Filtros e ajustes para índice
espectral de vegetação e
aplicações utilizando o NDVI
Michel Nobre Muza
[email protected]
Estrutura da apresentação
Introdução
Ajuste de dados brutos de NDVI
Efeitos Atmosféricos
Aplicações
Estudo diagnóstico da variabilidade interanual
Sistemas Sensores
radiômetro AVHRR a bordo do satélite NOAA (series 7,9, 11, 14 e 16).
Radiômetros
- Imageadores
Características
- Resolução espectral, espacial
ou geométrica e temporal
Características dos canais AVHRR/3
Canal
Resolução no
Nadir
Comprimento de
onda (um)
Característica
1
1.09 km
0.58 - 0.68
Mapeamento da superfície e
nuvens durante o dia
2
1.09 km
0.725 - 1.00
Superfícies de terra e água
3A
1.09 km
1.58 - 1.64
Detecção de neve e gelo
3B
1.09 km
3.55 - 3.93
Nuvens durante a noite e TSM
4
1.09 km
10.30 - 11.30
Nuvens durante a noite e TSM
5
1.09 km
11.50 - 12.50
TSM
Canal Visível
O sol emite (>>) visível. Essa energia é atenuada por moléculas, nuvens
e aerossóis. (~%) da energia é refletida ou absorvida pela atmosfera e
reemitida para espaço. A energia restante alcança a superfície da terra
onde é absorvida ou refletida.
Canal ch.2 (NIR)
Comparação com canal 2
Canal 1 do
AVHRR é
similar no
brilho ao
GOES-8 VIS
Canal 2 é centrado em comprimentos de onda mais longo onde há mais reflexão
da vegetação e menos da água. A vegetação neste canal parece brilhante e a
água parecer escura.
Comparação com canal 2
O GOES
chegam aos
0,8 mícrons
por isso o
contraste
entre
vegetação e
água é maior
no canal
visível deste
satélite do
que no canal
1 do AVHRR.
A reflexão da vegetação aumenta com o com o comp. de onda, com
marcada mudança em torno de 0.7 mícrons. A água ~ nenhuma reflexão
além de 0.9 mícrons.
Reflexão de várias SFC
Tipo de SFC
Reflexão (%)
Solo Molhado
10-30
Areia Seca
35 - 45
Solo Seco
25 - 45
Grama
15 - 25
Floresta
10 - 20
Neve (limpa, seca)
75-95
Neve (Suja, molhada)
25-75
SFC de água (Ang. Solar maior que 25 graus)
SFC de água (Ang. Solar menor)
Menor que 10
10 - 70
 0.58 - 0.68 μm
 Resolução espacial de 1 quilômetro
 Sensível ao tipo de solo, à água, e ao tipo da nuvem
 0.58 - 0.68 μm
 Resolução espacial de 1 quilômetro
 Sensível ao tipo de solo, à água, e ao tipo da nuvem
NDVI
NIR - VIS
NDVI 
NIR  VIS
NDVI - Normalized Difference of Vegetation Index
Resolução horizontal global de 8km e temporal de 1 semana ou mais
a partir de composições (minimizam efeitos atmosféricos)
Canal 1 (.58 a .68 um) vermelho medio e Canal 2 (.72 a .98 um)
infravermelho próximo [Kidwell, 1984]
Estimativas (dados) para derivar o NDVI são obtidos do radiômetro
AVHRR a bordo do satélite NOAA (series 7,9, 11, 14 e 16)
O dados de NDVI tem sido corrigidos por diversos grupos de
pesquisadores
Varia 0 (estresse hídrico) a 1 (cobertura vegetal exuberante).
[-0.1 => água; -0.05 nulo]
Principais problemas
Calibrações
Geometria da varredura
Aerossóis vulcânicos (El Chincón 82 e Pinatubo 91)
(GIMMS/NASA)
Contaminação por nuvens
Absorção pela atmosfera
Espalhamento
Variação no ângulo zenital solar
Dados faltantes
Variações na campo de
varredura, inexatidão na
localização do dado.
