ESTIMATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO REAL
DIÁRIA UTILIZANDO UMA IMAGEM DIGITAL TM –
LANDSAT 5 E O ALGORITMO SEBAL
C. C. C. Machado1; B. B. Silva2; M. B. Albuquerque3; J. D. Galvíncio4
RESUMO: À medida que se torna imperiosa a eficiente gestão dos recursos hídricos, aumenta a
necessidade de determinar com acurácia os elementos do ciclo hidrológico, dentre os quais se
destaca a evapotranspiração (ETr). Este trabalho tem por objetivo: (1) estimar a ETr para uma
área situada na região Sul do litoral Pernambucano, com presença de cultivo de cana-de-açúcar,
solo exposto, mata e mangue, usando imagens do satélite Landsat 5 – TM e o algoritmo SEBAL
e (2) validar o algoritmo SEBAL. Para isso, foram usadas duas imagens do satélite Landsat 5 TM, de órbita e ponto 214/066, com datas de passagem em 26 de agosto de 2006 e 6 de
setembro de 2010, ambas recortadas para enquadrar o litoral Sul de Pernambuco. Os resultados
mostraram a capacidade do SEBAL de propiciar a variabilidade espacial da ETr, com
capacidade de distinguir diferentes ocupações do solo. As estimativas da ETr obtidas pelo
algoritmo apresentaram uma boa concordância com os resultados obtidos pelo método da FAOPenman-Monteith demonstrando, dessa forma, a potencialidade da técnica.
PALAVRAS-CHAVE: Balanço de energia, validação, Pernambuco.
ASSESSMENT OF DAILY ACTUAL
EVAPOTRANSPIRATION USING TM – LANDSAT 5
DIGITAL IMAGES AND SEBAL ALGORITHM
SUMMARY: Nowadays, an efficient water resources administration becomes imperious and,
consequently, the need to determine the hydrologic cycle elements with accuracy, essentially
evapotranspiration (ETr), increases. This work main objectives are: (1) to estimate ETr in an
area of exposed soil, sugar cane crops, swamp and forest, using SEBAL algorithm and Landsat
5 TM images and (2) to validate SEBAL algorithm. In order to achieve that, two Landsat 5 TM
images from orbit and point (214/066) of August 26th of 2006 and September 6th of 2010,
framing Pernambuco (Brazil) south coast. The results showed SEBAL ability to show the space
variability of ETr, which allows to distinguish different soil uses. ETr estimates obtained with
SEBAL algorithm showed good agreement with the results obtained by the FAO-PenmanMonteith method, demonstrating the technique high potential.
KEYWORDS: Energy balance, validation, Pernambuco
1
Bióloga, Doutoranda em Geografia, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, Universidade Federal de Pernambuco
(UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, 1235 - Cidade Universitária, Recife - PE - CEP: 50670-901. Fone (81) 85033839.
Email: [email protected]
2
Meteorologista, Professor Visitante, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, UFPE, Recife – PE.
3
Engenheiro Agrónomo, Professor Adjunto I, Centro de Ciências Agrárias, UFPB, Areia – PB.
4
Matemático, Professor Adjunto III, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, UFPE, Recife – PE
C. C. C. Machado et al.
INTRODUÇÃO
O melhoramento dos meios de manejo dos recursos hídricos constitui um dos principais
objetivos de praticamente todos os países do planeta. À medida que se torna imperiosa a
eficiente gestão dos recursos hídricos, aumenta a necessidade de determinar com acurácia e
sofisticação os elementos do ciclo hidrológico, dos quais se destaca a evapotranspiração. O
conhecimento da evapotranspiração real (ETr) das culturas e da vegetação em geral é de grande
importância para a gestão adequada de bacias hidrográficas, para a modelagem climática e
hidrológica e no manejo hídrico da agricultura irrigada, sendo fundamental para uma correta
programação da irrigação (Allen et al., 2002).
