Estimativa da evapotranspiração e de parâmetros ambientais com
técnicas de sensoriamento remoto e dados de superfície
Pedro Pereira Ferreira Júnior¹, Maria Isabel Vitorino² e Adriano Marlisom Leão Sousa³
1
Aluno do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais – UFPA/MPEG-EMBRAPA. Rua Augusto
Correa, 01, CEP: 66075-110. Caixa postal 479, Tel: (91) 3201-8155. Belém, PA [email protected]
2
Docente da Universidade Federal do Pará – Faculdade de Meteorologia e do Programa de Pós-Graduação em
Ciências Ambientais. Rua Augusto Corrêa, 01 – Guamá, Belém-PA, CEP 66075-110, Caixa postal 479 [email protected]
3
Doutor em Recursos Hídricos – LBA/MPEG. Av. Perimetral, 1901, Terra Firme. CEP: 66.077-530. Tel: 913217-6056. Belém, PA – [email protected]
ABSTRACT: Evapotranspiration and environmental parameters were estimated by
Aqua/Modis to Caxiuanã, Melgaço-PA. We used also observational data of the LBA,
collected in 2008 at the micrometeorological tower. Although the estimated ET having larger
value in the dry season and lower value during the rainy season, it maintained a relatively
high rate throughout the year, with an average value very similar to those reported in literature
for the Amazon region. The ET was overestimated for the rainy season and underestimated
for the dry season, but presenting also the maintenance of relatively high ET, as ET observed.
The albedo and the speed of friction between three different surfaces showed significant
differences between the different biomes of the region, showing seasonal variations (with
higher values in dry season). The results also suggest that due to ET was higher in the dry
season, the rainy season was vital, indicating that in the dry season, transpiration is the main
source for the regional ET, which in turn is related to production primary forest.
Keywords: Evapotranspiration, Heat flow, SEBAL, Remote sensing
1 - INTRODUÇÃO
À superfície, os processos físicos globais e locais são representados pelas trocas de
energia na interface vegetação-atmosfera que se dá por meio das componentes do balanço de
radiação e dos fluxos de calor, sendo essenciais para modelagem climática.
Na pequena escala a quantificação das perdas de água para a atmosfera pode ser obtida
pela razão de Bowen, método das correlações turbulentas e outros, destinados à estimativa da
evapotranspiração (ET). French et al., (2005) citam que a variabilidade espacial da ET é
grande, e que até mesmo as maneiras mais avançadas de medi-la, em torres por meio de
sistemas de covariância de vórtices turbulentos, não é freqüentemente o mais representativo
da ET numa escala regional. Assim, a estimativa da evapotranspiração e outros elementos
ambientais, em escala regional, têm sido amplamente estudados, combinando medições
meteorológicas convencionais com dados de sensoriamento remoto. Além disso, as
dificuldades em se obter medidas reais de radiação, albedo e outros elementos na floresta
amazônica, têm levado muitos pesquisadores a usarem, em modelos climáticos, um valor
único e constante para toda a área vegetada da Amazônia o que, na prática, não reflete a
realidade, pois esta floresta é constituída de vários ecossistemas, com dosséis muito diferentes
(Leitão, 1994).
Neste sentido, considerando as dificuldades e carência de dados espaciais de ET para
regiões de floresta nativa, e sabendo que os métodos convencionais necessitam de
informações pontuais precisas, os quais inviabilizam o uso numa escala regional, este estudo
visa estimar a evapotranspiração e alguns parâmetros ambientais para Caxiuanã-Pa, usando
dados de sensoriamento remoto e superfície, aplicando o algoritmo Surface Energy Balance
Algorithms for Land (SEBAL).
2 - MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 - ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo está localizada na Floresta Nacional de Caxiuanã, município de
Melgaço-Pa, cerca de 400 km a Oeste da cidade de Belém-PA. A floresta apresenta um dossel
médio de 40 m de altura, com árvores a 50m. O clima é tropical quente e úmido, com
temperaturas médias anual de 26° C. Tem período mais chuvoso de Jan-Mai e menos chuvoso
de Set-Dez. A UR média anual é em torno de 80%. O vento predominante é de nordeste
(Moraes et al., 1997).
2.2 - DADOS OBSERVACIONAIS
Os dados observacionais fazem parte do Projeto de Grande Escala da BiosferaAtmosfera na Amazônia (LBA). As medições micrometeorológicas de fluxos de energia e
concentração de vapor d’água foram obtidas através de um sistema eddy correlation. Foram
calculadas as médias aritméticas horárias e diárias dos elementos meteorológicos para o
período de estudo.
