Estimativa do albedo da superfície para o município de Itaituba –
PA a partir de imagens TM – Landsat 5
Francineide Amorim Costa Santos1, Sonaly Duarte de Oliveira 2, Ana Nery Campos dos
Santos3, Bernardo Barbosa da Silva4
1, 2, 3
Alunas de pós-graduação do Departamento de Ciências Atmosféricas, UFCG. Av.
Aprígio Veloso, 882, Bairro Universitário. Campina Grande – PB, Brasil. CEP: 58.429 – 140.
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected].
4
Profº Drº: Unidade A. de Ciências Atmosféricas – Universidade Federal de Campina Grande
(UFCG). E-mail: [email protected]
Resumo: O estudo do albedo é de grande importância, já que as mudanças entre a radiação e
o ecossistema podem aumentar ou diminuir a reflexão da superfície, alterando a energia
disponível para os processos físicos. Neste estudo, uma imagem Landsat 5 - TM foi utilizada,
com o objetivo de determinar o albedo de superfície, conforme determinado pelo SEBAL,
utilizando os métodos Allen, Idaho e Metric. A área escolhida abrange parte da cidade de
Itaituba, no Pará. Os resultados evidenciam haver diferenças significativas no albedo, a
depender da correção atmosférica que seja aplicada.
Abstract: The study of the albedo is of great importance, since changes between the radiation
and the ecosystem may increase or decrease the reflection from the surface, changing the
energy available for physical processes. In this study, a Landsat 5 - TM image was used, with
the objective of determining the surface albedo, as determined by the SEBAL, using the
methods of Metric, Allen and Idaho. The study area covers part of of Itaituba city in Pará. The
results show significant differences in albedo, depending on the atmospheric correction is
applied.
Palavras-chave: Idaho, Metric, Allen, transmissividade
1. Introdução
Uma aplicação muito importante em sensoriamento remoto consiste na estimativa do
saldo de radiação à superfície, principal fonte de energia a diversos processos naturais que
ocorrem à superfície do nosso planeta. Para o seu cômputo necessita-se do albedo e da
temperatura da superfície, elementos que podem ser obtidos através do algoritmo SEBAL
(Surface Energy Balance Algorithm for Land) e de alguns dados coletados de uma estação
meteorológica.O estudo do albedo é de grande importância, pois o seu monitoramento
possibilita detectar mudanças que venham a ocorrer nos mais variados ecossistemas. Nesse
sentido, o emprego de imagens de satélite se reveste de grande importância pela grande
cobertura espacial que possui e dada a sua resolução temporal.
O satélite Landsat 5 foi lançado em 01 de Março de 1984 e se encontra em órbita
equatorial a 705 km de altitude. O sensor TM (Mapeador Temático) a bordo desse satélite faz
o imageamento da superfície com tempo de revisita de 16 dias. Cada imagem gerada possui
185 Km de largura e resolução espacial de 30 metros, compreendendo 7 bandas espectrais.
Neste estudo foi utilizada uma imagem TM - Landsat 5, com o objetivo da
determinação do albedo à superfície, segundo critérios do SEBAL, utilizando três diferentes
procedimentos de correção atmosférica. Em dois desses procedimentos foi adotada uma
correção cobrindo todo o espectro da radiação solar. No terceiro deles, foi aplicada correção
atmosférica em cada uma das seis bandas reflectivas do TM. Esses critérios foram
denominados respectivamente de métodos, Allen, Idaho e Metric. A área escolhida para o
estudo abrange parte da cidade de Itaituba no Pará, localizada a uma latitude 04º16'34" sul e a
uma longitude 55º59'01" oeste, e fica na margem esquerda do rio Tapajós.
O clima da região se traduz como um clima de temperatura mínina superior a 18°C.
As temperaturas médias máxima e mínima anuais são 32 e 22ºC, respectivamente. A
precipitação média anual fica em torno de 1380 milímetros. Itaituba apresenta uma umidade
relativa com valores acima dos 80% em quase todos os meses do ano. As estações chuvosas
coincidem com os meses de dezembro a junho e as menos chuvosas nos meses de julho a
novembro.
