O SENSOR MODIS E SUAS
APLICAÇÕES AMBIENTAIS NO BRASIL
Organizadores:
Bernardo F. T. Rudorff; Yosio E. Shimabukuro & Juan C. Ceballos
Prefácio - Getulio Teixeira Batista
•
•
SENSOR MODIS
APLICAÇÕES AMBIENTAIS
•
•
•
•
•
•
Aplicações na Agricultura
Aplicações no Meio Ambiente
Aplicações na Hidrosfera
Aplicações na Atmosfera
Aplicações Socio-econômicas
Projetos Operacionais
SENSOR MODIS
1. Histórico e descrição
João Vianei Soares; Getulio T. Batista & Yosio E. Shimabukuro
2. Produtos para ecossistemas terrestres (MODLAND)
Marcelo L. Latorre; Yosio E. Shimabukuro & Liana O. Anderson
3. Produtos para oceano (MOCEAN)
Milton Kampel & João A. Lorenzzetti
4. Produtos para atmosfera (MODIS Atmosphere)
Juan Carlos Ceballos
5. Pré-processamento
Egídio Arai & Ramon Morais de Freitas
6. O Futuro do MODIS no Sistema de Observação da Terra
José Luis Yi & José A. Quintanilha
Referências Bibliográficas
Aplicações na Agricultura
7. Estimativa da produtividade agrícola da soja: estudo
de caso no Rio Grande do Sul
Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff
8. Classificação de soja pelo método de superfícies de resposta
espectro temporal
Conrado de Moraes Rudorff; Luciana M. Sugawara;
Carlos A. O. Vieira & Rodrigo Rizzi
9. Índices de vegetação para estimativa de área plantada
com arroz irrigado
Enzo D’Arco; Bernardo F. T. Rudorff & Rodrigo Rizzi
10. Avaliação do IAF para soja no Rio Grande do Sul
Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff & Yosio Shimabukuro
11. Detecção de geada em lavouras de café
Débora R. Rafaelli & Mauricio A. Moreira
Referências Bibliográficas
Aplicações no Meio Ambiente
12. Classificação espectro-temporal de formações vegetais
Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro
13. Monitoramento da paisagem de unidades de conservação
María Silvia Pardi Lacruz & João Roberto dos Santos
14. Monitoramento da cobertura terrestre: fenologia e
alterações antrópicas
Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro.
15. Modelagem da irradiância solar incidente
Pabrício Marcos Oliveira Lopes; Brenner Stefan Gomes Silva;
Marcus Jorge Bottino & Dalton de Morisson Valeriano
16. Avaliação do Índice de Área Foliar (LAI) na Amazônia
Luiz Eduardo Aragão & Yosio E. Shimabukuro
17. Avaliação do produto FAPAR para a floresta
tropical Amazônica
Mônica C. A. Senna; Marcos H. Costa & Yosio E. Shimabukuro
Referências Bibliográficas
Aplicações na Hidrosfera
18. Monitoramento de áreas alagáveis
Thiago S. F. Silva; Ramon Morais de Freitas & Evlyn M. L. M. Novo
19. Sistemas Aquáticos Continentais
Evlyn M. L. M. Novo; Cláudio Barbosa & Ramon Morais de Freitas
20. Estimativa da produtividade primária oceânica
Milton Kampel & Salvador Airton Gaeta
Referências Bibliográficas
Aplicações Socio-econômicas
24. Epidemiologia e saúde pública
Marcelo de Paula Correia
25. Fiscalização do seguro agrícola
Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff
26. Monitoramento da colheita da cana
Daniel Alves de Aguiar; Wagner F. Silva; Rodrigo Rizzi;
Bernardo F. T. Rudorff; Luciana M. Sugawara & Luiz Antônio Dias Paes
Referências Bibliográficas
Projetos Operacionais
27. Desmatamento na Amazônia – Sistema DETER
Yosio E. Shimabukuro; Valdete Duarte; Mauricio A. Moreira; Egidio Arai;
Dalton M. Valeriano; Liana O. Anderson & Fernando Del Bom Espírito Santo
28. ESTIMATIVA QUINZENAL DE ÁREAS QUEIMADAS
Alberto Setzer; Fabiano Morelli & Roberto Lombardi
Referências Bibliográficas Siglas
1. Histórico e descrição
João Vianei Soares; Getulio T. Batista & Yosio E. Shimabukuro
Altura: 3,5 metros
Comprimento: 6,8 metros
Massa: 5.190 Quilogramas
Energia (Potência): 2.530 watts (média)
Taxa de Coleta de Dados pelos
Instrumentos: 18.545 kilobytes por seg.
