia eletromagnética incidente e é um importante parâmetro radiométrico utilizado nas ciências atmosféricas, na climatologia, no sensoriamento remoto e na astronomia. O NDVI é um índice que permite identificar a presença de vegetação verde na superfície e caracterizar sua distribuição espacial, como também identificar sua evolução no decorrer do tempo. Essas informações combinadas podem ser muito importantes para identificar fenômenos que podem estar ocorrendo em uma determinada área, notadamente os relacionados com os processos de degradação. Neste trabalho foram determinados o albedo e o NDVI da bacia de drenagem do açude Soledade, localizada na microregião do Curimataú Ocidental do estado da Paraíba, utilizando dados de imagens do TM-Landsat-5 e do algoritmo SEBAL - Surface Energy Balance Algorithm for Land, proposto por Bastiaanssen (1995). Foram analisadas as imagens dos dias 19/07/2007 e 13/01/2009. O valor médio do Indice de Vegetacão da Diferenca Normalizada (NDVI) foi de 0,301 em 19/07/2007 e 0,310 para 13/01/2009. O dia 13 de janeiro de 2009 apresentou os maiores valores de NDVI em todos os usos analisados, com exceção dos reservatórios com água, sendo a vegetação mais densa a que apresentou o maior valor do NDVI (0,641). Seguem-se os valores por tipo uso/cobertura do solo: área cultivada (0,302), vegetação aberta (0,286), vegetação herbácea (0,266), solos expostos (0,195) e corpos d água (-0,122). Já no dia 19 de julho de 2007, o maior valor foi também para a vegetação mais densa (0,515), seguido pela vegetação herbácea (0,274), área cultivada (0,268), vegetação aberta (0,238), solos expostos (0,05) e corpos d água (-0,268). O albedo para julho de 2007 variou entre 0,32% e 74,4%, com um valor médio de 18%, e para janeiro de 2009 variou entre 1,7% e 76%, com um valor médio de 18,5%. De uma maneira geral pode-se concluir que de acordo com os resultados alcançados, o algoritmo SEBAL, associado com as imagens do TM- Landsat-5, podem ser utilizados com um bom grau de confiabilidade na determinação do albedo e do NDVI para o ambiente semi-árido. Palavras-chave: Albedo, NDVI, SEBAL.
ABSTRACT The albedo is the ratio between the reflected radiance and the amount of incident electromagnetic energy and is an important parameter used in radiometric atmospheric sciences in the climatology, in remote sensing and astronomy. The NDVI is an index that identifies the presence of green vegetation on the surface and characterize their spatial distribution, but also identify its evolution over time. This information can be combined to identify important phenomena that may be occurring in a particular area, especially those related to the processes of degração. In this work were determined the albedo and NDVI of the drainage basin of the dam Soledade, located in West Curimataú microregião of the state of Paraíba, using imaging data of Landsat-TM-5 and the algorithm SEBAL - Surface Energy Balance Algorithm for Land, proposed by Bastiaanssen (1995). We analyzed the images of the days 19/07/2007 and 13/01/2009. The average value of the index of the normalized difference vegetation (NDVI) was 0.301 and 0.310 on 19/07/2007 to 13/01/2009. The year 2009 presented the highest values of NDVI in all applications tested, except for tanks with water, the more dense vegetation that had the highest value of NDVI (0.641). Here are the figures by area: cultivated (0.302), open vegetation (0.286), herbaceous vegetation (0.266), exposed soil (0.195) and water (-0.122). For the year 2007, the highest value was also the most dense vegetation (0.515), followed by herbaceous vegetation (0.274), area (0.268), open vegetation (0.238), exposed soil (0.05) and water bodies (-0.268). The albedo for the year 2007 ranged between 0.32% and 74.4% with an average of 18% and in the year 2009 ranged between 1.7% and 76% with an average of 18.5 %. In general we can conclude that according to the results, the algorithm SEBAL, associated with images of Landsat-TM-5, can be used with a good degree of reliability in the determination of albedo and NDVI for the environment semi-arid. Keywords: Albedo, NDVI, SEBAL. INTRODUÇÃO As bacias hidrográficas ou de drenagem se configuram como uma das principais unidades de gerenciamento territorial e são estruturas importantes para estudos na área de recursos naturais. Deste modo, o manejo racional desses recursos é de fundamental importância para o desenvolvimento sustentável, pois são nas áreas das bacias, onde se encontram as reservas de água usada para diversos fins, principalmente para o consumo humano, animal, e irrigação, além, de sua função ecológica com a manutenção das espécies vegetais. No entanto para se realizar o manejo racional em uma bacia hidrográfica, torna-se indispensável o conhecimento de uma serie de parâmetros de grande importância para o comportamento hidrológico, entre os quais, o albedo e a NDVI que são dados de fundamental importância no planejamento das atividades agrícolas e no gerenciamento dos recursos hídricos. O albedo é a razão entre a radiância refletida e a quantidade de energia eletromagnética incidente e é um importante parâmetro radiométrico utilizado nas ciências atmosféricas, na climatologia, no sensoriamento remoto e na astronomia. O NDVI é um índice que permite identificar a presença de vegetação verde na superfície e caracterizar sua distribuição espacial, como também identificar sua evolução no decorrer do tempo. Essas informações combinadas podem ser muito importantes para identificar fenômenos que podem estar ocorrendo em uma determinada área, notadamente os relacionados com os processos de degradação.
