AVALIAÇÃO DO
SENSOR MERIS
Preparado por: Milton Kampel
Revisado por: Evlyn M.L.M. Novo
Para: Conselho da OBT
Em: Outubro de 2004
COLOCAÇÃO DO PROBLEMA
1.
As imagens de sensoriamento remoto
recebidas e disseminadas pelo INPE são
necessárias
para
um
significativo
conjunto de políticas públicas. O INPE
tem
30
anos
de
recepção
e
processamento destas imagens, e é
fundamental assegurar a continuidade
deste serviço.
Campos do Jordão, 14/12/2004
2
COLOCAÇÃO DO PROBLEMA
2.
Com a perspectiva de um acordo para a
recepção de dados ASAR do satélite
ENVISAT, tem-se a oportunidade de
recepção dos dados do sensor MERIS. O
Conselho da OBT solicitou uma avaliação
de seu potencial e as lacunas de
informação
que
viria
a
suprir
engendrando
novas
aplicações
de
sensoriamento remoto.
Campos do Jordão, 14/12/2004
3
OBJETIVO



Apresentar uma avaliação técnica do
sensor Medium Resolution Imaging
Spectrometer – MERIS instalado a bordo
do satélite europeu ENVISAT
São consideradas as características gerais
do sensor MERIS de modo a subsidiar uma
comparação com outros sensores orbitais
como o MODIS, VEGETATION, WFI, MISR
e SeaWiFS
Áreas potenciais de aplicações no Brasil
são apresentadas juntamente com alguns
exemplos de produtos
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4
SENSORES ENVISAT
2 instrumentos radar
 3 espectrômetros de diferentes tipos
e características
 2 diferentes radiômetros (bandas
larga e estreita)
 1 interferômetro de alta resolução
 2 instrumentos para medidas de
distâncias

Campos do Jordão, 14/12/2004
5
SENSORES ENVISAT










Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR)
Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS)
Radar Altimeter 2 (RA-2)
Microwave Radiometer (MWR)
Laser retro-reflector (LR)
Global Ozone Monitoring by Ocultation of Stars
(GOMOS)
Michelson Interferometer for Passive Atmospheric
Sounding (MIPAS)
Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR)
Doppler Orbitography and Radiopositioning
Integrated by Satellite (DORIS)
Scanning Imaging Absorption Spectrometer for
Atmospheric Cartography (SCIAMACHY)
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6
CARACTERÍSTICAS GERAIS - MERIS






Espectrômetro imageador pushbroom
Ângulo de visada de 68,5º
Resolução espacial de 300m (para regiões
limitadas) e 1,2km em base global
15 bandas espectrais programáveis em
largura e posição
Faixas do visível e infravermelho-próximo
390 a 1040 nm
Cobertura global da Terra em 3 dias
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7
CARACTERÍSTICAS GERAIS - MERIS
Amplitude espectral
Resolução espectral
Resolução espacial (FR)
Resolução espacial
reduzida (RR)
Largura de faixa
imageada
Campo de visada
Acurácia radiométrica
Amplitude dinâmica
Capacidade de
transmissão de bandas
390 – 1040 nm
1,8 nm
300m no nadir
1.200 m
1.150 km
68,5º
< 2% do sinal detectado,
em relação ao sol
Até albedo 1,0
15 bandas espectrais
programáveis
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8
BANDAS ESPECTRAIS - MERIS
Nº
 central
(nm)
Largura
espectral
(nm)
1
412,5
10
Substância amarela e detritos de pigmentos
2
442,5
10
Máximo de absorção pela clorofila
3
490
10
Clorofila e outros pigmentos
4
510
10
Sedimentos em suspensão, marés vermelhas
5
560
10
Mínimo de absorção pela clorofila
6
620
10
Sedimentos em suspensão
7
665
10
Absorção pela
fluorescência
8
681,25
7,5
Pico de fluorescência da clorofila
9
708,75
10
Referência
da
atmosféricas
10
753,75
7,5
Vegetação, nuvens
11
760,625
3.75
12
778,75
15
Correções atmosféricas
13
865
20
Vegetação, referência para o vapor d’água
14
885
10
Correções atmosféricas
15
900
10
Vapor d’água, terra
Aplicações Potenciais
clorofila
e
referência
fluorescência,
da
correções
Banda-R de absorção pelo Oxigênio
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9
MISSÃO