(média)
Vida Útil (projetada): 6 anos
Altura: 2,7 metros
Comprimento: 6,5 metros
Massa: 2.958 Quilogramas
Energia (Potência): 4.600 watts (média)
Taxa de Coleta de Dados pelos Instrumentos:
8.847,4 kilobytes por seg. (média)
Vida Útil (projetada): 6 anos
AMSR-E
MODIS
AMSU-A1
AIRS
AMSU-A2
Antena Banda-X HSB
CERES (2)
Difusor solar
Calibrador
espectroradiométrico
Corpo negro
de referência
Módulo principal
eletrônico
Visada para o espaço
e porta de calibração lunar
Espelho duplo
de varredura
Refrigerador radiativo
Cobertura da abertura
Isolante termal
Porta do refrigerador radiativo
e protetor da terra
Tab. 1.1 Especificações gerais do Espectrorradiômetro MODIS
Órbita:
Altitude de 705 km, cruzando o equador às 10h30min em nodo descendente (Terra) e 13h30min
no nodo ascendente (Aqua), heliossíncrona, quase polar, circular
Taxa de
varredura:
20 rpm, ortogonal à órbita
Faixa
imageada:
2330 km (ortogonal) por 10 km (direção de vôo no nadir)
Telescópio:
17,78 cm diâmetro, sem eixo único, focos separados, com planos de desvio intermediários.
Tamanho:
1,0 x 1,6 x 1,0 m
Peso:
228,7 kg
Potência:
162,5 W (media orbital)
Taxa de
dados:
10,6 Mbps (pico); 6,1 Mbps (media orbital)
Quantização:
12 bits
Resolução
espacial:
250 m (bandas 1-2)
500 m (bandas 3-7)
1000 m (bandas 8-36)
Vida útil:
6 anos
2. Produtos para ecossistemas
terrestres (MODLAND)
Marcelo L. Latorre; Yosio E. Shimabukuro & Liana O. Anderson
Tab. Produtos da superfície terrestre gerados pelo sensor MODIS
Módulos
MOD 09
MOD 11
MOD 43
MOD 10 E 29
MOD 13
MOD 15
MOD 17
MOD 12
MOD 14
MOD 44
PRODUTOS
PRODUTOS RELACIONADOS AO BALANÇO DE ENERGIA
Reflectância de superfície
Temperatura da superfície da Terra e Emissividade
BRDF/Albedo
Cobertura de neve e extensão de gelo na superfície do mar
PRODUTOS RELACIONADOS À VEGETAÇÃO
Grades de índices de vegetação (Máximo NDVI e MVI integrado)
Leaf Area Index (LAI) e FPAR
Fotossíntese líquida e produtividade primária
PRODUTOS RELACIONADOS À COBERTURA TERRESTRE
Cobertura da terra e mudança na cobertura da terra
Anomalias termais, fogo e queima de biomassa
Conversão da cobertura vegetal
Composição RGB, bandas MODIS (1, 2, 7) do produto MOD09.
Área localizada na região central do Estado do Mato Grosso
Julho de 2002.
Jun 25 – Jul 10
2000
Produto MOD13: NDVI e EVI, com resolução espacial de 500m,
abrangendo América do Sul.