Já o índice de vegetação de diferença normalizada, (NDVI) é um índice de vegetação gerado pela combinação de bandas em sensoriamento remoto que podem estar relacionadas com a quantidade e o tipo de vegetação existente no terreno. Os Índices de vegetação foram desenvolvidos a fim de reduzir o número de parâmetros presentes nas medidas multiespectrais. Esses índices gerados a partir de dados de sensoriamento remoto constituem uma importante estratégia para o monitoramento das alterações naturais, ou produzidas pelo homem, nos ecossistemas. Tais índices têm sido usados na estimativa de vários parâmetros da vegetação como, por exemplo, o índice de área foliar (Holben et al., 1980; Baret e Guyot, 1991) e a quantidade de biomassa verde (Tucker, 1979; Elvidge e Lyon, 1985). Embora muitos índices vegetativos existam, o mais usado e conhecido é o Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI), que permite o monitoramento da densidade e do estado (vigor), da vegetação verde, sobre a superfície terrestre. Os valores do NDVI oscilam entre 1 e +1. Valores negativos corresponde a presença de água (lagos, rios...) e +1 representa uma vegetação exuberante, grande quantidade de biomassa. Esse índice permite identificar a presença de vegetação verde na superfície e caracterizar sua distribuição espacial, como também sua evolução no decorrer do tempo. O SEBAL foi desenvolvido por Bastiaanssen (1995), e utiliza a temperatura da superfície, a refletância hemisférica da superfície, de índices de vegetação e de alguns dados complementares de superfície, normalmente obtidos em estações meteorológicas automáticas. Esse algoritmo tem sido amplamente empregado em várias áreas irrigadas do globo, a exemplo da bacia do Bear River (Allen et al., 2002). Assim, o presente trabalho teve como objetivo principal estimar o albedo e o NDVI da bacia de drenagem do açude Soledade, usando o SEBAL - Surface Energy Balance Algorithm for Land. MATERIAL E MÉTODO Caracterização da Área da Bacia de Drenagem do Açude Soledade A bacia de drenagem do açude Soledade, abrangendo uma área de 316,55 Km 2, está situada na parte central do Estado da Paraíba, na Mesoregião do Agreste e Microrregião de Soledade, entre as coordenadas 7º 7 18 e 6º 50 7 de Latitude de Sul e as coordenadas de 36º 24 19 e 36º 7 50 de Longitude Oeste (Figura 1), e distâncias aproximadamente 165 km da capital do estado, João Pessoa. Sua área abrange em grande parte os municípios de Olivedos e Soledade e menores proporções os municípios de Barra de Santa Rosa e Cubati. Formada pelo riacho do padre, que deságua no açude Olivedos e pelo o riacho Santana, na margem direita, o rio de Soledade é contribuinte da bacia do rio Taperoá, principal tributário do rio Paraíba.
Área da bacia de drenagem do açude Soledade - PB Figura 1: Mapa de localização da bacia de drenagem do açude Soledade-PB. O açude de Soledade é o principal manancial da bacia hidrográfica, com uma capacidade de 27.058.100 m 3 Além dele existe o açude de Olivedos com 5.875.124 m 3 (AESA, 2007), e outros açudes menores situados em propriedades particulares. MATERIAIS Obtenção das imagens de satélite As imagens do satélite TM-Landsat-5, foram adquiridas junto ao Instituto de Pesquisas Espaciais INPE, órgão ligado ao Ministério da Ciência e Tecnologia. Essas imagens correspondem ao quadrante 215-65, dos dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009. As 7 bandas de cada uma das imagens foram empilhadas e depois recortadas, através do software ERDAS Imagine 8.5.1, que resultou no retângulo com as seguintes coordenadas: canto superior esquerdo (Longitude 36 o 24 Oeste e Latitude 6 o 50 Sul), canto superior direito (Longitude 36 o 07 Oeste e Latitude 6 o 50 Sul), no qual está inserida a bacia hidrográfica do açude de Soledade.