O sensor MERIS, originalmente
dedicado para fazer observações da
cor da água nos oceanos, zonas
costeiras e águas interiores, teve seu
escopo de objetivos ampliado para a
realização de estudos atmosféricos e
da superfície terrestre
Campos do Jordão, 14/12/2004
10
MISSÃO


A partir de medições da cor da água é
possível derivar concentrações de clorofila
na superfície da água, do material em
suspensão e de cargas de aerossóis sobre
o domínio marinho
Também é possível estimar a altura do
topo de nuvens, o total de vapor d’água
na coluna atmosférica, a carga de
aerossóis sobre os continentes e o status
da vegetação e sua distribuição
(biomassa, índices de vegetação)
Campos do Jordão, 14/12/2004
11
MODIS - Moderate Resolution
Imaging Spectroradiometer





Instalado a bordo de duas espaçonaves: Terra
(EOS AM) e Aqua (EOS PM), com passagens pela
manhã e a tarde
Recobrimento da superfície da Terra a cada 1-2
dias
36 bandas espectrais, de 400 a 1440 nm, com
resolução radiométrica de 12 bits
2 bandas com resolução espacial de 250m, 5
bandas com resolução de 500m e 29 bandas com
resolução de 1 km
Varredura de ± 55º a partir de uma órbita de 705
km, faixa imageada de 2.330 km
Campos do Jordão, 14/12/2004
12
VEGETATION





O programa VEGETATION foi iniciado com
o lançamento do satélite SPOT 4 em 1998
Um segundo instrumento foi lançado a
bordo do SPOT 5 em 2002
Resolução espacial de 1,15 km no nadir
Varredura de ±50,5º, faixa imageada de
2.200 km
Horário de cruzamento com o Equador
(órbita descendente) às 10:30 hora local
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13
VEGETATION –
CARACTERÍSTICAS ESPECTRAIS
Bandas espectrais
Azul (B0)
Vermelho (B2)
Infravermelho
próximo (B3)
Infravermelho
médio (MIR)
Especificação
VEGETATION 1
(valores reais)
VEGETATION 2
(valores reais)
0,430 – 0,470 µm
0,610 – 0,680 µm
0,437 – 0,480 µm
0,615 – 0,700 µm
0,438 – 0,475 µm
0,615 – 0,690 µm
Amplitude de
refletância
superficial
0,0 – 0,5
0,0 – 0,5
0,780 – 0,890 µm
0,772 – 0,892 µm
0,782 – 0,890 µm
0,0 – 0,7
1,580 – 1,750 µm
1,600 – 1,692 µm
1,582 – 1,685 µm
0,0 – 0,6
Campos do Jordão, 14/12/2004
14
WFI – Wide Field Imager






Instalado a bordo do satélite CBERS-2
lançado em 2003
Faixa de imageamento de 890 km
Resolução espacial de 260m
Cobertura global a cada 5 dias
2 bandas espectrais centradas em 660 e
830nm, respectivamente
Horário de cruzamento com o equador às
10:30 hora local
Campos do Jordão, 14/12/2004
15
WFI – Wide Field Imager
Bandas espectrais
Campo de visada
Resolução espacial
Faixa imageada
Resolução temporal
630 – 690 nm (vermelho)
770 – 890 nm
(infravermelho)
60º
260 m
890 km
5 dias
Campos do Jordão, 14/12/2004
16
MISR – Multi-angle Imaging
SpectroRadiometer