2. Material e Métodos
A imagem TM-Landsat 5 empregada, foi obtida no site do INPE, referente ao dia três
de julho de 2009, obtida às 13:43: 25 (TMG), na órbita 228 e ponto 63. Após descompactação
das sete bandas espectrais, reamostragem da banda termal (banda 6) e empilhamento das sete
bandas, realizou-se o recorte de parte da imagem, utilizando o programa Erdas. O recorte está
centrado na estação automática de Itaituba-PA.
Efetuado o recorte, foi feito o georreferenciamento utilizando a ferramenta AutoSync
do ERDAS Imagine, a partir de uma imagem de referência já ortorretificada, obtida do site
WWW.landsat.org. O principal objetivo desse processo é ajustar os pontos das imagens às
coordenadas terrestres (latitude e longitude) reais da superfície.
A etapa seguinte consiste em fazer a calibração radiométrica das bandas empilhadas,
o que equivale a converter o número digital de cada pixel da imagem na radiância espectral de
cada banda (Lλi). Essa radiância representa a energia solar refletida por cada pixel por unidade
de área, de tempo, de ângulo sólido e de comprimento de onda, medida ao nível do satélite. A
equação utilizada foi proposta por Markham e Baker (1987), qual seja:
L  ,b  a i 
bi  a i
 ND
255
(1)
onde: a e b são as radiâncias espectrais mínima e máxima (W m sr μm ), detectadas pelo
TM – Landsat 5; ND é a intensidade do pixel (número inteiro compreendido entre 0 e 255) e i
corresponde às bandas 1 a 7 do TM –Landsat 5. Os coeficientes a e b foram utilizados
segundo Chander & Markhem, (2003).
O passo seguinte constituiu na estimativa da refletância monocromática de cada
banda (ρλb) ao nível orbital, que é dado pela razão entre o fluxo de radiação solar refletido e o
fluxo de radiação solar incidente, utilizando a equação (Bastiaanssen, 2000; Silva et al.,2005)
-2
  ,b 
-1
-1
L ,b 
K   cos Z  d r
(2)
onde: Lλb é a radiância espectral de cada banda; kλ é a irradiância solar espectral de cada
banda no topo da atmosfera (W.m-2 μm-1), constantes obtidas em Chander & Markham,
(2003); Z é o ângulo zenital solar, obtido no cabeçalho da imagem adquirida no site do INPE,
e dr é o inverso do quadrado da distância relativa Terra-Sol, em unidades astronômicas, e foi
obtido usando a equação de Iqbal:
(3)
em que DSA é o dia de ordem do ano. Para o presente trabalho encontrou-se dr igual a
0,9670.
O passo seguinte foi encontrar o albedo da superfície segundo os métodos de Allen,
Idaho e Metric.
O método de Allen, para o cômputo do albedo da superfície, fundamenta-se na
equação desenvolvida por Bastiaanssen (2000):


plan
a
b
(4)
em que αplan é o albedo não corrigido de cada pixel da imagem e é calculado segundo
procedimentos descritos em Silva et al.2004:
 plan  0, 293 1  0, 274  2  0,233  3  0,157  4  0,033  5  0,011  7
(5)
a é a reflectância atmosférica, que no presente estudo foi considerada como 0,03
(Bastiaanssen, 2000; Silva et al.,2005); b é o quadrado da transmissividade atmosférica (τsw)
obtida para condições de céu claro, segundo Allen et al. (2002):
 sw  0.75  2  10 5  DEM
(6)
onde DEM é o modelo de elevação digital, obtido do site http://srtm.csi.cgiar.org, o qual
representa a altitude de cada pixel da imagem.