Documentos cartográficos Na pesquisa foram utilizadas as cartas topográficas, folhas Soledade SB-24-Z-D-III e Picuí SB- 24-Z-A-VI, editadas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e Diretoria do Serviço Geográfico do Exército (DSG), na escala de 1:100.000. Equipamentos Como instrumentos para a obtenção e manipulação dos dados foram utilizados um microcomputador AMD Sempron, e um aparelho GPS de navegação, modelo Garmim etrex Summit, com precisão que varia de 6 a 10m, utilizado com o objetivo de georeferenciar os diferentes alvos terrestres. Softwares Dentre os programas usados como ferramentas para manipulação dos dados, estão os seguintes: - SPRING (Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas) versão 5.0.4, assim como seus subprogramas: IMPIMA (visualização da imagem), SCARTA (editor de elementos da carta) e IPLOT (preparar para impressão), com o qual se fez leituras das imagens e para elaboração dos mapas e classificação da imagem, sendo este o principal programa usado para geração do banco de dados; - AUTOCAD, ferramenta de desenho, que auxiliou na representação e transferência de mapas, auxiliando na representação de diversos aspectos geográficos (desenho digital); - TRACKMAKER, Professional versão 3.8 Evolution, utilizado para transferir os dados obtidos com o GPS, dos tipos trilha (estradas) e pontos georreferenciados, em formato DXF, para o microcomputador e posteriormente para o SPRING. - ERDAS Imagine versão 8.5.1, onde foram realizados os recortes iniciais (AOI) e desenvolvidos os modelos através da ferramenta Model Maker. MÉTODOS Para o processamento das imagens foram desenvolvidos modelos através da ferramenta Model Maker do programa ERDAS Imagine 8.5.1, tendo como resultado as imagens necessárias para a obtenção da temperatura e do saldo de radiação da superfície terrestre. Calibração Radiométrica Passo 1 Para se estimar as densidades de fluxo, primeiro se converte os números digitais de cada pixel em radiâncias espectrais de cada banda ( L ), isto porque os satélites medem as radiâncias espectrais λi
emitidas e refletidas pelos alvos e armazena-os em formato digital. Portanto, para converter os números digitais (DN) de cada pixel em radiância espectral, usam-se os correspondentes coeficientes de calibração para cada banda (Tabela 1). Essas radiâncias representam a energia solar refletida por cada pixel, por unidade de área, de tempo, de ângulo sólido e de comprimento de onda, medida no sensor TM do satélite Landsat 5 nos canais 1, 2, 3, 4, 5 e 7. O valor de proposta por Markham & Baker (1987): b a 255 L λi foi obtido pela Equação 1, i i L λi DN ai (1) 2 1 1 em que: a e b são as radiâncias espectrais mínima e máxima ( Wm sr µm ) conforme Tabela 1; DN é o número digital ou intensidade do pixel (número inteiro de 0 a 255) e i identifica o canal de (1,...7) do sensor TM. A partir da radiância espectral estimada para todas as bandas, através da Equação 1, calculou-se a refletância monocromática também para cada pixel, conforme descrito no Passo 2. Tabela 1: Bandas do Mapeador Temático (TM) do Landsat 5, com os correspondentes intervalos de comprimento de onda, coeficientes de calibração (radiância mínima a 2 e máxima b 2, a partir de junho de 2003) e irradiâncias espectrais no topo da atmosfera (TOA). Coeficientes de Calibração Irradiância espectral Comprimento Bandas 2 1 1 (Wm sr µm ) no topo da atmosfera de Onda(m) a 2 b 2 (Wm -2 sr -1 m -1 ) 1 (azul) 0,45 0,52-1,52 193,0 1957 2 (verde) 0,52 0,60-2,14 365,0 1829 3 (vermelho) 0,63 0,69-1,17 264,0 1557 4 (IV-próximo) 0,76 0,90-1,51 221,0 1047 5 (IV-médio) 1,55 1,75-0,37 30,2 219,3 6 (IV-termal) 10,4 12,5 1,2378 15,303-7 (IV-médio) 2,08 2,35-0,15 16,5 74,52 Fonte: Allen et al. (2002). Reflectância Monocromática Passo 2 O cálculo da refletância monocromática de cada banda (ρ λi ) do TM-Landsat-5 é dado pela razão entre o fluxo de radiação solar refletida e o fluxo de radiação solar incidente. Para uma superfície que apresenta reflectância hemisférica, a radiação espectral deve ser integrada hemisfericamente, o que corresponde multiplicar a radiância espectral (L ) por esterorradiano: em que: L ( Wm λi 2 sr 1 µm 1 ρ πl de cada banda no topo da atmosfera (Wm 2 µm λi λi (2) k λicos Z d r ) é a radiância espectral de cada banda, k λi é a irradiância solar espectral 1, Tabela 01), Z é o ângulo zenital solar obtido através