3. Produtos para oceano (MOCEAN)
Milton Kampel & João A. Lorenzzetti
Oceano
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
MOD18 - Normalized Water-leaving Radiance (Radiância Normalizada Proveniente de Corpos
d´Água)
MOD19 - Pigment Concentration (Concentração de Pigmentos)
MOD20 - Chlorophyll Fluorescence (Fluorescência da Clorofila)
MOD21 - Chlorophyll_a Pigment Concentration (Concentração de Pigmento de Clorofila a)
MOD22 - Photosynthetically Active Radiation (PAR) (Radiação Fotossinteticamente Ativa)
MOD23 - Suspended-Solids Concentration (Concentração de Partículas Sólidas)
MOD24 - Organic Matter Concentration (Concentração de Matéria Orgânica)
MOD25 - Coccolith Concentration (Concentração de Plancto Calcáreo)
MOD26 - Ocean Water Attenuation Coefficient (Coeficiente de Atenuação da Água do Mar).
MOD27 - Ocean Primary Productivity (Produtividade Primária do Oceano)
MOD28 - Sea Surface Temperature (Temperatura de Superfície do Mar - TSM)
MOD31 - Phycoerythrin Concentration (Concentração de Pigmentos de Algas Vermelhas)
MOD36 - Total Absorption Coefficient (Coeficiente de Absorção Total)
MOD37 - Ocean Aerosol Properties (Propriedades de Aerossóis Oceânicos).
MOD39 - Clear Water Epsilon (Grau de Pureza de Águas Claras)
Produtos MODIS propostos para aplicações em Oceano (MODOCEAN)
Nome do produto
Radiância emergente da superfície do mar normalizada
Concentração de clorofila-a
Coeficiente de atenuação da luz na água do mar
Temperatura da superfície do mar
Radiação fotossinteticamente ativa
Produtividade primária oceânica
Fluorescência da clorofila (e eficiência da fluorescência)
Absorção espectral pelo fitoplâncton
Absorção pela matéria orgânica dissolvida
Concentração de sólidos em suspensão
Concentração de pigmentos em cocolitoforídeos
Concentração de outros pigmentos
Exemplo de concentração de clorofila-a estimada pelo emprego do algoritmo
OC3M em uma imagem MODIS (ver texto) para a região da
costa sudeste brasileira em 30/08/2004. Valores de clorofila em escala logarítmica,
variando entre 0,01 a 20,00 mg m-3.
4. Produtos para atmosfera
(MODIS Atmosphere)
Atmosfera
Juan Carlos Ceballos
• MOD04 - Aerosol Product (Produto de Aerossol)
• MOD05 - Total Precipitable Water (Total de
Água Precipitável)
• MOD06 - Cloud Product (Produto de Nuvem)
• MOD07 - Atmospheric Profiles (Perfil
Atmosférico)
• MOD08 - Gridded Atmospheric Product (Grades
de Produtos Atmosféricos)
• MOD35 - Cloud Mask (Máscara de Nuvem)
MODIS Nível-2
•
Os produtos obtidos a partir de arquivos de radiâncias já navegadas são:
•
Aerossol: tipo, profundidade óptica, distribuição de tamanhos de
partículas, concentração (massa), propriedades ópticas. MOD04_L2
(Terra) e MYD04_L2 (Aqua).
•
Vapor d’água: vapor d’água e água precipitável. MOD05_L2 (Terra) e
MYD05_L2 (Aqua).
•
Nuvens: propriedades físicas e radiativas de nuvens, incluindo fase das
partículas (gelo / água), discriminação entre nuvem e superfície nevada ,
raio efetivo das partículas nas nuvens, profundidade óptica, efeitos de
sombra de nuvem, temperatura do topo, altura do topo, emissividade
equivalente, fase da nuvem (gelo / água, opaca / semitransparente),
fração de nebulosidade em condições diurnas e noturnas. MOD06_L2
(Terra) e MYD06_L2 (Aqua).
