Fundamentos de Sensoriamento Remoto

CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO

E l i s ab e t e C a r i a d e M o r a e s1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE

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e.mail : [email protected] 

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ÍNDICE LISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 1-5 1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO ............................... ...................... ......... 1-7 1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ............................................... ......................... ............................... ......... 1-7 1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ........................................... ...................... ................................. ............ 1-9 1.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICA ........................................... ..................... ....................................... ................. 1-12 1.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS OBJETOS NATURAIS .......... 1-15 1.5 SISTEMA SENSOR .......................................... .................... ............................................. ..................................... .............. 1-18 1.6 NÍVEIS DE COLETAS COLETAS DE DADOS DADOS ............................................ ...................... ................................. ........... 1-21 2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................... ..................... .................................. ............ 1-22 1-22

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LISTA DE FIGURAS 1 – COMPRIMENTOS DE ONDA .................................................................. 1-8 2 – O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ................................................... 1-10 3 – CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DA ENERGIA SOLAR NA ATMOSFERA ......................................................................................... 1-13 4 – TRANSMITÂNCIA ESPECTRAL DA ATMOSFERA ............................. 1-14 5 – INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA ELETROMAGNÉTICA COM O OBJETO OBJETO 1-16 6 – NIVEIS DE COLETAS DE DADOS ........................................................ 1-21

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1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO O Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de atividades que permite a obtenção de informações dos objetos que compõem a superfície terrestre sem a necessidade de contato direto com os mesmos. Estas atividades envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extração de informações) da energia eletromagnética emitida ou refletida pelos objetos terrestres e registradas por sensores remotos. A energia eletromagnética utilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é também denominada de radiação eletromagnética. A quantidade e qualidade da energia eletromagnética refletida e emitida pelos objetos terrestres resulta das interações entre a energia eletromagnética e estes objetos. Essas interações são determinadas pelas propriedades físicoquímicas e biológicas desses objetos e podem ser identificadas nas imagens e nos dados de sensores remotos. Portanto, a energia eletromagnética refletida e emitida pelos objetos terrestres é a base de dados para todo o processo de sua identificação, pois ela permite quantificar a energia espectral refletida e/ou emitida por estes, e assim avaliar suas principais características. Logo os sensores remotos são ferramentas indispensáveis para a realização de inventários, de mapeamento e de monitoramento de recursos naturais.

1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA. A energia eletromagnética é emitida por qualquer corpo que possua temperatura acima de zero grau absoluto (0 Kelvin). Desta maneira, todo corpo com uma temperatura absoluta acima de zero pode ser considerado como uma fonte de energia eletromagnética. O Sol e a Terra são as duas principais fontes naturais de energia eletromagnética utilizadas no sensoriamento remoto da superfície terrestre. A energia eletromagnética não precisa de um meio material para se propagar,

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sendo definida como uma energia que se move na forma de ondas eletromagnéticas à velocidade da luz ( c

=

300.000 Km s , onde ”c” é a velocidade

da luz.). A distância entre dois pontos semelhantes, como mostra a Figura 1, define o comprimento de onda e, o número de ondas que passa por um ponto do espaço num determinado intervalo de tempo, define a freqüência da radiação eletromagnética.

Fig. 1 – Comprimento de onda Dado que a velocidade de propagação das ondas eletromagnética é diretamente proporcional à sua freqüência e comprimento de onda, esta pode ser expressa por: c

=

(1)

f  ⋅ λ 

onde: c = velocidade da luz (m/s) f = freqüência (ciclo/s ou Hz) λ 

= comprimento de onda (m)

A quantidade de energia (Q) emitida, transferida ou recebida na forma de energia eletromagnética, está associada a cada comprimento de onda ou freqüência e é definida por:

Q

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=

h ⋅  f   =

h

(2)

λ 

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onde h é a constante de Planck (6,625 10-34 joule segundo (J.s)) e a unidade que quantifica esta energia é dada em Joule (J). Através desta equação verifica-se que quanto maior a quantidade de energia maior será a freqüência ou menor será o comprimento de onda a ela associada e vice-versa. Devido a ordem de grandeza destas variáveis é comum utilizar unidades submúltiplas do metro (micrometro: 1 µm = 10-6 m, nanometro: 1 nm = 10-9 m) para comprimento de onda e múltiplas do Hertz (quilohertz: 1 kHz = 10 3 Hz, megahertz: 1 mHz = 106 Hz) para freqüência.

1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO A energia eletromagnética pode ser ordenada de maneira contínua em função de seu comprimento de onda ou de sua freqüência, sendo esta disposição denominada de espectro eletromagnético. Este apresenta subdivisões de acordo com as características de cada região. Cada subdivisão é função do tipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo de interação que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide, e da transparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético se estende desde comprimentos de onda muito curtos associados aos raios cósmicos, até as ondas de rádio de baixa freqüência e grandes comprimentos de onda, como mostra a Figura 2. A medida que se avança para a direita do espectro eletromagnético as ondas apresentam maiores comprimentos de onda e menores freqüências. A faixa espectral mais utilizada em sensoriamento remoto estende-se de 0,3

µm

a

15 µm, embora a faixa de microondas também é utilizada.

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....

 Nuvem

Fig. 2 - O espectro eletromagnético. Podem-se observar na Figura 2 a existência das seguintes regiões: Radiação Gama: é emitida por materiais radioativo e, por ser muito penetrante (alta energia), tem aplicações em medicina (radioterapia) e em processos industriais (radiografia industrial). Raio X : é produzido através do freamento de elétrons de grande energia

eletromagnética. Seu médio poder de penetração o torna adequado para uso médico (raio X) e industrial (técnicas de controle industrial). Ultravioleta (UV): é produzida em grande quantidade pelo Sol, sendo emitida

na faixa de 0,003 µm até aproximadamente 0,38µm. Seu poder de penetração a torna nociva aos seres vivos, porém esta energia eletromagnética é praticamente toda absorvida pela camada de ozônio atmosférico. Visível  (LUZ): é o conjunto de radiações eletromagnéticas que podem ser 

detectadas pelo sistema visual humano. A sensação de cor que é produzida pela luz está associada a diferentes comprimentos de ondas. As cores estão associadas aos seguintes intervalos espectrais. DSR/INPE

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violeta: 0,38 a 0,45 µm azul: 0,45 a 0,49 µm verde: 0,49 a 0,58 µm amarelo: 0,58 a 0,6 µm laranja: 0,6 a 0,62 µm vermelho: 0,62 a 0,70 µm Infravermelho (IV): é a região do espectro que se estende de 0,7 a 1000 µm e

costuma ser dividida em três sub-regiões: IV próximo: 0,7 a 1,3 µm IV médio: 1,3 a 6 µm IV distante: 6 a 1000 µm A

energia

eletromagnética

no

intervalo

espectral

correspondente

ao

infravermelho próximo é encontrada no fluxo solar ou mesmo em fontes convencionais de iluminação (lâmpadas incandescentes), enquanto as energias

eletromagnéticas

correspondentes

ao

intervalo

espectral

do

infravermelho médio e distante (também denominadas de radiação termal) são provenientes da emissão eletromagnética de objetos terrestres. Microondas:

são

radiações

eletromagnéticas

produzidas

por

sistemas

eletrônicos (osciladores) e se estendem pela região do espectro de 1mm até cerca de 1m, o que corresponde ao intervalo de freqüência de 300GHz a 300MHz. Os feixes de microondas são emitidos e detectados pelos sistemas de radar (radio detection and ranging ). Radio: é o conjunto de energias de freqüência menor que 300MHz

(comprimento de onda maior que 1m). Estas ondas são utilizadas principalmente em telecomunicações e radiodifusão. Algumas regiões do espectro eletromagnético têm denominações que indicam alguma propriedade especial, como por exemplo:

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Espectro óptico: refere-se à região do espectro eletromagnético que

compreende as energias

que podem ser coletadas por sistemas ópticos

(ultravioleta, visível e infravermelho). Espectro solar : refere-se à região espectral que compreende os tipos de

energia emitidas pelo Sol. Cerca de 99% da energia solar que atinge a Terra encontra-se concentrada na faixa de 0,28 a 4 µm. Espectro visível : refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticas

percebido pelo sistema visual humano, também denominado de luz. Espectro termal: refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticas emitidas

pelos objetos terrestres e encontra-se nos intervalos espectrais correspondente ao infravermelho médio e distante. Quando consideramos o Sol como fonte de energia eletromagnética (ou fonte de iluminação) os sensores detectam a energia refletida pelos objetos terrestres, portanto o sensoriamento remoto é realizado na faixa do espectro solar. Quando a Terra atua como fonte de energia eletromagnética os sensores detectam a energia emitida pelos corpos terrestres, portanto o sensoriamento remoto é realizado na faixa do espectro termal. Esta distinção torna possível o tratamento separado desses dois tipos de energia eletromagnética, facilitando a análise da energia radiante.

1.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICA A energia eletromagnética ao atravessar atmosfera terrestre pode ser  absorvida, refletida e espalhada. Os gases presentes na atmosfera apresentam capacidade de absorção muito variáveis em relação ao comprimento de onda da energia solar incidente no sistema terra-atmosfera e da energia emitida pela superfície terrestre. Existem regiões do espectro eletromagnético para os quais

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a atmosfera absorve muito da energia incidente no topo da atmosfera, às vezes não deixando chegar quase nada de energia na superfície terrestre. Esta interação da energia com a atmosfera pode ser comparada com uma cortina que age como um filtro e, dependendo de seu tecido, atenua ou até mesmo impede a passagem da luz. Neste caso os diferentes tipos de tecidos da cortina poderia ser comparado com os diferentes gases existentes na atmosfera terrestre, os quais atenuam a energia eletromagnética diferentemente. A Figura 3 mostra a distribuição do espectro de energia eletromagnética do Sol no topo da atmosfera e na superfície terrestre observada ao nível do mar. As áreas sombreadas representam as absorções devido aos diversos gases presentes numa atmosfera limpa. Os principais gases absorvedores da radiação eletromagnética são vapor d’água (H2O), oxigênio (O2), ozônio (O3) e gás carbônico (CO2). Os gases CO, CH4, NO e N2O ocorrem em pequenas quantidades e também exibem espectros de absorção.

E n e g i a

Energia solar incidente no topo da atmosfera Energia solar incidente na superfície terrestre

I n c i d e n t e o

A

Fig. 3 - Curvas da distribuição espectral da energia solar na atmosfera/superfície terrestre.

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Cerca de 70% da energia solar está concentrada na faixa espectral compreendida entre 0,3 e 0,7

µm

e como a atmosfera absorve muito pouco

nesta região, grande parte da energia solar atinge a superfície da Terra. Também existem regiões no espectro eletromagnético para os quais a atmosfera é opaca (absorve toda a energia eletromagnética). Na região do ultravioleta e visível, o principal gás absorvedor da energia eletromagnética solar é o ozônio (O3), o qual protege a terra dos raios ultravioletas que são letais a vida vegetal e animal. Na região do infravermelho os principais gases absorvedores são o vapor d’água (H2O) e o dióxido de carbono (CO2) Existem regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera quase não afeta a energia eletromagnética, isto é, a atmosfera é transparente à energia eletromagnética proveniente do Sol ou da superfície terrestre. Estas regiões são conhecidas como janelas atmosféricas. Nestas regiões são colocados os detectores de energia eletromagnética, e portanto onde é realizado o sensoriamento remoto dos objetos terrestres. A Figura 4 apresenta as janelas atmosféricas e as regiões afetadas pelos principais gases atmosféricos.

Comprimento de onda ( µm) Fig. 4 – Transmitância espectral da atmosfera A atmosfera quase não absorve a energia eletromagnética emitida pelos objetos que compõem a superfície terrestre, com exceção de uma pequena

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banda de absorção do ozônio, centrada em 9,6 µm. Nesta janela atmosférica o sistema terra-atmosfera perde energia para o espaço mantendo assim o equilíbrio térmico do planeta. Essas considerações são válidas para a atmosfera limpa, pois tanto nuvens como poluentes tendem a absorver a energia eletromagnética. As nuvens absorvem toda a energia na região do infravermelho, e emitem radiação eletromagnética proporcionalmente a sua temperatura. Acima de 14

µm

a atmosfera é quase que totalmente opaca à

energia eletromagnética, ou seja, absorve toda a energia eletromagnética com comprimentos de onda acima deste valor. As interações da energia eletromagnética com os constituintes atmosféricos influenciam a caracterização da energia solar e terrestre disponíveis para o sensoriamento remoto de recursos naturais. A energia eletromagnética ao atingir a atmosfera é por esta espalhada, e parte desta energia espalhada retorna para o espaço, vindo a contaminar a energia refletida ou emitida pela superfície e que é detectada pelos sensores orbitais.

1.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAIS O fluxo de energia eletromagnética ao atingir um objeto (energia incidente) sofre interações com o material que o compõe, sendo parcialmente refletido, absorvido e transmitido pelo objeto, como pode ser visto na Figura 5. A absorção, reflexão e transmissão da energia incidente poder ser total ou parcial, guardando sempre o princípio de conservação de energia. A capacidade

de

um

objeto

absorver,

refletir

e

transmitir

a

radiação

eletromagnética é denominada, respectivamente, de absortância, reflectância e transmitância, sendo que os valores variam entre 0 e 1. O comportamento espectral de um objeto pode ser definido como sendo o conjunto dos valores sucessivos da reflectância do objeto ao longo do espectro eletromagnético, também conhecido como a assinatura espectral do objeto. A

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assinatura espectral do objeto define as feições deste, sendo que a forma, a intensidade e a localização de cada banda de absorção é que caracteriza o objeto.

IR R G B

B

G

R 

IR 

COMPRIMENTO DE ONDA

Fig. 5 - Interação da energia eletromagnética com o objeto. Os objetos interagem de maneira diferenciada espectralmente com a energia eletromagnética incidente, pois os objetos apresentam diferentes propriedades físico-químicas e biológicas. Estas diferentes interações é que possibilitam a distinção e o reconhecimento dos diversos objetos terrestres sensoriados remotamente, pois são reconhecidos devido a variação da porcentagem de energia refletida em cada comprimento de onda. A Figura 2 apresenta os espectros de reflectância de alguns objetos bastante freqüentes nas imagens de sensoriamento remoto como, água, solo, areia, vegetação e nuvens. O conhecimento do comportamento espectral dos objetos terrestres é muito importante para a escolha da região do espectro sobre a qual pretende-se adquirir dados para determinada aplicação. As características básicas observadas no comportamento espectral destes objetos são:

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- A vegetação sadia apresenta alta absorção da energia eletromagnética na região do espectro visível, que é capturada pela clorofila para a realização da fotossíntese. Dentro do espectro visível a absorção é mais fraca na região que caracteriza a coloração da vegetação. A alta reflectância no infravermelho próximo (até 1,3µm) é devido a estrutura celular, sendo que a partir deste comprimento de onda é o conteúdo de água na vegetação quem modula as bandas de absorção presentes no comportamento espectral desta. - O comportamento espectral de rochas é resultante dos espectros individuais dos minerais que as compõem. Os minerais apresentam características decorrentes de suas bandas de absorção. Portanto a absorção é o principal fator que controla o comportamento espectral das rochas. - O comportamento espectral dos solos é também dominado pelas bandas de absorção de seus constituintes. As combinações e arranjos dos materiais constituintes dos solos é que define o seu comportamento espectral, sendo que os principais fatores são a constituição mineral, a matéria orgânica, a umidade e a granulometria (textura e estrutura) deste. -

A água pode-se apresentar na natureza em três estados físicos, os quais

apresentam comportamento espectral totalmente distintos. O comportamento espectral da água líquida pura

apresenta baixa reflectância (menor do que

10%) na faixa compreendida entre 0,38 e 0,7µm e máxima absorção acima de 0,7µm.

O

comportamento

espectral

de

corpos

d’água

é

modulado

principalmente pelos processos de absorção e espalhamento produzidos por  materiais dissolvidos e em suspensão neles, pois é verificado que a presença de matéria orgânica dissolvida em corpos d’água desloca o máximo de reflectância espectral para o verde-amarelo, enquanto que a presença de matéria inorgânica em suspensão resulta num deslocamento em direção ao vermelho.

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-

O comportamento espectral de nuvens apresenta elevada reflectância (em

torno de 70%), em todo o espectro óptico com destacadas bandas de absorção em 1, 1,3 e 2µm. Com o intuito de melhor interpretar as imagens de satélites, muitos pesquisadores têm se dedicado a pesquisa fundamental, ou seja, a obtenção e a análise de medidas da reflectância dos objetos terrestres em experimento de campo e de laboratório, os quais possibilitam uma melhor compreensão das relações existentes entre o comportamento espectral dos objetos e as suas propriedades.

1.5 SISTEMA SENSOR Os sensores remotos são dispositivos capazes de detectar a energia eletromagnética (em determinadas faixas do espectro eletromagnético) proveniente de um objeto, transformá-las em um sinal elétrico e registrá-las, de tal forma que este possa ser armazenado ou transmitido em tempo real para posteriormente ser convertido em informações que descrevem as feições dos objetos que compõem a superfície terrestre. As variações de energia eletromagnética da área observada podem ser coletadas por sistemas sensores imageadores ou não-imageadores. Os sistemas imageadores fornecem como produto uma imagem da área observada, como por exemplo temos os “scaners”  e as câmaras fotográficas, enquanto

que

os

sistemas

não-imageadores,

também

denominados

radiômetros ou espectroradiômetros, apresentam o resultado em forma de dígitos ou gráficos. Os sistemas sensores também podem ser classificados como ativos e passivos. Os sensores passivos não possuem fonte própria de energia eletromagnética, como por

exemplo os sensores do satélite Landsat 5 , os

radiômetros e espectroradiômetros. Os sensores ativos possuem uma fonte

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própria de energia eletromagnética. Eles emitem energia eletromagnética para os objetos terrestres a serem imageados e detectam parte desta energia que é refletida por estes na direção deste sensores. Como exemplo podemos citar o radar e qualquer câmara fotográfica com flash. Os sistemas fotográficos foram os primeiros equipamentos a serem desenvolvidos e utilizados para o sensoriamento remoto de objetos terrestres As principais partes de um sensor são: a) coletor : é um componente óptico capaz de concentrar o fluxo de energia

proveniente da amostra no detetor; b) filtro: é o componente responsável pela seleção da faixa espectral da

energia a ser medida; c) detetor : é um componente de pequenas dimensões feito de um material

cujas propriedades elétricas variam ao absorver o fluxo de energia, produzindo um sinal elétrico. d) processador : é um componente responsável pela amplificação do fraco sinal

gerado pelo detetor e pela digitalização do sinal elétrico produzido pelo detector; e e) unidade de saída: é um componente capaz de registrar os sinais elétricos

captados pelo detector para posterior extração de informações. A qualidade de um sensor geralmente é especificada pela sua capacidade de obter medidas detalhadas da energia eletromagnética. As características dos sensores

estão

relacionadas

com

a

resolução

espacial,

espectral

e

radiométrica. A resolução espacial  representa a capacidade do sensor distinguir objetos. Ela indica o tamanho do menor elemento da superfície individualizado pelo sensor. A resolução espacial depende principalmente do detector, da altura do

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posicionamento do sensor em relação ao objeto. Para um dado nível de posicionamento do sensor, quanto menor for a resolução geométrica deste maior será o grau de distinção entre objetos próximos. Por exemplo, o sistema sensor do Thematic Mapper (TM) do Landsat 5  possui uma resolução espacial de 30 metros. A resolução espectral refere-se à largura espectral em que opera o sensor. Portanto, ela define o intervalo espectral no qual são realizadas as medidas, e consequentemente a composição espectral do fluxo de energia que atinge o detetor. Quanto maior for o número de medidas num determinado intervalo de comprimento de onda melhor será a resolução espectral da coleta. Por  exemplo, o Landsat 5  possui os sensores TM e Multispectral Scanning System (MSS). O sensor TM apresenta algumas bandas espectrais mais estreitas do que o sensor MSS, portanto nestas bandas o TM apresenta melhor resolução espectral do que o MSS. A resolução radiométrica define a eficiência do sistema em detectar pequenos sinais, ou seja, refere-se à maior ou menor capacidade do sistema sensor em detectar e registrar diferenças na energia refletida e/ou emitida pelos elementos que compõe a cena (rochas, solos, vegetações, águas, etc). Por exemplo, o sistema sensor TM do Landsat 5  distingue até 256 tons distintos de sinais representando-os em 256 níveis de cinza. Uma outra qualidade importante é a resolução temporal do sensor, que está relacionada com a repetitividade com que o sistema sensor pode adquirir  informações referentes ao objeto. Por exemplo, os sensores do Landsat 5  possuem uma repetitividade de 16 dias. Para melhor interpretar os sinais coletados faz-se necessário o conhecimento das condições experimentais como: fonte de radiação, efeitos atmosféricos, características do sensor, geometria de aquisição de dados, tipo de processamento e estado do objeto.

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1.6 NÍVEIS DE AQUISIÇÃO DE DADOS Os sistemas sensores podem ser mantidos no nível orbital (satélites) ou suborbital (acoplados em aeronaves ou mantidos ao nível do solo), como pode ser visualizado na Figura 6. Ao nível do solo é realizada a aquisição de dados em campo ou em laboratório onde

as

medidas

são

obtidas

utilizando-se

radiômetros

ou

espectroradiômetros.

Níveis de Coleta de dados Satélites

Balões

Solo

Aeronave

Bóias

Barco

Fig. 6 – Níveis de Coleta de Dados Fonte : Moreira (2001) Ao nível de aeronaves os dados de sensoriamento remoto podem ser  adquiridos por sistemas sensores de varredura óptico-eletrônico, sistemas fotográficos ou radar, e a resolução espacial destes dados dependerá da altura do vôo no momento do aerolevantamento.

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A obtenção de dados no nível orbital é realizada através de sistemas sensores a bordo de satélites artificiais. O sensoriamento remoto neste nível permite a repetitividade das informações, bem como um melhor monitoramento dos recursos naturais para grandes áreas da superfície terrestre.

2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Moreira, M. A. Fundamentos do sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. São José dos Campos, 2001. Instituto Nacional de Pesquisas

Espaciais (INPE). 208p. Novo, E. M. L. M. Sensoriamento Remoto: princípios e aplicações . São Paulo. ed. : Edgard Blücher, 1989, 308p. Steffen, A. C., Moraes, E. C. Introdução à radiometria. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VII. Curitiba, 10-14. Maio, 1993. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1993. 7p. Steffen, A. C., Moraes, E. C., Gama, F. F. Radiometria óptica espectral . In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VIII. Salvador, 14-19. Abr., 1996. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1996. 43p.

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CAPÍTULO 2

SATÉLITES DE SENSOR IAMENTO REMOTO

José Carlos Neves Epiphanio1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS - INPE

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E-mail: [email protected]  DSR/INPE

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ÍNDICE LISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 2-5 LISTA DE TABELAS ..................................................................................... 2-7 1. INTRODUÇÃO ...........................................................................................2-9 2. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITES ................................ 2-10 2.1

ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA .......................................................... 2-11

2.2

ÓRBITA BAIXA .................................................................................. 2-11

3.

PROGRAMA LANDSAT ....................................................................... 2-13

4.

PROGRAMA SPOT .............................................................................. 2-19

5.

PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO ........... 2-25

6.

SATÉLITES NOAA ............................................................................... 2-29

7.

PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM) ........................... 2-30

8.

PROGRAMAS DE RADAR ................................................................... 2-32

9.

REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ....................... 2-35

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LISTA DE FIGURAS 1 – SATÉLITE CBERS E SEUS COMPONENTES. ..................................... 2-27

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LISTA DE TABELAS 1 – PROGRAMA LANDSAT......................................................................... 2-15 2 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7 ................................................. 2-16 3 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7.................................... 2-16 4 - SENSORES DO SPOT-4......................................................................... 2-21 5 - CÂMERA CCD DO CBERS.....................................................................2-26 6 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E M............................. 2-30

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1. INTRODUÇÃO Para que haja o sensoriamento remoto é necessário que haja uma “medição”, à distância, das propriedades dos objetos ou alvos. As principais propriedades “primárias” dos alvos que são medidas1 pelos sensores remotos são a capacidade de reflexão e de emissão de energia eletromagnética. Essas propriedades primárias podem ser usadas diretamente, de uma forma “bruta”, através de uma imagem de um sensor remoto. Essa é a forma mais comum de uso dos produtos de sensoriamento remoto, pois são as imagens na forma como as conhecemos. Por exemplo, um objeto tortuoso e de baixa reflexão (escuro) numa certa imagem traduz-se a nós como sendo um rio. Porém, aquelas propriedades primárias podem sofrer transformações e permitir-nos fazer inferências sobre características secundárias dos alvos. Por exemplo, quando uma imagem de um sensor remoto entra num modelo que a relaciona com a fotossíntese da vegetação, gera-se um novo produto, ou uma nova imagem que, agora, passa a representar uma propriedade do alvo que não foi medida diretamente pelo sensor remoto. No caso do rio, se houver uma equação ou um modelo que permita um relacionamento entre reflectância medida por satélite e quantidade de sedimentos num meio aquático, pode-se gerar uma imagem secundária que expressa a quantidade de sedimentos. De qualquer modo que se veja um produto de sensoriamento remoto, seja ele primário ou secundário, há sempre a necessidade de que a propriedade de reflexão ou emissão do alvo seja medida, mensurada, por um sensor remoto. Os sensores remotos fazem parte do que se denomina “sistemas de sensoriamento remoto”. Os chamados “sistemas de sensoriamento remoto” são os veículos e instrumentos necessários à coleta de dados para serem analisados pela comunidade científica e de usuários em geral. E há uma estreita associação entre sensoriamento remoto e satélites artificiais. É que, embora outros sistemas façam parte do sensoriamento remoto, como os radiômetros de campo e de laboratório, e os sensores fotográficos e outros Comentário: Página: 9 fazer análise de “medida” em relação a uma régua, sem padronização. Isto é, um sensor faz uma medida sem escala padronizada, a princípio; portanto, é preciso, posteriormente, que haja 1

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uma calibração em relação a um padrão para que se tenha uma medida precisa da propriedade do alvo.

sistemas que operam em aeronaves, são os satélites que, a cada dia, mais e mais se tornam os instrumentos quotidianos dos profissionais de sensoriamento remoto. Assim, é necessário que haja um conhecimento dos principais satélites e de suas características. Os satélites são veículos colocados em órbita da Terra e que promovem continuamente a aquisição de dados relacionados às propriedades primárias dos objetos. Por estarem a grandes altitudes (tipicamente entre 600 e 1.000 km) têm a capacidade de abranger em seu campo de visada uma grande porção de superfície terrestre. Ao mesmo tempo, como têm que orbitar ao redor da Terra, promovem uma cobertura que se repete ao longo do tempo, permitindo o acompanhamento da evolução das propriedades de reflexão ou emissão dos objetos e fenômenos. Neste capítulo são abordados os principais satélites em operação e, particularmente, aqueles voltados para o sensoriamento remoto da superfície terrestre com ênfase naqueles mais utilizados no Brasil. Assim, são descritos os sistemas Landsat, SPOT, NOAA, Terra, Radarsat e ERS (todos programas internacionais) e o CBERS e o SSR/MECB (do Brasil). Porém, antes de descrever os sistemas propriamente ditos, é feita uma introdução sobre órbitas e outros aspectos dos satélites, cujos princípios aplicam-se a todos os sistemas.

2. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITES Os satélites podem apresentar uma grande variação quanto ao padrão orbital em relação à Terra. Os que mais interessam para o sensoriamento remoto enquadram-se em duas grandes categorias: os de órbita baixa e os de órbita alta. Estes últimos são os geoestacionários e têm sua maior aplicação no campo da meteorologia, sendo apenas marginal sua aplicação em DSR/INPE

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sensoriamento remoto. Os de órbita baixa englobam a maioria dos satélites de sensoriamento remoto, e são discutidos mais pormenorizadamente.

2.1 ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA Os satélites nesta órbita estão a uma altitude de cerca de 36.000 km. São chamados geoestacionários porque sua órbita acompanha o movimento de rotação da Terra. Possuem uma velocidade de translação em relação à Terra que equivale ao movimento de rotação da Terra, de modo que, em relação à Terra, estão imóveis. Como ficam dispostos ao longo do Equador terrestre, e por causa da grande altitude podem ter uma visão sinóptica completa, ou seja, de todo o disco terrestre compreendido pelo seu campo de visada. Além disso, como estão “fixos” em relação à Terra, permanecem voltados para o mesmo ponto da superfície e, assim, podem fazer um imageamento muito rápido daquela porção terrestre sob seu campo de visada. É por essa grande abrangência de superfície terrestre coberta em um curto intervalo de tempo que eles são muito úteis para estudos de fenômenos meteorológicos, os quais são bastante dinâmicos.

2.2 ÓRBITA BAIXA Embora nesta categoria enquadrem-se inúmeros sistemas espaciais, a discussão a seguir é restrita às situações e características que abrangem os sistemas que mais interessam ao sensoriamento remoto. Sempre que couber, são discutidos os impactos dos desvios em relação à situação usual. Em geral, a órbita dos satélites de sensoriamento remoto enquadra-se no que se denomina órbita baixa, o que equivale a dizer órbitas com menos de 1.000 km de altitude. Para os satélites de sensoriamento de órbita baixa, tal órbita é também circular, pois dessa forma o satélite fica sempre orbitando a uma altitude quase que fixa em relação à Terra, o que permite uma escala de imageamento praticamente constante para todas as imagens. Como a variação de altitude é pequena DSR/INPE

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numa situação de circularidade, a variação de escala também é pequena. Toda a órbita circular tem esta característica de manter a escala constante, o que facilita os trabalhos de interpretação e análise das imagens. Outra característica de órbita para os satélites de sensoriamento remoto é a altitude. Ela tem se situado entre 700 e 1.000 km, aproximadamente. A altitude do satélite define uma série de outros parâmetros de engenharia do sistema. Ela tem que obedecer às leis da mecânica orbital e depende muito da definição do projeto da missão e características dos sensores destinados ao imageamento. No caso da série Landsat, por exemplo, a mudança de altitude entre a primeira geração (Landsat 1 a 3) e a segunda geração (Landsat 4 a 7) exigiu que o campo de visada do sensor  Thematic Mapper  (Mapeador  Temático, ou simplesmente TM), a bordo dos satélites da segunda geração, fosse aumentado a fim de manter a mesma faixa de imageamento do sensor  Multispectral Scanner System (Sistema de Varredura Multiespectral, ou MSS),

da geração anterior. Isso quer dizer que se fosse mantido o mesmo ângulo de imageamento para as duas gerações, a faixa imageada no terreno seria menor  na segunda geração, uma vez que sua altitude era menor. Uma vez definido que a órbita é circular e que ela tem uma certa altitude em relação à Terra, descrevendo um círculo com raio praticamente fixo, é preciso definir o ângulo que esse plano da órbita fará com os pólos da Terra. Em geral os satélites de sensoriamento remoto têm órbita quase polar, com um pequeno e constante desvio do plano orbital em relação ao eixo norte-sul. O imageamento é descendente, em direção ao sul, quando a Terra está iluminada (embora pudesse também haver imageamento no sentido ascendente em certos comprimentos de onda). A órbita quase-polar tem a importante característica de permitir que a Terra toda (exceto os pólos) seja imageada após um certo número de órbitas. A cada órbita, cuja duração é de cerca de 100 minutos, o sistema (satélite e sensor) recobre uma faixa longitudinal e constante no terreno equivalente a um certa faixa de terreno. Essa faixa de imageamento varia de acordo com o sensor. Nessas condições, ocorrem aproximadamente 14,5 órbitas diárias e, como o perímetro da Terra no DSR/INPE

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equador é de cerca de 36.000 km, após um certo número de dias e um certo número de órbitas, a Terra toda será imageada. No projeto da missão e, particularmente da característica orbital, para fins de sensoriamento remoto há uma preferência para que haja uma ciclicidade das passagens ou dos recobrimentos. Isso quer dizer que é desejável que, após determinado número de dias, o satélite volte a recobrir a mesma faixa de terreno. Isso é conseguido através de um projeto orbital adequado, no qual fatores como altitude e velocidade do satélite são considerados. Também a faixa imageada no terreno em cada órbita é um fator importante, já que faixas de imageamento mais estreitas determinarão ciclos de revisitas mais longos, e faixas mais largas diminuirão o tempo entre uma visita e outra. Ou seja, se a faixa de terreno que o sistema (satélite mais sensor) consegue imagear é estreita, haverá necessidade de muitas órbitas para cobrir toda a superfície da Terra. Ao contrário, se a faixa de imageamento é mais larga, exige-se menos tempo para que esse recobrimento seja completo. Entre outros fatores, na determinação da configuração de um sistema de imageamento há um que diz respeito ao horário do dia em que deverá ser  efetuado o imageamento. Em geral, os satélites de sensoriamento remoto possuem órbita chamada heliossíncrona, ou seja, sincronizada com o Sol. Isso quer dizer que a cada órbita o satélite cruza a linha do Equador no mesmo horário. Esta característica de órbita é importante pois assim todas as imagens são sempre obtidas aproximadamente no mesmo horário, e as variações entre imagens podem ser atribuídas às propriedades intrínsecas dos alvos, e não a influências de posicionamento angular do sol. Para que isso possa ser  conseguido, é necessário que o ângulo entre a normal ao plano da órbita do satélite e a linha terra-sol seja mantido constante. Isso significa que a precessão do plano orbital do satélite deve estar numa taxa que seja equivalente à taxa da translação da Terra ao redor do Sol. Isso é obtido através do estabelecimento de uma relação apropriada entre o raio (ou o período) da órbita circular e o ângulo de inclinação da órbita do satélite.

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3. PROGRAMA LANDSAT O primeiro satélite da série Landsat foi lançado no início dos anos 70, conforme a Tabela 1. Atualmente, no ano 2001, estão operando o quinto e o sétimo da série. Esta série de satélites é a principal no campo do sensoriamento remoto, não só por ser a de período de vida mais longo de fornecimento contínuo de dados, mas também pela notável facilidade de acesso e qualidade dos dados gerados. A partir do final do anos 60 os Estados Unidos decidiram colocar em órbita um satélite de sensoriamento remoto. A estrutura do satélite baseou-se em um projeto já em operação naquela época que era a dos satélites Nimbus, de meteorologia. Posteriormente, iniciando com o Landsat-4, foi projetada uma plataforma própria para esses satélites e também uma inovação quanto aos sensores a bordo. Assim, é comum falar em duas gerações para a série Landsat. Uma que compreende os três primeiros, e uma segunda, que compreende os quatro últimos. O de número 7, o último da série, apresenta um sensor que, embora muito semelhante aos três anteriores,

tem certas

características que são tidas como um avanço em relação a seus predecessores. Como se observa pela Tabela 1, os satélites de uma determinada série são lançados um a um, depois de um intervalo irregular de tempo. Cada satélite lançado tem uma vida útil esperada. Os primeiros satélites da série Landsat tinham vida útil estimada de dois anos. Alguns duraram muito mais do que isso. Os últimos da série já tinham especificações de vida útil maiores, e também ultrapassaram em muito as especificações. O Landsat-5, por exemplo, opera a mais de 15 anos. Porém, não é incomum a ocorrência de fracassos; o Landsat-6 foi perdido durante o lançamento, antes de ser posicionado em órbita. Quanto à primeira geração da série Landsat, cabe destacar que o sensor MSS (Sistema de Varredura Mutiespectral) demonstrou ser o principal instrumento a bordo dos Landsats. O sensor RBV (Sistema Vidicon de Feixes Retornantes, DSR/INPE

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similar a um sistema de televisão), que operava no Landsat-3, embora permitisse uma melhor resolução espacial, em relação ao MSS, acabou sendo descontinuado a partir do Landsat-4 por causa de sua baixa fidelidade radiométrica e de sua pequena cobertura espectral. Muitas dessas imagens do RBV estão disponíveis nos arquivos do INPE, em Cachoeira Paulista, SP.

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TABELA 1 – PROGRAMA LANDSAT * Instru- Resolução Comunica- Altitude mentos (metros) ção (km)

Revisita

Taxa de dados (Mbps)

RBV

80

TD com 917 gravadores

18

15

MSS

80

RBV

80

TD com 917 gravadores

18

15

MSS

80

RBV

30

TD com 917 gravadores

18

15

MSS

80

Landsat-4 16/7/1982 MSS (Transmissão TM terminou TM em 08/1993)

80

TD com TDRSS

705

16

85

Landsat-5 1/3/1984

MSS

80

TD com TDRSS

705

16

85

TM

30

ETM

15 (pan)

TD com 705 gravadores

16

85

TD com 705 gravadores de estado sólido

16

150

Sistema

Lançamento (fim das operações)

Landsat-1 23/7/1972 (1/6/1978) Landsat-2 22/1/1975 (25/2/1982) Landsat-3 5/3/1978 (31/3/1983)

Landsat-6 5/10/1993 (5/10/1993)

30

30 (ms) Landsat-7 15/4/1999

ETM+

15 (pan) 30 (ms)

*

RBV = return beam vidicon; MSS = multispectral scanner system; TM = thematic mapper; ETM+ = enhanced thematic mapper plus; pan = pancromático; ms = multiespectral; TD = transmissão direta; Mbps = mega bits por segundo. O mais recente satélite da série é o Landsat-7, lançado em 15/04/1999, e o principal sensor a bordo é o ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus, Mapeador Temático Avançado). Este sensor é uma continuação do TM anteriormente a bordo dos Landsats-4 a 6. As principais características do ETM+ são resumidas nas Tabelas 2 e 3. O ETM+ fornece uma imagem digital DSR/INPE

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com uma visão sinóptica, repetitiva, multiespectral, com alta resolução espacial da superfície terrestre.

TABELA 2 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7 Tipo

radiômetro de varredura mecânica tipo “wiskbroom” Bandas 3 Bandas no Visível, 1 no infravermelho Próximo, 2 no Infravermelho Médio Refletido, 1 no Infravermelho Termal, 1 Pancromática Função cobertura global periódica da superfície terrestre Faixa imageada no terreno 185 km (±7,5o) Massa 425 kg Potência 590 W (imageando), 175 W (repouso) Controle térmico resfriador radiativo de 90 K Dimensões físicas radiômetro 196 x 114 x 66 cm eletrônica auxiliar 90 x 66 x 35 cm FONTE: King e Greenstone (1999, p.113)

TABELA 3 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7 Banda Espectral

Largura da Banda à meia amplitude (µm) 0,50-0,90 0,45-0,52 0,52-0,60 0,63-0,69

Pancromática 1 (visível, azul) 2 (visível, verde) 3 (visível, vermelho) 4 (infravermelho 0,76-0,90 próximo) 5 (infravermelho 1,55-1,75 médio refletido) 6 (infravermelho 10,42-12,50 termal) 7 (infravermelho 2,08-2,35 médio refletido) FONTE: King e Greenstone (1999, p.113)

Dimensão do IFOV (µrad) 18,5 x 21,3 42,6 42,6 42,6

Dimensão nominal da amostra no terreno (m) 15 30 30 30

42,6

30

42,6

30

85,2

60

42,6

30

O satélite Landsat-7 tem uma órbita circular (escala praticamente constante), heliossíncrona (horário de cruzamento do Equador sempre às 10:00 ±15 DSR/INPE

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minutos na órbita descendente), com uma inclinação de 98,2o, altitude de 705 km. Nesta configuração orbital, o Landsat-7 precede o satélite Terra (a ser  discutido adiante) de cerca de 30 minutos na mesma faixa de imageamento da superfície terrestre. A faixa de 185 km imageada pelo campo de visada (FOV – field of view, campo de visada) do ETM+ permite uma cobertura global da terra

a cada 16 dias. Cada órbita dura aproximadamente 100 minutos. Neste tempo, ocorre um deslocamento no terreno de cerca de 2.400 km entre o centro de uma órbita e a seguinte. Como a Terra desloca-se para leste, as faixas imageadas vão se deslocando para oeste. Esse padrão de recobrimento orbital, onde são descritas as órbitas no sentido longitudinal e as imagens propriamente ditas, “recortadas” a cada 185 km na órbita, ou seja, no sentido latitudinal, formam o que se denomina sistema de referência mundial . Esse sistema permite que se localize uma imagem correspondente a qualquer ponto da Terra através de dois números, correspondentes à órbita (sentido longitudinal) e ao ponto (sentido latitudinal). Assim, por exemplo, uma imagem do ETM+/Landsat-7 de São José dos Campos, SP, é referenciada como sendo a 219/76, lida como “órbita 219, ponto 76”. O ETM+ é um sensor que possui dois planos focais, onde ficam localizadas as matrizes de detectores. Cada matriz de detectores é responsável pela detecção de uma banda. Há, portanto, oito matrizes, sendo que as quatro primeiras (bandas 1-4, correspondentes às três do visível e à do infravermelho próximo) ficam no plano focal primário. As quatro seguintes (pancromática, infravermelhos médios, e infravermelho termal) encontram-se num plano focal secundário e refrigerado. Ambos os planos focais, apesar de fisicamente separados, encontram-se opticamente alinhados, de modo que há o registro entre todas as bandas. Cada matriz é composta de 16 detectores (exceto a banda pancromática, que tem 32, e a do infravermelho termal, que tem oito). A função de cada uma dessa matrizes é promover o registro da radiância proveniente do terreno em cada uma das oito banda. Esta matriz de oito bandas por 16 detectores por banda (oito na infravermelha termal e 32 na pan) tem uma largura de 480 metros no terreno, que são 16 linhas de 30 metros nas bandas 1-4, 32 linhas de 15 metros no pan, 8 linhas no infravermelho termal. DSR/INPE

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O ETM+ é um sensor que faz um imageamento através de dois movimentos perpendiculares entre si. O primeiro movimento é feito pelo deslocamento do próprio satélite ao longo de sua órbita. A projeção desse movimento,  juntamente com o FOV, definem o que se denomina faixa de imageamento. No caso ETM+ esta faixa de imageamento é de 185 km. O segundo movimento necessário para constituir uma imagem no sistema de varredura mecânico multiespectral é produzido pelo movimento de um espelho oscilante transversalmente à faixa de imageamento. O espelho oscilante projeta, no terreno, as matrizes de detectores que estão nos planos focais. A cada movimento lateral do espelho oscilante numa direção (leste para oeste, ou oeste para leste), são imageadas 16 linhas de 30 metros (32 de 15 metros no pan e 8 de 60 metros no infravermelho termal), ou 480 metros de largura e com 185 km de extensão. Em cada banda particular, um certo detector é responsável pelo imageamento de uma linha completa. Porém, cada detector tem um IFOV (instantaneous field of view , campo de visada instantâneo) de apenas 30 metros (15 no pan e 60 no infravermelho termal). Portanto, para que uma linha de 185 km seja completamente “varrida” é necessário que cada um dos detectores de cada banda seja acionado milhares de vezes (185.000 metros dividido pelo IFOV de cada detector – 15, 30 ou 60 metros, de acordo com a banda). Se for fixada uma certa posição inicial do espelho oscilante, no terreno haverá a projeção de toda a matriz de detectores. Portanto, nesta posição, nenhum detector estará cobrindo uma mesma área no terreno. Nesta posição, são lidos os valores de radiância de cada elemento de terreno projetado em cada detector em particular. A esta seqüência singular de leitura de todos os detectores de todas as oito bandas dá-se o nome de minor frame (seqüência primária de leitura). Após esse minor frame o espelho desloca-se para leste ou para oeste (dependendo do sentido do espelho oscilante e o minor frame adjacente é lido. Vê-se que entre um minor frame e outro, há uma adjacência de elementos de 30 m no terreno (15 m para o pan e 60 m para o infravermelho termal). A continuação dessa seqüência de minor frames fará com que toda a DSR/INPE

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linha seja coberta após um certo tempo, que equivale ao major frame (seqüência completa de leitura). Ao terminar um major frame, o espelho oscilante e o sistema de leitura e registro dos sinais terão varrido e lido mais de 6.000 minor frames; e também o espelho oscilante terá chegado ao fim de um FOV (185 km de largura), e imageado um comprimento no terreno (sentido descendente da órbita) equivalente a 480 m. Quando o espelho oscilante retornar para imagear outros 480 m, o satélite terá avançado em sua órbita o equivalente a 480 m no terreno e, assim, esse próximo conjunto de linhas (480 m) estará contíguo ao conjunto anterior, e assim por diante. Essa seqüência de minor frames nas linhas e a seqüência de major frames na direção do

caminhamento da órbita forma a imagem. Após a detecção do sinal proveniente do terreno, ele sofre processamentos internos e é gravado a bordo ou encaminhado na forma digital para uma estação em terra. No caso do Brasil, esta estação fica em Cuiabá, MT. Depois, é enviado para Cachoeira Paulista, SP, para os processamentos necessários à preparação dos produtos a serem arquivados ou enviados aos usuários. Atualmente, o principal produto solicitado pelos usuários são as imagens na forma digital e gravados em CDROM.

4. PROGRAMA SPOT O programa SPOT (Satellite Pour Observation de la Terre, Satélite Para Observação da Terra) é um programa Francês de satélites de sensoriamento remoto. O primeiro da série foi lançado em 22/2/1986, o segundo em 22/1/1990, o terceiro foi lançado em 26/9/1993, mas perdeu-se no lançamento. Em 22/3/1998 foi lançado, pelo veículo lançador Ariane, o SPOT-4 que, embora guarde muitas características dos seus predecessores 1-3, representa um avanço em vários sentidos. O sistema de observação da terra SPOT foi projetado pela Agência Espacial Francesa (CNES – Centre National d’Études Spatiales) e é operado por sua subsidiária Spot Image. Nesta seção a discussão é centrada no Spot-4, mas sempre que necessário haverá referência

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aos satélites anteriores ou mesmo a outros sistemas, particularmente ao Landsat. O Spot-4 classifica-se como um satélite de órbita baixa, ficando a 830 km de altitude. Sua órbita é circular, o que garante que todas as cenas sejam adquiridas a uma altitude praticamente constante, garantindo constância na resolução espacial e na escala. A heliossincronicidade de sua órbita faz com que o Spot-4 passe sobre uma certa área sempre à mesma hora solar, o que permite que a cena apresente as mesmas condições de iluminação daquela cena durante todo o ano (as variações passam a ser creditadas à sazonalidade da estações do ano e às variações intrínsecas dos alvos). O ângulo entre o plano orbital do Spot-4 e a direção Terra-Sol é praticamente constante e de 22,5o, fazendo com que o cruzamento com o equador no sentido descendente norte-sul ocorra à hora solar de 10:30. A sua órbita também é quase polar, sendo que o ângulo entre o plano da órbita e o plano equatorial é de 98,8 o, garantindo que toda a terra seja recoberta durante um ciclo de revisita (considerando a possibilidade de visada fora do nadir). Como a órbita é em fase, o satélite passa sobre o mesmo ponto após um número inteiro de dias que, para as visadas no nadir (visada vertical), é de 26 dias. Neste período o Spot-4 terá completado 369 órbitas ao redor da terra. Cada revolução orbital dura 101,5 minutos. Em cada órbita o Spot-4 cruza o plano equatorial duas vezes, uma no sentido norte-sul, ou órbita descendente, durante o período iluminado do dia; o segundo cruzamento ocorre no sentido ascendente sulnorte durante o período noturno. O Spot-4 foi concebido para ser um satélite com características bastante diferenciadas em relação ao Landsat. As principais diferenças são a alta resolução espacial de seus sensores, o sistema de imageamento por varredura eletrônica ( pushbroom) e a capacidade de visada lateral. O seu sistema de imageamento é constituído por dois sensores denominados HRVIR (haute resolution visible et infra rouge, alta resolução no visível e infravermelho). Na

verdade são dois sensores idênticos, colocados um ao lado do outro. A largura

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da faixa de imageamento de cada um é de 60 km, perfazendo 117 km de largura, pois há um recobrimento de 3 km no equador. Um outro sensor a bordo do Spot-4 e também de interesse para o sensoriamento remoto é o Vegetation. A Tabela 4 apresenta algumas características dos HRVIR e do sensor Vegetation (Vegetação, VGT)

TABELA 4 - SENSORES DO SPOT-4 Bandas (µm)

HRVIR

Vegetação (VGT)

Resolução Faixa

de Resolução Faixa

de

espacial

imageamen- espacial

imageamen-

(m)

to (km)

(km)

to (km)

-

-

1,1 km

2.250 km

B1 (verde, 0,50 a 0,59 µm) 20 m

60 km

-

-

Pan (vermelho, 0,61 a 10 m

60 km

-

-

60 km

1,1 km

2.250 km

60 km

1,1 km

2.250 km

60 km

1,1 km

2.250 km

B0 (azul)

0,68 µm) B2

(vermelho, 0,61 a 20 m

0,68 µm) B3 (infravermelho próximo, 20 m 0,78 a 0,89 µm) MIR (infravermelho médio, 20 m 1,58 a 1,75 µm) Alinhamento HRVIR/VGT

0,3 pixel do VGT

Calibração absoluta

9%

5%

Cobertura global da Terra

26 dias

1 dia

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Cada um dos HRVIR possui 4 bandas espectrais, conforme a Tabela 4. A banda pancromática possui a mesma faixa espectral da banda B2 (vermelho) no Spot-4, mas era uma banda separada (0,51 a 0,70 µm) nos Spots anteriores. Esse instrumento de imageamento é projetado para cobrir  instantaneamente uma linha completa de pixels de uma só vez ao longo do FOV. Isso é conseguido usando uma matriz linear de detectores do tipo CCD (charge-coupled device, ou dispositivo de cargas acopladas). A radiação proveniente do terreno é separada por dispositivos ópticos especiais em quatro bandas espectrais. As matrizes lineares do CCD operam no modo chamado  pushbroom. Um telescópio de grande abertura angular forma uma imagem

instantânea dos elementos adjacentes do terreno na matriz de detectores no plano focal do instrumento. Isso significa que num mesmo instante uma linha inteira (de 60 km de largura por 10 ou 20 m de comprimento, para o modo monoespectral (M) ou multiespectral (X), respectivamente). Após a leitura dos valores de radiância em todos os detectores do CCD, o satélite terá avançado 20 ou 10 metros (modo X ou P, respectivamente) no terreno, e uma nova linha de detectores será lida. Ou seja, o próprio movimento do satélite é que produz a varredura no sentido latitudinal da órbita, enquanto que o imageamento longitudinal (transversal ao sentido da órbita) é promovido pelo arranjo matricial fixo de detectores. Os sinais gerados pelos detectores (que são fotodiodos) são lidos seqüencialmente num determinado intervalo de tempo. Assim, embora o arranjo linear de detectores não faça a “varredura” da linha para serem sensibilizados pela luz, os detectores são varridos eletronicamente para gerar o sinal de saída. O telescópio de cada HRVIR tem um campo de visada (FOV) de 4o que, à altitude de 830 km, corresponde a um largura de 60 km no terreno. Esta largura é vista instantaneamente pela linha de 6.000 detectores da matriz linear de detectores. Assim, cada HRVIR gera uma imagem de 60 km de largura ao longo da órbita. Cada detector gera um pixel por vez, e cada pixel tem uma dimensão de 10 m por 10 m no modo de alta resolução. Quando detectores adjacentes são varridos (lidos) eletronicamente aos pares, eles geram pixels correspondentes a uma área no terreno medindo 20 m x 20 m resultando numa DSR/INPE

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imagem com 20 m de resolução espacial. O movimento do satélite ao longo de sua órbita resulta em varreduras de linhas sucessivas e isso completa a imagem. O HRVIR tem dois modos de operação quanto à resolução espacial, dependendo se os detectores são lidos um a um (modo M, de monoespectral) ou em pares (modo X, de multiespectral). A luz que entra no sistema óptico é dividida em quatro feixes correspondentes a quatro bandas espectrais por um divisor espectral constituído de prismas e filtros. Esses feixes são posteriormente focalizados nas quatro matrizes de detectores (uma para cada banda). Dessa forma, quatro linhas de detectores geram simultaneamente quatro planos espectrais para uma mesma linha no terreno; portanto, as imagens geradas por cada banda para uma mesma superfície do terreno são perfeitamente

registradas,

pois

cada

um

de

seus

pixels

provêm

simultaneamente de um mesmo feixe eletromagnético. Os HRVIRs têm três modos de imageamento: o multiespectral (modo X) correspondendo às bandas B1, B2 e B3, mais a banda do infravermelho médio, com uma resolução espacial no terreno equivalente a 20 metros; o modo monoespectral (M) correspondendo à banda B2 (vermelho) com uma resolução de 10 metros no terreno; e o modo X + M que combina os modos X e M. O imageamento feito por cada instrumento HRVIR é inteiramente independente entre si. Na entrada óptica de cada HRVIR do Spot-4 há um espelho com um mecanismo que permite o desvio da visada para uma faixa de terreno adjacente à projeção da órbita no terreno. Isso quer dizer que o Spot-4 tem a possibilidade de ter visadas laterais, fora do nadir. Esse redirecionamento da visada para as laterais pode ser de ±27 o em relação ao nadir. Esse desvio é controlado por um mecanismo que permite uma graduação lateral com incrementos de 0,3o. Tal característica pode ser usada para adquirir uma imagem, em resposta a uma solicitação de programação pelo usuário, em qualquer posição afastada de até 450 km para ambos os lados da trajetória do satélite no terreno; isso é conseguido com os ângulos extremos ( +27o ou – DSR/INPE

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27o). Outra função dessa característica é a de ser usada principalmente para a obtenção de imagens de um mesmo local mas em ângulos diferentes para a geração de pares estereoscópicos com as finalidades de restituição fotogramétrica e mapeamento do relevo. Também é usada para permitir o posicionamento do instrumento para a direção de uma fonte de calibração. Um aspecto sensível do Spot-4 é a calibração, que se dá de duas maneiras. A finalidade da calibração é a obtenção de valores radiométricos entre os pixels que guardem uma relação entre si e também que guardem uma relação com as propriedades de reflexão da energia eletromagnética dos alvos. O primeiro modo de calibração é aquele chamado calibração intra-banda, ou também de normalização de respostas dos detectores CCD. O objetivo dessa calibração é balancear a resposta dos 3.000 detectores de cada banda quando o instrumento vê uma superfície perfeitamente uniforme. Ou seja, para uma mesma banda, todos os detectores têm que gerar o mesmo sinal quando são sensibilizados por uma mesma fonte. A segunda calibração é chamada de calibração absoluta e tem a finalidade de medir a responsividade dinâmica do instrumento através do estabelecimento de uma relação precisa entre uma fonte externa perfeitamente estável (o Sol) e o sinal de saída do instrumento. O sistema de calibração é usado a intervalos regulares para verificar e, se necessário, ajustar a resposta do instrumento. Alguns dos efeitos que podem suscitar de ajustes compensatórios são mudanças na transmissividade dos componentes ópticos como resultado do envelhecimento em órbita, distorções mecânicas causadas por variações de temperatura, variações no ruído gerado pela eletrônica do imageamento ou dos detectores do CCD. O sensor Vegetation é uma câmera multiespectral também num sistema de imageamento do tipo  pushbroom, mas de baixa resolução espacial (1,1 km, Tabela 4). As funções desse sensor são permitir um monitoramento contínuo, regional e global da biosfera continental e das culturas. Com seu grande campo angular (FOV de 101o, o que corresponde a uma faixa de imageamento de 2.250 km) consegue cobrir 90% da terra num só dia, e os outros 10% restantes

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no dia seguinte. Como há coincidência de bandas entre o HRVIR e o VGT, os dois sistemas são bastante complementares. Da mesma forma que o Landsat, o Spot transmite o sinal de imagens para estações localizadas em diversas partes da Terra. Além disso, tem um sistema de gravação a bordo, que permite o armazenamento de até 40 minutos de gravação (uma cena HRVIR de 60 km por 60 km é imageada em menos de 15 segundos).

5. PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO O Brasil possui basicamente dois programas de sensoriamento remoto. Um, é denominado CBERS (China Brazil Earth Resources Satellite, Satélite SinoBrasileiro de Sensoriamento Remoto, com descrição mais pormenorizada na internet,

no

endereço:

http://www.inpe.br/programas/cbers/portugues/

index.html, e o outro MECB (Missão Espacial Completa Brasileira, cuja descrição pode ser encontrada também na internet no endereço: http://www.inpe.br/programas/mecb/default.htm) (INPE, 2000a,b). O programa CBERS é uma missão conjunta entre o Brasil, através do INPE, e a China, através da CAST (Agência Chinesa de Ciência e Tecnologia), e envolve a construção, lançamento e gerenciamento operacional de dois satélites de sensoriamento remoto. O primeiro foi lançado em 14/10/1999 a partir da base de lançamentos de Tayuan, pelo veículo lançador Longa Marcha 4B. O CBERS é um satélite com massa de 1.450 kg, com dimensões de 1,8 x 2,0 x 2,2 m, além de ter os painéis solares com 6,3 x 2,6 m. Está a uma altitude de 778 km, em órbita circular (período de 100,26 minutos), quase polar (inclinação de 98,5o em relação ao plano equatorial), heliossíncrona com cruzamento do equador no sentido norte-sul às 10:30 da manhã. Nesta configuração orbital obtem imagens aproximadamente com mesma escala, recobre quase que inteiramente a Terra a intervalos regulares de 26 dias, e os imageamentos de um mesmo ponto sempre ocorrem a uma mesma hora solar. DSR/INPE

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A constituição de sua carga útil é muito interessante, pois traz características de diversos outros satélites, e ainda oferece novidades em termos de imageamento. Possui três sensores a bordo: a câmera CCD ( charge-coupled  device, dispositivo de cargas acopladas), o imageador por varredura mecânica

IRMSS (infrared multispectral scanner system, sistema varredor multiespectral de infravermelho), e a câmera WFI (wide field imager , imageador de grande campo de visada). A câmera CCD/CBERS apresenta semelhanças com o HRVIR do Spot-4. Suas principais características estão na Tabela 5 e uma visão de seus constituintes está na Figura 1.

TABELA 5 - CÂMERA CCD DO CBERS Bandas espectrais

Resolução espacial no terreno Resolução temporal FOV Faixa de imageamento Visada lateral Taxa de dados FONTE: INPE (2000)

0,51 - 0,73 µm (pancromático) 0,45 - 0,52 µm (azul) 0,52 - 0,59 µm (verde) 0,63 - 0,69 µm (vermelho) 0,77 - 0,89 µm (infravermelho próximo) 20 m x 20 m 26 dias no nadir; até 3 dias com visada lateral 8,3o 113 km ±32º 2 x 53 Mbits/segundo

A câmera CCD/CBERS é um sensor que cobre as faixas espectrais do visível e se estende até o infravermelho próximo. Com esse conjunto de bandas consegue-se atender uma grande parcela da demanda por dados de sensoriamento remoto. Além disso, possui uma banda pancromática que cobre todo o visível e, ao contrário do Spot-4, esta banda do CBERS é mais larga, porém com menor resolução espacial. O fato de cobrir todo o visível permite um aproveitamento da experiência e das técnicas de fotointerpretação feitas sobre fotografias aéreas preto e branco normais.

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A sua faixa de imageamento é maior que a do Spot, mas menor que a do Landsat. A capacidade de imageamento lateral, ou fora do nadir, em ângulos bastante amplos (±32º), é uma vantagem comparativa importante em relação aos sistemas existentes. Essa maior capacidade de visada lateral permite que se possam fazer revisitas com até 3 dias entre passagens. Isso é uma característica relevante em situações de ocorrência de eventos que precisam ser monitorados em curto espaço de tempo.

1 - Módulo de Serviço 2

-

Sensor

de

Presença do Sol 3

-

Conjunto

dos

Propulsores de 20N 4

-

Conjunto

dos

Propulsores de 1N 5 - Divisória Central 6 - Antena UHF de Recepção 7

-

Câmera

Varredura Infravermelho Fig. 1 – Satélite CBERS e seus componentes. FONTE: INPE (2000) Outro componente do Cbers é o imageador por varredura mecânica (IRMSS). Esse sensor opera com um FOV de 8,8 o, o que equivale a 120 km de largura no terreno. Possui quatro bandas espectrais, sendo uma que abrange desde o visível até o infravermelho próximo (0,50 a 1,1 µm), duas no infravermelho DSR/INPE

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de

médio (1,55 a 1,75 µm e 2,08 a 2,35 µm). Essas três bandas espectrais possuem resolução espacial de 80 metros no terreno. Uma quarta banda espectral localiza-se no infravermelho termal (10,4 a 12,5 µm). Sua resolução temporal é de 26 dias, e não possui capacidade de visada fora do nadir. O outro sensor a bordo do CBERS, e de interesse para o sensoriamento remoto, é a câmera WFI (imageador de grande campo de visada). É um sensor  baseado na tecnologia CCD; portanto, não possui componentes móveis para o imageamento, o qual é feito eletronicamente na direção transversal à órbita, e passivamente pelo próprio deslocamento do satélite no sentido da órbita. A WFI/CBERS possui apenas duas bandas espectrais: uma na região do vermelho (0,63 a 0,69 µm) e outra na do infravermelho próximo (0,77 a 0,89 µm).

A WFI/Cbers possui um FOV de 60o, o que corresponde a uma faixa de

890 km no terreno. Isso garante ao sensor um período de revisita de apenas cinco dias. Como em todo sistema há uma solução de compromisso entre os diversos requisitos da missão, no caso da WFI/CBERS, para ter essa resolução temporal e cobrir uma faixa extensa de terreno a cada passagem, houve um sacrifício da resolução espacial, que passou a ser de 260 m. A WFI/CBERS, apesar da baixa resolução espacial, apresenta-se como um sensor de alto potencial de aplicação. Possui características intermediárias entre todos os sistemas existentes para o estudo da superfície terrestre. Sua resolução espacial não é tão boa quanto a do ETM+/Landsat-7 (30 m na maioria das bandas) mas também não é mellhor do que a do AVHRR/NOAA (Advanced Very High Resolution Radiometer  da National Oceanic and Atmospheric Administration, Radiômetro Avançado com Resolução Muito Alta), que é de 1,1 km. O nome deste sensor pode induzir a um equívoco de entendimento quanto à sua resolução espacial. Porém, é que o AVHRR/NOAA é originariamente um sensor meteorológico e, para esta aplicação, a resolução espacial de 1,1 km é muito alta; ao contrário do que ocorre para boa parte das aplicações de sensoriamento remoto, onde são exigidas resoluções melhores do que essa. Além disso, a WFI/CBERS, embora não possua a alta resolução temporal de um dia do AVHRR/NOAA, também não possui a baixa resolução DSR/INPE

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temporal do HRVIR/Spot, que é de 26 dias no nadir. Com essas características, é provável que se consiga identificar diversas aplicações que demandem tais resoluções intermediárias. As suas duas bandas espectrais são dispostas em pontos estratégicos do espectro eletromagnético e são destinadas principalmente ao estudo da vegetação. Nestas duas regiões (vermelho e infravermelho próximo) são os locais em que a vegetação apresenta o maior contraste espectral, ou seja, a banda do vermelho é de alta absorção de energia, e a do infravermelho próximo é de alta reflexão. Esse contraste deverá ser explorado através dos índices de vegetação, que visam exatamente a realçar a vegetação representada numa cena de sensoriamento remoto. Os dados do CBERS são gravados por estações terrenas; no caso Brasil, a estação está em Cuiabá, MT. O processamento dos dados para que sejam gerados os produtos a serem distribuídos aos usuários é feito em Cachoeira Paulista, SP. O catálogo para verificação de cobertura de imageamento e qualidade de imagens pode ser acessado a partir da internet no seguinte endereço: http://www.dgi.inpe.br/index.html (INPE, 2000a).

6. SATÉLITES NOAA A NOAA (National Oceanic and Atmospheric Admnistration), que é uma agência governamental dos Estados Unidos, é responsável pelos satélites também chamados NOAA (Kidwell, 1997). A série de satélites NOAA tem sido de grande importância no campo da meteorologia. São satélites de órbita heliossíncrona, circular a aproximadamente 850 km. Entre os sensores a bordo, um que será aqui descrito é o AVHRR-3/NOAA (  Advanced Very High Resolution Radiometer , Radiômetro Avançado de Muito Alta Resolução). Como

esclarecido anteriormente, esta resolução pode ser considerada muito alta para aplicações em meteorologia; mas para muitas aplicações de sensoriamento remoto, esta resolução do AVHRR-3/NOAA é considerada baixa. O AVHRR-3 faz parte dos sensores a bordo dos satélites NOAA K, L e M (que recebem após o lançamento os números de 15, 16 e 17, respectivamente). DSR/INPE

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O AVHRR-3/NOAA é um radiômetro imageador de varredura mecânica que opera em seis bandas espectrais (Tabela 6). Os dados adquiridos durante cada passagem permitem, após o processamento em terra, a análise de parâmetros de interesse em hidrologia, oceanografia, uso da terra e meteorologia. Os dados dos canais 1, 2 e 3A são usados para monitorar a energia refletida nas porções do visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético. Esses dados permitem a observação da vegetação, de nuvens, lagos, linhas de costa, neve, aerossóis e gelo. Os dados dos canais 3B, 4 e 5 são usados para determinar a energia radiativa da temperatura da superfície terrestre, da água, e do mar bem como das nuvens sobre eles. Apenas cinco canais podem ser  transmitidos simultaneamente; os canais 3A e 3B são comutados para passagens diurnas/noturnas, conforme necessário, enquanto que o 3B só opera durante as passagens matutinas do satélite. A Tabela 6 apresenta as características dos canais do AVHRR-3/NOAA. O campo de visada (FOV) do AVHRR-3/NOAA é de ±55,4o, o que equivale a 2.250 km de largura de faixa imageada no terreno. Com esta largura de faixa e com a taxa de 14 revoluções orbitais por dia, a terra toda é coberta a cada dia. Portanto, a resolução temporal do AVHRR-3/NOAA é muito maior que a dos outros satélites de sensoriamento remoto vistos até aqui. Porém, há o sacrifício da resolução espacial que, no seu caso, é de 1,1 km para os pixels no nadir. Os dados do AVHRR-3/NOAA podem ser recebidos por antenas menores e também a custos reduzidos.

TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E M Canal 1 (visível) 2 (infravermelho próximo) 3A (infravermelho médio) 3B (infravermelho médio) 4 (infravermelho termal) 5 (infravermelho termal) FONTE: NOAA (2000) DSR/INPE

Banda espectral ( m) 0,580 – 0,68 0,725 – 1,00 1,580 – 1,64 3,550 – 3,93 10,300 – 11,3 11,500 – 12,5

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Resolução espacial (no nadir, em km) 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1

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7. PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM) O programa EOS (Earth Observing System, Sistema de Observação da Terra) é um programa de longo prazo (pelo menos 15 anos), cuja missão é gerar  conhecimento científico em profundidade sobre o funcionamento da Terra como um sistema. Tem-se como premissa que esse conhecimento científico forneceria os fundamentos para o entendimento das variações naturais e induzidas pelo homem no sistema climático da Terra e também forneceria uma base lógica para as tomadas de decisão quanto às políticas ambientais (King, 1999). É um programa que envolve vários países e uma grande gama de satélites e sensores. O primeiro grande satélite desse programa denomina-se Terra, anteriormente chamado EOS/AM-1. O nome “Terra” surgiu após um concurso nacional (nos Estados Unidos) entre estudantes de nível elementar e médio, cuja ganhadora foi uma aluna de 13 anos. O satélite Terra, lançado em 18/12/1999, está numa órbita circular a 705 km de altitude, quase polar, heliossíncrona, cruzando o equador às 10:30 da manhã na órbita descendente, e à 1:30 da madrugada no sentido ascendente. Esse satélite possui cinco sensores: MODIS ( Moderate-Resolution Imaging  Spectroradiometer ,

Espectrorradiômetro de Imageamento de Moderada

Resolução), ASTER (  Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer , Radiômetro Espacial Avançado de Emissão Termal e Reflexão),

MISR (Multi-angle Imaging Spectroradiometer , Espectrorradiômetro Imageador  em Múltiplos Ângulos), CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy System Network , Sistema de Medição de Energia Radiante da Terra e Nuvens), e

MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere, Medição da Poluição na Troposfera). A seguir é feita uma breve descrição dos três primeiros sensores. O Modis é um sensor com 36 bandas espectrais, cobrindo desde o limite inferior do visível (0,366 µm) até o infravermelho termal (14,385 µm). É um sistema de varredura transversal à direção da órbita, cujo espelho faz a DSR/INPE

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varredura a uma taxa de 20,3 rpm. Cada varredura cobre uma faixa de 2.330 km no sentido transversal à órbita e 10 km no sentido longitudinal à órbita, no nadir. Suas dimensões são de 1,0 m x 1,6 m x 1,0 m, e massa de 250 kg. Sua resolução espacial é dependente das bandas, sendo de 250 m para as bandas 1 e 2, de 500 m para as bandas 3-7, e de 1.000 m para as bandas 8-36. As principais aplicações são traçar limites terra/nuvens, avaliar propriedades da superfície terrestre (vegetação, principalmente), nuvens e aerossóis, cor  oceânica, fitoplâncton, biogeoquímica, vapor d’água na atmosfera, nuvens do tipo cirrus, temperatura da superfície e das nuvens, medições de ozônio. O sensor Aster tem 405 kg e possui três subsistemas, um para cada região espectral, com alta resolução espacial. Na região do visível/ infravermelho próximo tem três bandas com 15 m de resolução espacial, sua faixa de imageamento é de 60 km, e pode fazer visadas laterais de ±24o, pode cobrir  até 318 km fora do nadir. Esse sub-sistema é composto de dois telescópios, sendo que um deles pode apontar para trás na mesma direção da órbita, permitindo que se gerem imagens estéreo. O sub-sistema responsável pela região do infravermelho médio mede a radiação em seis bandas entre 1,60 µm e 2,46 µm, com 30 m de resolução espacial, e numa faixa de imageamento de 60 km. O terceiro sub-sistema do sensor Aster é responsável pela medição da radiação em cinco bandas espetrais no infravermelho termal, entre 8,125 µm e 11,65 µm, com resolução espacial de 90 m e faixa de imageamento de 60 km. Esses dois últimos sub-sistemas possuem capacidade de apontamento de o

±8,54

lateralmente, o que permite que qualquer ponto na superfície possa ser 

imageado pelo menos a cada 16 dias. O terceiro sensor do Terra aqui descrito é o Misr. Este sensor faz imagens da terra em nove direções de apontamentos diferentes. Uma câmera aponta para o nadir e outras oito cobrem diferentes ângulos de visada (26,1o, 45,6o, 60,0o, e 70,5o para frente e para trás na direção da órbita); as resoluções espaciais variam de 250 m no nadir a 275 m para a câmera com ângulo mais extremo. A faixa de imageamento é de 360 km e, além disso, cada câmera possui quatro bandas espectrais entre o visível e o infravermelho próximo. DSR/INPE

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8. PROGRAMAS DE RADAR O termo radar vem de radio detection and ranging , ou detecção de alvos e avaliação de distâncias por ondas de rádio. A operação dos radares se dá em comprimentos de onda bem maiores que os do visível e infravermelho. Operam entre 40 GHz (banda K-alfa) e 300 MHz (banda P) (ou entre 0,8 cm e 100 cm). Os radares, como geram sua própria iluminação, podem funcionar tanto durante o dia como durante a noite e, para alguns comprimentos de onda, praticamente não sofrem interferências atmosféricas (Short, 1998). Essas duas características são importantes, pois ao poderem imagear a qualquer hora, podem otimizar seu posicionamento em relação ao Sol para captar energia solar em seus painéis solares e também operar em horários onde as estações de recepção estão com mais tempo livre, evitando congestionamentos. E, ao serem praticamente imunes às condições atmosféricas, oferecem grande certeza de aquisição de imagens em condições adequadas para uso; os satélites que operam na região ótica têm grande quantidade de imagens inaproveitáveis por causa da cobertura de nuvens. Em geral um sistema radar é constituído dos seguintes elementos: um gerador  que envia pulsos a intervalos regulares a um transmissor. Este os envia a um duplexador (ou multiplexador), que os envia a uma antena direcional que modula e focaliza cada pulso num feixe transmitido ao alvo; os pulsos que retornam são captados pela mesma antena e enviados a um receptor que os converte (e amplifica) em sinais de vídeo, que são conduzidos a um dispositivo de gravação que pode armazená-los digitalmente para processamento posterior. Cada pulso dura apenas alguns microssegundos (em geral há cerca de 1.500 pulsos por segundo). O conhecimento da teoria radar é um tanto quanto complexa, exigindo conhecimentos de várias áreas, entre elas as de física, geometria, eletrônica, e processamento de sinais. Atualmente há dois grandes programas que envolvem o imageamento da superfície terrestre por sensores radar, a bordo de stélites: o ERS (European Remote Sensing Satellite, Satélite Europeu de Sensoriamento Remoto) e o

Radarsat, do Canadá. DSR/INPE

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O programa ERS é europeu e iniciou-se com o ERS-1, cujo lançamento deu-se em 17/7/1991 pelo lançador francês Ariane-4, a partir da base de lançamentos de Kourou, na Guiana Francesa; o ERS-2 foi lançado em 21/4/1995 (Francis et al., 1995). Os dois satélites têm órbita síncrona com o Sol, com cruzamento do equador, no percurso descendente, às 10:30 da manhã, hora local; a órbita é quase polar (98,5o), com altitude média de 780 km, e tem um intervalo de revisita de 35 dias. O ERS-2, que é muito semelhante ao ERS-1, pesa cerca de 2,3 toneladas, tem dimensões de 2 m x 2 m de base e 3 m de altura, e tem um painel solar de 12 m x 2,4 m. O ERS-2 é constituído de vários sensores. Um de especial interesse para o sensoriamento remoto é o radar imageador, com antena de 10 m, e que pode operar no chamado modo “imagem”, em banda C (freqüência de 5,3 GHz ou comprimento de onda de 5,6 cm), com polarização VV (transmissão e recepção verticais), e num ângulo de visada fixo em 23 o no meio da faixa de imageamento. Fornece imagens com resolução espacial de 30 m x 30 m, numa cena de 100 km x 100 km. Esse modo de operação é o mais largamente utilizado para aplicações terrestres do ERS. Mas esse radar também pode operar no modo onda (wave mode, modo onda) e, então, adquire imagens de 5 km x 5 km a cada 200 ou 300 km num sistema de amostragem, com aplicação em oceanografia. O ERS-2 tem ainda um radar para a medição da velocidade e direção do vento sobre os oceanos; um radar altímetro para fazer medições precisas dos sinais de retorno provenientes dos oceanos e das superfícies de gelo; um radiômetro de varredura mecânica que opera nos comprimentos de onda de 1,6; 3,7; 11 e 12  m, com resolução espacial de 1 km x 1 km (no nadir) e com uma largura de faixa de imageamento de 500 km. Também leva um instrumento denominado GOME (Global Ozone Monitoring Experiment , Experimento de Monitoramento Global do Ozônio). O outro satélite com sistema radar de grande importância para o sensoriamento remoto é o Radarsat, do Canadá, lançado em 4/11/1995. O Radarsat tem órbita circular de 798 km de altitude, circulando a Terra a cada DSR/INPE

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100,7 minutos, 14 vezes por dia , com inclinação de 98,6o em relação ao equador. Sua órbita é heliossíncrona, mas com passagem pelo equador às 6:00 (descendente), hora local; e o período de revisita é de 24 dias para um mesmo modo de operação e ângulo de incidência, embora possa ter  imageamentos distanciados de apenas 4,5 dias para ângulos de incidência diferentes. Essa configuração orbital permite que o Radarsat explore ao máximo as condições iluminação de seu painel solar, e ao mesmo tempo passa sobre as estações de recepção em horários não utilizados por outros sistemas evitando, assim, conflitos de gravação no momento da aquisição das imagens (CCRS, 2000). O Radarsat, com massa de 3.200 kg, opera na banda C (freqüência de 5,3 GHz ou comprimento de onda de 5,6 cm), em polarização HH (transmissão e recepção da onda eletromagnética polarizada horizontalmente). É um sistema versátil, possui vários modos de imageamento, pode variar o ângulo de incidência (com antena de 15 m x 1,5 m direcionada para a esquerda no hemisfério sul) desde 20o até 50o, a largura da faixa de imageamento pode variar de 35 km a 500 km, e as resoluções espaciais podem variar de 10 m a 100 m. A filosofia que norteia o sistema é a de fornecer o mais prontamente possível a imagem adquirida ao usuário. O tempo decorrido entre a aquisição e o recebimento pode ser tão rápido quanto um dia.

9. REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR Canadian Centre for Remote Sensing (CCRS). Radarsat program . [online] . May 2000. Centre National d'Études Spatiales (CNES). SPOT program. [online]. . May 2000. European

Space

Agency

(ESA).

ERS

satellite.

[online].

. May 2000. Francis, C.R. et al. The ERS-2 spacecraft and its payload. ESA Bulletin, n. 83, p. 12-31, Aug. 1995. DSR/INPE

2-36

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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Aquisição de imagens. [online]. . May 2000a. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa CBERS. [online]. . May 2000b. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa MECB. [online]. . May 2000c. Kidwell, K.B. NOAA polar orbiter data users guide . Suitland, NOAA, 1997. 120p. King, M.D. EOS science plan. Greenbelt, NASA, 1999. 397p. King, M.D.; Greenstone, R. EOS reference handbook . Greenbelt, NASA, 1999.

361p.

[online].

. May 2000. Lauer, D.T.; Morain, S.A.; Solomonson, V.V. The Landsat program: its origins, evolution, and impacts.

Photogrammetric Engineering and Remote

Sensing, v. 63, n. 7, p. 831-838, July 1997. National Aeronautics and Space Administration (NASA). Landsat program. [online]. . May 2000. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Introduction to the

NOAA KLM system. . May 2000./ Novo, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Edgard Blücher, 1989. 308p. Short, N.M. The remote sensing tutorial. CDROM. Washington, NASA, 1998.

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CAPÍTULO 3

SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE

Parte A: P A N A M A Z Ô N I A : O DOMÍNIO DA FLORESTA AMAZÔNICA NA AMÉRICA DO SUL

PAULO ROBERTO MARTINI1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO

1

[email protected] 

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P.R. Martini

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ÍNDICE LISTA DE FIGURA ....................................................................................... 3A-5 LISTA DE TABELA ...................................................................................... 3A-7 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................

3A-9

2. FLORESTAS ..........................................................................................

3A-9

3. RIOS ...................................................................................................... 3A-11 4. SOLOS E AGRICULTURA .................................................................... 3A-13 5. RECURSOS MINERAIS ......................................................................... 3A-15 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 3A-16

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LISTA DE FIGURA FIGURA 1- LIMITES DA PANAMAZÔNIA .................................................... 3A-19

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LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – ÁREA DE ESTUDO (SA) X ÁREA DE PAÍS (CA) ................. 3A-17 TABELA 2- FIGURAS DO DESFLORESTAMENTO NA AMAZÔNIA LEGAL EM AGOSTO/1996 ..................................................... 3A-17 TABELA 3 – DESFLORESTAMENTO NOS DOMÍNIOS PANAMAZÔNICOS EM 1990 ......................................................................................