Instalado a bordo do satélite Terra (EOS
AM)
Mede a reflectância da Terra em 4 bandas
espectrais, simultaneamente em 9 ângulos
de visada distribuídos nas direções para a
vante a para a ré da trajetória orbital
Amostragens espaciais são adquiridas a
cada 275m
Em 7 minutos, uma faixa de 360 km de
largura é imageada a partir dos 9 ângulos
Campos do Jordão, 14/12/2004
17
MISR – Multi-angle Imaging
SpectroRadiometer
Faixa imageada
Cobertura global
Cobertura
espectral
Câmeras
pushbroom
Ângulos de visada
360 km
9 dias (com repetitividade entre 2 e
9 dias, dependendo da latitude)
4 bandas (azul, verde, vermelho e
infravermelho próximo)
Nove: Na, Af, Aa, Bf, Ba, Cf, Ca, Df e
Da (onde as de visada para a vante,
nadir e a ré terminam com letras f,
n e a, respectivamente). Os
projetos das quatro câmeras
denominadas A, B, C e D possuem
ângulos de visada crescentes
0, 26.1, 45.6, 60.0 e 70.5º
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18
TABELA COMPARATIVA CARACTERÍSTICAS
Terra
Aqua
MODIS
MODIS
Envisat
Terra
ESA
País
Início Operação
MERIS
Plataforma
Agência
Inclinação (graus)
Cruzamento
Equador (h)
Altitude (km)
Resolução (km)
Resolução
radiométrica
Resolução
temporal
Largura de Faixa
(km)
VEGETATION
WFI
MISR
Aqua
SPOT 4 e 5
CBERS 2
Terra
NASA
NASA
CNES
AEB/CAST
NASA
Europa
EUA
EUA
França
Brasil/China
EUA
03/2002
02/2000
05/2002
03/1998 e 05/2002
10/2003
02/2000
98,5
98,2
98,2
98,8
98,5
98,2
10:00
10:30
13:30
10:30
10:30
10:30
800
705
705
830
778
705
1,2/0,3
1
1
1,15
0,26
0,25
12 bits
12 bits
12 bits
10 bits
8 bits
3 dias
1 dia
1 dia
1 dia
5 dias
9 dias
1150
2330
2330
2200
890
360
Campos do Jordão, 14/12/2004
19
TABELA COMPARATIVA –
BANDAS ESPECTRAIS
MERIS
MODIS
VEGETATION
 Central
Largura
 Central
Largura
412.5
10
412
15
442.5
10
443
10
490
10
488
10
510
10
531
10
560
10
551
10
620
10
667
10
665
10
678
10
681
7.5
748
10
709
9
870
15
779
14
469
20
870
20
555
20
890
10
645
50
900
10
858
35
WFI
 Central
Largura
450
40
 Central
645
70
835
110
1665
170
MISR
 Central
Largura
Largura
446
41
660
60
558
27
830
120
672
20
867
39
Campos do Jordão, 14/12/2004
20
MERIS User Workshop, Frascati, Itália,
10 – 13/11/2003 (ESA SP-549) - Água
VANTAGENS
 A qualidade dos dados, graças ao superior
projeto do instrumento e dos algoritmos para
águas costeiras e interiores
 Particularmente na determinação das
concentrações de clorofila, o esquema de
correção atmosférica e estimativa dos
parâmetros geofísicos, mais a resolução espectral
superior do MERIS, principalmente em torno da
banda de absorção no vermelho, são vantagens
distintas em relação a outros sensores
Campos do Jordão, 14/12/2004
21
MERIS User Workshop - Água
VANTAGENS
 A resolução espacial de 300m que abre novas ou
melhores possibilidades para o mapeamento de
parâmetros de qualidade da água em estuários e
corpos d’água interiores, bancos de areia
submarinos, áreas de dragagem, etc
Campos do Jordão, 14/12/2004
22
MERIS User Workshop - Água
VANTAGENS
 A radiação emergente da água com um pico
espectral em torno de 705nm tem sido notada
como uma assinatura de florações
fitoplanctônicas superficiais. Em águas rasas, um
pico neste comprimento de onda pode indicar a
presença de vegetação bêntica. O sensor MERIS
possui uma banda centrada em 709nm que pode
ser utilizada para detectar estas assinaturas
Campos do Jordão, 14/12/2004
23
MERIS User Workshop - Água
VANTAGENS
 Radiâncias espectrais medidas pelo MERIS em
665, 681 e 709nm permitem a detecção do sinal
de fluorescência da clorofila superficial na água
estimulada pela luz natural. Essas estimativas são
muito similares às obtidas com uso do MODIS
 A vantagem do MERIS é a ausência de striping e a
possibilidade de aquisição em baixa e alta
resolução espacial (1,2km e 300m)
 Estudos sobre a relação entre a fluorescência e a
concentração de clorofila podem fornecer uma
melhor percepção sobre os mecanismos da
produtividade primária
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24
MERIS User Workshop - Água
DESVANTAGENS
 A freqüência de dados mais baixa que a do
SeaWiFS, que por sua vez é inclinada (tilted) e por
isso, sofre menos efeito do sunglint, e do MODIS,
que possui uma faixa imageada mais larga e está
instalado em dois satélites
 A disponibilidade de dados, se comparada com o
MODIS, por exemplo, que tem distribuição
gratuita de dados pela internet
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25
MERIS User Workshop – Índice de
Vegetação