De entre os diversos métodos que utilizam o sensoriamento remoto para estimar os fluxos de
energia da superfície, destaca-se o algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for
Land), proposto por Bastiaanssen (1995), aplicado com êxito em diversos ecossistemas do
globo na obtenção da ETr (Bastiaanssen et al., 1998; Silva et al., 2005; Bezerra et al., 2008;
Teixeira et al., 2009). A ETr é determinada com o SEBAL a partir da quantificação da
densidade de fluxo de calor latente (LE), obtido como resíduo da equação do balanço de
energia. Esse algoritmo pode ser aplicado em imagens digitais de qualquer sensor orbital que
efetue medidas de radiância no visível, infravermelho próximo e termal, tais como: Mapeador
Temático do satélite Landsat 5, NOAA-AVHRR, Terra/MODIS e Terra/ASTER.
Este trabalho tem por objetivos: (1) estimar a ETr para uma área situada na região Sul do
litoral Pernambucano, com presença de cultivo de cana-de-açúcar, solo exposto, mata e mangue,
usando duas imagens do satélite Landsat 5 – TM e o algoritmo SEBAL; e (2) comparar os
resultados estimados pelo SEBAL com os dados de superfície obtidos em estação meteorológica
e utilizando o método da FAO-Penman-Monteith numa cultura de cana-de-açúcar.
MATERIAL E MÉTODOS
ÁREA DE ESTUDO
A área estudada fica localizada na região sul do litoral Pernambucano incluindo a foz do Rio
Formoso e do Rio Una e as cidades de Tamandaré e Barreiros. O recorte estudado (UTM
Esquerdo: N9047809, E249004; UTM Direito: N9017268, E278944) inclui a Reserva Biológica
de Saltinho, correspondente a um remanescente de Mata Atlântica de 548 ha, uma extensa área
de mangue situada ao redor dos rios Formoso e Una, vastas áreas de cultivo de cana-de-açúcar,
que por constituir uma das atividades econômicas mais importantes da região, ocupa a maior
parte da área estudada e solo exposto, na maioria das vezes, correspondente a bancos de areia e
áreas de recente corte da cana. O clima é Tropical Atlântico com precipitações entre 1500 e
1800 mm, podendo em algumas regiões ultrapassar os 2000 m. O relevo é do tipo baixada
litorânea, com planícies costeiras de origem sedimentar de baixa altitude e predominância de
morros e colinas – formações onduladas e melonizadas.
C. C. C. Machado et al.
PROCESSAMENTO DAS IMAGENS DE SATÉLITE E MÉTODO SEBAL
Procedeu-se ao processamento de duas imagens do Mapeador Temático do satélite Landsat
5, cedidas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), da órbita e ponto 214/066 com
datas de passagem a 26 de agosto de 2006 e 6 de setembro de 2010.
Os dados meteorológicos utilizados para a estimativa das componentes do balanço de
energia e da ETr foram obtidos a partir da consulta do arquivo de dados meteorológicos da
plataforma de coleta de dados, posto Barreiros (UTM N9023940, E258720) disponibilizado
pelo LAMEPE (Laboratório de Meteorologia de Pernambuco). Para o cálculo da ETr no cultivo
de cana próximo à estação foi utilizado o método da FAO-Penman-Monteith, tendo sido usado
um kc = 0,8, respeitando o estado fenológico da cana em ambas as imagens e conforme
recomendado pela FAO 24 (Doorenbos & Pruitt, 1977).
De acordo com o algoritmo SEBAL, a evapotranspiração é obtida após conversão do valor
instantâneo de LE (W m-2), em ETr (mm) total das 24 h. O LE é obtido como resíduo da
equação clássica do balanço de energia à superfície (equação 1).
