SALDO DE RADIAÇÃO USANDO IMAGENS LANDSAT 5 TM NA AMAZÔNIA (Net radiation Using Landsat 5 TM Imagery in Amazônia) A. M. Liberato Universidade Federal de Campina Grande, UFCG, Av. Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, Campina Grande PB. Abstract: This study to estimate net radiation data from the land surface sensor using the images of Thematic Mapper (TM ) satellite Landsat 5 and to compare with values available in the scientific literature. The study area is located in the State of Rondônia. To carry out the study four orbital images were obtained from the satellite Landsat 5 - TM in the path 231 and in the row 67, for the dates of 13/07/2005, 13/05, 30/06 end16/07 year of 2006, which correspond to the days 194, 133, 181 end 197, respectively. The geometric correction for images was performed and the letters of net radiation were generated. The algorithm SEBAL estimated, satisfactorily, the values of net radiation on the surface pasture end forest, consistent with scientific literature. Key words: sensing remote, radiation budget, SEBAL. 1. Introdução O saldo de radiação é a energia disponível para aquecimento do solo, do ar e para o processo de evapotranspiração. Vários estudos em escala micro foram realizados na Amazônia nas últimas três décadas, no entanto, a necessidade de estudos para grandes áreas, as técnicas baseadas em medições realizadas por sensores orbitais são mais aprimoradas porque reúnem grande cobertura espacial e têm baixo custo operacional. O SEBAL - Surface Energy Balance Algorithm for Land é amplamente utilizado em sensoriamento remoto, para determinar fluxos de calor sensível e latente à superfície (Bastiaanssen, 1995). Para alimentar o algoritmo são necessários imagens de satélite e alguns elementos meteorológicos observados à superfície. A grande vantagem do SEBAL é determinar o saldo de radiação à superfície sem custos elevados. O SEBAL tem sido utilizado em diferentes países e produzido resultados significativos, com vistas à racionalização do uso dos recursos naturais, avaliação de grandes áreas irrigadas, manejo e gerenciamento de recursos hídricos (Bastiaanssen, 1995). Levando em consideração que está técnica ainda não foi aplicada na região amazônica, objetivou-se, com este trabalho, estimar o saldo de radiação através de dados do sensor Thematic Mapper (TM) do satélite Landsat 5 e comparar com resultados de estudos observacionais à superfície, disponíveis na literatura cientifica para validar os resultados. 2. Material e Métodos A área de estudo do presente trabalho compreende parte dos municípios de Ji-Paraná, Ouro Preto do Oeste, Vale do Paraíso, Theobroma e Vale do Anari, no Estado de Rondônia (Fig. 1). Observa-se na Fig. 1 o encontro do Rio Jaru, com o Rio Ji-Paraná (ou Machado). O Rio Jaru passa pelo município de Theobroma e Vale do Paraíso, já o Rio Ji-Paraná (ou Machado) passa pelo município de Ji-Paraná. As áreas em cor verde na Fig. 1 são áreas de floresta, e em cor rocha, são áreas de pastagem. Observam-se claramente as áreas desmatadas e de vegetação nativa no recorte da imagem do satélite Landsat 5 TM (Fig. 1). A margem direita do Rio Ji-Paraná, encontra-se a Reserva Biológica do Jaru (10 08 43 S e 61 54 27
W), que é uma área de floresta tropical primária de terra firma, que apresenta um dossel de aproximadamente 30 m de altura e as árvores emergentes atingem até 45 metros. Figura 1 - Localização da Área de estudo. Obtiveram-se, para a realização do estudo, imagens em dias de céu claro, na órbita 231 e ponto 67, correspondente a quatro dias, que são: 13-07-2005, 13-05, 30-06 e 16-07 do ano de 2006, os quais se referem ao dia Juliano (DJ) 194, 133, 181 e 197, respectivamente. As imagens do Landsat 5 TM foram adquiridas junto ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), órgão ligado ao Ministério da Ciência e Tecnologia. As imagens Landsat 5-TM são compostas de sete bandas espectrais cujas características encontra-se em Chander & Markham (2003) e Allen et al. (2007), na qual também está incluída a irradiância solar monocromática das bandas reflectivas (bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7), incidente sobre uma superfície normal à direção dos raios solares no topo da atmosfera terrestre, e a distância de uma Unidade Astronômica (UA) do sol. O sensor TM mede a radiância espectral dos alvos e os armazena na forma de níveis de cinza ou intensidade do pixel ou, ainda, número digital (ND), cujos valores variam de 0 a 255 (8 bits), com uma resolução espacial de 30 m nas bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7, e outra de 120 m, na banda 6; desta forma, para a visualização e realização de operações matemáticas intra e interbandas, recortes, classificação e outras operações, utilizou-se o software ERDAS Imagine 8.7. O saldo de radiação à superfície (Rn) foi computado utilizando-se a seguinte equação do balanço de radiação à superfície: R n = R α R + R R (1 ε o) R (1) s s L L L em que ( RS ) é a radiação de onda curta incidente, (α) é o albedo de cada pixel, ( R L ) é a radiação de onda longa emitida pela atmosfera na direção de cada pixel, ( RL ) é a radiação de onda longa emitida por cada pixel e ε o é a emissividade de cada pixel. As densidades de fluxos RL, R L, R S e Rn são expressas em Wm -2. Para determinar cada termo da Eq.(1) foi utilizada a metodologia proposta por Allen et al. (2002). 3. Resultado e Discussão