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1. INTRODUÇÃO Alguns meses antes da Conferência das Nações Unidas para o Desenvolvimento e Meio Ambiente, UNCED-92, o INPE propôs um projeto de cooperação para os países amazônicos da América do Sul. Este projeto contemplava o uso de Sensoriamento Remoto orbital para monitorar a floresta tropical da megaregião. O nome Panamazônia como ficou denominado o projeto, serviu e serve atualmente para designar a grande região compreendida pela floresta no Brasil e no conjunto dos países amazônicos. A Tabela 1 mostra a distribuição do domínio florestal amazônico não brasileiro em relação a área total dos respectivos países. O tamanho final da área panamazônica incluindo aquela do Brasil (5.082.539 km2) é 7.702.264 km2. Este número define a distribuição ambiental da floresta amazônica na América do Sul, ou seja, o Domínio Panamazônico. Este número foi o primeiro e talvez o principal resultado obtido pelo projeto de cooperação. Principal porque mostra que pelo menos 58% da área total dos países panamazônicos se encontram dentro do contexto ambiental de florestas tropicais. Somos todos predominantemente amazônicos como mostra a figura 1 onde as fronteiras panamazônicas estão traçadas sobre as bordas dos países e o conjunto de 345 cenas LANDSAT que cobrem todo o extenso domínio. Neste texto são serão descritos alguns elementos marcantes da paisagem nativa e antrópica da Panamazônia, principalmente aqueles passíveis de serem observados e analisados em imagens do Satélite LANDSAT.

2. FLORESTAS A Panamazônia é conhecida pela sua cobertura florestal densa. Verdadeiramente a floresta densa (ombrófila-densa) é uma parte importante dos tipos de coberturas ali instaladas a partir da última glaciação há 12.000 anos antes do presente. Outros tipos importantes são as florestas abertas (ombrófila aberta) e as savanas ou cerrados com uma extensa zona de transição entre elas. Os degraus andinos DSR/INPE

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dão berço a florestas também tropicais que são denominadas selvas altas ou selvas de piemonte. A distribuição dos tipos de florestas da Amazônia Legal brasileira se encontra no anexo Amazônia Desflorestamento 95-97, página 10 (INPE,1997). Este condomínio de feições florestais de expressão planetária vem sendo submetido nos últimos quarenta anos a um severo processo de ocupação. Os números mais recentes sobre a expansão da ação antrópica no Brasil, com detalhes, está apresentado também no anexo acima mencionado enquanto que informações gerais sobre os demais países são apresentadas em INRENA-Peru (1996), CUMAT-Bolívia (1992), IGAC-Colômbia (1993), SAGECAN-Venezuela (1993), ENGREF-Guiana Francesa (1994) e ENRIC (1994) para os demais países. Informações muito didáticas são apresentadas no anexo da revista Veja número 1527. O número do desflorestamento na Amazônia brasileira para agosto de 1996 era de 517.069 km2 ou 51.706.900 hectares. Ao se relacionar estes números com a área aqui adotada para Amazônia Legal, (5.082.539 km2, incluindo todo o Maranhão), chega-se ao valor de 10,17% de desflorestamento. Os estados que mais contribuíram para este percentual são os estados de Mato Grosso e Pará. A Tabela 2 mostra a distribuição do desflorestamento no período 95/96 e as áreas dos estados amazônicos brasileiros. A tabela também mostra a taxa de desflorestamento encontrada durante o período 77-96 e de acordo com esta taxa, o possível prazo de existência das florestas nos respectivos estados. Os números do desflorestamento para os outros países sul americanos foram obtidos pelo Projeto Panamazônia gerenciado pelo INPE. No decorrer do projeto a partir de 1992 foram criados e treinados grupos de trabalho nos diversos países, sendo-lhes transferidas imagens gravadas pela Estação de Cuiabá. Resultados finais sobre o desflorestamento foram obtidos para três países: Bolívia, Peru e Guiana Francesa.

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O Peru através do Instituto Nacional de Recursos Naturais-INRENA reportou que o índice de desflorestamento de suas florestas tropicais até 1990 foi de 9.20% da cobertura original, representando um total de 69.482,37 km2 ou 6.948.237 hectares. Na Guiana Francesa o ENGREF-Kourou apresentou em seu relatório de 1994 que 10.43% de florestas em sua área costeira haviam sido desmatadas até 1990. Este índice aponta para um número em torno de 1.000 km2 de desflorestamento ou 1,10% da cobertura original daquele território francês. A Bolívia através do Centro de Investigação do Uso Maior da Terra-CUMAT , avaliou que os bosques tropicais desmatados até 1990 somavam 23.974, 99 km2 ou 4.22% da área original de florestas. Os demais países reportaram apenas parcialmente seus resultados ao Projeto Panamazônia. Para estes países preferiu-se buscar figuras publicadas por ENRIC (1994). A Tabela 3 sintetiza a distribuição do desflorestamento nos domínios amazônicos da América do Sul até o ano de 1990. No caso dos países como Colômbia, Venezuela e Equador preferiu-se manter as áreas totais dos países ao invés de usar os valores apenas dos domínios amazônicos da tabela 1, isto porque os números obtidos do Projeto Panamazônia eram incompatíveis com aqueles apresentados por ENRIC (op.cit).

3. RIOS Os rios panamazônicos estão quase em sua totalidade na rede tributária do Amazonas. Separam-se dele as bacias do Alto Orinoco na Venezuela, o Rio Essequibo na Guiana, o Rio Courantyne na fronteira Guiana-Suriname e o Rio Maroni da fronteira Suriname-Guiana Francesa. No Brasil devem ser mencionadas bacias pequenas que drenam para o Atlântico. Estas incluem os rios Oiapoque e Araguari no Amapá, o Rio Gurupi no Pará e o Rio Mearim no Maranhão.

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Os tributários e o próprio Rio Amazonas apresentam águas de cores diferenciadas bem características nas imagens de satélite. Assim os rios de águas turvas como o Amazonas e todos os outros afluentes com nascentes andinas aparecem nas imagens em cores ou tons mais claros. Os rios de águas cristalinas ou negras aparecem em cores ou tons escuros. De tons claros são os dois principais formadores do Rio Amazonas no Peru: os rios Ucayali e Marañon. O primeiro acomoda a origem do Amazonas junto ao Nevado Queuhisha, um pico de 5.000 metros localizado nos Andes Ocidentais, próximo de Arequipa, Peru. Neste local um riacho de nome Apacheta acomoda as primeiras águas perenes do Rio Amazonas. (Palkiewicz e Goicochea, 1996; Martini e Garcia, 1996). De águas turvas existem também outros grandes tributários andinos como o Napo, o Putumayo e o Caquetá. Os formadores do Rio Madeira como o Madre de Dios, Beni, Grande e Mamoré imprimem a ele também a assinatura de águas turvas. Rios negros estão localizados principalmente na calha norte do Amazonas e têm suas cabeceiras nas serras divisoras Amazonas-Orinoco, ao longo das fronteiras do Brasil com as Guianas e a Venezuela. Dentre estes devem ser mencionados o próprio Rio Negro além do Uatumã, Trombetas, Paru e Jari. Rios cristalinos são aqueles com as cabeceiras instaladas no Planalto Central: o Tapajós com seus formadores Juruena e Teles Pires, o Xingu com seus formadores principais Iriri e Coluene, e o conjunto Araguaia-Tocantins, não tributários diretos mas parte da embocadura do Amazonas. Os rios cristalinos principalmente o Tapajós e o Xingu vem sendo seriamente impactados por atividade de garimpo. O rejeito síltico-argiloso destes garimpos tem transformado as águas límpidas destes rios em águas turvas (Martini,1988). Na Bacia do Rio Tapajós existem duas grandes fontes de turbidez por garimpos. A primeira está no Vale do Rio Teles Pires, a jusante das cidades de Peixoto de Azevedo e Alta Floresta, ambas no Estado do Mato Grosso. A segunda entre os DSR/INPE

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rios Crepori e Jamanxim no sudoeste do Estado do Pará.Na Bacia do Xingu os garimpos são mais extensos nas cabeceiras do Rio Fresco, para sul da cidade de Tucumã, também no sul do Estado do Pará. Os rios amazônicos mostram um potencial hidrelétrico invejável e alguns sítios acomodam grandes lagos que produzem uma energia importante porque não poluente e pouco impactante. As usinas atualmente em operação são: Samuel em Porto Velho (RO), Curuauna em Santarém (PA), Tucuruí no baixo Tocantins e Balbina no baixo Uatumã. Estas últimas representam exemplos opostos de planejamento. Tucuruí é a maior hidrelétrica brasileira enquanto Balbina com um lago de dimensões semelhantes não produz energia suficiente para suprir a cidade de Manaus. A usina de Procopondo no Rio homônimo do Suriname é a única unidade hidrelétrica grande estabelecida fora do Brasil em terrenos amazônicos.

4. SOLOS E AGRICULTURA Os padrões de agricultura nas imagens de satélite Landsat indicam que o manejo tradicionalmente observado na região sul do Brasil foi aplicado apenas localmente na Amazônia Legal. Dois fatores são prontamente identificados como inibidores daquele procedimento: a pequena distribuição de solos ricos e produtivos (e.g. latossolos vermelho-escuros) e a falta de condições geomórficas adequadas para a agricultura ostensiva e mecanizada. As exceções são as extensas áreas com soja da Chapada dos Parecis no Mato Grosso e as agrovilas instaladas sobre solos muito nobres ao longo da Rodovia Transamazônica próximo a Altamira no Pará. A instalação de culturas perenes, adequadas ao ambiente amazônico, tem crescido constantemente mostrando que além de boa produtividade elas ajudam a inibir a erosão acelerada dos solos provocada pelos altos índices pluviométricos. Culturas de chá, pimenta, cacau e outras vem se expandindo principalmente nos estados do Amazonas e de Rondônia. DSR/INPE

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A pecuária, entretanto, continua sendo o padrão mais densamente distribuído nas áreas desflorestadas da Amazônia. A pecuária continua firmemente se expandindo principalmente em Mato Grosso (região nordeste), sul de Rondônia, Pará e mais recentemente no Acre. A experiência tem demonstrado que a pecuária, além de mostrar uma produtividade cerca de 4 vezes inferior ã outras regiões produtoras tipo Goiás e Triângulo Mineiro, ela provoca pelo pisoteio do gado e pela erosão uma degradação acelerada dos solos. Esta degradação aparece pela lateritização intensa e rápida das áreas desmatadas. Alternativas para usos sustentáveis da terra são ainda muito discretas e se resumem a questões acadêmicas junto a instituições de pesquisa que atuam na região. Nesta linha de sustentabilidade deve ser ressaltada a convivência harmônica dos seringueiros com a mata nativa no Estado do Acre. Famílias de seringueiros por décadas vem explorando a mata nativa sem destruí-la enquanto que pecuaristas em meses movem imensas matas semelhantes para pastagens. Nos demais países panamazônicos aparecem com destaque as culturas de arroz e cana de açúcar da região costeira da Guiana e do Suriname, e os imensos campos de coca da Bolívia, do Peru e da Colômbia. As áreas de arroz e de cana de açúcar tem crescido intensamente na Guiana, principalmente ao redor das cidades de Georgetown e de Nova Amsterdam. Os campos de coca vem crescendo rapidamente nas regiões de Cochabamba e de Santa Cruz na Bolívia bem como no médio Ucayalli, ao redor da cidade de Pucallpa no Peru. As imagens mostram também que os campos colombianos não se expandiram tanto como nos países mencionados. A pouca expansão da coca na Colômbia pode ser compensada pela presença de grandes campos. do alto Rio Napo na região dominada pela cidade de Tena no Equador. Esta área mostra a entrada rápida e intensa da cultura a partir do final dos anos 80.

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5. RECURSOS MINERAIS Nos limites da Amazônia brasileira se encontram 3 das maiores minas para exploração mineral atualmente em operações no planeta. Tratam-se das minas de Carajás, do Rio Trombetas e do Rio Pitinga. A chamada Província Mineral de Carajás, localizada no Estado do Pará, contem como principal jazimento mineral 17.8 gigatoneladas de minério de ferro (hematita). Secundariamente contem 1.1 gigatoneladas de minério de cobre além de ouro, prata e molibdênio em quantidades menores porem consideradas também como jazimentos. Os platôs próximos do baixo Rio Trombetas no município de Oriximiná abrigam uma jazida de 600 megatoneladas de bauxita, minério de alumínio. O alto vale do Rio Pitinga, formador do Uatumã no Estado do Amazonas acomoda um grande jazimento de cassiterita contendo 270.000 toneladas de estanho. Outros jazimentos expressivos em atividade ou em reserva são: Serra do Navio (AP) com manganês, Morro dos Sete Lagos (AM) com nióbio e terras raras, Serra Pelada (PA) com ouro e Paragominas (PA) com alumínio. O farto conjunto de jazimentos minerais conhecidos na Amazônia não se repete nos demais países panamazônicos. Este fato deve-se certamente a falta de conhecimento e de trabalhos sistemáticos de mapeamento como aqueles iniciados pelo Projeto RADAMBRASIL em meados da década de 60. As imagens as grandes minas citadas anteriormente não provocam impactos tão significativos à paisagem e ao meio ambiente físico quanto aqueles descritos anteriormente para os garimpos. Observa-se que os recursos hídricos envolvidos na mineração não carregam rejeitos e quando existem ficam decantando em lagos isolados. Verdadeiramente, as bordas das províncias minerais como no Projeto Carajás se transformaram em escudos contra a expansão do desflorestamento.

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Petróleo e gás são outros bens minerais intensamente explorados no domínio panamazônico. A chamada Amazônia Peruana (Peruvian Amazon), por exemplo, contem reservas suficientes a ponto de instalar um imenso oleoduto que sai do Rio Tigre na fronteira com o Equador e do baixo Rio Maroñon para o porto de Bayovar no Pacífico. O oleoduto mede mais que 1.300 quilômetros, cerca da metade em domínio de floresta tropical. O Brasil também contem reservas importantes de gás descobertos no alto Rio Tefé, Estado do Amazonas. Os furos de sondagem ali são identificados nas imagens por um desflorestamento tipo pequenas asas deltas. Reservas de petróleo também são observadas na Amazônia Venezuelana.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA -CUMAT (1992). Desbosque de la Amazonia Boliviana. Centro Investigaciones de la Capacidad de Uso Mayor de la Tierra. La Paz, Bolivia. -DNPM (1995) Economia Mineral do Brasil. Departamento Nacional da Produção Mineral. Secretaria de Minas e Metalurgia. Ministério das Minas e Energia. Brasilia. -ENGREF (1994). Projet Panamazonia Première Phase. Ecole Nationale de Genie Rural des Eaux et des Forets, Centre de Kourou, Guiane Française. Setembre. -ENRIC (1994) A Source Book on Tropical Forest Mapping and Monitoring through Satellite Imagery: The Status of Current International Efforts. Environmental and Ntural Resources Information Center. Arlington, VA. June. -Fioravante, C. (1995). O Rio Amazonas que não está no Mapa. Revista Nova Escola, ano X n.86. Editora Abril S.A. São Paulo. Agosto. -IGAC (1993). Relatorio sobre el Estado Actual del Proyecto IGAC-INPE. Instituto Geográfico Agustin Codazzi, Bogotá, Colombia.

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-INPE (1994). Technical Cooperation and Training within the Panamazonia Project: a Proposal to UNEP. Brazilian National Institute of Space Research, São Jose dos Campos SP. October. -INPE (1997). Amazônia: Desflorestamento 1995-1997. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente. MCT-MMA. São José dos Campos SP. -INRENA (1996). Monitoreo de la Deforestacion en la Amazonia Peruana. Instituto Nacional de Recursos Naturales. INR-48-DAGMAR. Lima, Peru. -Martini, P.R. (1988). O Declínio de um Grande Rio Brasileiro Detectado por  Imagens LANDSAT. V Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.1. Natal RN, 11-15 de outubro de 1988. -Martini, P.R. (1993). Panamazonia Project to Monitor South America Tropical Forest. VI Latin America Remote Sensing Symposium. SELPER-Society of  Latin America Remote Sensing Specialists. Cartagena de Indias, Colombia. October. -Martini, P.R; Garcia, J.W. (1996) Depicting the Headwaters of the Amazon River  through the Use of Remote Sensing Data. International Archives of  Photogrammetry and Remote Sensing, vol. XXXI, part B7. Vienna, Austria. -Palkiewicz, J.; Goicochea, Z.N. (1996). Resumen de Actividades de la Expedicion Cientifica Internacional para Estabelecer de Manera Geograficamente Valida el Verdadero Origen del Rio Amazonas. Sociedad Geografica de Lima, Peru. Julio. -SAGECAN (1993). Deforestacion em el Bosque Lluvioso Tropical: uma Perspectiva

Multitemporal.

Proyecto

Panamazonia-Caso

Venezuela.

ServicioAutonomo de Geografia y de Cartografia Nacional. Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales Renovables. Caracas, Venezuela. -VEJA (1997). Amazônia. Anexo do número 1527. Ano 30 n.5. Dezembro, 24. DSR/INPE

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Tabela 1 ÁREA DE ESTUDO (SA) X ÁREA DE PAÍS (CA) PAIS Bolívia Colômbia Equador Guiana Francesa Guiana Peru Suriname Venezuela Total

SA (km2) 567,303 380,000 76,761 91,000 214,960 755,605 142,800 391,296 2,619,725

CA (km2) 1,098,581 1,138,891 270,670 91,000 214,960 1,285,220 142,800 912,050 5,154,172

SA/CA(%) 51.63 33.36 28.35 100.00 100.00 58.79 100.00 42.00 50.82

Tabela 2 FIGURAS DO DESFLORESTAMENTO NA AMAZÔNIA LEGAL EM AGOSTO/1996

ESTADO

ÁREA = A km2

ACRE AMAPÁ AMAZONAS # MARANHÃO MATO GROSSO PARÁ RONDÔNIA RORAIMA TOCANTINS AMAZÔNIA

DEFLOR .(D) km2

153.698 142.359 1.567.954 329.556 901.421 1.246.833 238.379 225.017 277.322 5.082.539

3.742 1.782 27.434 99.338 19.141 176.138 48.648 5.361 5.483 517.069

%

8,94 1,25 1,74 30,14 13,21 14,12 20,40 2,38 9,18 10,17

TAXA (T) MÉDIA km2 /ano

433 9 1.023 1.061 6.543 6.135 2.432 214 320 18.161

A-D T

323 15.619 1.505 217 119 174 78 1.026 787 251

Fonte: PROJETO PRODES - DESFLORESTAMENTO 95-97 # Área total do Estado

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Comentário: GTH

Tabela 2

DESFLORESTAMENTO NOS DOMÍNIOS PANAMAZÔNICOS EM 1990

BOLÍVIA BRASIL *COLOMBIA *EQUADOR GUIANA GUIANA FRANCESA PERU SURINAME *VENEZUELA

Desflorestament o (km2) 23.974 415.200 129.700 67.630 5.190 1.017 69.482 3.200 194.530

Domínio (km2)

909.923 #

%

567.303 5.082.539 # 1.138.891 #270.670 214.960 91.000 755.605 142.800 #912.050

4,22 8,16 11,38 24,98 2,41 1,11 9,20 2,24 21,32

9.175.818

9,91

Inclui bosques tropicais fora do domínio amazônico.

# Inclui terrenos fora do domínio amazônico. Fontes:

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- Projetos PRODES E PANAMAZÔNIA (INPE). ENRIC-94 -

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Figura 1 – Limite da Panamazônia

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CAPÍTULO 3

SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE Parte B: IMAGENS PARA MAPEAMENTO GEOLÓGICO E LEVANTAMENTO DE RECURSOS MINERAIS: RESUMO PARA USO DOS CENTROS DE ATENDIMENTO A USUÁRIOS-ATUS DO INPE.

PAULO ROBERTO MARTINI1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS COORDENADORIA DE OBSERVAÇÃO DA TERRA DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO

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ÍNDICE

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LISTA DE TABELA ................................................................................... 3B-12 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 3B-5 2. APRESENTAÇÃO DE PRODUTOS ...................................................... 3B-5 3. CONTEÚDO DE INFORMAÇÃO ........................................................... 3B-6 3.1 BANDAS: ATRIBUTOS ESPECTRAIS .............................................. 3B-6 3.2 ESCALAS E RESOLUÇÃO: ATRIBUTOS ESPACIAIS ..................... 3B-9 3.3 ATRIBUTOS TEMPORAIS ................................................................ 3B-10 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 3B11

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1. INTRODUÇÃO

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Imagens de satélites, principalmente aqueles de perfis tecnológicos semelhantes ao LANDSAT, são ferramentas efetivas para estudos geológicos. Objetivamente pode-se identificar 6 campos principais onde as imagens tem apresentado significativas contribuições. Nestes campos as imagens são ferramentas cotidianas. 1.Mapeamento de litologias ou de rochas. 2.Mapeamento de estruturas geológicas tipo dobras, falhas, fraturas. 3.Levantamento hidrogeológico (água subterrânea). 4.Prospecção de óleo e de gas (petróleo) 5.Prospecção de bens minerais (ouro, cobre, ferro) 6.Impactos ambientais: garimpos, erosão, escorregamentos.

2. APRESENTAÇÃO DE PRODUTOS Os produtos usualmente utilizados para estas aplicações levam em conta primeiramente o conteudo de informações da imagem. Este conteúdo temático depende dos atributos espectrais, temporais e espaciais. Além disto, os produtos para os campos acima mencionados podem ser apresentados como imagens em papel (analógicos) ou em meio digital. Neste contexto sempre que a fotointerpretação tenha um papel preponderante sobre a integração de dados de diferentes fontes, existe uma preferência pela imagem em papel preto e branco, ou seja monoespectral. Para mapeamentos litológicos/estruturais e levantamentos para hidrogeologia utiliza-se preferencialmente imagens em papel preto e branco. As escalas variam de 1:250.000, para levantamentos regionais, a 100.000 para trabalhos de semidetalhe e 1:50.000 para mapas de detalhe. Para estudos de prospecção para petróleo e bens minerais utilizam-se produtos digitais, uma vez que a integração de dados multifontes através do uso de sistemas de informações georeferenciadas (GIS) é um procedimento comum.

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A avaliação de impactos ambientais sobre o meio ambiente físico pode ser  feita por produtos em papel colorido, uma vez que a vegetação e a água são importantes indicadores . Nos estudos sobre impactos ambientais de projetos tipo represas ou unidades industriais, chamados RIMAS ou EIA-RIMAS, como envolvem também dados de outras fontes, usam-se preferencialmente dados apresentados em mídia ótica (CD ROM) ou magnética (dat ou exabyte).

3. CONTEÚDO DE INFORMAÇÃO Para que um produto possa conter maior conteúdo de informaçao temática é necessário que se agregue a ele os melhores atributos possíveis para uma cena gravada segundo a organização alvo, sensor, sol e data. Assim se um alvo na superfície da Terra reflete seletivamente a radiação solar, precisamos selecionar as bandas que registrem melhor esta refletividade (atributo espectral) bem como o período sazonal onde ele se apresenta mais detectável (atributo temporal) conhecendo se os alvos estudados tem expressão na escala e na resolução da imagem (atributos espaciais). Situações mais típicas para seleção de imagens com maior conteúdo de informaçoes para aplicações geológicas são apresentadas a seguir. O objetivo sempre é o de agregar às imagens o melhor dos atributos espectrais, espaciais e temporais.

3.1 BANDAS: ATRIBUTOS ESPECTRAIS As rochas no Brasil estão constantemente associadas a solos e vegetação. O comportamento das rochas nas imagens é portanto uma combinação das respostas dos elementos rocha/solo/vegetação. No caso de solos não transportados cobertos por vegetação nativa, o comportamento das rochas se torna mais típico na banda do infravermelho próximo. Esta banda corresponde a LANDSAT ETM-4, SPOT HRG-3 e CBERS CCD-4 Diz-se que quanto mais básica for uma rocha (maior conteúdo de elementos tipo Fe e Mg) mais escura ela aparece no infravermelho próximo. Cabe mencionar como opção de muito baixo custo a banda pancromática do DSR/INPE

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sensor IR-MSS do CBERS. Esta banda diferentemente das outras bandas PAN abrange parte do infravermelho próxima. As outras terminam no início do infravermelho. Na faixa visível correspondente a banda do vermelho tanto as rochas ácidas quanto as básicas mostram assinaturas claras sempre que a vegetação não seja alta e densa tipo a mata amazônica. Esta banda é a ETM-3 ou HRG-2 ou CCD-3. A banda pancromática-PA do SPOT-5 poderia também ser  recomendada. Na faixa do visível e em domínio amazônico pode-se esperar  uma contribuição melhor da banda correspondente ao verde ou seja ETM-2, HRG-1 e CCD-2. Trabalhos geológicos que envolvam, portanto, mapeamentos de rochas (litologias), de estruturas ou com objetivo de estudar estudar água subterrânea, serão bem atendidos por imagens da banda correspondente ao infravermelho próximo, se possível com o apoio de uma banda do visível, preferencialmente a centrada na faixa do verde. Trabalhos geológicos voltados a prospecção de bens minerais como cobre, chumbo, zinco, ouro, óleo ou gás, envolvem procedimentos de processamento digital e integração de dados. Nestas situações torna-se necessário explorar  com mais profundidade os atributos espectrais das imagens. Assim o recomendável seria que o usuário utilizasse todo o acervo de bandas dos sensores, tanto na faixa visível quanto no infravermelho: 8 bandas ETM ou 5 bandas HRG ou 5 bandas CCD. A questão é que o usuário normalmente pede para um processamento digital mais simples um conjunto de 3 bandas. No caso de se tornar necessária a seleção de 3 bandas para objetivos de prospecção deve-se buscar ao máximo bandas que cubram todo o espectro ótico, ou seja: visível, infravermelho próximo e o de ondas curtas (short wave infrared). Assim além das bandas do verde e do infravermelho próximo recomenda-se tambem a banda ETM-7 ou HRG-4. A banda ETM-7 na verdade foi definida a pedido da própria comunidade geológica americana uma vez que tem correlação com a presença de hidroxilas em argilas. Argilas hidroxiladas são indicadoras de possíveis

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ocorrências de rochas ricas em cobre, chumbo e zinco. Deve ser entretanto ressaltado que os melhores desempenhos da ETM-7 foram observados em condições de baixa densidade de cobertura vegetal. No ambiente de florestas densas como nos remanescentes de mata atlântica ou na Amazônia, os desempenhos das bandas ETM-5 e ETM-7 para Geologia são semelhantes, trazendo informações sobre o dossel da vegetação e não sobre os solos ou rochas. Uma ultima opção interessante é o produto composto pelas bandas HRG-2 e 3 do SPOT-5 junto com o seu canal pancromático. Nesta combinaçâo se associam bons atributos espectrais com a ótima resolução espacial de 2.5 metros da banda PA . Os produtos recomendados para prospecção em Geologia são os digitais. Se analógicos devem ser sempre coloridos. Estudos sobre áreas onde o meio ambiente físico tenha sido impactado devem ser suportados por uma combinação de bandas que mostrem a situação das águas, da cobertura vegetal e do conjunto rocha/solo. Assim para domínios de floresta densa a composição RGB: ETM-543, HRG-432 e CCD-342 atendem a maior parte dos objetivos. Terrenos de baixa densidade vegetal (não amazônicos) serão melhor atendidos por composições “falsa-cor normais”, ou seja com RGB: ETM-432 ou HRG-321, ou mesmo CCD-432. Estudos recentes mostram que o desempenho do IRMSS-CBERS em bandas pancromática e do infravermelho de ondas curtas (pan+7+8 em GBR) é muito bom para estudos geológicos em terrenos não amazônicos. Estudos sobre impactos ambientais, os RIMAS ou EIA-RIMAS, seguem aquilo que foi descrito para as áreas impactadas apenas que neste caso os produtos devem ser apresentados em mídia digital. O estudo de áreas já impactadas, pelas análises de campo podem recomendar a geração de produtos fotográficos coloridos.