•
Perfilagem atmosférica: perfil vertical de temperatura e umidade;
estabilidade atmosférica; coluna de ozônio. MOD07_L2 (Terra) e
MYD07_L2 (Aqua).
•
Mascaramento de nuvens: indicação de observação da superfície com
linha de visada obstruída por nuvem ou afetada por sombra de nuvem.
Indicação adicional de presença de cirrus, gelo / neve, reflexão especular
de luz solar (sunglint). Indicação adicional dia / noite, e oceano /
continente. MOD35_L2 (Terra) e MYD35_L2 (Aqua).
5. Pré-processamento
Egídio Arai & Ramon Morais de Freitas
Níveis de processamento do MODIS
Nível de
Processamento
Nível 0
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Nível 4
Características do dado
Dados brutos na resolução total, sem as informações de comunicação.
Dados do Nível 0 que foram calibrados utilizando coeficientes radiométricos e
geométricos, e informações de geolocalização.
Variáveis geofísicas derivadas na mesma resolução e localização dos dados de
Nível 1.
Variáveis mapeadas em grades igualmente espaçadas, com preenchimento
consistente.
Saídas de modelos ou resultados de análises de dados de Níveis mais baixos.
Região no centro e na borda da passagem.
Município Feliz Natal-MT
Site do EOS Data Gateway
Endereços de sites sobre o MODIS na internet
Endereço
Descrição
http://modis.gsfc.nasa.gov/
Página oficial do Sensor MODIS
http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/
Página da disciplina de Atmosfera
http://modis-land.gsfc.nasa.gov/
Disciplina de Continente
http://www.mcst.ssai.biz/mcstweb/index.html
Disciplina de Calibração
http://modis.gsfc.nasa.gov/data/atbd/index.php
Lista dos algorítmos ATBD
http://landweb.nascom.nasa.gov/cgi-
Avaliação dos dados de qualidade de cada
bin/QA_WWW/newPage.cgi
produto
http://edcdaac.usgs.gov/datatools.asp
MRT e MRT Swath
http://daac.gsfc.nasa.gov/MODIS/software.shtml
Lista de softwares utilitários
Exemplo de Identificação dos Arquivos MODIS
MOD13A2.A2003033.h13v12.004.2003057233623.hdf
MOD
13A2
A2003033
h13v12
004
2003057233623
Identificação da plataforma MOD-Terra, MYD-Aqua
Número do produto (índice de vegetação 16 dias 1km)
Data de aquisição ano de 2003 dia Juliano 033
Tile horizontal 13 vertical 12
Versão de processamento 004
Data do processamento: Ano 2003 dia Juliano 057 horário (HH:MM:SS)
23:36:23
6. O Futuro do MODIS no
Sistema de Observação da Terra
José Luis Yi & José A. Quintanilha
ATMS (Advanced Technology Microwave Sounder).
CrIS (Cross-track Infrared Sounder).
OMPS (Ozone Mapping and Profile Suite).
VIIRS (Visible/Infrared Imager Radiometer Suite).
7. Estimativa da produtividade agrícola da
soja: estudo de caso no Rio Grande do Sul
Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff
Mapas temáticos referente à produtividade da soja estimada pelos modelos
AGRO e AGROESPEC, anos-safra 2000/01 a 2002/03 e a
localização geográfica da área de estudo
8. Classificação de soja pelo método de
superfícies de resposta espectro- temporal
Conrado de Moraes Rudorff; Luciana M. Sugawara; Carlos A. O. Vieira & Rodrigo Rizzi
a) 15 a 30/10/2000
b) 02 a 17/12/2000
c) 18/02 a 05/03/2001
d) 06 a 21/03/2001
e) 22/03 a 06/04/2001
f) 07 a 22/04/2001
9. Índices de vegetação para estimativa de
área plantada com arroz irrigado
Enzo D’Arco; Bernardo F. T. Rudorff & Rodrigo Rizzi
a) Composição colorida
nov2 (B) + fev1 (G) + fev2
(R)
b) Resultado da
classificação
vetor do mapa
de referência
10. Avaliação do IAF para soja no Rio Grande do Sul
Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff & Yosio Shimabukuro
11. Detecção de geada em
lavouras de café
Débora R. Rafaelli & Mauricio A. Moreira
Imagem NDVI diária fatiada, obtida em 06/07/00
antes da ocorrência da geada do dia 13/07/00.