do cabeçalho das imagens adquiridas e d r é o quadrado da distância relativa Terra-Sol calculada segundo a Equação 03 (Duffie & Beckman 1980): 2 dr 1 0,0033 cos DJ (3) 365 em que: DJ é o dia seqüencial do ano (dia Juliano) e o ângulo valores de dr variam entre 0,97 e 1,03 e são adimensionais. 2 DJ é dado em radianos. Os 365 Albedo no Topo da Atmosfera (Albedo Planetário) Passo 3 O albedo planetário ou albedo no topo da atmosfera (α TOA ) é o albedo não ajustado à transmissividade atmosférica, sendo obtido pela combinação linear das reflectâncias monocromáticas. Essa variável pode ser calculada segundo a Equação 04 (Bastiaanssen, 1995): TOA (4) em que: é a refletividade para cada banda já definida anteriormente e é um coeficiente de ponderação para cada banda, determinado pela Equação 05: K b (5) Kb em que: K b é a irradiância média solar extraterrestre em W m -2 m -1. Valores de são apresentados na Tabela 02 para cada banda. Tabela 2: Coeficientes de ponderação para o cálculo do albedo no topo da atmosfera Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda 6 Banda 7 1995): Landsat 0,293 0,274 0,233 0,157 0,033-0,011 Fonte: Allen et al. (2002). Deste modo, o albedo no topo da atmosfera é calculado pela expressão abaixo (Bastiaanssen, α TOA 0,293ρ1 0,274ρ 2 0,233ρ 3 0,157ρ4 0,033ρ 5 0,011ρ 7 (6) em que: ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4, ρ 5, ρ6 e ρ7 Landsat-5. são os albedos planetários das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 do TM- Albedo da Superfície Passo 4 Obtém-se o albedo da superfície ou albedo corrigido para os efeitos atmosféricos α, através da equação proposta por Bastiaanssen (1995): α α α p TOA (7) 2 τ sw
α onde TOA α p é o albedo planetário e é a porção média da radiação solar refletida pela atmosfera e que volta para o satélite antes de alcançar a superfície; varia entre 0,025 e 0,040. Na aplicação do algoritmo τ SEBAL é recomendado o uso do valor de p = 0,03 (Bastiaanssen, 2000), e sw é a transmissividade atmosférica para onda curta, que para condições de céu claro pode ser obtida pela Equação 8 (Allen et al., 2002): τ sw 5 0,75 2.10 z (8) em que: z é a altitude de cada pixel (m) e sw é a transmissividade atmosférica de onda curta. Índices de Vegetação (NDVI) Passo 5 A utilização de informações de índices de vegetação geradas a partir de dados de sensoriamento remoto constitui uma importante estratégia para o monitoramento de alterações naturais ou antrópicas nos ecossistemas. Esse índice é calculado usando valores das reflectâncias, conforme descrito anteriormente. O NDVI, por exemplo, é a razão entre a diferença das refletividades das bandas no infravermelho próximo e no vermelho, e a soma dessas mesmas refletividades. Calcula-se o NDVI, segundo a expressão abaixo: 4 3 NDVI (9) 4 em que: 4 e 3 são as refletâncias das bandas 4 e 3, respectivamente. O NDVI é um indicador sensível da quantidade e condição da vegetação verde. Seus valores variam entre 1 e +1; superfícies verdes têm um NDVI entre 0 e 1 e a água e nuvens têm geralmente NDVI menor que zero. A determinação do NDVI foi feita usando-se a Equação 09. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Transmissividade e Emissividade A área da bacia de drenagem do açude Soledade, apresentou transmissividade estimada de 0,76. A transmissividade, segundo Allen et al. (2002), é para onda curta, e para condições de céu claro e é em função da altitude média da área, sendo assim, para efeito de simplificação é considerada constante para toda a área de estudo. Esta foi obtida pelo cálculo proposto por Allen et al. (2002), segundo a metodologia aplicada na pesquisa. A emissividade da superfície da área de estudo, para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009, apresentou valores médios de 0,96 e 0,96, respectivamente. Na Tabela 3 encontram-se os valores estatísticos da emissividade da superfície de toda a cena nos dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009, apontando que os valores sofreram variações, sendo o dia 19 de julho de 2007 o que apresentou maiores valores e o maior desvio padrão (0,002), enquanto o dia 13 de janeiro de 2009 apresentou os menores valores, e desvio padrão de 0,001.