3.2. ESCALAS E RESOLUÇÃO: ATRIBUTOS ESPACIAIS

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Os principais atributos espaciais ou geométricos das imagens de satélites para a área de Geologia dizem respeito à relação entre o tamanho da cena e o quadro sinótico da área imageada (escala) e a dimensão do elemento de resolução da cena (pixel) no terreno. Um pixel menor permite uma escala maior mas sempre com restriçoes quanto ã dimensão da área coberta pela imagem. Assim para um pixel de 30 metros como aquele do Mapeador Temático pode-se chegar a uma escala de 1:50.000 mas a área coberta pela imagem será a menor, ou seja, 45 quilômetros de lado. Se o interesse interesse do usuário usuário for por uma uma área grande, grande, equivalente ao de uma cena LANDSAT completa, serão necessárias 16 imagens na escala 1:50.000, ou apenas 1 imagem em escala 1:250.000 ou menor. Se o usuário estiver interessado em levantamentos geológicos regionais a imagem de 1:250.000 terá naturalmente melhor relação custo/benefício do que a de 50.000, embora mostre menos detalhes. O pixel PAN do SPOT tem possibilidade de suportar ampliações fotográficas de escala 1:25.000 sem perder o contexto de cena que define claramente as bordas dos diversos alvos. Ampliações 1:25.000 a partir de um pixel de 30 metros como aquele do TM fazem com que as bordas dos alvos apareçam serrados perdendo-se o entendimento do contexto da cena. O processamento digital sobre dados SPOT ou LANDSAT permite que realces de borda ou de contraste melhorem bastante as escalas máximas de ampliação. Assim imagens TM melhoradas por processamento em computador  podem ser ampliadas até 1:25.000 sem perder seu conteúdo de informação geológica. Imagens SPOT-PAN registradas com canais XS podem chegar a escala de 1:15.000 mantendo aínda atributos em boas condições para estudos geológicos.

3.3 ATRIBUTOS TEMPORAIS O contexto temporal das imagens para Geologia não tem naturalmente a importância necessária de uma aplicação em Agricultura. Geralmente busca-se para Geologia a imagem livre de nuvens, com maiores índices de visibilidade e

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de conteúdo/qualidade da informação gravada. Existe entretanto um efeito temporal nas imagens que influencia fortemente o conteúdo de informação geológica: trata-se do sombreamento. sombreamento. O sombreamento é o efeito observado nas imagens no qual as faces das vertentes voltadas para o sol ficam mais claras do que as faces opostas à iluminação da cena que ficam mais escuras. Este efeito provoca um realce para as feições do relevo como cristas, vales, drenagens, alinhamentos de uma forma geral. Este efeito é mais intenso quanto mais baixo for a ângulo de elevação solar solar na gravação da cena. No caso do hemisfério sul os ângulos mais baixos de elevação do sol ocorrem entre os meses de junho e agosto. O sombreamento em situações extremas pode subverter até resoluções geométricas. Observa-se que imagens com resolução mais grosseira gravadas com baixo ângulo solar mostram com maior detalhe os atributos de relevo do que cenas com resolução mais fina gravadas com o sol mais alto. Exemplos conhecidos mostram que imagens de 80 metros de resolução gravadas com ângulos em torno de 33 graus mostram feições geológicas e geomorfológicas mais nitidamente do que imagens com 30 metros de resolução de mesma latitude coletadas com elevação de sol acima de 50 graus. Para mapeamentos geológicos e mesmo estudos de prospecção mineral onde a estrutura geológica exerça o principal controle, a seleção de cena deve contemplar também a busca por imagens com baixos ângulos de elevação solar. Deve ser mencionado também que em situações extremamente especiais onde os alinhamentos de relevo ou de drenagen se estendem na direção exata do azimute solar não existirão condições de iluminação para gerar os realces acima descritos.

4.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Balieiro, M.G.; Martini, P.R. (1986) Exemplos de Análise Geológica Comparativa entre dados SIR-A, LANDSAT, SLAR e SKYLAB (resumo). IV

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Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.1, pg.78. Gramado, RS. Agosto 10-15, 1986. Rodrigues, J.E.; Liu, C.C. (1988) A Geometria de Iluminação Solar e sua Influência na Observação de Estruturas Geológicas em Imagens Orbitais. V Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.2, pg.294-302. Natal, RN. Outubro 11-15, 1988

5. TABELA DOS SENSORES E BANDAS COM AS PRINCIPAIS APLICAÇÒES EM GEOLOGIA Satélite Sensor Sensores es BANDAS BANDAS

LANDSAT SPOT5 CBERS ETM+ ETM+ HRG CCD IR-MSS IR-MSS WFI WFI 1 2 3 4 5 6 7 P 1 2 3 4 P 1 2 3 4 P P 7 8 9 10 11 A 5 6 Mapeamento B G R BGR BGR R BG B R NF G Litológico BG R B RG BGR G B R B G F R Geologia G MR B RG B R BG M DSR/INPE

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Urbana Mapeamento Estrutural Águas Subterrâneas Prospeção B Mineral Oleo e Gás (Petróleo) Ambientes B NF Impactados F Eia-Rima B NF Eia-Rima B F

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GR GRB

B R G G R B B R G R G B

ACROGRAMAS USADOS NA TABELA B: COR AZUL NA COMPOSIÇÃO COLORIDA CCD: CAMERA DE ALTA RESOLUÇÃO DO CBERS EIA: ESTUDOS DE IMPACTOS AMBIENTAIS ETM+: MAPEADOR TEMÁTICO AVANÇADO, principal sensor do LANDSAT 7 F: FLORESTA: COBERTURA FLORESTAL DENSA-AMAZÔNIA G: COR VERDE NA COMPOSIÇÃO COLORIDA HRG: ALTA RESOLUÇÃO GEOMÈTRICA, principal sensor do satélite SPOT-5 IR-MSS: VARREDOR MULTI-ESPECTRAL INFRAVERMELHO DO CBERS M: IMAGEM EM PRETO E BRANCO N: NÃO FLORESTA: ÁREA FORA DO DOMÍNIO AMAZÔNICO P: MODO PANCROMÁTICO DO IR-MSS DO CBERS PAN: MODO PANCROMÁTICO do LANDSAT-7 PA: MODO PANCROMÁTICO DO SPOT-5 P5: MODO PANCROMATICO DO CCD-CBERS R: COR VERMELHA NA COMPOSIÇÃO COLORIDA RIMA: RELATÓRIO DE IMPACTO SOBRE O MEIO AMBIENTE WFI: IMAGEADOR DE GRANDE VISADA DO CBERS

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C APÍT UL O 4

TECNOLOGIA ESPACIAL NO ESTUDO DE FENÔMENOS ATMOSFÉRICOS

J o r g e C o n r a d o C o n f o r t e1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE

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ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 4-7 2. APLICAÇÕES DOS DADOS COLETADOS PELOS SATÉLITES METEOROLÓGICOS .............................................................................. 4-10 2.1 VENTO ............................................. ....................... ............................................ .............................................. ............................. ..... 4-11 2.2 PRECIPITAÇÃO .............................................. ...................... .............................................. ................................... ............. 4-12 2.3 SONDAGENS ATMOSFÉRICAS ........................................ .................. ...................................... ................ 4-14 2.4 RADIAÇÃO .......................................................................................... 4-17 2.5 OZÔNIO ............................................................................................... 4-19 2.6 MEDIDAS DE CO ................................................................................ 4-19 2.7 TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR ...................................... 4-21 3. CONCLUSÃO ......................................................................................... 4-21 4. BIBLIOGRAFIA ........................................... ...................... .............................................. ............................................ ................... 4-22

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LISTA DE FIGURAS 1 - PRIMEIRA IMAGEM OBTIDA PELO SATÉLITE TIROS1 ...................... 4-7 2 - DISPOSIÇÃO DOS SATÉLITES METEOROLÓGICOS DE ACORDO COM SUAS ÓRBITAS ............................................................................ 4-9 3 - ÓRBITA DO SATÉLITE SATÉLITE TRMM TRMM ..................... ........................................... .......................................... .................... 4-9 4 - IMAGENS SATÉLITE GOES-E INFRAVERMELHO, VISÍVEL, INFRAVERMELHOR(VAPOR INFRAVERMELHOR(VAPO R D'ÁGUA) E MICROONDAS SATÉLITE DMSP (SENSOR SSM/I) ........................................................................ 4.10 5 - VENTO ESTIMADO USANDO DADOS DO SATÉLITE GOES-8 .......... 4-12 6 - PRECIPITAÇÃO ESTIMADA USANDO DADOS DO CANAL INFRAVERMELHO DO SATÉLITE GOES ............................................. 4-13 7 - CAMPO DE PRECIPITAÇÃO OBTIDO ATRAVÉS DO RADAR METEOROLÓGICO DO SATÉLITE TRMM ............................................ 4-13 8 - PERFIL VERTICAL DE TEMPERATURA OBTIDO ATRAVÉS DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 ........................................................................ 4-15 9 - CAMPO DE TEMPERATURA EM 500 HPA OBTIDO A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 .......................................................... 4-16 10 - CAMPO DE UMIDADE RELATIVA 1000 HPA OBTIDO A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 ........................................................ 4-17 11 – RADIAÇÃO DE ONDA CURTA ABSORVIDA, OBTIDA A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA ............................................................ 4-18 12 - RADIAÇÃO DE ONDA LONGA EMITIDA, OBTIDA A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA ............................................................ 4-18 13 - OZÔNIO MEDIDO EM 09/06/2000, A PARTIR PARTIR DO SATÉLITE ERS-2 ERS-2 4-19 14 - CONCENTRAÇÃO DE CO MEDIDA PELO SENSOR MOPITT DO DSR/INPE

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SATÉLITE TERRA .............................................................................. 4-20 15 - EMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR SATÉLITE NOAA ......... 4.21

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1. INTRODUÇÃO Os primeiros satélites, com instrumento meteorológico a bordo, foram lançados em 17 de fevereiro de 1959 (Vanguard 2) e 7 de agosto de 1959 (Explorer 6) mas, devido a problemas com estes satélites as informações obtidas, não tiveram grande utilidade. O primeiro satélite que teve sucesso na obtenção de dados meteorológicos foi o Explorer7, lançado em 13 de outubro de 1959 com um radiômetro desenvolvido por Verner Suomi e seus colaboradores da Universidade de Wisconsin. Com as informações obtidas foram feitos os primeiros mapas aproximados da radiação refletida e emitida (na faixa do infravermelha) pelo sistema terra e a atmosfera. O primeiro satélite com finalidade de aplicação exclusivamente meteorológica foi lançado em 1 de abril de 1960, o TIROS 1, na Figura 1 pode-se observar a primeira imagem transmitida por este satélite.

Fig. 1 - Primeira imagem obtida pelo satélite TIROS 1

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Após o lançamento deste satélite, e com o avanço na área de eletrônica e informática, e com o desenvolvimento de novos sensores e softwares, os dados obtidas pelos satélites meteorológicos puderam então ser aplicados aos mais diversos campos de interesse da meteorologia. Os satélites meteorológicos podem ser classificados de acordo com sua órbita em três diferentes classes: GEOESTACIONÁRIOS  POLARES  TROPICAIS 

Os satélites de órbita geoestacionária são assim denominados pois aparentemente eles se mantêm fixos sobre um mesmo ponto na superfície da Terra. Estão localizados a 36.000 km acima da superfície da Terra, permitindo desta forma um monitoramento continuo dos fenômenos atmosféricos que se desenvolvem na área de visada do satélite. A principal característica deste satélite e a obtenção de uma nova imagem a cada 30 minutos. Outro fator  importante associado a este tipo de satélites está relacionado com a área de cobertura, bem superior aos demais tipos de órbita acima mencionados, em razão da altitude em que está posicionado. Em função de estarem colocados sobre a linha do equador as regiões polares não são monitoradas pelos satélite geostacionários. Os satélites de órbita polar estão posicionados geralmente entre 700 e 800 km acima da superfície terra. Têm em geral um período orbital de 98 a 102 minutos o que fornece um total de aproximadamente 14 órbitas por dia. Em função da sua altitude, estes satélites cobrem uma faixa bem estreita da Terra por onde estão se deslocando. A principal característica deste satélite é que as regiões polares têm um monitoramento mais detalhado. Na Figura 2, podemos observar a rede de satélites meteorológicos que são utilizados no monitoramento dos principais fenômenos meteorológicos.

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Fig. 2 - Disposição dos satélites meteorológicos de acordo com suas órbitas. Nesta figura não esta incluída a órbita do primeiro satélite com objetivo exclusivo de adquirir informações meteorológicas na região tropical, ou seja o satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), lançado em 27/11/1997. Este satélite esta localizado numa órbita inferior ao dos tradicionais satélites de órbita polar, ele esta posicionado a 350 km acima da superfície terrestre, com uma inclinação de 35 em relação a linha do °

equador, Figura 3.

Fig. 3 - Órbita do satélite TRMM.

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2.

APLICAÇÕES

DOS

DADOS

COLETADOS

PELOS

SATÉLITES

METEOROLÓGICOS Os satélites meteorológicos atualmente operacionais obtêm informações em três faixas do espectro eletromagnético, isto é: na faixa do infravermelho, visível, infravermelho (vapor d'água) e microondas. A seguir estão imagens obtidas pelos satélites nestas faixas de observação Figura 4.

Fig. 4 - Imagens do satélite GOES-E na faixa do infravermelho, visível, infravermelho (vapor d'água) e microondas satélite DMSP (sensor SSM/I) DSR/INPE

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Inicialmente, a aplicação principal dos dados coletados pelos satélites meteorológicos, tinha como objetivo principal a observação dos deslocamentos dos sistemas frontais e o desenvolvimento de sistemas locais. Estas informações eram utilizadas para a análise subjetiva das condições meteorológicas predominantes em pequena ou grande escala. Com o desenvolvimento de softwares, diversas metodologias foram desenvolvidas para a aplicação das informações coletadas por estes satélites. Deve-se salientar a importância que os dados coletados por estes satélites têm para determinadas regiões, seja pela carência de uma rede de observações adequada ou por se encontrarem em regiões remotas (florestas, desertos, oceanos, etc). A seguir serão mostradas resumidamente, algumas aplicações usando os dados obtidos através dos satélites meteorológicos.

2.1. - VENTO A metodologia de extração de ventos usando dados de satélites geoestacionários é realizada usando-se informações de duas imagens sucessivas (intervalo de 30 minutos). A velocidade do vento é estimada calculando-se o deslocamento da nuvem nas duas imagens e dividindo-se então pelo intervalo de tempo entre estas imagens. Eles são estimados para três níveis da atmosfera, alto, médio e baixo, sendo atribuída para cada nível uma cor para representá-los. Na Figura 5, pode-se observar a velocidade do vento estimada usando-se esta metodologia.

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Fig. 5 - Vento estimado usando dados do satélite GOES –8.

2.2 - PRECIPITAÇÃO A precipitação é outra variável que pode ser avaliada usando informações obtidas pelos diversos sensores a bordo dos satélites meteorológicos (que operam nas bandas do visível, infravermelho, e microondas). As técnicas que utilizam os dados dos sensores nas bandas do visível, infravermelho e microondas são denominadas de técnicas indiretas de avaliação da precipitação, pois estes sensores não medem diretamente a precipitação. Somente através do radar meteorológico, a bordo de satélite é possível avaliar  diretamente a precipitação, o satélite TRMM no presente momento é o único que nos permite obter medidas diretas de precipitação. Na Figura 6, podemos observar o campo de precipitação estimado usando informação do canal infravermelho do satélite GOES.

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Fig. 6 - Precipitação estimada usando dados do canal infravermelho do satélite GOES. Na Figura 7 observa-se o campo de precipitação obtido pelo radar  meteorológico a bordo do satélite TRMM.

Fig. 7 - Taxa de precipitação obtida através do radar a bordo do satélite TRMM

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2.3 - SONDAGENS ATMOSFÉRICAS Um produto de fundamental importância obtido através dos satélites meteorológicos são as sondagens atmosféricas. A sondagem da estrutura vertical da atmosfera nos fornece a variação dos campos de temperatura, umidade e vento, campos estes que são de fundamental importância no conhecimento da estabilidade da atmosfera. No Brasil, em somente algumas estações da rede de observação meteorológica, é feita uma única observação por dia. Esta carência de informações não nos permite o conhecimento preciso da estrutura vertical da atmosfera. Com os sensores HIRS (High Resolution

Infrared Radiation Sounder) e AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit), instalados a bordo dos satélites polares da série NOAA, podemos obter a variação dos campos de vento, temperatura e umidade na vertical. Nas figuras 8, 9 e 10 podemos observar o perfil vertical de temperatura e umidade para a cidade de Cuiabá, e os campos de temperatura e umidade obtidos com informações derivadas dos dados recebidos pelos sensores a bordo do satélite NOAA-14.

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Fig. 8 - Perfil vertical de temperatura obtido através de dados do satélite NOAA 14. Estes perfis verticais são de fundamental importância em meteorologia, pois eles nos permitem avaliar a estabilidade da atmosférica, ou seja, se existe a possibilidade do desenvolvimento de sistemas convectivos.

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Fig. 9 - Campo de temperatura em 500 hPa obtido a partir de dados do satélite NOAA-14

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Fig. 10 - Campo de umidade relativa 1000 hPa , obtido a partir de dados do satélite NOAA-14

2.4 - RADIAÇÃO A radiação solar que atinge o topo da atmosfera é da ordem de 1365 Watts/m2 , deste total em média, somente a metade atinge a superfície da terra, trinta porcento é refletida para o espaço e 20 porcento é absorvida pelas nuvens, poeiras e gases do efeito estufa. Portanto, a medida da radiação atmosférica usando satélites, é de fundamental importância para uma melhor compreensão do clima. Nas Figuras 11 e 12 podemos observar a medida da radiação de onda curta e longa realizada a partir das informações coletadas pelos satélite da série NOAA. DSR/INPE

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Fig. 11 - Radiação de onda curta absorvida, obtida a partir de dados do satélite NOAA.

Fig. 12 - Radiação de onda longa emitida, obtida a partir de dados do satélite NOAA. DSR/INPE

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2.5 - OZÔNIO O primeiro dado disponível relacionado com a diminuição da camada de ozônio foi observado na estação Antártica japonesa Syowa em 1982. O cientista inglês J. Lovelock, foi quem descobriu a influência do CloroFluorCarbono (CFC) como o principal mecanismo na diminuição do ozônio na região Antártica. A partir de 1978, com o satélite de órbita polar Nimbus 3, vem sendo realizadas medidas da concentração de ozônio na atmosfera. Na figura 13, podemos observar o resultado da medida feita pelo satélite ERS-2, na qual a camada de ozônio atingiu o seu nível mais baixo, em 9 de setembro de 2000.

Fig. 13 - Ozônio medido em 9/6/2000 a partir do satélite ERS-2.

2.6 - MEDIDAS DE CO A medida do CO na atmosfera tornou-se possível com o lançamento do satélite TERRA em 19 de dezembro de 1999, um projeto comum dos Estados Unidos, Canadá e Japão. Este satélite tem a bordo o sensor  MOPITT (Measurements of  Pollution in the Troposphere), cuja finalidade principal é a medida da poluição. Os dados obtidos por este sensor são de fundamental importância, pois o CO é um dos principais gases associado com o efeito estufa. Na Figura 14 podemos ver os primeiros resultados obtidos com os dados deste sensor. DSR/INPE

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Nesta figura pode-se observar a grande concentração de CO na América do Sul e África, concentração associada pricipalmente com o efeito das queimadas nestas duas regiões.

Fig. 14 - Concentração de CO medida pelo sensor MOPITT do satélite TERRA. Os dados obtidos por satélites meteorológicos também podem ser aplicados em diversas áreas, entre estas podemos citar: no alerta de ocorrência de geadas e nevoeiros. O uso de dados de satélites meteorológicos para as mais diversas aplicações, é um campo que ainda não esgotou todas as possibilidades, pois para cada novo sensor lançado a bordo dos satélites, novas metodologias de uso podem ser desenvolvidas. DSR/INPE

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2.7 - TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR Um produto de fundamental importância que pode ser obtido através de dados de sensores que operam no infravermelho e microonda é a temperatura da superfície do mar. Esta variável tem as mais diversas aplicações, seja nas atividades de pesca bem como no conhecimento do padrão de circulação dos oceanos. Na Figura 15, podemos observar a variabilidade da temperatura da superfície do mar em escala global com os dados obtidos atraves dos satélites da série NOAA.

Fig. 15 - Temperatura da superfície do mar satélite NOAA.

3. - CONCLUSÃO Foram mostrados acima resumidamente algumas aplicações que podemos obter através de dados obtidos pelos satélites meteorológicos. Porém, podemos citar também algumas que não foram mostradas tais como: monitoramento de geadas, monitoramento de nevoeiro, umidade do solo, monitoramento de aerosóis, monitoramento de raios, etc. Comparando a primeira imagem transmitida pelo satélite TIROS, com as imagens de alta qualidade hoje obtidas pelos atuais satélites, bem como os proudtos gerados usando os dados destes satélites, nota-se que um grande progresso foi feito a

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partir de 1 de abril de 1960. Progresso este que têm sido de grande utilidade para a humanidade.

4. - BIBLIOGRAFIA Kidder, S.Q.; Vonder Harr, T.H. Satellite Meteorology: an introduction. Academic Press, 1995. http://www.cptec.inpe.br  http://terra.nasa.gov http://jwocky.gsfc.nasa.gov http://trmm.gsfc.nasa.gov http://auc.dfd.dlr.de/GOME/main.html

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CAPÍTULO 5

TECNOLOGIA ESPACIAL NA PREVISÃO DO TEMPO

S é r g i o H e n r i q u e S o a r e s F e r r e i r a1 H é l i o C a m a r g o J ú n i o r 2 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS

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ÍNDICE LISTA DE FIGURAS ............................................................................................ 5- 5 1. INTRODUÇÃO .................. ................... ................... ...............5-7 2.

UM BREVE HISTÓRICO DA METEOROLOGIA .................. 5-8

3. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE SUPERFÍCIE ...............5-10 4. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE ALTITUDE................... 5-10 5.

SATÉLITES METEOROLÓGICOS ................. ................... ..5-11

6.

PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS (PCD) ................. 5-16

7.

ANÁLISE DOS DADOS METEOROLÓGICOS E PREVISÃO DO

TEMPO ......................................................................................5-17 8.

CONCLUSÃO ................. ................... ................... ..............5-1 9

9.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................... .................5 -20

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LISTA DE FIGURAS 1 – Visão esquemática das orbitas dos satélites meteorológicos operacionais......................................................................................... 5-11 2 - Imagem GOES 8 de 28/06/99 12:00 UTC nos canais: ......................... 5-13 3 - Temperatura atmosférica global procedente do canal 6 do HIRS do satélite NOAA 14 .................................................................................. 5-15 4 - Campo de ventos obtidos a partir de imagens do GOES 8 ............... 5-16 5 - Analise do dia 28 / 06 /1999 00 GMT - Modelo Global CPTEC ............ 5-17 6 - Previsão de 24 horas Válida para 29/ 06/ 1999 00 GMT ...................... 5-19

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1. INTRODUÇÃO Através dos tempos, a compreensão dos fenômenos atmosféricos tem ganhado relevada importância, devido aos prejuízos materiais e de vidas humanas que o desconhecimento destes fenômenos podem ocasionar. Partindo do pressuposto que tais prejuízos podem ser minimizados, ou até mesmo evitados, grandes recursos têm sido aplicados à meteorologia em todos os países do mundo, tanto para o desenvolvimento da previsão do tempo, quanto para a climatologia. Tais recursos não restringem-se apenas aos centros de pesquisa e previsão do tempo, mas abrangem uma fabulosa rede internacional de informações e coleta de dados, mantida pelos países que integram a OMM (Organização Meteorológica Mundial). Para compreender como funciona esta rede de informações, para fins de previsão de tempo, é necessário compreender a diferença entre tempo e clima. Embora estes dois conhecimentos estejam intimamente relacionados é importante observar que a previsão do tempo corresponde a uma previsão diária do estado da atmosfera, enquanto a caracterização do clima constitui uma generalização ou integração das condições do tempo, para um certo período e uma determinada área. Em termos práticos, tanto para a previsão do tempo quanto para a previsão do clima é necessário um grande volume de dados. Estes provém de estações meteorológicas distribuídas pelo mundo, das imagens de satélites e de radar, através de informações reportadas por  aeronaves, navios e bóias oceânicas. No entanto, para o caso da previsão do tempo, todas estas informações devem chegar aos centros de previsão, o mais rápido possível, para que possam ser analisadas em tempo hábil. Os resultados da previsão do tempo são divulgados nas mais variadas formas, popularizando uma cultura básica em meteorologia, que nem sempre é compreendida plenamente pelo público em geral, mas que passa a integrar-se cada vez mais na cultura geral do cidadão. Iniciando por um breve histórico do desenvolvimento da meteorologia, abordamos de forma sucinta o processo da previsão do tempo, desde a coleta das informações nos diversos tipos de estações até a elaboração dos boletins DSR/INPE

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de previsão do tempo. Cabe destacar que os conceitos básicos de meteorologia e previsão de tempo podem se relacionar com os conteúdos das disciplinas escolares do ensino fundamental e médio.