As variáveis ambientais foram estimadas usando dados do sensor MODIS - Acqua e
dados da torre micrometeorológica. O período do estudo compreende o ano de 2008,
iniciando em 01 de janeiro até 31 de dezembro. De posse destas datas, foram coletadas as
imagens MODIS - Acqua que estavam disponíveis para o estudo. As imagens utilizadas neste
estudo são imagens composta de médias de oito dias para as variáveis Reflectância da
Superfície (MOD09) Temperatura da Superfície (MOD11), e imagens de dezesseis dias do
produto Índice de Vegetação (MOD13), onde estas imagens encontram-se disponíveis no sítio
https://wist.echo.nasa.gov/wist-bin/api/ims.cgi?mode=MAINSRCH&JS=1.
2.3 - APLICAÇÃO DO MODELO SEBAL
O balanço de energia foi determinado pelo algoritmo SEBAL, que necessita de poucas
informações da superfície para estimar as componentes do balanço de energia através do
sensoriamento remoto. A evapotranspiração é obtida pela divisão do fluxo de calor latente
pelo calor latente de vaporização da água e foi estimado como o resíduo da equação do
balanço de energia, contabilizando-se a diferença entre a radiação líquida, o fluxo de calor
para o solo e o fluxo de calor sensível. A descrição do algoritmo SEBAL está descrita em
(Sousa et al., 2007).
3 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 - EVAPOTRANSPIRAÇÃO MENSAL
No geral, a ET de janeiro a junho foi superestimada e de julho a dezembro foi
subestimada. Esta superestimativa pelo modelo pode ter ocorrido devido às características
pluviométricas do período chuvoso ter estado acima do normal, uma vez que esteve sobre
uma forte influência do fenômeno La Niña.
Esses resultados mostram não só uma ET maior no período chuvoso, mas também a
manutenção de uma taxa tão elevada de ET pela floresta mesmo na estação seca. Durante a
estação seca, quando o total de precipitação é mais baixo com relação à estação chuvosa, o
armazenamento de umidade do solo disponível para absorção da raiz pode ser suficiente para
manter a taxa de ET igual ou até mesmo maior do que na estação chuvosa, como já mostraram
Malhi et al., (2002), Negrón Juárez et al., (2007), Sommer et al., (2002). Isto faz supor que na
estação seca, a transpiração é a principal fonte para a ET da região, que por sua vez está
ligada à produção primária da floresta. Segundo Li & Fu (2004) e Fu & Li (2004) esta
manutenção desempenha papel central na determinação do início da estação chuvosa
subseqüente que irá acontecer. Assim, uma melhor compreensão dos controles de ET da
floresta, durante a estação seca é importante para predizer o calendário e a variabilidade do
início da estação chuvosa.
Variação Mensal do Fluxo de Calor (Evapotranspiração) em Caxiuanã-PA (2008)
5,5
5
4,5
4
ET
3,5
3
2,5
2
ET OBS (mm.dia-¹)
1,5
ET SR (mm.dia-¹)
1
0
1
2
3
4
5
6
Meses
7
8
9
10
11
12
Figura 1: Variabilidade Mensal da Evapotranspiração observada (pontos vermelhos) e ET
estimada pelo sensoriamento remoto (linha azul), em Caxiuanã – PA, durante 2008.
3.2 - VARIABILIDADE ESPACIAL DE PARÂMETROS AMBIENTAIS
A estimativa do albedo apresentou uma boa concordância com os dados de verdade
terrestre para uma floresta primária. Através dos albedos estimados verifica-se a alta
sensibilidade desta ferramenta em diferenciar os distintos biomas existentes na região,
principalmente entre a floresta primária e as regiões desflorestadas. No geral, os resultados
mostram valores de albedo para a floresta em torno de 18%, para a região de pastagem
aproximadamente 33% e sobre a Baía de Caxiuanã valores de aproximadamente 4%.
No caso de vegetação de floresta, como a folhagem é agrupada na copa, com picos e
depressões organizados nas superfícies dos dosséis, grande quantidade de radiação solar
incidente penetra antes de ser refletida e isso resulta numa acentuada captura de radiação solar
e, conseqüentemente, numa baixa reflexão (Eck & Deering 1992). Além do que, as florestas
apresentam diferença na coloração da vegetação existente, que por serem mais escuras
refletem menos energia que a pastagem (Moura et al., 1999). Nota-se ainda uma acentuada
diferença sazonal nos padrões de albedo sobre a floresta. O albedo na estação chuvosa
mostrou-se menor 16%, em contrapartida ao dia da estação seca que apresenta 19%. Sobre as
áreas de pastagens apresentaram 30% e 34%, período chuvoso e seco, respectivamente. Isto é
outro fato que reafirma a qualidade das imagens orbitais combinados com o modelo SEBAL
em estimar a mesma variável em épocas distintas, já que o albedo de uma superfície vegetada
varia com o ângulo de elevação do sol, condições de umidade do ar e da superfície, umidade e
tipo de solo, além da quantidade e do tipo de nuvens.