A Fig. 2 apresenta a distribuição espacial do saldo de radiação instantâneo para os dias 13/07/2005 (A), 13/05/2006 (B), 30/06/2006 (C) e 16/07/2006 (D). Foram observados valores variando entre 507,56 Wm -2 e 646,04 Wm -2 na área de floresta, e 386 a 507 Wm -2 em área de pastagem. Os valores maiores que 646,04 Wm -2 foram encontrados em superfícies com água, nos Rios Jaru e Ji-Paraná (ou Machado), e valores menores que 386,91 Wm -2 foram encontrados em áreas com solo exposto. Foram observados Rn de 507,56 W m -2, 646,04 W m -2, 556,27 W m -2, 607,38 W m -2 na área de floresta, Fig. (A), (B), (C) e (D), respectivamente. Valores estes consistentes com Galvão & Fisch (2000), Von Randow et al. (2004), Liberato (2006) e Aguiar (2007) que analisaram os componentes do balanço de radiação horário na mesma área do presente estudo. No estudo realizado por Galvão & Fisch (2000), Von Randow et al. (2004), Liberato (2006) e Aguiar (2007), foram observados que em condições de céu claro, o saldo de radiação em áreas de floresta e pastagem, apresenta seu valor máximo próximo ao meio dia. Comparando pastagem e floresta, o saldo de radiação é maior em área de floresta. Figura 2 - Distribuição espacial do saldo de radiação instantâneo para os dias 13/07/2005 (A), 13/05/2006 (B), 30/06/2006 (C) e 16/07/2006 (D). Na Fig. 2 observa-se que a cor mais clara são áreas de floresta e a cor mais escura são áreas desmatadas, como pastagem e solo exposto. Fica explicito que a substituição da cobertura vegetal altera o saldo de radiação à superfície. Durante as últimas décadas a floresta tropical vem sendo substituída por áreas de pastagem, ou áreas agrícolas. Como a Floresta
Amazônica é uma importante fonte de energia e umidade para os processos que ocorrem na atmosfera tropical, isso esta sendo alterado devido o desmatamento. Na área do presente estudo a região é bem plana, por isso não foi levado em consideração o efeito da topografia na estimativa da radiação de onda curta incidente. Que é uma das componentes do balanço de radiação. Em áreas onde a superfície é inclinada, é necessário fazer a correção da inclinação do pixeis da imagem. Em superfícies planas, quando a atmosfera esta bem transparente (ou limpa), a incidência de radiação de onda curta é bastante homogênea. A Fig. 3 apresenta o saldo de radiação (Rn) mínimo, médio e máximo, encontrados no instante da passagem do satélite para toda área. Observa-se que Rn máximos foram encontrados em superfícies com água, Rn mínimos foram encontrados em áreas de pastagens e Rn médios em áreas de floresta. Em área de pastagem, o armazenamento de calor na biomassa é pequeno e podem ser desprezado. Entretanto, na área de floresta, entre o nascer-do-sol e pôr-do-sol a um importante armazenamento de energia pela biomassa. A floresta utiliza uma maior quantidade de energia para evaporar e uma pequena quantidade para aquecer o ar; enquanto, na pastagem, a transferência de energia para a atmosfera ocorre equitativamente pelos fluxos de calor latente e sensível durante o período seco. Figura 3 - Valores de saldo de radiação (Rn) médio, máximo e mínimo da superfície dos pixeis do recorte da área de estudo no instante da passagem do satélite, para os dias 13/07/2005 (A), 13/05/2006 (B), 30/06/2006 (C) e 16/07/2006 (D).
4. Conclusões O algoritmo SEBAL estimou satisfatoriamente o saldo de radiação à superfície em áreas de floresta e pastagem na Amazônia, quando comparados com resultados de outras pesquisas com dados observados à superfície. Referências Aguiar, L.J.G. Balanço de radiação em áreas de floresta e de pastagem em Rondônia. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2007. Allen, R.; Bastiaanssen, W.; Waters, R.; Tasumi, M.; Trezza, R. Surface energy balance algorithms for land (SEBAL), Idaho implementation Advanced training and users manual, version 1.0, 2002. 97p. Allen, R. G.; Tasumi, M.; Trezza, R. Satellite-Based energy balance for mapping evapotraspiration with internalized calibration (METRIC) Model. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, v.133, n.4, p.380-394, 2007. 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. Netherlands: CIP Data Koninklijke Biblioteheek, Den Haag, 1995. 272p. PhD Tesis. Chander, G.; Markham, B. Revised Landsat-5 TM radiometric calibration procedures and postcalibration dynamic ranges. IEEE Transactions on Geocience and Remote Sensing, v.41, n.11, p. 2674 2677, 2003. Galvão, J.A.C.; Fisch, G. Balanço de energia em áreas de floresta e de pastagem na Amazônia (Ji-Paraná). Revista Brasileira de Meteorologia, v.15, n.2, p.25-37, 2000. Liberato, A.M. Estudo do balanço de radiação em áreas de floresta e pastagem no sudoeste da Amazônia. Trabalho de Conclusão de Curso em Física, Fundação Universidade Federal de Rondônia, Ji-Paraná, 2006. Von Randow, C.; Manzi, A. O.; Kruijt, B.; Oliveira, P. J.; Zanchi, F.B.; Silva, R. L.; Hodnett, M.G.; Gash, J.H.C.; Elbers, J.A.; Waterloo, M.J.; Cardoso, F.L.; Kabat, P. Comparative measurements and seasonal variations in energy and carbon Exchange over Forest and pasture in South West Amazonia. Theoretical and Applied Climatology, v.78, p. 5 26, 2004.