Os valores mínimos encontrados foram de 0,96 e 0,95 e ao máximos foram 0,98 e 0,97, respectivamente. Os valores da moda foram de 0,96 e 0,96, sendo o primeiro no dia 19 de julho de 2007 e o segundo no dia 13 de janeiro de 2009. Tabela 3: Valores estatísticos da emissividade da superfície, para bacia de drenagem do açude Soledade. Emissividade da superfície Mínimo Máximo Média Moda Desvio padrão 19/07/2007 0,96 0,98 0,96 0,96 0,002 13/01/2009 0,95 0,97 0,96 0,96 0,001 Na Tabela 04 estão apresentados os valores estatísticos da emissividade da superfície relacionados com o uso da terra, para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009. Verificou-se que os valores para o dia 19 de julho de 2007 foram superiores aos do dia 13 de janeiro de 2009, sendo que os maiores valores foram apresentados pela vegetação mais densa 0,969 e 0,962, respectivamente. Para o dia 19 de julho de 2007 os valores apresentados foram os seguintes: solo exposto (0,963), seguido por corpos d água (0,962), área cultivada e vegetação rala (0,961) e da vegetação aberta (0,960), que apresentou o menor valor entre os cenários. Já para o dia 13 de janeiro de 2009, os valores de emissividade para vegetação aberta, vegetação rala e área cultivada não variaram, sendo para ambas as cenas 0,958, seguido de solo exposto (0,957), e dos corpos d água (0,955), que apresentaram o menor valor para o referido dia. Tabela 4: Valores estatísticos da emissividade da superfície relacionados com o uso da terra, para bacia de drenagem do açude Soledade. Uso da Terra Coordenadas /UTM Emissividade 2007 2009 X Y 19/07/20 13/01/20 X Y 07 09 Vegetação mais densa 806341.712700 9235402.432477 804860.911326 9234205.861353 0,97 0,962 Vegetação aberta 801800.911326 9228685.861353 809631.541619 9231715.861353 0,960 0,958 Vegetação rala 808310.911326 9232705.861353 807081.541614 9227005.86153 0,961 0,958 Área cultivada 802021.712706 9229162.432477 800001.541614 9227425.861353 0,961 0,958 Solos expostos 800431.712706 9228232.432477 788271.541614 9233005.861353 0,963 0,957 Corpos d agua 793801.712706 9218122.432477 793311.541614 9218305861353 0,962 0,955 Os valores de emissividade encontrados para área da bacia de drenagem do açude Soledade estão de acordo com os reportados por Lopes et al. (2007), que constataram que nas áreas de pastagem de altitude, a ελ oscilou entre 0,950 e 0,970, e Lillesand e Kiefer (1999), que mostraram que quando a vegetação esta verde e sadia a emissividade varia de 0,96 a 0,99. A ελ na faixa do infravermelho termal (8-14 µm) varia principalmente em função da presença de água no solo ou na cobertura vegetal.
A emissividade do solo varia de 0,85 a 0,99, dependendo do tipo de solo e de sua umidade, enquanto que a vegetação tem valor em torno de 0,98 (Salisbury e D Aria, 1992). Índices de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) Na Tabela 5 observam-se os valores do índice de vegetação da diferença normalizada para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009. No dia 19 de julho de 2007 foram obtidos valores entre 0,96 e 0,71, com média de 0,30. Já no dia 13 de janeiro de 2009 os valores variaram entre 0,77 e 0,79 com média de 0,31. A moda é o valor de medida central que mais se repete entre os dados analisados, e para o dia 19 de julho de 2007 ela foi de 0,25 e para o dia 13 de janeiro de 2009 foi de 0,31, com desvio padrão de 0,12 e 0,09, respectivamente. O dia 13 de janeiro de 2009, mesmo apresentando o valor mínimo inferior ao dia 19 de julho de 2007, apresentou os valores máximos, a média e a moda, superiores, ficando assim caracterizado um aumento da cobertura vegetal no ano de 2009. Os valores negativos do NDVI correspondem aos açudes de Soledade e Olivedos, aos rios e riachos, a pequenos açudes localizados na área de estudo, e aos solos úmidos (ver Figuras 13 e 14). Tabela 