O produto MGVI (MERIS Global Vegetation Index)
propõe-se a quantificar a atividade biofísica de
superfícies continentais
Estudos mostraram que a presença e saúde da
vegetação viva existente sobre diferentes tipos de
superfícies terrestres pode ser documentada e
monitorada com este produto
Uma validação inicial foi obtida pela comparação
com um produto similar obtido com dados
SeaWiFS
Campos do Jordão, 14/12/2004
26
MERIS User Workshop – Uso e
Cobertura da Terra


Estudos mostraram que o MERIS pode ser
utilizado para o monitoramento multi-temporal do
uso e cobertura da terra
Os dados de alta resolução são adequados para
detectar variações anuais do regime hídrico assim
como, dos correspondentes ciclos vegetais (p.ex.,
biomassa) em áreas úmidas e regiões semi-áridas
Campos do Jordão, 14/12/2004
27
MERIS User Workshop – Atmosfera



Boa concordância foi obtida em estudos
comparativos entre o MERIS e o MISR para
estimativa da altura do topo de nuvens quando
nuvens opacas e isoladas eram presentes
Nos casos em que as nuvens eram opticamente
finas, não foi possível obter estimativas com uso
do MERIS
Quando mais de uma camada de nuvens era
presente, as estimativas MERIS referiam-se à
altura do topo mais baixo ou de alguma altitude
intermediária
Campos do Jordão, 14/12/2004
28
MERIS User Workshop – Atmosfera


As estimativas MISR referiam-se às nuvens mais
baixas, em condições de camadas de nuvens
múltiplas
As estimativas com uso do sensor MODIS foram
consideradas subestimadas para nuvens baixas,
um pouco superestimadas para nuvens
intermediárias e dentro da extensão da nuvem ou
próxima do topo para nuvens altas
Campos do Jordão, 14/12/2004
29
CONSIDERAÇÕES FINAIS


O sensor MERIS se apresenta como um similar
europeu aos sensores Terra MODIS e Aqua
MODIS
Dados do sensor MERIS devem ser testados em
diferentes aplicações de interesse da OBT, como
por exemplo: qualidade da água em sistemas
costeiros e interiores, oceanografia, dinâmica da
vegetação, dinâmica do uso e cobertura da terra
Campos do Jordão, 14/12/2004
30
CONSIDERAÇÕES FINAIS


A comparação entre o MERIS e outros sensores
como o MODIS, VEGETATION, WFI e MISR e
indicou vantagens e desvantagens
A resolução espacial de 300 m, possível de ser
obtida pelo sensor MERIS para determinadas
regiões, em todas as bandas espectrais, é uma
característica interessante que deve ser
explorada adequadamente
Campos do Jordão, 14/12/2004
31
CONSIDERAÇÕES FINAIS


O sinergismo entre os dados MERIS e do ASAR,
confere a estes conjuntos de dados um caráter
único, de grande impacto em aplicações como,
por exemplo, o monitoramento de derrames de
óleo no mar e o monitoramento da vegetação
Exemplos de imagens MERIS encontradas na
Internet/literatura indicam que este sensor
aparenta ter menos efeitos indesejáveis de
striping se comparado com imagens MODIS, pelo
menos na água
Campos do Jordão, 14/12/2004
32
CONSIDERAÇÕES FINAIS


Os dados MERIS podem ser adquiridos através
da estação de recepção disponível no INPE,
Cuiabá, após um upgrade
No acordo de cooperação seria interessante
incluir a capacitação de recursos humanos no
processamento de dados MERIS
Campos do Jordão, 14/12/2004
33
CONSIDERAÇÕES FINAIS

Seria interessante a aquisição de dados
MERIS/ENVISAT a partir de uma estação de
recepção localizada mais próxima da costa
sudeste brasileira, como em Cachoeira Paulista
ou São José dos Campos, por exemplo, para
ampliar o seu uso em aplicações oceanográficas
Campos do Jordão, 14/12/2004
34
CONSIDERAÇÕES FINAIS

O potencial de utilização dos dados MERIS a
partir de uma estação de recepção localizada no
INPE indica uma boa relação custo/benefício
Muito Obrigado
Campos do Jordão, 14/12/2004
35