2. UM BREVE HISTÓRICO DA METEOROLOGIA O estudo da atmosfera inicio-se em tempos remotos. No Ocidente os primeiros registros foram feitos por Aristóteles (século IV a.C.), mas foi somente no século XVII que começaram os primeiros passos significativos para o início da meteorologia como ciência. Um fato importante foi a invenção do Barômetro por Torricelli em 1644. A partir da invenção deste instrumento começou a se desenvolver o conceito de pressão atmosférica, sua relação com as condições do tempo e a fundamentação das leis físicas nos séculos seguintes. O barômetro de Torricelli constituía-se de um tubo de vidro fechado em uma das extremidades. Este tubo preenchido com mercúrio era embocado em uma cuba contendo o mesmo líquido metálico. Desta forma, verificava-se na época que o peso da coluna de mercúrio era equilibrado pela pressão do ar, permanecendo aproximadamente à 760 mm de altura, isto é, indicando a pressão de 760 mmHg , o que eqüivale aproximadamente à 1013 hPa (hecto Pascal) ou 1,013 x 105 N/m2 , que também corresponde à pressão normal atmosférica ao nível médio do mar. Esta pressão varia com a altitude do lugar  e também com as condições do tempo. O aumento dos valores de pressão está relacionado ao movimento descendente do ar, inibindo a formação de nuvens. Ao contrário, a diminuição da pressão, está relacionada ao movimento ascendente do ar, permitindo a condensação do vapor d’água e a formação de nuvens. Tais relações foram depois esclarecidas, através do estudo da dinâmica da atmosfera. Além do barômetro, outros importantes instrumentos meteorológicos foram inventados na mesma época, tais como os anemômetros, termômetros, pluviômetros, etc. O segundo passo significativo da meteorologia, rumo a viabilização da previsão do tempo, foi dado após a criação do telégrafo elétrico, por Samuel Morse em 1843. Era preciso reunir, de forma praticamente instantânea, as informações obtidas pelas diversas estações meteorológicas. Desta forma , em 1850 em DSR/INPE

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Washington, foram mostradas ao público os primeiros mapas meteorológicos (Cartas Sinópticas de previsão do tempo), com informações recebidas através do telégrafo. Outro grande passo foi dado em agosto de 1853, com a Primeira Conferência Meteorológica Internacional, celebrada em Bruchelas. O grande foco desta Conferência foi a necessidade de padronização da forma de coleta e transmissão de informações meteorológicas, e da necessidade de cooperação internacional para disseminação destas informações, que começou a se concretizar de fato após 1873, com a realização do Primeiro Congresso Internacional em Viena. Este foi um acontecimento sem precedentes na história da cooperação cooperação internacional em meteorologia,

abrindo as portas portas para para a

criação da OMM - WMO ( Organização Meteorológica Mundial - Word Meteorological Organization) http://www.wmo.ch No entanto, apesar de tudo isto, não se conseguia fazer previsões do tempo confiáveis com mais de 1 dia de antecedência. Era possível avaliar através das cartas sinópticas as condições do tempo, conhecia-se como as massas de ar  se comportavam em média, mas a previsão do estado futuro da atmosfera dependia principalmente da experiência do meteorologista, pois os cálculos numéricos necessários para a previsão são extremamente complexos. Tal problema tem sido resolvido recentemente com o desenvolvimento dos supercomputadores, que têm permitido a utilização de modelos numéricos de previsão do tempo, cada vez mais precisos e que integram toda a gama de dados meteorológicos existentes. Esta nova técnica constitui-se no que hoje se chama de previsão objetiva do tempo, em contraposição as técnicas t écnicas subjetivas, que se vale da experiência do meteorologista. No Brasil, o INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, através do CPTEC - Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos em Cachoeira Paulista -SP foi pioneiro no Brasil no uso de supercomputadores para a previsão objetiva do tempo, quando em 1994 inaugurou o seu primeiro supercomputador NEC - SX3. Desde então, o CPTEC tem produzido previsões confiáveis com até 6 dias, através do Modelo Global e até 3 dias com o Modelo

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Regional. Estas informações são disponibilizadas diariamente através da Internet desde 1996 (http://www.cptec.inpe.br).

3. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE SUPERFÍCIE Estas estações são locais destinados a realização das observações meteorológicas, para a obtenção de dados, que caracterizam o estado presente da atmosfera. Estas estações, conforme a finalidade a que se destinam, podem ser agrupadas em diversas categorias. Dentre estas categorias, estão as chamadas estações sinópticas, que realizam as observações meteorológicas em horários padronizados internacionalmente. Os horários principais correspondem à

00, 06, 12, 18 (GMT)

- “Greenwich

Meridian Time”. Após a realização das observações, o observador  meteorológico,

responsável pela estação estação , prepara os dados para para serem

enviados, através do “Global Telecommunication Telecommunication System (GTS)” em forma de boletins codificados conforme norma da OMM. Basicamente, uma estação meteorológica dispõe de um conjunto de instrumentos para a avaliação das condições do tempo presente. O principal é o barômetro, destinado a medida da pressão atmosférica e a obtenção da pressão reduzida ao nível médio do mar. Além deste instrumento, a estação possui um ajardinado, lugar onde normalmente é instalado um anemômetro, para a medida da direção e velocidade do vento; um pluviômetro ou pluviógrafo, para a medida de precipitação e um abrigo ventilado, onde encontram-se os instrumentos destinados a medida da temperatura do ar e da umidade relativa. Além das medidas destes instrumentos, o observador meteorológico, relata as condições gerais do tempo, tais como, nebulosidade, visibilidade, etc.

4. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE ALTITUDE As estações meteorológicas de altitude destinam-se a determinação da estrutura vertical da atmosfera. Nestas estações são normalmente empregadas as radiossondas, que consistem basicamente de dispositivos eletrônicos DSR/INPE

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dotados de um transmissor de rádio e dos sensores de temperatura, umidade e pressão. Estes dispositivos são lançados através de balões, que podem atingir  altitudes de até 40 quilômetros. Durante seu vôo, as informações obtidas pelo equipamento são transmitidas continuamente para um receptor na estação em terra. Como o balão viaja à deriva, a direção e velocidade dos ventos são calculadas por intermédio do sinal de localização emitido pela própria radiossonda. Tais informações são codificadas e transmitidas, via GTS, para os centros de previsão do tempo, em horários padrões, conforme estabelecido pela OMM. No entanto, devido ao alto custo das radiossondagens , estas são realizadas apenas duas vezes ao dia nos horários de 00 e 12 GMT

5. SATÉLITES METEOROLÓGICOS Os satélites geoestacionários situam-se a uma distância aproximada de 36000 Km, necessária para que estes se movimentem junto com a Terra. Como estes satélites visualizam sempre a mesma face do nosso planeta, planeta, uma imagem imagem completa de toda a Terra só é possível possível através da concatenação concatenação das imagens procedentes de

diferentes satélites estrategicamente posicionados como

ilustra a Figura 1.

Fig. 1 – Visão esquemática das orbitas dos satélites meteorológicos operacionais.

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O sistema global de satélites meteorológicos, coordenado pelo CGMS (Coordination Group for Meteorological Satellites ), corresponde a uma constelação mínima de 5 satélites de orbitas geoestacionárias e dois satélites de orbitas quase polares (http://www.eumesat.de/en/area2/cgms/cover.htm). O mesmo não ocorre com os satélites de orbita polar. Situados em orbitas tipicamente bem mais próximas da Terra (850 Km de distância), os satélites polares cruzam cruzam o globo terrestre de

Polo a Pólo Pólo , realizando realizando uma volta

completa em aproximadamente 100 minutos. Uma das características típicas destas orbitas é de normalmente serem heliosíncronas, isto é, fixas em relação ao plano do Sol. Desta forma, a medida que os satélites viajam entre os pólos a Terra gira de Oeste para Leste, exibindo a cada nova passagem do satélite uma região diferente do planeta. Uma imagem completa do planeta pode ser  então obtida, através da composição das imagens individuais das várias passagens do mesmo satélite durante um período de 24 horas. A partir dos primeiros satélites meteorológicos , lançados na década de 60, imagens da cobertura de nuvens sobre a superfície da Terra tem sido utilizadas pêlos meteorologistas como um importante recursos na previsão subjetiva do tempo. Através da interpretação destas imagens os meteorologistas podem identificar e acompanhar os diversos sistemas meteorológicos, tais como sistemas frontais e tempestades tropicais. Tais imagens são obtidas através de sensores de radiação em diversas faixas do espectro, tais como como a faixa da luz visível , faixa faixa de infravermelho de 11µm e na faixa de absorção do vapor d'água. Por exemplo, a imagem da Figura 2 (a) foi obtida a partir do satélite geoestacionário GOES - 8 no canal 4 ( Imagem Infravermelha de 10,3 a 11,3µm). Nesta imagem verifica-se as nuanças de radiação térmica emitidas pela atmosfera e pela superfície da Terra. As regiões mais claras da imagem eqüivalem as regiões mais frias e normalmente estão associadas ao topo das nuvens mais altas. As partes mais escuras são associadas as nuvens médias médias e baixas, baixas, ou ao solo descoberto. descoberto. A Figura 2 (b), obtida pelo mesmo satélite da Figura Figura 2 (a) praticamente ao mesmo mesmo tempo corresponde ao canal -1 (Imagem Visível). A grosso modo podemos dizer que.

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esta é uma fotografia preto e branco da Terra onde podemos observar  claramente as nuvens e as nuanças de luz produzidas pelo Sol.

Fig. 2 - Imagem GOES 8 de 28/06/99 12:00 12:00 UTC nos canais: canais: (a) Infravermelho ; (b) Visível Neste caso, ambas as imagens evidenciam a passagem de uma frente fria sobre o Uruguai. Ao norte da América do Sul, uma faixa de nuvens aglomeradas marcam a presença da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), que na época do ano em questão, o Inverno, situa-se em média, um pouco mais ao norte do Equador. Em contraposição, a imagem da Figura 1(a) independe da iluminação do Sol, visto que trata-se de radiação Infravermelha emitida pela Terra; o que não ocorre na imagem da Figura 1(b). Nesta última, percebe-se as sombras sombras nas nuvens devido a inclinação do Sol, assim como como as regiões iluminadas e não iluminadas (dia / noite) no horário da imagem. No entanto, as possibilidades dos satélites vão além da simples obtenção de imagens da Terra. Através de programas de computadores específicos, as medidas de radiação podem ser utilizadas na obtenção de uma série de outras informações derivadas e em formato apropriado aos Modelos Numéricos de Previsão do Tempo. Dentre os muitos tipos de dados obtidos, os mais comuns

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e disponíveis através do GTS são as informações de TOVS, SATEM, e SATOB. O TOVS (TIROS3 Operational Vertical Sonder ) corresponde a medidas de radiação em diversos regiões do espectro. Através destas medidas obtém-se perfis reconstituídos de temperatura e umidade em diferentes camadas da atmosfera, semelhante aos dados convencionais de radiossondagem. Na realidade, os dados de TOVS não possuem a mesma precisão dos dados de radiossondagens, porém os satélites obtêm estes dados continuamente sobre toda a superfície da Terra enquanto as radiossondagens, realizadas nas poucas estações meteorológicas de altitude, constituem dados isolados e por  isto insuficientes para a caracterização tridimensional do estado físico da atmosfera. Os dados de TOVS são obtidos através de satélites de orbita polar, atualmente NOAA-14. O SATEM é semelhante ao TOVS, porém obtido por satélites geoestacionários. Na Figura 3 são apresentadas as temperaturas obtidas através de um dos sensores do TOVS do satélite NOAA 14, mais especificamente o canal 6 do HIRS (High Resolution Infrared Radiation Sounder) Tal canal caracteriza as temperaturas atmosféricas próximo ao nível de 800 hPa (altitude aproximada de 2000 m acima do nível médio do mar). A cada nova passagem do satélite uma nova faixa de valores de temperatura é obtida, sendo observados valores desde 201 K ou –72 oC sobre as regiões polares até valores de aproximadamente 269 K ou –4 oC sobre o continente africano.

3

TIROS - Television Infra-red Observation Satelite

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Fig.3 - Temperatura atmosférica global procedente do canal 6 do HIRS do satélite NOAA 14 Fonte : EUMETSAT O SATOB, obtido exclusivamente por satélites geoestacionários, corresponde a dados de direção e velocidade dos ventos em vários níveis na atmosfera. A técnica de extração dos ventos emprega imagens sucessivas de cobertura de nuvens. Complexos programas de computador identificam o deslocamento e a evolução das nuvens em imagens sucessivas, estimando assim os valores de direção e velocidade dos ventos. Como exemplo, os vetores na Figura 4 representam a direção e velocidade dos ventos obtidos no CPTEC com dados provenientes do satélite geoestacionário GOES – 8.

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Fig. 4 - Campo de ventos obtidos a partir de imagens do GOES 8 Fonte: CPTEC É importante salientar que estes são apenas alguns dos muitos tipos de dados obtidos através dos satélites para a previsão do tempo. Informações relativas a temperatura da superfície do mar, umidade do solo, entre outras derivados dos dados de satélites, são igualmente importante para previsão do tempo e clima.

6. PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS (PCD) As PCDs são estações meteorológicas capazes de automaticamente obter  quase todos os tipos de dados obtidos por uma estação meteorológica de superfície convencional. Dotada de painel solar, dispensa o uso de energia elétrica. Os dados são transmitidos pelos satélites de coleta de dados ( No Brasil, pelo SCD2 do INPE ). Sua utilização estende-se nas áreas onde existem poucas estações meteorológicas convencionais, ou em áreas de difícil acesso como, por exemplo, a Amazônia.

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7. ANÁLISE DOS DADOS METEOROLÓGICOS E PREVISÃO DO TEMPO As estações de Superfície, as imagens de satélites, as radiossondagens, junto com dados obtidos por navios, aviões e bóias integram a massa de dados para as previsões do tempo. Estes dados são analisados através de cartas sinópticas. A partir da análise destas cartas são realizadas as previsões do tempo. Com a utilização de supercomputadores, o CPTEC tem realizado às análises e previsões através de modelos numéricos. A Figura 5 ilustra um recorte da análise dos campos de pressão do Modelo Global do CPTEC para as 0 horas GMT do dia 28 / 06 / 1999 , isto é , apenas 12 horas antes das imagens de satélite da Figura 2.

Fig. 5 - Análise do dia 28 / 06 /1999 00 GMT - Modelo Global CPTEC Através desta análise verificam-se dois centros de alta pressão, um sobre o Sul da Argentina com pressões em torno de 1026 hPa, outro sobre o Atlântico (1023 hPa). Estes centros de pressão caracterizam grandes massa de ar. A primeira, sobre a Argentina, certamente possui temperaturas baixas e avança em direção à segunda, no Atlântico, onde as temperaturas são maiores. A região de confronto entre as duas é denominada região de frente, que neste caso, por caracterizar o avanço de massa de ar frio sob a massa de ar quente,

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corresponde à uma frente fria que atua sobre o Uruguai. Na região da frente, temos baixas pressões e grandes movimentos de ar úmido , que produzem grande quantidade de nuvens e chuva. Uma característica interessante dos centros de alta pressão é a circulação dos ventos em torno destes centros. No Hemisfério Sul, a circulação dos ventos ocorre no sentido anti-horário e no Hemisfério Norte, no sentido horário. Tal movimento é chamado de circulação anti-cilclônica, que em partes é decorrente do movimento de rotação da Terra. Nos centros de baixa pressão o movimento é invertido, isto é, horário no Hemisfério Sul e anti-horário no Hemisfério Norte, sendo também chamado de circulação ciclônica. É o exemplo do ciclone situado no litoral sul da Argentina (Figura 5 ), que apresenta valores de pressão inferiores à 986 hPa. Tal ciclone encontra-se ainda associado à frente fria sobre o Uruguai. Podemos também perceber este ciclone através das imagens de satélite da Figura 2, através da disposição das nuvens em espiral. Na Figura 6 temos as previsões do modelo Global do CPTEC para as próximas 24 horas. Nesta figura, além dos campos de pressão estão sobrepostos os campos de precipitação acumulada no período.

Fig. 6 - Previsão de 24 horas Válida para 29/ 06/ 1999 00 GMT DSR/INPE

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Comparando-se o campo de pressão desta figura com a análise da Figura 2 , verificamos que o modelo prevê o sistema frontal sobre o Rio Grande do Sul , onde também são previstas chuvas, que se estendem sobre o oceano Atlântico. O centro de baixas pressões, associados à este sistema, desloca-se para leste enquanto a alta pressão, da retaguarda deste sistema, avança sobre o sul da Argentina. A Alta pressão do Atlântico estende-se por grande parte da Região Sudeste e Nordeste do Brasil, onde o tempo provavelmente permanece estável com poucas nuvens, exceto na região litorânea, compreendida entre o Estados da Paraíba e Rio Grande do Norte. Da mesma forma que foi gerada esta previsão, o Modelo Global do CPTEC gera previsões até 120 horas ( 6 dias ). Deve-se no entanto observar, que quanto mais longas forem as previsões do tempo, menos confiáveis elas serão. Além do Modelo Global, o CPTEC ainda disponibiliza os resultados do Modelo Regional ETA, que utiliza uma grade de resolução de cálculo de 40 x 40 Km de área para até 3 dias de previsão, portanto bem mais preciso que o modelo Global, que utiliza uma grade de 200 x 200 Km. Deste modo, exemplificamos como as informações meteorológicas são trabalhadas, até a saída das previsões numéricas do tempo. O Ultimo passo deste processo é a interpretação destas saídas pelos meteorologistas, que confeccionam os boletins escritos de previsão do tempo, para serem posteriormente divulgados. Estes boletins são atualizados diariamente na Internet.

8. CONCLUSÃO Para a previsão do tempo é necessário o envolvimento de grandes recursos e da cooperação entre os países. Os resultados são úteis para diversas áreas de atividade humana e também para a população em geral. No entanto, para que tais resultados possam ser melhor aproveitados, sejam estes por especialistas ou pelo público em geral, não basta ter acesso às informações. É necessário noções gerais de meteorologia, e ainda conhecimentos das mais diversas áreas, tais como a física, matemática e geografia entre outras, destacando a DSR/INPE

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importância do trabalho do professor, na divulgação desses conhecimentos.

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ahrens, C. D. Meteorology Today: An introduction to Weather, Climate and the Environment. 5. Ed. West Publishing Company, 1994 CENTRO DE PREVISÃO DO TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS: CPTEC.

Meio Ambiente e Ciências Atmosféricas: A utilização de Multimídia e da Rede Internet no ensino Público de Nível Médio. Disponível na Internet: http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/index.html [19 Jun. 2001] Fleming J. Historical Essays on Meteorology 1919-1995 , American Meteorological Society, Boston 1996. Novo, E. M. Sensoriamento remoto: Princípios e Aplicações, Edigard Blücher  São Paulo, 2a ed , 1998 THE EUROPEAN ORGANISATION FOR METEOROLOGICAL SATELLITES: EUMETSAT. CGMS Directory of Meteorological Satellite Applications. Disponível na Internet http://www.eumetsat.de/en/area2/cgms/cover.htm [19 Jun. 2001] Vianello, R.L. Meteorologia Básica e Aplicações . Viçosa, UFV Imprensa Universitária, 1991 WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION: WMO. One Hundred Years

of International Co-operation in Meteorology (1873-1973). WMO No. 345, Geneva, 1973

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CAPÍTULO 6

SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO À OCEANOGRAFIA M i l to n K a m pe l * INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO

*[email protected] 

ÍNDICE DSR/INPE

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LISTA DE FIGURAS .................................................................................... 6.5 1 APRESENTAÇÃO .................................................................................. 6.7 2 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 6.9 2.1 O QUE É OCEANOGRAFIA ............................................................. 6.9 2.2 SENSORIAMENTO REMOTO E OCEANOGRAFIA ......................... 6.9 2.3 POTENCIALIDADES DA TECNOLOGIA ESPACIAL NA OBSERVAÇÃO DOS OCEANOS .................................................. 6.11 3 APLICAÇÕES DO SENSORIAMENTO REMOTO EM OCEANOGRAFIA ............................................................................. 6.15 3.1 TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR ............................... 6.15 3.1.1 MUDANÇAS CLIMÁTICAS .................................................... 6.16 3.1.2 RESSURGÊNCIAS ................................................................ 6.18 3.1.3 VÓRTICES E FRENTES ....................................................... 6.19 3.2

COR D’ÁGUA ............................................................................. 6.20 3.2.1 CONCENTRAÇÕES SUPERFICIAIS DE CLOROFILA ........ 6.22 3.2.2 PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA .............................................. 6.24 3.2.3 GERENCIAMENTO COSTEIRO ........................................... 6.25

3.3

BÓIAS RASTREADAS POR SATÉLITES ................................. 6.27

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................. 6.28 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 6.30

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LISTA DE FIGURAS DSR/INPE

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Figura 1- Anomalia de temperatura da superfície do mar, entre 18 e 24 de   junho de 2002, nos Oceanos Atlântico (parte superior) e Pacífico (parte inferior). A escala de temperaturas encontram-se a direita, em cima ..............17 Figura 2 – Carta-imagem da temperatura da superfície do mar, produzida a partir de imagens do satélite NOAA-12, às 05:23h, mostrando o litoral do Rio de Janeiro próximo a Cabo Frio. A escala de temperaturas encontra-se a direita. Os valores em tons azuis correspondem às baixas temperaturas (< 19ºC) típicas da ressurgência. O continente e as nuvens estão mascarados em branco. A isóbata de 200 m de profundidade foi sobreposta á imagem........... 18 Figura 3 – Imagem termal processada do AVHRR/NOAA-14, de 08/08/2000, do litoral norte do RJ. Os tons azuis representam temperaturas mais frias enquanto que os tons amarelos e vermelhos têm valores de TSM mais altos (ver tabela de cores na figura). As setas mais largas indicam o sentido horário de rotação dos vórtices ciclônicos. As setas menores indicam a posição da frente termal. .................................................................................................... 20 Figura 4 – Imagem da concentração de clorofila-a superficial obtidas a partir do sensor SeaWiFS em 09/08/2000 sobre a costa sudeste brasileira. Os tons azuis correspondem a baixas concentrações de pigmentos. Os tons amarelo a vermelhos indicam concentrações mais altas de clorofila (notar a tabela logarítmica de cores na parte inferior da figura). As setas pequenas indicam a presença de uma frente oceânica. A seta mais larga indica o sentido de rotação do vórtice ciclônico ao largo de S. Tomé. As isóbatas de 500, 1000, 2000 e 3000 m de profundidade foram sobrepostas à imagem. .................................. 23 Figura 5 – Produtividade primária fitoplanctônica integrada média para o mês de agosto de 1998 estimada a partir de imagens SeaWiFS. A tabela de cores correspondentes aos valores de produtividade em g.C.m-2 encontra-se na parte inferior da figura. ..................................................................................... 25 Figura 6 – Mosaico de imagens Landsat 7, sensor ETM+, composição colorida 3B4G5R, do Baixo do Parnaíba (PI, MA e CE). ............................................... 26 Figura 7 – (a) Esquema de um derivador de baixo custo, padrão WOCE, rastreado por satélite. A parte submersa encontra-se em tons de azul. (b) Fotografia de um derivador padrão WOCE construído pelo INPE. .................. 27

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1

APRESENTAÇÃO

A Terra é um planeta aquático com dois terços de sua superfície coberta por  água. Mais da metade da radiação solar que chega à superfície terrestre é DSR/INPE

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primeiro absorvida pelos oceanos, onde é armazenada e redistribuída pelas correntes marinhas antes de ser liberada para a atmosfera. Enquanto que a atmosfera e os continentes suportam grandes variações de temperatura nas altas e médias latitudes, a temperatura do oceano permanece mais constante. O alto calor específico da água do mar impede que a amplitude da temperatura varie rapidamente ao longo do dia. Os processos atuantes nos oceanos são também importantes em relação à absorção de gases. Eles podem atrasar ou reduzir o impacto do aquecimento global provocado pelo aumento nas taxas de dióxido de carbono provenientes da queima de combustíveis fósseis. Além do aspecto climático e meteorológico, os oceanos são importantes por  outros motivos: o comércio internacional se utiliza muito dos meios marinhos, e programas de defesa nacionais são cada vez mais dependentes de operações navais. Da mesma forma, os recursos pesqueiros abastecem uma fração significativa da proteína consumida mundialmente. Além disso, a física, química, biologia e geologia dos oceanos são fundamentais para o desenvolvimento e gerenciamento desses recursos vivos. Os oceanos também, assimilam grande, se não a maior parte da poluição antropogênica, desde derramamentos de óleo, esgotos domésticos e industriais, até lixo atômico. No fundo oceânico existem grandes depósitos de minerais valiosos – óleo e fontes potenciais de minerais estratégicos. Os depósitos oceânicos fornecem um quadro da evolução climática global ao longo de milhões de anos. A topografia do solo oceânico e suas propriedades magnéticas fornecem, similarmente, uma visão da evolução das crostas oceânica e continental. Por mais de um século, os oceanógrafos vem elaborando uma descrição científica dos oceanos a partir de medições realizadas no mar. Entretanto, essa descrição é limitada pela cobertura esparsa de dados na maioria dos oceanos do planeta. Os dados obtidos tendem a vir de navios (de pesquisa ou de DSR/INPE

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oportunidade) que muitas vezes são obrigados a alterar suas rotas normais em função de condições meteorológicas adversas ou pela presença de gelo no mar. Grandes áreas oceânicas, particularmente no Hemisfério Sul, são pouco visitadas por quaisquer navios. Além disso, os oceanos apresentam uma grande variabilidade espaço-temporal, necessitando de medições freqüentes em locais bem distribuídos ao redor de todo o globo terrestre. O sensoriamento remoto a partir de instrumentos orbitais ou aerotransportados, fornece uma visão sinóptica dos oceanos, que associada a recursos computacionais cada vez mais sofisticados, apresenta novas perspectivas para a descrição e o entendimento dos oceanos. A quantidade de parâmetros oceanográficos que podem ser medidos e monitorados por sensoriamento remoto é bem ampla. As aplicações dos dados orbitais são tão diversas que podemos considerar este meio de aquisição de informações para a oceanografia como um todo – biológica, química, geológica e física – tão eficaz como as informações obtidas por meios convencionais. Este capítulo “Sensoriamento Remoto Aplicado à Oceanografia” pretende apresentar, de forma resumida, alguns aspectos relacionados à Oceanografia e ao Sensoriamento Remoto dos oceanos, além de alguns exemplos de aplicações da tecnologia espacial no estudo oceanográfico. Espero que seja útil. Milton Kampel Julho de 2002 São José dos Campos - SP

2. INTRODUÇÃO 2.1

O QUE É OCEANOGRAFIA

Segundo o dicionário, a Oceanografia é o “estudo das características físicas e biológicas dos oceanos e dos mares”. Já segundo a UNESCO, a Oceanografia é uma “ciência universal, que tem por objetivo o estudo do meio marinho, sua flora, sua fauna e seus limites físicos com a terra firme e a atmosfera. Como DSR/INPE

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qualquer outra ciência, ela se baseia no método experimental (...). Devido às grandes dimensões dos fenômenos oceânicos e do fato de que eles raramente são gerados num mesmo lugar, a oceanografia depende da cooperação internacional”. Na verdade, a Oceanografia é uma disciplina multi e interdisciplinar, envolvendo diversas áreas como a Meteorologia, Paleontologia, Cartografia, Engenharia, Sensoriamento Remoto, Administração/Marketing, entre outras. A Oceanografia pode ser considerada como o estudo científico dos oceanos com ênfase no seu caráter como Ambiente. É convenientemente dividida em: Oceanografia Biológica, Oceanografia Física, Oceanografia Química e Oceanografia Geológica. O principal objetivo do estudo oceanográfico é obter uma descrição sistemática dos oceanos, suficientemente quantitativa para permitir a previsão de seu comportamento com algum grau de certeza.