LE = Rn - H - G
(eq.1)
onde Rn é o saldo de radiação, LE a densidade de fluxo de calor latente, H a densidade de fluxo de
calor sensível e G a densidade de fluxo de calor no solo, todos em W m-2. A metodologia completa
pode ser encontrada em Bastiaanssen (1995), Silva et al. (2005) e Bezerra et al., (2008).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Figura 1 estão representadas as imagens da ETr para os dias estudados. As áreas de cor
vermelha representam valores de ETr menores que 2,0 mm.dia-1, que correspondem a áreas de
solo exposto, bancos de areia e/ou vegetação muito rala. Resultados muito próximos foram
encontrados no Cariri por Bezerra et al. (2008) e por Wang et al. (2005) em áreas de deserto e
vegetação esparsa no estado americano do Novo México. Por outro lado, as áreas em azul-escuro
correspondem a valores de ETr superiores a 5,5 mm.dia-1. Observa-se que esses valores
concentram-se na Reserva Biológica de Saltinho, em corpos de água e nas nuvens. Os maiores
índices de vegetação (IAF > 3) encontrados na mata da Reserva de Saltinho justificam os valores
elevados de ETr encontrados. A ETr da cultura da cana-de-açúcar variou entre 4 e 5 mm.dia-1 e as
áreas de Mangue apresentaram valores entre 4,5 e 5,5 mm.dia-1. A cana, para além de apresentar
um menor índice de vegetação (IAF ≈ 2), é uma planta do tipo C4 que apresenta uma maior
eficiência de uso da água e, por isso, perde menos água por evapotranspiração (Larcher, 2000).
A ETr variou bastante entre as imagens estudadas, principalmente nas áreas de solo exposto e
de cana. A imagem de 2006 apresentou uma média de 4,75 mm.dia-1 e a de 2010 de 5,52 mm.dia-1.
Ambas as imagens apresentavam culturas de cana-de-açúcar na mesma fase fenológica (cerca de
10 meses), por isso, as diferenças encontradas entre as imagens se devem principalmente à elevada
precipitação ocorrida nos cinco dias precedentes ao imageamento de 2010, cerca de 23 mm. Na
imagem de 2006, choveu apenas 6 mm, nesse mesmo intervalo de tempo.
Na Tabela 1 faz-se a comparação entre a ETr medida pelo método FAO-Penman-Monteith e a
estimada pelo SEBAL, utilizando como referência uma cultura de cana-de-açúcar situada próxima
à estação. Observa-se que os erros absolutos e relativos foram baixos, com 0,5 mm.dia-1 de erro
C. C. C. Machado et al.
absoluto e 10,8 % de erro relativo em setembro de 2010 e 0,06 mm.dia-1 de erro absoluto e 1,43
% de erro relativo em agosto de 2006. Comparando com resultados obtidos por outros autores
conclui-se que os resultados obtidos nesta pesquisa foram muito satisfatórios. Trezza (2002),
após comparar medidas lisimétricas e as estimativas do SEBAL encontrou erros absolutos
inferiores a 1 mm.dia-1. Wang et al. (2005) obtiveram resultados ainda mais satisfatórios, com
erros absolutos em torno de 0,5 mm.dia-1. Erros relativos entre 4 e 10% foram encontrados por
Bezerra et al. (2008), quando compararam os resultados obtidos com a razão de Bowen e com o
SEBAL em cultura de mamona e algodão na mesorregião do Cariri.
CONCLUSÕES
Os resultados mostraram a capacidade do SEBAL de propiciar a variabilidade espacial da
ETr, com capacidade de distinguir diferentes ocupações do solo.
As estimativas da ETr obtidas pelo algoritmo SEBAL apresentaram uma boa concordância
com os resultados obtidos pelo método da FAO-Penman-Monteith demonstrando, dessa forma,
a potencialidade da técnica.
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Tabela 1. Evapotranspiração real diária da cultura de cana-de-açúcar pela técnica FAO-Penman-Monteith
e pelo algoritmo SEBAL e os valores de erro absoluto e relativo.
Dia do Ano
Cultura
238
249
Cana-de-açúcar
Cana-de-açúcar
ETr
SEBAL
(mm.dia-1)
4,13
5,13
ETr
FAO-PenmanMonteith (mm.dia-1)
4,19
4,63
Erro Absoluto
(mm.dia-1)
Erro Relativo
(%)
0,06
0,5
1,43
10,80
Figura 1. Imagens da ETr diária na área de estudo para os dias 26 de agosto de 2006 e 06 de setembro de
2010.