5: Valores estatísticos do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI), para bacia de drenagem do açude Soledade. NDVI Mínimo Máximo Média Moda Desvio padrão 19/07/2007-0,96 0,71 0,30 0,25 0,12 13/01/2009-0,77 0,79 0,31 0,31 0,09 Na Figura 2 está representado o NDVI para o dia 19 de julho ano de 2007, onde constata-se que a cor azul representa valores negativos, encontrados em regiões com água (0,25%), o verde representa valores intermediários do NDVI, sendo a segunda cor mais representativa, correspondendo a 39,38% da área total, a cor amarela foi a mais representativa, correspondendo a mais da metade de toda área estudada (50,1%), onde predominam as áreas verdes (áreas cultivadas ou vegetação rasteira). Os valores mais altos do NDVI estão representados na cor vermelha, correspondendo a 9,38% da área total, onde predominam as áreas mais verdes e de vegetação mais densa. Já na figura 3 está representado o NDVI para o dia 13 de janeiro de 2009, onde se percebe que a predominância é da cor amarela (51,19%), seguida da cor verde (45,35%), e a menor ocorrência é da cor azul (1,66%), que são as áreas de NDVI negativo. A cor vermelha representa as áreas de NDVI maior que 0,5, ou seja, as áreas mais verdes, correspondendo a apenas a 1,79% de toda área da bacia. Fazendo um comparativo entre os anos estudados, percebe-se que há uma predominância da tonalidade amarela para ambos os anos, sendo que em 19 de julho de 2007 concentrou mais NDVI acima de 0.5. Contrariamente, na imagem do dia 13 de janeiro de 2009 houve uma maior concentração de NDVI negativo, revelando uma maior presença de corpos d água.
Figura 2: Imagem do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) para o dia 19 de julho de 2007, da bacia de drenagem do açude Soledade. Figura 3: Imagem do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) para 13 de janeiro de 2009, da bacia de drenagem do açude Soledade.
Os valores do NDVI relacionados com o uso da terra estão apresentados na Tabela 4. O dia 13 de janeiro de 2009 apresentou os maiores valores em todos os usos analisados, com exceção das áreas com água, sendo a vegetação mais densa com 0,64, seguido pelas áreas cultivadas com 0,30, vegetação aberta com 0,29, vegetação rala com 0,26, solo exposto com 0,19 e corpos d água com -0,12, sendo esse último o que apresentou o menor valor. Já, para o dia 19 de julho de 2007, o maior valor foi também para a vegetação mais densa (0,51), seguido pela vegetação rala (0,27), áreas cultivadas (0,268), vegetação aberta (0,24), solo exposto (0,05) e corpos d água (-0,27), sendo esse último o que apresentou o menor valor. Os valores do NDVI encontrados na área da bacia de drenagem do açude Soledade para solos expostos foi de 0,05 e 0,19, nos dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009, respectivamente, e estão de acordo com os valores encontrados em outros estudos. Segundo Huete e Tucker (1991), os valores do NDVI para solo exposto estão geralmente entre 0,05 e 0,30, e devido a grande variabilidade das propriedades óticas do solo, não se pode definir uma faixa rigorosa de valores de NDVI para solos com pouca ou nenhuma cobertura vegetal. O dia 19 de julho de 2007, mesmo estando no solstício de inverno, ou seja, num período de menos incidência de sol, apresentou NDVI inferior ao dia 13 de janeiro de 2009. Esse fato pode ter ocorrido provavelmente devido a falta de chuvas ocorridas no ano de 2007, quando choveu abaixo da média, e pelo fato de no ano de 2008 ter chovido duas vezes mais que a média para região da área de estudo, o que repercutiu no início do ano de 2009, data da coleta dos dados. Tabela 6: Valores estatísticos do NDVI relacionados com o uso da terra para bacia de drenagem do açude Soledade. Coordenadas /UTM Uso da NDVI 2007 2009 Terra X Y X Y 19/07/2007 13/01/2009 Vegetação mais densa 