Imagem NDVI diária fatiada, obtida na data de 24/07/00
após as geadas
12. Classificação espectro-temporal
de formações vegetais
Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro
Mapa de classificação da cobertura da terra do Estado do Mato Grosso
13. Monitoramento da paisagem
de unidades de conservação
María Silvia Pardi Lacruz & João Roberto dos Santos
PRIMEIROS TRÊS HARMÔNICOS PARA ÁREAS DE FLORESTA PRIMÁRIA, FLORESTA COM EXPLORAÇÃO MADEIREIRA
E SUCESSÃO SECUNDÁRIA EM ESTÁDIO AVANÇADO DA FLORESTA NACIONAL DE TAPAJÓS.
14. Monitoramento da cobertura terrestre:
fenologia e alterações antrópicas
Liana O. Anderson & Yosio E. Shimabukuro
0-100 m
100-200 m
200-300 m
300-400 m
400-500 m
500-600 m
600-700 m
700-800 m
800-900 m
900-1000 m
Mapa de altimetria gerado com base nos dados da SRTM para o Estado do Mato Grosso.
15. Modelagem da irradiância
solar incidente
Pabrício Marcos Oliveira Lopes; Brenner Stefan Gomes Silva;
Marcus Jorge Bottino & Dalton de Morisson Valeriano
Modelo Numérico Terreno
Produto albedo MOD43B3
+
+
Produto albedo MOD43B3
Irradiância céu claro
Refletância nuvem
+
+
Cobertura de nuvem
Visada do céu +
Configuração do terreno
Irradiância céu nublado
Irradiância solar suavizada
=
Imagens utilizadas no modelo TOPORAD para o cálculo da irradiância
de céu nublado para a data de 21 de dezembro de 2003
16. Avaliação do Índice de Área
Foliar (LAI) na Amazônia
Luiz Eduardo Aragão & Yosio E. Shimabukuro
- 02o 33’
- 54o 30’
0.0 – 0.4
0.4 – 0.8
0.8 – 1.2
1.2 – 1.6
1.6 – 2.0
2.0 – 2.4
2.4 – 2.8
Model 1
Model 2
Model 3
2.8 – 3.2
3.2 – 3.6
3.6 – 4.0
4.0 – 4.4
4.4 – 4.8
4.8 – 5.2
- 55o 30’
5.2 – 5.6
5.6 – 6.0
6.0 – 6.4
6.4 – 6.8
6.8 – 7.2
7.2 – 7.6
7.6 – 8.0
- 04o 00’
50 km
Superfícies de LAI geradas a partir dos três modelos de regressão múltipla
17. Avaliação do produto FAPAR para a
floresta tropical Amazônica
Mônica C. A. Senna; Marcos H. Costa & Yosio E. Shimabukuro
(a) Outubro de 2001
(b) Novembro de 2001
(c) Dezembro de 2001
(d) Janeiro de 2002
(e) Fevereiro de 2002
(f) Março de 2002
(g) Abril de 2002
(h) Maio de 2002
(i) Junho de 2002
(j) Julho de 2002
(l) Agosto de 2002
(m) Setembro de 2002
Distribuição para a América do Sul da FAPAR estimada pelo MODIS
para o período de outubro de 2001 a setembro de 2002
18. Monitoramento de áreas alagáveis
Thiago S. F. Silva; Ramon Morais de Freitas & Evlyn M. L. M. Novo
Original
Floresta
Macrófitas
Água
Pasto / Solo
Nuvens
Máscara
Restaurada
Classificação da imagem MODIS referentes a 02/05/04
19. Sistemas Aquáticos Continentais
Evlyn M. L. M. Novo; Cláudio Barbosa & Ramon Morais de Freitas
Baixa
Alta
Imagem fração fitoplâncton. Quanto maior a abundância da “assinatura”
do fitoplâncton presente num dado pixel, maior é o seu nível digital
20. Estimativa da produtividade
primária oceânica
Milton Kampel & Salvador Airton Gaeta
Produtividade primária oceânica calculada a partir de dados do sensor MODIS
utilizando o modelo P1 (ver texto). Valores expressos em [gC m-2 a-1].