Figura 2: Variação Espacial do albedo dos diferentes biomas da região. A figura 2a é
referente ao dia Juliano 105 (14/04/2008) e 2b condiz ao dia 281 (07/10/2008) - período seco
e chuvoso, respectivamente. Os ícones vermelhos referem-se à floresta nativa; azul à baía de
Caxiuanã e os amarelos às pastagens.
A velocidade de fricção mostra diferença entre os diferentes biomas da região. De um
modo geral, os resultados mostram valores da Vvfric para a floresta em torno de 0,09 m.s-¹;
para a região de pastagem aproximadamente 0,06 m.s-¹ e 0,04 m.s-¹ sobre a Baía de Caxiuanã.
Na estação seca, a Vvfric é em torno de 0,12 m.s-¹ (floresta), 0,10 m.s-¹ (pastagem) e sobre a
Baía de Caxiuanã é de 0,08 m.s-¹. Ou seja, sazonalmente esses valores mostram que a
magnitude da Vvfric é maior no período seco, período este em que o vento está mais intenso.
Figura 3: Variação Espacial da velocidade de fricção (Vvfric) dos diferentes biomas da
região. A figura à esquerda (3a) é referente ao dia Juliano 105 (14/04/2008) e a figura à direita
(3b) é condizente ao dia 281 (07/10/2008) - período seco e chuvoso, respectivamente. Os
ícones vermelhos referem-se à floresta nativa; azul à baía de Caxiuanã e os amarelo às
pastagens.
4 – CONCLUSÕES

A evapotranspiração observada apresentou pouca variação entre as duas estações,
apesar de ter sido maior no período seco do que no período chuvoso. Esta taxa alta de ET na
estação seca pode ser devido à estação chuvosa ter experimentado um saldo positivo de PRP,
possibilitando a manutenção de uma alta taxa da ET mesmo no período de pouca
disponibilidade hídrica;

O algoritmo SEBAL mostrou possuir uma grande capacidade de propiciar a
variabilidade espacial da ET e alta sensibilidade em diferenciar distintas superfícies,
demonstrando que se aplicado a dados temporal e espacial de alta resolução, esta técnica pode
ser rotineiramente utilizada, tornando-se uma ferramenta fundamental no monitoramento de
necessidades atmosféricas;

Por fim, os resultados de uma maneira geral mostram que as taxas de ET estimadas
foram muito semelhantes às relatadas na literatura para a Amazônia, concordando bem com
ET observada. Isto revela a importância de se utilizar métodos que viabilizam análises em
larga escala espacial e temporal, como as possibilitadas pelo sensoriamento remoto.
5 – REFERÊNCIAS
ECK, T. F.; DEERING, D. W. 1992. Canopy albedo and transmittance in spruce-hemlock
forest in mid-September. Agriculturaland Forest Meteorology, Amsterdam, v.59, n.3-4,
p.237-248.
FRENCH, A. N et al. 2005. Surface energy fluxes with the advanced spaceborne thermal
emission and reflection radiometer (ASTER) at the Iowa 2002 SMACEX site (USA).
Remote Sensing of Environment, v. 99, p. 55-65.
FU, R; LI, W. 2004. The influence of the land surface on the transition from dry to wet season
in Amazonia. Theoretical and Applied Climatology, v. 78, n. 1-3, p. 97-110.
LEITÃO, M. M. V. B. R. 1994. Balanço de radiação em três ecossistemas da Floresta
Amazônica: Campina, Campinarana e Mata Densa. 1994. 135f. Tese (Doutorado) - INPE,
São José dos Campos.
LI, W; FU, R. 2004. Transition of the large-scale atmospheric and land surface conditions
from the dry to the wet season over Amazonia as diagnosed by the ECMWF Reanalysis.
Journal of Climate, n. 17, p. 2637-2651.
MALHI, Y. et al. 2002. Energy and water dynamics of a central Amazonian rain forest.
Journal of Geophysical Research-Atmospheres, v. 107, n. D20, 8061,
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MORAES, J. C. et al. 1997. Estudos hidrometeorológicos na bacia do rio Caxiuanã. In:
Lisboa, P. L. B. (org). Belém: CNPQ/Museu Paraense Emílio Goeldi, p. 85-95.
MOURA, M. A. L. et al. 1999. Variação do albedo em áreas de floresta e pastagem na
Amazônia. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 7, n.2, p.163 -168.
NEGRÓN JUÁREZ, R. I. et al. 2007. Control of dry season evapotranspiration over
Amazonian forest as inferred from observations at a Southern Amazon forest. Journal of
Climate, n. 20, p. 2827-2839.
SOUSA, A. M. L. et al. 2007. Estimativa da evapotranspiração real derivada do sensor
MODIS: aplicação no leste da Amazônia. In: SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍDRICOS
SUL-SUDESTE, 2.
SOMMER, R et al. 2002. Transpiration and canopy conductance of secondary vegetation in
the eastern Amazon. Agricultural and Forest Meteorology, v. 112, n.2, p. 103-121.