Soluções
Análise de Fourier: Suaviza e não interpreta erros.
- apenas ↓ NDVI
Correção no ângulo zenital solar:
BRDF
Bidirectional Reflectance
Distribution Function
Reflectância em função da
geometria de varredura e
da iluminação.
Derivado em função da
própria série de dados.
Superfície Lambertian
apresenta reflexão difusa ideal.
Soluções
Análise de Fourier:
- suaviza e não interpreta erros.
Correção no ângulo zenital solar: BRDF
- derivado em função da própria série de dados.
Interpolação dos dados faltantes
- algumas alternativas.
Reconstituição: para florestas tropicais
- ajuste de acordo com a vegetação local
Efeitos Atmosféricos
Nuvens
Espalhamento
Absorção
Variação na varredura
Condições de luminosidade
Causas
Vapor de água e aerossóis (variáveis)
Espalhamento molecular e O3 (não variáveis)
Efeitos Atmosféricos: Vapor de água
ch2
10-30%
ch1
0-0.5%
2 km
Variável (espaço e tempo)
>> absorção no NIR
NDVI
0.01-0.1
vegetação
esparsa
Ozônio
ch2
-
ch1
5-15%
NDVI
0.0-0.03
vegetação
esparsa
20 km
não variável para um certo período
sazonal e posição geográfica.
(Tanré et al., 1992)
Efeitos Atmosféricos: Espalhamento molecular
ch2
.005-.025%
ch1
.02-0.07%
NDVI
0.0-0.1
vegetação
densa
Não variáveis para uma certo campo de varredura, pode ser corrigido
se for conhecido a relação da geometria sensor-sol
Aerossóis
Névoa
moderada
>> turbidez
Ch2 e 1
.02 - .08%
.1 - .15%
NDVI
.0 - .2
Variável
Pode ser contabilizado, mas aplicação operacional tem pouca acurácia.
Efeitos variáveis podem ser auxiliados pela climatologia, medidas de
superfície, reanálises ou próprio sensores.
(Tanré et al., 1992)
Outras contaminação
Fumaça – mascara as
propriedades da superfície.
Aplicações
Monitoramento ambiental terrestre (Série de dados
globais)
Estudos globais de balanço de energia
- Albedo, rugosidade, condutância são parâmetros
essenciais para sistemas climáticos físicos de
campos globais variando no tempo. Descrever os
processos de transferência radiativa, umidade/calor
e turbulência. (Sellers et al. 1994)
Estudos de desertificação
Monitoramento de seca
Monitoramento de cultivos agrícolas e safras
(www...)
Aplicações
Los et. al. (2001) detectaram dois modos estatisticamente significativos
na variabilidade interanual dos padrões de anomalias do NDVI, TSM,
temperatura do ar e precipitação, sendo um de 2.6 e outro de 3.4 anos.
Questões
Como os biomas do cerrado respondem às variabilidades sazonais e
interanuais de extremos climáticos nessa região?
Estação seca
chuvosa
Biomas do cerrado:
cerradão
cerrado
www.recor.org.br/
Comparação
Cerrado
Catinga
Floresta ombrófila
Zona da mata nordestina
–
não fitógeográfica
Campanha
Figura : Regiões homogêneas dos dados de NDVI através de análise de
agrupamento. Resolução espacial de 64 km aproximadamente. Fonte: Gurge
2003.
Fonte: Gurgel, 2003.
0,56
VEGETATION INDEX NDVI
0,54
0,52
0,5
0,48
0,46
0,44
0,42
0,4
cerradao
0,38
cerrado
0,36
Jan
Feb
Mar
May
Jun
Jul
Sep
Oct
Nov
ANNUALCYCLE (MENSAL OBSERVATION THREE)
Grato pela atenção!