21. Inferência de aerossóis
Alexandre Correia; Andrea D. de Almeida Castanho; José Vanderlei
Martins; Karla M. Longo; Márcia A. Yamasoe & Paulo Artaxo
Produtos de aerossóis MODIS Aqua
(29 de agosto de 2005, 17h15UTC).
a) Composição RGB;
b) Profundidade óptica de aerossóis em 0,55 mm;
c) Expoente de Angström entre 0,47 e 0,66 mm;
d) Fração da profundidade óptica em 0,55 mm
devido ao aerossol que não contém
poeira de deserto (h0,55).
22. Inferência de perfis atmosféricos
Rodrigo Augusto Ferreira de Souza
(a)
(b)
(c)
(d)
Campos horizontais de temperatura atmosférica em 500 hPa
(a), de temperatura do ponto de orvalho em 500 hPa
(b), do conteúdo total de ozônio
(c) e de água precipitável
(d) na coluna atmosférica.
23. Recuperação de propriedades físicas
e radiativas de nuvens
Carlos Frederico de Angelis & Luiz Augusto Toledo Machado
24. Epidemiologia e saúde pública
Marcelo de Paula Correia
25. Fiscalização do seguro agrícola
Rodrigo Rizzi & Bernardo F. T. Rudorff
Lavouras de soja delimitadas sobre imagens diferença do EVI
entre a safra de 2004/05 (seca) e a de 2002/03 (normal), desde novembro até março
26. Monitoramento da colheita da
cana
Daniel Alves de Aguiar; Wagner F. Silva; Rodrigo Rizzi; Bernardo F. T. Rudorff;
Luciana M. Sugawara & Luiz Antônio Dias Paes
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
7680000
N
W
7680000
Mapa da área de cana-de-açúcar colhida
EDR Ribeirão Preto
Projeção UTM
Datum: SAD-69, zona 23
E
LEGENDA
7620000
7600000
160000
180000
10
0
200000
10
20 Kilometers
220000
240000
260000
280000
7600000
Loclização da EDR no estado de SP
7620000
Limite EDR
Datas colheita
06/04
22/04
08/05
24/05
09/06
25/06
11/07
27/07
12/08
28/08
13/09
29/09
15/10
31/10
16/11
02/12
18/12
7640000
7640000
7660000
7660000
S
27. Desmatamento na Amazônia – Sistema DETER
Yosio E. Shimabukuro; Valdete Duarte; Mauricio A. Moreira; Egidio Arai; Dalton M. Valeriano; Liana O.
Anderson & Fernando Del Bom Espírito Santo
28. ESTIMATIVA QUINZENAL DE ÁREAS QUEIMADAS
Alberto Setzer; Fabiano Morelli & Roberto Lombardi
Figura 28.9 Imagem Landsat TM de 26 de Figura 28.10 Imagem Landsat TM de 12
abril de 2006 com recorte do P. N. Ilha de maio de 2006 com recorte do P. N. Ilha
Grande (anterior à queimada que começou Grande (posterior às queimadas que
no dia 30 de abril de 2006).
terminaram em 15 de maio de 2006).
Figura 28.11 413 focos de queima (pontos Figura 28.12 57 pixeis de área queimada
Obrigado!