O albedo Idaho difere do albedo Allen apenas no cálculo da transmissividade
atmosférica, para a qual adotou-se procedimentos segundo Trezza (2002), sendo necessárias
medidas de pressão atmosférica, temperatura e umidade relativa do ar (que foram obtidas do
site do INMET-estação convencional de Itaituba-82445), usadas na quantificação da água
precipitável da atmosfera. A transmissividade atmosférica foi obtida de acordo com a seguinte
expressão:
(7)
em que KB é o índice de turbidez atmosférica para a radiação solar direta e KD é o índice de
turbidez associada à radiação solar difusa, sendo obtidos pelas expressões:
(8)
(9)
O albedo segundo o Metric foi calculado considerando-se os efeitos da atmosfera na
refletância monocromática banda a banda, que é, de acordo com Allen et al. (2007) dada pela
expressão:
(10)
em que ρs,b é a refletância da superfície para a banda b; ρt,b é a refletividade da banda b no
topo da atmosfera; ρa,b é refletância da atmosfera, calculada segundo Allen et al. (2007):
(11)
sendo, Cb um parâmetro determinado para cada banda b do sensor, obtido de Allen et al.
(2007); τin e τout são as transmissividades incidente e ascendente, respectivamente, sugeridas
por Tasumi et al. (2007):
(12)
(13)
onde C1-C5 são os coeficientes para cada tipo de satélite, obtidos por modelo de tranferência
radiativa e constantes em Allen et al. (2007); P é pressão atmosférica média em kPa (para o
presente trabalho obtida do site INMET); kt é o coeficiente de turbidez da atmosfera, sendo
kt=1 para céu claro e kt=0,5 para turbidez extrema (Allen 1996); é o ângulo nadir de visão
do sensor, que para o caso do Landsat tem cos igual a 1; W é a água precipitável em mm,
calculada de acordo com a equação proposta por Garrison e Adler (1990):
(14)
sendo a pressão de vapor próximo a superfície em kPa.
O albedo da superfície segundo o Metric foi, então, encontrado segundo a expressão:
(15)
onde os wb representam as contribuições da irradiância solar monocromática de cada banda do
TM esperadas à superfície com código de transferência radiativa, dados por Allen et al.
(2007); n é o número da banda correspondente e , obtido pela equação 10.
3. Resultados e Discussão
A partir da análise das cartas de albedo geradas (Figuras 1, 2 e 3) pode-se observar
que o albedo Idaho foi o que apresentou os maiores valores em todas as áreas do recorte
selecionado, sendo seguido pelo albedo Allen. Nas circunstâncias do presente estudo apenas
as seguintes condições extremas: área muito vegetada, solo exposto e água, foram utilizadas
para fins de comparação dos valores obtidos com os diferentes procedimentos de cálculo do
albedo. Sistematicamente o albedo Metric foi o que proporcionou os menores valores do
albedo, chegando inclusive a valores próximos de zero. Essa situação evidencia que as
formulações apresentadas por Allen et al. (2007) carecem de calibração para as condições
atmosféricas da região selecionada para o presente estudo.
Tabela 1: variações nos valores do albedo em diferentes tipos de cobertura
Albedos
Área Muito Vegetada Solo Exposto
Água
0,088 – 0,120
0,135 – 0,315
0.038 - 0,041
Metric
0,092 – 0,115
0,141 – 0,465
0,005 – 0,059
Allen
0,097 – 0,120
0,146 – 0,492
0,08 – 0,062
Idaho
4. Conclusão
Os resultados evidenciam haver diferenças significativas no albedo, a depender da
correção atmosférica que seja aplicada. Embora mais prático, o método Allen deve ser usado
apenas quando da impossibilidade de emprego dos demais métodos, vez que a correção
depende apenas da altitude e o mesmo ter sido recomendado para atmosfera com baixo
conteúdo de vapor.
5. Referências Bibliográficas
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MARKHAM, B. L. & BARKER, J. B.
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IQBAL, M. An Introduction to Solar Radiation. New York: Academic Press. 1983. 212p.
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