806341.712700 9235402.432477 804860.911326 9234205.861353 0,51 0,64 Vegetação aberta 801800.911326 9228685.861353 809631.541619 9231715.861353 0,24 0,29 Vegetação rala 808310.911326 9232705.861353 807081.541614 9227005.86153 0,27 0,26 Área cultivada 802021.712706 9229162.432477 800001.541614 9227425.861353 0,27 0,30 Solos expostos 800431.712706 9228232.432477 788271.541614 9233005.861353 0,05 0,19 Corpos d agua 793801.712706 9218122.432477 793311.541614 9218305861353-0,27-0,12 Albedo Os valores estatísticos do albedo (mínimo, máximo, médio, moda e desvio padrão), para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009, estão apresentados na Tabela 7. Observa-se na referida Tabela que os valores referentes ao dia 19 de julho de 2007 foram de: 0,3% para o valor mínimo, 74% para o valor máximo, 18% para o valor médio representado pela linha vertical vermelha na Figura 18,
e 0,047 para o desvio padrão, considerado baixo. Para o dia 13 de janeiro de 2009 os valores foram de: 0,17% para o valor mínimo, 76% para o valor máximo, 18% para o valor médio representado pela linha vertical vermelha na Figura 19, e 0,056 para o desvio padrão. Tabela 7: Valores estatísticos do albedo para a bacia de drenagem do açude Soledade. ALBEDO Mínimo Máximo Média Moda Desvio padrão (%) (%) (%) 19/07/2007 0,3% 74 % 18 % 13% 0,047 13/01/2009 2% 76% 18% 14% 0,056 Para os dias analisados, observa-se uma amplitude muito elevada nos valores máximos e mínimos, sendo 78,05% no dia 19 de julho de 2007 e 74,3% para o dia 13 de janeiro de 2009. As Figuras 4 e 5 mostram a distribuição espacial dos valores do albedo para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009. A cor verde corresponde ao albedo entre 10% e 20%, e foi a mais representativa para o dois dias analisados. No dia 19 de julho de 2007 representou 76,% da área da bacia, enquanto no dia 13 de janeiro de 2009, representou 68%. A cor amarela corresponde ao albedo entre 20 a 30%, e foi a segunda classe mais freqüente na bacia para ambos os dias, sendo que no dia 19 de julho de 2007 essa classe representou 23% da bacia, e no dia 13 de janeiro de 2009 representou 28%. A classe de menor ocorrência está representada pela cor azul, que representou 1% da área da bacia no dia 19 de julho de 2007 e 4% no dia 13 de janeiro de 2009. Já a cor vermelha representa os valores do albedo maiores que 70%. No dia 19 de julho de 2007 apresentou uma área de apenas 0,003%, enquanto no dia 13 de janeiro de 2009 apresentou uma área de 0,11%, correspondendo a 0,35 km 2. Na Tabela 8 estão apresentados os valores estatísticos do albedo da superfície relacionados com o uso da terra, para os dias 19 de julho de 2007 e 13 de janeiro de 2009. Verificou-se que em relação à água, o albedo foi de 6% para o dia 19 de julho de 2007 e 7% para o dia 13 de janeiro de 2009. Em relação ao solo exposto, o albedo foi de 41% para o dia 19 de julho de 2007 e 36% para o dia 13 de janeiro de 2009. Os valores do albedo são maiores que os esperados para solo descoberto, que quando seco apresentam uma cor clara. Na área cultivada, o albedo foi de 20% no dia 19 de julho de 2007 e 19% no dia 13 de janeiro de 2009. Nesse último dia, as áreas cultivadas tiveram a predominância de solo exposto com alta umidade, o que pode ter acarretado a redução no valor do albedo em relação às demais áreas de solo exposto. Nas áreas de vegetação rala, vegetação aberta e vegetação mais densa, o albedo foi de 22%, 18% e 13%, respectivamente, para o dia 19 de julho de 2007, já para o dia 13 de janeiro de 2009, os valores dos mesmos usos foram de 25%, 21% e 16% respectivamente.
Figura 4: Imagem do albedo da superfície para o dia 19 de julho de 2007, para bacia de drenagem do açude Soledade. Figura 5: Imagem do albedo da superfície para o dia 13 de janeiro de 2009, para bacia de drenagem do açude Soledade.