2.2

SENSORIAMENTO REMOTO E OCEANOGRAFIA

O Sensoriamento Remoto não está limitado a geração e interpretação de dados na forma de imagens. Por exemplo, dados de pressão, temperatura e umidade em diferentes níveis da atmosfera são rotineiramente coletados por  serviços meteorológicos, através do emprego de balões e foguetes meteorológicos. Informações científicas sobre diferentes níveis atmosféricos também são coletadas por métodos de rádio-sondagens operados tanto por  estações terrestres, como a bordo de satélites. Ondas ultra-sônicas, apesar de serem fortemente atenuadas na atmosfera, podem se propagar por grandes distâncias submarinas. Daí sua aplicabilidade em medições das profundidades em rios ou oceanos (batimetria), inspeções submarinas, caça de minas submersas, detecção de cardumes e comunicações submarinas.

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Como já mencionado anteriormente, a descrição científica dos oceanos a partir  de medições realizadas no mar é limitada pela cobertura esparsa de dados na maioria dos oceanos do planeta. Por outro lado, a quantidade de parâmetros oceanográficos que podem ser medidos com o emprego de tecnologia espacial é bem ampla. Se por um lado, alguns oceanógrafos mais conservadores afirmam que as informações obtidas por satélites não podem ser tão precisas ou relevantes como quando coletadas por embarcações de pesquisa, cabe lembrar que técnicas de sensoriamento remoto tem sido empregadas, ao longo dos anos, por vários oceanógrafos utilizando métodos acústicos nos oceanos. Ondas sonoras tem sido utilizadas para estudos do fundo e subfundo marinho, para observação do material em suspensão na água do mar, para estudos biológicos, determinações de estruturas termohalinas, medições de velocidade pelo efeito Doppler etc. Desta forma, não haveria nenhuma objeção fundamental impedindo a extensão das técnicas de sensoriamento remoto nos oceanos, com a utilização das ondas eletromagnéticas através da atmosfera. A representatividade dos dados de sensoriamento remoto para parâmetros oceanográficos dependentes da profundidade ou que apresentem variações temporais de alta freqüência é válida, na medida em que se analisam três aspectos: 1) Inicialmente, para quaisquer variações que ocorram em profundidades nos oceanos, são os parâmetros superficiais - temperatura, velocidades, concentrações salinas, de gases dissolvidos etc. - que controlam as interações energia/matéria entre o oceano e a atmosfera. Desta forma, apesar da coleta de dados via SR ocorrer em apenas uma única profundidade, praticamente, trata-se do nível mais importante, ou seja, a superfície;

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2) Outros aspectos positivos a serem considerados são: a visão sinóptica, a alta resolução espacial (para determinados sensores) e a possibilidade de se obter séries temporais de dados consistentes por longos períodos, mesmo para locais oceânicos isolados; 3) Ainda, podemos considerar o fato de que os dados obtidos via SR incorporam um valor médio, por unidade de área, automaticamente, sendo particularmente relevantes para testar previsões de modelos numéricos.

2.3

POTENCIALIDADES DA TECNOLOGIA ESPACIAL NA OBSERVAÇÃO DOS OCEANOS

É conveniente classificar os sensores e instrumentos de SR de acordo com o comprimento de onda eletromagnética usada, ou seja, as regiões do visível (ótico), infravermelho-próximo, infravermelho-termal, microondas e ondas de rádio. Outra classificação importante, separa os sensores passivos do sensores ativos. Em um sistema passivo, o instrumento de SR simplesmente detecta qualquer radiação que esteja no comprimento de onda (ou bandas espectrais) para a qual o instrumento foi projetado. Em um sistema ativo, o próprio instrumento de SR gera radiação, transmite esta radiação em direção ao alvo, e extrai informações a partir do sinal de retorno. Robinson (1985) classifica os sensores de comprimento de onda visível como passivos em relação à fonte de radiação inicial, a iluminação do sol. Esta é refletida pelo mar e atinge o satélite, de forma que a informação que se busca por meio do imageamento da cor da água está relacionada com os processos de reflexão e retroespalhamento. Uma vez que o sensor evite a reflexão direta da luz solar, a radiação ascendente conterá informações conseqüentes dos processos de retroespalhamento do corpo d’água. Os sensores que atuam na região espectral do visível respondem diretamente às condições da parte superior da coluna d’água. Em águas claras, a luz refletida pelo fundo pode ser  vista do espaço, e sua intensidade depende do tipo de fundo e da DSR/INPE

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profundidade, tornando assim a batimetria e a identificação de diferentes tipos de fundo duas aplicações viáveis para estes sensores. Os

sensores

do

infravermelho-próximo

apresentam

um

caráter

de

complementaridade em relação aos do visível, ainda que a absorção da água aumente para comprimentos de onda maiores que 800 nm, de forma mais rápida. Sensores operando na faixa entre 3 µm e 4 µm registrarão quantidades apreciáveis de energia solar refletida durante o período diurno, mas no período noturno, registrarão a radiação emitida pela superfície do mar. Esta radiação emitida é predominante para comprimentos de onda entre 10 µm e 12 µm, de forma que, sensores operando na faixa do infravermelho-termal podem ser utilizados para estimar a temperatura da superfície do mar. Ainda que os laseres tenham sido mais empregados para sondar a atmosfera, cada vez mais eles são instalados em aeronaves e navios, voltados diretamente para baixo, para investigar a hidrosfera. O SR dos oceanos, lagos e rios é possível por meio das radiações visível, infravermelha e microondas. Os laseres operando numa ampla faixa do espectro, tem dado uma nova dimensão às pesquisas hidrográficas e oceanográficas, permitindo um alto grau de resolução em profundidade e uma pesquisa subsuperficial que é inatingível por outras técnicas de SR. Os radiômetros passivos são equipamentos que medem o fluxo de energia eletromagnética que chega aos seus sensores direcionalmente. Medem comprimentos de onda até a região de microondas, e podem ser utilizados na determinação da temperatura da superfície do mar. A radiação emitida pela superfície marinha depende da emissividade desta (ou seja, o fluxo radiante emitido por uma superfície, dividido por sua área denomina-se “exitância radiante”; a emissividade é a razão entre a exitância radiante de um corpo e a exitância radiante de um corpo negro a uma mesma temperatura). Se fossem realizadas medições em vários bandas espectrais, no infravermelho e nas

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microondas, seria possível, em princípio, obter informações da emissividade e dos parâmetros dos quais ela depende, incluindo aí a salinidade, películas superficiais de óleo, fluxos de calor superficial, etc. Sensores de microondas ativos são desenvolvidos para aplicações específicas, como o estudo de correntes, marés, estado-do-mar, velocidade e direção de ventos superficiais, espectro direcional de ondas, ondas internas, entre outras. A possibilidade de aplicações dos sensores ativos ainda pode ser bastante desenvolvida. Os sensores de microondas ativos utilizam o retroespalhamento das ondas eletromagnéticas na superfície marinha para obter informações a nível orbital, mesmo na presença de nuvens. Pelo registro do tempo de retorno de um pulso emitido na direção nadir (isto é, na vertical do local), o radar altímetro consegue medir a altitude da superfície marinha, em relação à sua própria posição. Uma vez que sua posição possa ser definida precisamente, é possível determinar a altitude da superfície marinha em relação ao geóide terrestre. Esta informação é útil no estudo de marés e da circulação oceânica. Além disso, a deformação do pulso refletido transporta informações sobre a altura de ondas significativas. O radar de abertura sintética (Synthetic Aperture Radar  - SAR) é capaz de processar a medição do tempo e da fase do sinal retroespalhado, e de sua amplitude. Este processamento permite a produção de uma imagem do retroespalhamento da superfície, ou seja, da rugosidade desta superfície como é vista pelo radar. É possível obter uma resolução espacial na ordem de dezenas de metros. A rugosidade medida é causada por pequenas ondas, de poucos centímetros de comprimento. Esta técnica orbital permite detectar  ondas de gravidade, ondas internas, feições topográficas de fundo, esteiras de navios, derramamentos de óleo, etc. Outra tecnologia espacial cada vez mais utilizada no monitoramento oceânico é o emprego de plataformas remotas para a aquisição de dados com telemetria via satélite. Bóias de deriva ou ancoradas medem in situ diferentes parâmetros DSR/INPE

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oceanográficos e meteorológicos em diferentes regiões do oceano mundial, transmitindo os dados via satélites. Estes dados são utilizados em estudos da circulação oceânica, transporte de calor, calibração de imagens orbitais termais, entre outras aplicações. Atualmente, os benefícios do SR na Oceanografia brasileira ainda são restritos. O planejamento, gerenciamento e

monitoramento de recursos naturais

necessitam de dados constantemente atualizados, que possam ser  interrelacionadas em diferentes conjuntos de informações para auxiliar a tomada de decisão de forma ampla e objetiva. Os

Sistemas

de

Informações

Geográficas

(SIG)

são

ferramentas

computacionais para Geoprocessamento que permitem realizar análises complexas, integrando dados de diversas fontes e criando bancos de dados georreferenciados. Os SIG’s são normalmente utilizados para a produção de mapas, como suporte para a análise espacial de fenômenos, como um banco de dados geográficos com funções de armazenamento e recuperação de informações espaciais, e ainda na modelagem de processos e fenômenos naturais permitindo o diagnóstico ambiental e seus prognósticos. Num ambiente computacional, a noção de mapa deve ser estendida para incluir  diferentes tipos de dados como imagens de satélites, modelos numéricos e dados coletados in situ . Um SIG é capaz de integrar numa única base de dados, informações espaciais provenientes de imagens de satélites, mapas cartográficos, arquivos batimétricos, dados oceanográficos e meteorológicos históricos, dados coletados in situ , entre outros. O SIG oferece também, mecanismos para combinar as várias informações através de algoritmos de manipulação e análise, e para consultar, recuperar, visualizar e plotar o conteúdo da base de dados georreferenciados.

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3. APLICAÇÕES DO SENSORIAMENTO REMOTO EM OCEANOGRAFIA 3.1

TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR

As imagens infravermelhas dos oceanos obtidas, por satélites, têm sido utilizadas no estudo de diversos fenômenos e processos oceanográficos como as correntes marinhas, as frentes oceânicas, eventos de ressurgência, processos de mistura nas águas costeiras, a partir da observação de variações na temperatura da superfície do mar (TSM). Inicialmente, só se obtinham dados de satélites no infravermelho na forma fotográfica como subproduto de imagens meteorológicas. A medida em que dados digitais em maior quantidade e melhor qualidade foram sendo disponibilizados, foi sendo possível efetuar estimativas quantitativas da TSM. Estas estimativas tornaram-se possíveis tanto com a utilização de medições realizadas em apenas uma banda espectral, como combinando-se medições de diferentes canais espectrais, obtendo-se desta forma, dados mais precisos (cerca de 0,5ºC). Os dados digitais podem ainda, ser realçados radiometricamente para a geração de imagens capazes de mostrar pequenas variações de temperatura. Da mesma forma, uma precisa correção geométrica destas imagens permite a realização de análises multitemporais ou então, de dados provenientes de diferentes fontes (por exemplo, outros sensores, coletados por embarcações, etc.). A obtenção da TSM a partir de radiômetros de infravermelho tem sido empregada em diversas aplicações oceanográficas tais como em estudos de mudanças climáticas globais, identificação de ressurgências, vórtices, meandramentos e frentes, fornecimento de suporte à pesca de peixes pelágicos, monitoramento dos campos de TSM e/ou correntes oceânicas superficiais, entre outros. Na literatura nacional e internacional, podem ser  encontrados diversos trabalhos que demonstram a utilidade das imagens termais em estudos oceanográficos. DSR/INPE

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3.1.1 MUDANÇAS CLIMÁTICAS A Figura 1 mostrada a seguir ilustra os campos médios de anomalia de temperatura da superfície do mar entre 18 e 24 de junho de 2002, para os Oceanos Atlântico e Pacífico, respectivamente. Estes mapas foram produzidos pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do INPE a partir de dados de satélites disponibilizados pelo Centro de Previsão do Tempo dos Estados Unidos – NCEP/NOAA. As anomalias de temperatura da superfície do mar são calculadas pelos desvios dos valores de TSM em relação a médias climatológicas obtidas por  séries longas de dados de satélites. Nesta figura, podemos observar que os valores de TSM estão indicando uma evolução gradual do fenômeno El Niño no Oceano Pacífico. No Oceano Atlântico Sul, as águas superficiais entre a América do Sul e a costa oeste e sul da África permanecem quentes em relação a semanas anteriores. Já no Atlântico Norte, notam-se desvios negativos da TSM próximos à costa noroeste da África, sugerindo a presença de uma banda de nebulosidade normalmente associada à Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Neste caso, a posição atual da ZCIT estaria ligeiramente ao sul da sua posição média climatológica.

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Figura 1 – Anomalia de temperatura da superfície do mar, entre 18 e 24 de   junho de 2002, nos Oceanos Atlântico (parte superior) e Pacífico (parte inferior). A escala de temperaturas temperaturas encontra-se a direita, em cima. cima. Eventos como o El Niño, que causam enormes prejuízos materiais e até perdas de vidas humanas, e o potencial efeito do aquecimento global devido ao aumento nos níveis de dióxido de carbono na atmosfera proveniente da queima de combustíveis fósseis (efeito estufa), enfatizam a importância do monitoramento oceânico realizado com auxílio de satélites para estudos e previsões climáticas.

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3.1.2 RESSURGÊNCIAS A Figura 2 mostra a ocorrência de um evento de ressurgência costeira na região de Cabo Frio, RJ. A imagem termal foi adquirida pelo sensor AVHRR (  Advanced Very High Resolution Radiometer ), instalado a bordo do satélite NOAA-12, na madrugada madrugada de 15 de dezembro dezembro de 2000. 2000. Os tons em vermelho vermelho ao largo na imagem com valores altos de TSM (>23ºC) estão associados à Corrente do Brasil. Esta corrente quente, salina e pobre em sais nutrientes, banha grande parte da costa brasileira.

Figura 2 – Carta-imagem da temperatura da superfície do mar, produzidas a partir de imagens do satélite NOAA-12, às 05:23h, mostrando o litoral do Rio de Janeiro próximo a Cabo Frio. A escala de temperaturas encontra-se a direita. Os valores em tons azuis correspondem às baixas temperaturas (< 19ºC) típicas da ressurgência. O continente e as nuvens estão mascarados em branco. A isóbata de 200 m de profundidade foi sobreposta á imagem. Na região de Cabo Frio, quando sopram ventos intensos e constantes do quadrante NE, ocorre o fenômeno da ressurgência. As águas de subsuperfície, mas frias e ricas em nutrientes, são bombeadas para níveis mais rasos, chegando a aflorar na superfície. A presença destas águas subsuperficiais pode ser facilmente notada na imagem da Figura 2 em tons azuis, com TSM’s abaixo de 19ºC.

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3.1.3 VÓRTICES E FRENTES A Figura 3 apresenta uma imagem termal, processada, do satélite NOAA-14 obtida em 8 de agosto de 2000 sobre o litoral norte do RJ. Os tons vermelhos na imagem, com valores de TSM acima de 23ºC estão associados à Corrente do Brasil, fluindo de nordeste para sudoeste. As águas sobre a plataforma continental, com TSM’s mais baixas (< 22ºC), ficam separadas das águas quentes da Corrente do Brasil por uma frente termal, onde são observados intensos gradientes horizontais de temperatura. Nestas regiões oceânicas ocorrem agregações passivas de organismos com pouca ou nenhuma capacidade natatória que servem de alimento para outros consumidores mais evoluídos. Daí seu interesse para a pesca oceânica de peixes pelágicos e outros recursos marinhos. A posição aproximada da frente está assinalada na Figura 3 por pequenas setas sucessivas. sucessivas. Entre as latitudes 22º-23ºS e as longitudes 40º-41ºW, e em torno da posição 24ºS-42ºW, podemos notar a presença de dois vórtices ciclônicos, com rotação no sentido horário (ver indicação das setas mais largas na Figura 3). Estas estruturas de mesoescala provocam misturas verticais e horizontais de águas com características físicas e químicas diferentes. Desta forma, processos biológicos nestas regiões acabam sendo influenciados por estes forçantes físicos alterando temporariamente a estrutura e o funcionamento do ecossistema.

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Figura 3 – Imagem termal processada do AVHRR/NOAA-14, de 08/08/2000, do litoral norte do RJ. Os tons azuis representam temperaturas mais frias enquanto que os tons amarelos e vermelhos têm valores de TSM mais altos (ver tabela de cores na figura). As setas mais largas indicam o sentido horário de rotação dos vórtices ciclônicos. As setas menores indicam a posição da frente termal.

3.2

COR DA ÁGUA

A cor do oceano é resultante da energia solar retroespalhada pela superfície marinha e pela coluna d’água. O azul escuro do oceano profundo é típico de águas com baixas concentrações de organismos fitoplanctônicos (algas unicelulares marinhas) ou outras substâncias opticamente ativas (materiais

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orgânico e inorgânico). A medida que se aproxima da costa, a entrada de nutrientes no ambiente aquático geralmente aumenta, com conseqüente desenvolvimento de maiores concentrações de fitoplâncton e mudança de cor  do azul para o verde. O fitoplâncton altera as propriedades ópticas da água do mar (Yentsch, 1959; Clarke et al ., 1970). Quanto mais próximo da costa, maior a contribuição de sedimentos e material dissolvido provenientes do continente. A cor da água muda para amarelo-marron chegando a vermelha em certas circunstâncias. Estas cores percebidas pelo olho humano podem ser quantificadas por  medidas da distribuição espectral da radiância ascendente da água realizadas por sensores instalados em satélites. Avaliações quantitativas das propriedades bio-ópticas da água do mar  requerem métodos precisos de correção atmosférica, visto que, cerca de 90% do sinal detectado pelos sensores orbitais provêm da atmosfera. Assumindo que a contribuição atmosférica ao sinal do satélite pode ser  estimada, resta interpretar a radiância ascendente ressurgente da água em termos das características ópticas das camadas superiores do oceano (ou em termos das variações nas concentrações e tipos de material dissolvido e particulado que contribuem para variações nestas propriedades ópticas). As equações utilizadas nestes procedimentos são coletivamente referidas como algoritmos bio-ópticos (Smith e Baker, 1978; Clark, 1981). Da irradiância que chega aos oceanos, 90% retorna à atmosfera e é proveniente da primeira profundidade óptica, ou seja, da profundidade até onde a irradiância é reduzida a 37% (1/e) do seu valor na superfície (Gordon e McCluney, 1975). Por isso, a determinação da concentração de pigmentos, através do sensoriamento remoto orbital, é restrito a esta camada.

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Apesar destas limitações, aliadas à cobertura por nuvens, tem se desenvolvido diversas aplicações oceanográficas com a utilização de dados orbitais da cor  do oceano. Entre estas, podemos citar os estudos de processos dinâmicos de correntes de maré, lançando mão da distribuição de sedimentos em suspensão como traçador. Estas imagens podem ainda ser utilizadas para monitorar  plumas de sedimentos carreados por rios para a região costeira, servindo como indicadores auxiliares no controle da poluição marinha. Da mesma forma, plumas de efluentes domésticos e/ou industriais também podem ser  monitorados com esta tecnologia. A cor da água do mar é, algumas vezes, alterada pela presença de determinados tipos de poluentes. A obtenção rotineira de dados quantitativos das propriedades bio-ópticas dos oceanos permite ainda o exame dos fatores oceânicos que afetam as mudanças globais. Desta forma, torna-se possível avaliar o papel dos oceanos no ciclo global do carbono, assim como em outros ciclos biogeoquímicos, através de programas de pesquisa abrangentes.

3.2.1 CONCENTRAÇÕES SUPERFICIAIS DE CLOROFILA Rotineiramente, os dados da cor do oceano obtidos por satélites são empregados para estimar as concentrações de clorofila na superfície do mar. A partir de imagens da concentração superficial de pigmentos, como a clorofila-a, é possível observar sinopticamente feições biológicas de sistemas dinâmicos como os grandes giros subtropicais, frentes oceânicas, ressurgências e vórtices de mesoescala (Peláez e McGowan, 1986; Biggs e Müller-Karger, 1994; Santamaria-del-Angel et al., 1994; Monger  et al., 1997; entre outros). Laurs e Brucks (1985) demonstraram a utilização dos mapas de concentração de pigmentos no estudo da distribuição de capturas de tunídeos. Segundo Hooker e McClain (2000), os mapas de concentrações de clorofila-a obtidos atualmente têm acurácia de ±30% no intervalo entre 0,05-50 mg.m-3.

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A Figura 4 apresentada a seguir mostra os campos superficiais de concentração de clorofila-a obtidos pelo processamento da imagem SeaWiFS de 09/08/2000. Os tons azuis correspondem a baixas concentrações de pigmentos, típicas das águas oligotróficas da Corrente do Brasil. Os tons de amarelo a vermelho correspondem a águas mais ricas em clorofila, normalmente localizadas mais próximo à costa. As setas pequenas na imagem indicam a presença de uma frente oceânica formada entre as águas pobres e oceânicas da Corrente do Brasil, e as águas mais ricas sobre a plataforma.

Figura 4 – Imagem da concentração de clorofila-a superficial obtida a partir do sensor SeaWiFS em 09/08/2000 sobre a costa sudeste brasileira. Os tons azuis correspondem a baixas concentrações de pigmentos. Os tons amarelo a vermelhos indicam concentrações mais altas de clorofila (notar a tabela logarítmica de cores na parte inferior da figura). As setas pequenas indicam a presença de uma frente oceânica. A seta mais larga indica o sentido de rotação do vórtice ciclônico ao largo de S. Tomé. As isóbatas de 500, 1000, 2000 e 3000 m de profundidade foram sobrepostas à imagem. DSR/INPE

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A seta mais larga quase em frente a Cabo de São Tomé, indica o sentido de rotação de um vórtice ciclônico presente na imagem. Feições oceanográficas de mesoescala também podem ser visualizadas em imagens da cor do oceano, da mesma forma como em imagens termais.

3.2.2 PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA A velocidade com que as concentrações de clorofila variam no tempo e/ou quanta fotossíntese está ocorrendo durante o dia é chamada de produtividade primária (primária porque é a fase inicial e crítica da teia alimentar). A análise de séries temporais de imagens da cor do oceano permite que se conheça a magnitude e a variabilidade das concentrações de clorofila e da produtividade primária em escala global. Com isso, pode-se tentar quantificar as relações entre a física dos oceanos e os padrões de produtividade em grande e mesoescala (McClain et al .,1992). A Figura 5 mostra um mapa médio da produtividade primária fitoplanctônica integrada na coluna d’água (g.C.m-2) para o mês de agosto de 1998. A tabela de cores aparece na parte inferior da figura. Os tons azuis, típicos de águas oceânicas pobres, correspondem aos menores valores de produtividade. Os tons de verde a vermelho, correspondentes a valores de produção primária mais altos, são encontrados em regiões costeiras, de divergência equatorial e em áreas de ressurgência. É interessante notar a mais alta produtividade do Oceano Atlântico Norte em relação ao Atlântico Sul, nesta época do ano. Este mapa foi obtido a partir de um algoritmo semi-analítico baseado nas relação fundamental entre fotossíntese e luz. A produção primária é expressa como função da biomassa fitoplanctônica e da irradiância disponível em diferentes níveis de profundidades. A biomassa fitoplanctônica na camada superficial é determinada pela concentração de clorofila-a obtida por imagens da cor do oceano. A irradiância disponível na superfície do mar foi calculada por modelos de transferência radiativa (Gregg e Carder, 1990), e a irradiância DSR/INPE

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disponível abaixo da superfície do mar foi estimada por modelos de atenuação na coluna d’água (Sathyendranath e Platt, 1988).

Figura 5 – Produtividade primária fitoplanctônica integrada média para o mês de agosto de 1998 estimada a partir de imagens SeaWiFS. A tabela de cores correspondentes aos valores de produtividade em g.C.m-2 encontra-se na parte inferior da figura.

3.2.3 GERENCIAMENTO COSTEIRO A Zona Costeira abriga um mosaico de ecossistemas de alta relevância ambiental, cuja diversidade é marcada pela transição de ambientes terrestres e marinhos, com interações que lhe conferem um caráter de fragilidade. A maior  parte da população mundial vive em zonas costeiras, e há uma tendência permanente ao aumento da concentração demográfica nessas regiões. Em síntese, pode-se dizer que a sustentabilidade das atividades humanas nas zonas costeiras depende de um meio marinho saudável e vice-versa. Desta forma, a atividade de gerenciamento deste amplo universo de trabalho implica, fundamentalmente, na construção de um modelo cooperativo entre os diversos níveis e setores do governo, e deste com a sociedade. O Zoneamento Ecológico-Econômico (ZEE) é um dos instrumentos do Gerenciamento Costeiro que baliza o processo de ordenamento territorial DSR/INPE

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necessário para a obtenção das condições de sustentabilidade ambiental do desenvolvimento da Zona Costeira. A Figura 6 a seguir mostra a área do Baixo Rio Parnaíba, entrte os estados do Pi, MA e CE, incluindo o seu delta. Incorporando a área marinha, até a isóbata de 20 m, à porção terrestre, tem-se uma área total de 16.744,25 km2. Esta região é alvo de diferentes interesses que visam a alterar suas condições de uso e ocupação. O avanço da ocupação sobre a área e a intensificação de alguns usos têm aumentado as ameaças quanto à degradação ambiental e à dilapidação do patrimônio natural. Para garantir a sustentabilidade do seu desenvolvimento, foi elaborado um ZEE como um passo importante para orientar planos de gestão.