Os valores encontrados de albedo dos diferentes usos na área da bacia em estudo estão dentro da faixa esperada. É natural que em áreas com solo exposto ocorra maior reflexão da radiação incidente do que em solos cobertos com vegetação e sobre superfícies com água. Em condições de baixa umidade, a superfície tem baixo poder de retenção da radiação, sendo grande parte devolvida para a atmosfera na forma de radiação refletida (Leivas, 2008). Os valores do albedo encontrados para a área da bacia de drenagem do açude Soledade nos dias analisados apresentam diferenças se comparado com trabalhos realizados em outras regiões do Brasil. Para Leivas (2008), essas diferenças estão associadas, em parte, às diferenças inerentes ao tipo de cobertura do solo, assim como às diferenças climáticas. Cabral (2007) estimou o albedo da superfície no leste de Alagoas a partir de imagem TM-Landsat-5, utilizando o algoritmo SEBAL em área coberta com vegetação nativa, área urbana e área cultivada. O autor encontrou um albedo médio de 9,5%, variando de 1,63 a 18%. Silva et al. (2005) encontraram albedo de 31% em solo exposto, 17% em área irrigada e 9% em corpo d água, utilizando imagens TM-Landsat-5 do município de Petrolina PE. Encontraram também albedo variando de 20 a 30% em áreas de caatinga, e em solo exposto o albedo foi de 30 a 45%. Bezerra (2004) encontrou os menores valores do albedo sobre o Lago de Sobradinho, 11%. Nas áreas irrigadas ocupadas por frutíferas o albedo obtido foi de 22%, em áreas de solo exposto foi de 40%, e em caatinga de 22%. Tabela 8: Valores estatísticos do albedo da superfície (%) relacionados com o uso da terra para bacia de drenagem do açude Soledade. Coordenadas /UTM Uso da Terra 2007 2009 ALBEDO X Y X Y 19/07/2007 13/01/2009 Vegetação mais densa 806341.712700 9235402.432477 804860.911326 9234205.861353 13% 16% Vegetação aberta 801800.911326 9228685.861353 809631.541619 9231715.861353 18% 21% Vegetação rala 808310.911326 9232705.861353 807081.541614 9227005.861353 22% 25% Área cultivada 802021.712706 9229162.432477 800001.541614 9227425.861353 20% 19% Solos expostos 800431.712706 9228232.432477 788271.541614 9233005.861353 41% 36% Corpos d agua 793801.712706 9218122.432477 793311.541614 921830.5861353 6% 7% CONCLUSÕES - A emissividade da superfície apresentou variação entre os valores estatísticos mínimos, máximos e da moda obtida. O valor médio foi de 0,962 em 19/07/2007 e de 0,958 em 13/01/2009; - O Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (IVDN) apresentou uma pequena variação entre os dias, com médias de 0,301 para o dia 19 de julho de 2007 e 0,310 para o dia 13 de janeiro de 2009, indicando um aumento da cobertura vegetal;
- O albedo médio da superfície apresentou uma pequena variação entre os dias, com médias de 18% em 19/07/2007 e 18,5% em 13/01/2009. Os valores de albedo entre 10% e 20% foram os mais representativos para o dois dias analisados, sendo 75,72% em 19/07/2007 e 68,10% em 13/01/2009; - O albedo nas áreas de vegetação rala, vegetação aberta e vegetação mais densa, variaram 21,8%, 21,3% e 12,6%, respectivamente, para o dia 19/07/2007. Já para o dia 13/01/2009, os valores dos mesmos usos foram de 24,9%, 18,2% e 16,6%, respectivamente. Em relação à água, o albedo foi de 6% para o dia 19/07/2007 e 5,9% para o dia 13/01/2009. Em relação ao solo exposto, o albedo foi de 40,9% para o dia 19/07/2007 e 35,7% para o dia 13/01/2009; - O uso das técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, aliadas com o uso do algoritmo SEBAL, possibilitaram a obtenção e a espacialização do albedo e do NDVI. Essas ferramentas podem ser amplamente usadas no planejamento e gestão do uso do solo e dos recursos hídricos em bacias hidrográficas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, R. G.; TASUMI, M.; TREZZA, R;. WATERS, R.; BASTIAANSSEN, W. Surface Energy Balance Algorithms for Land (SEBAL). Advanced Training and users Manual, Kimberly, Idaho, v.1,0, 97p. 2002. BARET, F.; GUYOT, G. Potential and limits of vegetation indices for LAI and APAR assessment. Remote Sensing of Environment, 35:161-173, 1991. BASTIAANSSEN, W. G. M. Regionalization of surface flux densities andmoisture indicators in composite terrain. 1995. 237 f. Thesis (Ph.D.) - Wageningen Agricultural University, Wageningen, Netherlands, 1995. COSTA FILHO, J. F da. Avaliação dos componentes do balanço de energia e evapotranspiração em região semi-árida usando imagens orbitais Landsat-5 e Terra/Modis. Campina Grande. 2005, 142f. Tese (Programa Institucional de Pós-Graduação em Recursos Naturais), Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB. DUFFIE, J.; BECKMAN, W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley and Sons, New York, pp.1-109, 1980. ELVIDGE, C.D.; LYON, R.J.P. Influence of rock-soil spectral variation on the assessment of green biomass. Remote Sensing of Environment, 17:265-279, 1985. HOLBEN, B.N.; TUCKER, C.J.; FAN, C.J. Spectral assessment of soybean leaf area and leaf biomass. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 46:651-656, 1980. HUETE, A. R. & TUCKER, C. J. Investigation of soil influence in AVHRR red and near infared vegetation index imagery. International Journal of Remote Sensing, v.12, p. 1223-1242. 1991. TUCKER, C.J. Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of Environment, 8:127-150, 1979.