Figura 6 – Mosaico de imagens Landsat 7, sensor ETM +, composição colorida 3B4G5R, do Baixo do Parnaíba (PI, MA e CE).

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3.3 BÓIAS RASTREADAS POR SATÉLITES Como mencionado anteriormente, existem outros tipos de dados úteis aos estudos oceanográficos, que não na forma de imagens, mas que podem ser  obtidos com auxílio da tecnologia espacial. Bóias ancoradas e derivadores rastreados por satélites, têm sido desenvolvidos e utilizados pelo INPE desde 1985, para estudos ambientais e oceanográficos nas regiões da Antártica, Oceano Atlântico Sudoeste, e Atlântico Tropical. O índice de aproveitamento utilizando a telemetria de dados por satélites, como por exemplo, através do Sistema Argos, têm sido excelente, o que nos motiva a continuar trabalhando desta forma. Atualmente temos em atividade 10 derivadores de baixo custo, padrão WOCE (Figura 7), na costa brasileira. Suas trajetórias, bem como os dados de temperatura da água e pressão ao nível do mar coletados por eles, podem ser  acessados pela internet em: http://www.dsr.inpe.br/pnboia/pnboia.html

Figura 7 – (a) Esquema de um derivador de baixo custo, padrão WOCE, rastreado por satélite. A parte submersa encontra-se em tons de azul. (b) Fotografia de um derivador padrão WOCE construído pelo INPE.

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Pelo menos outros 50 derivadores do mesmo tipo foram lançados na nossa costa, nos últimos anos, estando atualmente inativos. O Programa Nacional de Bóias, conduzido pelo INPE e pela Marinha do Brasil, pretende continuar  lançando outros derivadores nos próximos anos. Os dados coletados por estes derivadores são utilizados em estudos da circulação oceânica, transporte de calor, calibração de imagens orbitais termais, previsões meteorológicas marinhas, entre outras aplicações. O

Projeto

Pirata

(http://www4.cptec.inpe.br/pirata/)

é

uma

iniciativa

internacional, com participação do INPE que pretende estudar as interações entre o oceano e a atmosfera na região do Atlântico Tropical que sejam relevantes para os estudos sobre as mudanças climáticas. De um total de 12 bóias fundeadas em atividade atualmente, 6 estão sob responsabilidade do Brasil. Os dados oceanográficos e meteorológicos adquiridos automaticamente por estas bóias são transmitidos via Sistema ARGOS. Depois de processadas, todas as informações são disponibilizadas pela internet.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Além dos exemplos de aplicações apresentados acima, cabe mencionar que diversos outros parâmetros e variáveis de interesse oceanográfico também são obtidos com o emprego de tecnologia espacial. Como exemplo, podemos citar: a detecção de derrames de óleo no mar através de radares de abertura sintética, intensidade e direção dos ventos superficiais, altura e direção de ondas, entre outros, através de altímetros e escaterômetros. Esperamos ter demonstrado, ainda que de forma sucinta, a capacidade dos satélites de pesquisa em medir parâmetros e/ou variáveis oceânicas importantes para o clima, monitoramento ambiental, pesca, transporte marítimo, segurança nacional, etc. Mesmo com a tecnologia espacial

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atualmente disponível, ainda existe uma insuficiência de informações em muitas regiões do nosso planeta. Diversos projetos de pesquisa que utilizam dados coletados por satélites têm ampliado o nosso entendimento sobre o sistema oceano. Evidências deste progresso são os novos programas que utilizam a tecnologia espacial para aplicações em oceanografia. Atualmente, quase todos os ramos da Oceanografia consideram o Sensoriamento Remoto como uma ferramenta de grande utilidade na aquisição de dados de interesse. O desafio àqueles que desenvolvem pesquisas em Sensoriamento Remoto, mais especificamente na área de Oceanografia, é o de explorar teorias e conceitos e desenvolver aplicações que não se concretizariam somente com a utilização de métodos convencionais. Neste contexto geral, são incluídos os estudos de processos oceanográficos que requerem uma resolução espacial sinóptica e uma capacidade de amostragem por longo período, características estas possíveis de serem obtidas com o emprego de satélites. As áreas mais promissoras são as que utilizam dados coletados convencionalmente - por bóias e navios, e por observações orbitais de forma complementar, afim de se revelar uma perspectiva mais ampla para o estudo e entendimento de processos e fenômenos oceanográficos. Se desejamos acompanhar esta evolução, não devemos esquecer os princípios básicos envolvidos na aquisição de dados por Sensoriamento Remoto, bem como não podemos deixar de conhecer os sistemas e os sensores em disponibilidade e suas técnicas de utilização, para nos beneficiarmos da melhor forma possível, de mais esta conquista do Homem na procura da compreensão do meio em que vive.

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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Biggs, D.C.; Müller-Karger, F.E. Ship and satllite observations of chlorophyll stocks in interacting cyclone-anticyclone eddy pairs in the western Gulf of  Mexico. Journal of Geophysical Research, 99:7371-7384. 1994 Clark, D.K. Phytoplankton pigment algorithm for the NIMBUS-7 CZCS. In: Gower, J.R.F., Ed., Oceanography from Space, New York, Plenum Press, 227-237. 1981 Clarke, G.L.; Ewing, G.C.; Lorenzen, C.J. Spectra of backscattered light from the sea obtained from aircraft as a measure of chlorophyll concentration. Science, 167:1119-1121. 1970 Gordon, H.R.; McCluney, W.R. Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing. Appl. Optics, 140:413-416. 1975 Gregg, W.W.; Carder, K.L. A simple spectral solar irradiance model for  cloudless - maritime atmospheres. Limnol. Oceanogr., 35(8):1657-1675. 1990 Hooker, S.B.; McClain, C.R. The calibration and validation of SeaWiFS data. Progress in Oceanography, 45:427-465. 2000 Laurs, R.M.; Brucks, J.T. Living marine resources applications. In: Advances in Geophysics, V.27, Saltzman, B., Ed., Academic Press, New York, 419452pp. 1985 McClain, C.; Esaias, W.E.; Barnes, W.; Guenther, B.; Endres, D.; Hooker, S.B.; Mitchell, B.G.; Barnes, R. SeaWiFS calibration and validation Plan: In: Hooker, S.B.; Firestone, E.R., eds., SeaWiFS Technical Report Series, V.3 (NASA Technical Memorandum 104566). NASA, Washington, DC, 43p. 1992.

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Monger, B.; McClain, C.; Murtuguude, R. Seasonal phytoplancton dynamics in the eastern tropical Atlantic. J. Geph. Res., 102:12389-12411. 1997 Peláez, J.; McGowan, J.A. Phytoplancton pigment patterns in the California Current as determined by satellite. Limnol. Oceanogr., 31(5):927-950. 1986 Robinson, I.S. Satellite oceanography: an introduction for oceanographers and  remote sensing scientists. West Sussex, England, Ellis Horwood, 1985.

455p. Santamaria-del-Angel, E.; Alavarez-Borrego, S.; Müller-Karger, F.E. Gulf of  California biogeographics regions based on coastal zone color scanner  imagery. J. Geph. Res., 99:7411-7422. 1994 Sathyendranath, S.; Platt, T. The spectral irradiance field at the surface and in the interior of the Ocean: a model for applications in Oceanography and Remote Sensing. J. Geoph. Res., 93:9270-9280. 1988 Smith, R.C.; Baker, K.S. The bio-optica state of ocean waters and remote sensing. Limnol. Ocenogr., 23(2):247-259. 1978 Yentsch, C.S. The influence of phytoplankton pigments on the color of  seawater. Deep-Sea Res., 7:1-17. 1959

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CAPÍTULO 7

S E N S O R I A M E NT O R E M O T O APLICADO AOS ESTUDOS GEOLÓGICOS

S t é l i o S o a r e s T a v a r e s J ú n i o r  INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE

∗

e.mail : [email protected] 

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S.S.Tavares Jr 

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ÍNDICE

1. FATORES CONSIDERADOS, QUANDO IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO SÃO UTILIZADAS EM APLICAÇÕES GEOLÓGICAS .................... 7-4 2. INTEGRAÇÃO DE DADOS................................................................................ 7-7 3. FOTOINTERPRETAÇÃO GEOLÓGICA ........................................................... 7-7 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 7-8

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SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO AOS ESTUDOS GEOLÓGICOS

1. FATORES CONSIDERADOS, QUANDO IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO SÃO UTILIZADAS EM APLICAÇÕES GEOLÓGICAS: 

Características do sistema sensor 



Litologia (tipos de rochas)



Fisiografia da região



Influência das variações sazonais refletidas na cobertura vegetal



Influência das variações sazonais refletidas nos ângulos solares de elevação e azimute

- Características do sistema sensor  a) Sistemas Ópticos

• Resolução Espacial – imagens com resoluções espaciais adequadas contribuem de forma significativa para detecção de feições menores, que por muitas vezes tornam-se importantes para a fotointerpretação geológica. Ex: cursos de água de ordens inferiores e formas menores de relevo como aquelas produzidas pelos processos erosivos atuais como voçorocas, ravinas e cicatrizes de deslizamentos.

• Resolução

Espectral – a posição, largura e quantidade de bandas de um

determinado sensor constituem importantes fatores para detecção de características particulares de uma dada região. Por exemplo, algumas razões de bandas como a entre as bandas 5 e 7 do Landsat 5 - TM podem mostrar feições associadas a zonas de alteração hidrotermal, as quais, por sua vez, podem estar relacionadas a processos de enriquecimento mineral.

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• Resolução

Radiométrica – as variações nos níveis de cinza resultado da

sensibilidade com que o sistema registra as mudanças de comportamento dos alvos, podem auxiliar na interpretação da variabilidade litológica. b) Sistema Radar  A existência de sensores SAR com características distintas de comprimento de onda, polarização, resolução espacial e geometria de iluminação favorece a seleção de imagens mais adequadas às aplicações geológicas. Esta seleção também deve levar em consideração aspectos morfológicos do terreno como: rugosidade (macro e superficial), umidade e orientação estrutural. Estes aspectos influenciam diretamente na aparência da imagem, por conseguinte interferem na qualidade e confiabilidade da interpretação. Entre essas características dos sensores, ressalta-se a importância do comprimento de onda e da geometria de iluminação, a qual é composta pelo ângulo de incidência e azimute de visada, e cujo conhecimento é considerado um fator indispensável na interpretação dos dados SAR, pois são importantes para o realce topográfico. Ângulos de incidência menores são adequados para terrenos planos, enquanto os elevados são para áreas de relevo movimentado. Em termos geológicos as feições de maior destaque, geralmente o trend estrutural principal da área, são mais realçadas quando o azimute de visada é ortogonal às suas direções. Quanto ao comprimento de onda, terrenos planos com vegetação rala podem configurar uma superfície lisa para determinadas faixas de freqüência como a da banda L, ocasionando um fraco sinal de retorno da REM à antena, após contato com o terreno. Desse modo na imagem resultante predominam tons de cinza mais escuros. Por outro lado, em áreas de vegetação densa e relevo movimentado o sinal de retorno é mais forte, produzindo uma imagem com melhor variação tonal. - Influência da Litologia O mapeamento geológico parte do princípio que diferentes tipos de rochas, ou seus derivados do intemperismo, possuem comportamentos espectrais próprios.

Os

principais minerais de rochas ígneas possuem curvas de reflectâncias lisas, permitindo apenas a diferenciação entre félsicos e máficos. Entre as rochas a reflectância decresce dos termos ácidos (pegmatitos e granitos) para os básicos e DSR/INPE

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ultrabásicos. Entre as rochas parcialmente alteradas nota-se comportamento semelhante, apenas com um aumento relativo dos valores de reflectância. Em rochas totalmente alteradas considera-se o comportamento dos solos derivados. - Influência das condições fisiográficas da área A escolha adequada da banda espectral é fundamental para a obtenção de bons resultados no mapeamento dos tipos de cobertura, inclusive a vegetal. Em regiões de floresta densa, a alta reflectância na banda 4 do TM (0.76-0.9 µm) e a erosão diferencial contribuem para análise estrutural e a discriminação litológica, pois a parte superior da floresta tende a acompanhar os traços do relevo regional, que por  sua vez refletem a organização estrutural. Nas áreas de savana, outros intervalos espectrais, como o da banda 5 do TM (1.551.75 µm), podem fornecer uma imagem com melhor variação tonal, a qual está diretamente associada às respostas espectrais da litologia e ou do solo, devido ao menor porte e maior espaçamento da distribuição da vegetação. - Influência das variações sazonais na cobertura vegetal Este fator influencia na intensidade com que a cobertura vegetal reflete os grandes traços geológicos e contribui para associações geobotânicas. Dessa forma, a vegetação pode servir como parâmetro auxiliar no mapeamento geológico. Épocas de estações chuvosas, quando a vegetação encontra-se no seu vigor  máximo, favorecem tanto a fotointerpretação dos traços estruturais como a análise da associações geobotânicas sobre imagens de sensoriamento remoto, principalmente daquelas na faixa espectral do infravermelho próximo, onde a folhagem apresenta alta reflectância. Nas imagens de áreas com cobertura vegetal tipo savana, desenvolvida sobre solos de baixa fertilidade, mesmo na estação chuvosa, ela aparece em tons de cinza mais escuros nas bandas espectrais do infravermelho próximo, em relação as do infravermelho médio. Essa diferença torna-se mais evidente nas imagens obtidas em épocas de estiagem, quando a vegetação encontra-se sob estresse hídrico. Nesse caso, as respostas espectrais podem estar diretamente associadas a variabilidade litológica e ou pedológica. DSR/INPE

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- Influência das variações sazonais decorrentes dos ângulos solares de elevação e azimute Menores ângulos de elevação solar produzem maior realce do relevo e permitem com maior facilidade a identificação de lineamentos estruturais, porém em regiões equatoriais esse ângulo pouco varia com a sazonalidade. Desse modo outros parâmetros, como o azimute de iluminação solar, devem ser considerados. Assim  justifica-se a necessidade de análises multitemporais, as quais visem a seleção de cenas, cuja o azimute solar seja o mais ortogonal possível com as orientações estruturais, a fim de melhor realça-las.

2. INTEGRAÇÃO DE DADOS As técnicas de fundir dados provenientes de fontes diferentes (multifontes) vêm sendo amplamente utilizadas com intuito de gerar um produto final de boa qualidade visual, para as análises quantitativas e qualitativas e para os procedimentos de interpretação visual em geral, além de colaborar na redução de custos despendidos em trabalhos de campo. Desse modo a utilização dessas técnicas alcançou uma vasta variedade de aplicações dentro do conjunto de disciplinas das Ciências da Terra. Em geral nas aplicações geológicas procura-se integrar dados de alta resolução espacial que realcem aspectos morfológicos do terreno, como é o caso das imagens SAR, com dados que denotem aspectos do comportamento espectral dos materiais constituintes, ou seja, que estejam relacionados com a variação litológica, como é o caso das imagens geofísicas de gamaespectrometria. Dentro das várias técnicas utilizadas destaca-se o método baseado na transformação para o espaço IHS.

3. FOTOINTERPRETAÇÃO GEOLÓGICA O primeiro passo seguido na etapa de interpretação geológica consiste no reconhecimento na imagem dos elementos naturais da paisagem (drenagem e relevo). Esses desempenham papel fundamental no desenho da paisagem natural da superfície terrestre, bem como suas disposições refletem a organização estrutural, a qual de uma forma geral exerce controle nas acumulações minerais. A DSR/INPE

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variação tonal é um outro elemento de imagem que merece destaque, por ser  condicionada à reflectância dos alvos da superfície terrestre. Para os produtos integrados multifontes considera-se a variação de matiz, a qual reflete as características (variação litológica) dos dados utilizados na fusão com o SAR ou com um produto derivado das imagens multiespectrais . O passo seguinte consiste em um exame cuidadoso do padrão de organização desses elementos, através da análise das propriedades de suas formas. A partir  desse exame individualiza-se na imagem vários setores com propriedades de textura e estrutura similares, os quais constituem as zonas homólogas. Os limites entre essas zonas podem ser bem definidos e corresponderem a contatos litológicos, isto ocorre quando é marcado por uma quebra negativa de relevo, porém o mais comum é a passagem gradual ou difusa das propriedades dos elementos texturais. Caracterizadas as diversas formas de arranjo dos elementos texturais de drenagem e relevo juntamente com o exame da variação tonal e ou de matiz, no caso de produtos multifontes, é possível avaliar os significados geológicos, bem como definir  unidades fotolitológicas e associa-las às litologias descritas em trabalhos anteriores.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Almeida Filho, R. Elementos de análise e interpretação de imagens de sensoriamento remoto. [online]. http://www.inpe.br/obt/dsr/geologia. Ago. 2001. Santos, A. R.; Veneziani, P.; Paradella, W. R.; Morais, M. C. Radar aplicado ao

mapeamento geológico e prospecção mineral : aplicações. São José dos Campos: INPE/ADIMB, 2000b. 103p. Veneziani, P. & Anjos, C. E. Metodologia de interpretação de dados de

Sensoriamento Remoto e aplicações em Geologia . São José dos Campos: INPE, 1982. 54p. (INPE-2227-MD/014).

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C AP ÍT UL O 8

SENSORIAMENTO REMOTO NO E S T U D O D A V E G E T A Ç Ã O: DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA

F l á v i o J o r g e P o n z o n i1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE

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ÍNDICE LISTA DE FIGURAS ........................................................................................... 8.5 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 8-7 2. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA E A VEGETAÇÃO ............................ 8-8 3. INTERAÇÃO DA REM COM OS DOSSÉIS VEGETAIS .............................. 8-12 4.

PARTICULARIDADES SOBRE A APARÊNCIA DA VEGETAÇÃO EM IMAGENS ORBITAIS .................................................................................. 8-15

5 DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA ................................................ 8-17 .

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 8-27

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LISTA DE FIGURAS 1 – SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA FOLHA MOSTRANDO OS POSSÍVEIS CAMINHOS DA LUZ INCIDENTE ............................................................... 8-10 2 – CURVA DE REFLECTÂNCIA TÍPICA DE UMA FOLHA VERDE ............. 8-11 3 – DOMÍNIO DA MATA ATLÂNTICA ............................................................ 8-19 4 – “OVERLAY” SOBRE A IMAGEM E O MAPA PRELIMINAR RESULTANTE DA INTERPRETAÇÃO............................................................................. 8.22 5 – CONTORNO DAS CARTA TOPOGRÁFICAS NA ESCALA 1:250.000 SOBRE O DOMÍNIO DA MATA ATLÂNTICA .......................................... 8-23 6 – COMPOSIÇÕES COLORIDAS UTILIZADAS NOS MAPEAMENTOS DE 1985-90 (A) E 1990-95 (B) ........................................................................ 8-25

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1. INTRODUÇÃO Como foi apresentado nos capítulos anteriores, as técnicas de Sensoriamento Remoto se fundamentam em um processo de interação entre a Radiação Eletromagnética e os diferentes objetos que se pretende estudar. A aplicação dessas técnicas é viabilizada através do cumprimento de diversas etapas que incluem a interação em si, caracterizada principalmente pelo fenômeno de reflexão da radiação, a coleta de dados e seu registro através de um sensor e a análise desses dados com o objetivo de extrair as informações pretendidas de um dado objeto. Assim como para o estudo da maioria dos recursos naturais, a aplicação das técnicas de sensoriamento remoto para o estudo da vegetação têm quatro diferentes níveis possíveis de coleta de dados: em laboratório, em campo, no nível de aeronave e no nível orbital. Em laboratório, utilizam-se radiômetros aos quais podem ser acoplados acessórios que permitem a coleta e o registro da radiação refletida de folhas e demais órgãos das plantas, bem como de conjuntos de plantas visando identificar possíveis alterações na forma como esses órgãos interagem com a radiação eletromagnética. Em campo, novamente radiômetros são utilizados, os quais são normalmente posicionados a alguns metros acima de um plantio agrícola ou do topo de um dossel florestal com objetivo semelhante àquele mencionado para a análise dos dados coletados em laboratório. No nível de aeronave, diferentes sensores podem ser utilizados concomitantemente na geração de curvas espectrais ou de imagens. Finalmente no nível orbital é que se concentram as aplicações mais comumente divulgadas na comunidade em geral, as quais incluem a geração e utilização de imagens pictóricas na elaboração de mapas temáticos e/ou na avaliação espectral da cobertura vegetal de extensas áreas da superfície terrestre. Neste capítulo abordamos os princípios que fundamentam os estudos da vegetação através da aplicação de técnicas de sensoriamento remoto. Adicionalmente apresentamos um exemplo de mapeamento da vegetação no domínio da Mata Atlântica, que vem sendo realizado com bastante sucesso.

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2. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA E A VEGETAÇÃO No nível de coleta de dados em laboratório comumente são consideradas as folhas, partes de plantas ou até alguns arranjos de plantas, dos quais são coletados dados radiométricos com o objetivo de caracterizar espectralmente fenômenos e/ou aspectos relacionados ao processo de interação entre a radiação eletromagnética (REM) e a vegetação. Em campo, os dados podem ser coletados diretamente das folhas ou através de dispositivos como plataformas (móveis ou fixas), teleféricos, etc; que permitem a colocação dos sensores imediatamente acima dos dosséis vegetais segundo as mais diferentes disposições. Na coleta de dados em aeronave, estão incluídas as máquinas fotográficas, os radiômetros e os sensores eletro-ópticos, assim como no nível orbital. A principal motivação dos estudos em vegetação envolvendo a aplicação das técnicas de sensoriamento remoto, fundamenta-se na compreensão da “aparência” que uma dada cobertura vegetal assume em um determinado produto de sensoriamento remoto, a qual é fruto de um processo complexo que envolve muitos parâmetros e fatores ambientais. Há de se considerar que um dossel é constituído por muitos elementos da própria vegetação, como folhas, galhos, frutos, flores, etc. Um fluxo de radiação incidente sobre qualquer um destes elementos estará sujeito a dois processos: espalhamento e absorção. O processo de espalhamento, por sua vez, pode ser dividido em dois sub-processos: reflexão e transmissão através do elemento. O destino do fluxo radiante incidente sobre um destes elementos é então dependente das características do fluxo (comprimentos de onda, ângulo de incidência e polarização) e das características físico-químicas destes mesmos elementos. De todos os elementos constituintes da vegetação, a folha constitui o principal deles quando se considera o processo de interação descrito. Para uma melhor  compreensão das características de reflectância da REM incidente sobre uma folha é necessário o conhecimento de sua composição química, principalmente tipo e quantidade de pigmentos fotossintetizantes, e de sua morfologia interna (distribuição e quantidade de tecidos, espaços intercelulares, etc). Uma folha típica é constituída de três tecidos básicos que são: epiderme, mesófilo

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fotossintético e tecido vascular. A folha é então coberta por uma camada de células protetoras epidérmicas, na qual muitas vezes desenvolve-se uma fina e relativamente impermeável superfície externa. Abaixo da epiderme encontra-se o mesófilo fotossintético, o qual por sua vez é freqüentemente subdividido numa camada ou em camadas de células paliçádicas alongadas, arranjadas perpendicularmente à superfície da folha, que formam o parênquima. As células do parênquima são ocupadas por seiva e protoplasma. Esparsos através do mesófilo estão os espaços intercelulares cheios de ar, os quais se abrem para fora através dos estômatos. Esta rede de passagens de ar  constitui a via de acesso pela qual o CO2 alcança as células fotossintéticas e o O2 liberado na fotossíntese retorna à atmosfera externa. Uma terceira característica estrutural da folha é o tecido vascular. A rede de tecidos do sistema vascular não serve somente para suprir a folha com água e nutrientes do solo, mas também constitui a passagem pela qual fluem os produtos da fotossíntese que são produzidos na folha, para as demais partes da planta. As estruturas das células que compõem os três tecidos das folhas são muito variáveis, dependendo da espécie e das condições ambientais. O comportamento espectral de uma folha é função de sua composição, morfologia e estrutura interna. Desde que as características da folha são geneticamente controladas, existirão portanto diferenças no comportamento espectral entre grupos geneticamente distintos. Levando em consideração o conceito da reflectância interna numa folha e os conhecimentos do espectro de absorção da clorofila, Willstatter e Stoll (1918), desenvolveram uma teoria sobre a trajetória da REM dentro de uma folha, a qual é válida até hoje. Os autores basearam sua teoria na estrutura interna das folhas e na reflectância potencial das superfícies. Segundo eles, a trajetória da REM se daria ao longo de vários meios, sendo estes compostos pela água, ar, membranas celulares, etc. Um mesmo feixe de radiação poderia passar, por  exemplo, através de uma camada de água, que possui um índice de refração de 1,33, e em seguida atravessar um espaço preenchido com ar, que possui um índice de refração igual a 1. Além desta variação nos índices de refração dos

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diversos meios a serem atravessados, foi considerado que as células dos tecidos foliares, principalmente do mesófilo esponjoso, possuem uma estrutura irregular, sendo orientada espacialmente sob diversos ângulos. Willstatter e Stoll (1918) imaginaram as possíveis trajetórias da REM dentro de uma folha, como mostra a Figura 1. Uma pequena quantidade de luz é refletida das células da camada superficial. A maior parte é transmitida para o mesófilo esponjoso, onde os raios incidem freqüentemente nas paredes celulares, sendo refletidos se os ângulos de incidência

forem

suficientemente

grandes.

Esta

reflexão

múltipla

é

essencialmente um processo aleatório no qual os raios mudam de direção dentro da folha. Dado o grande número de paredes celulares dentro da folha, alguns raios são refletidos de volta, enquanto outros são transmitidos através da folha. A espessura da folha é fator importante no caminho da REM, já que geralmente a transmitância é maior do que a reflectância para folhas finas, mas o inverso acontece com folhas grossas.

Fig. 1-Seção transversal de uma folha mostrando os possíveis caminhos da luz incidente. Fonte: Gates et al . (1965)

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A curva de reflectância característica de uma folha verde sadia é mostrada na Figura 2. Os comprimentos de onda relativos ao ultravioleta não foram considerados, porque uma grande quantidade dessa energia é absorvida pela atmosfera e a vegetação não faz uso dela.

Fig. 2-Curva de reflectância típica de uma folha verde. Fonte: Novo (1989) A região compreendida entre 400 nm a 2600 nm pode ser dividida em três áreas:

5. região do visível (400 nm a 700 nm); b) região do infravermelho próximo (700 nm a 1300 nm); c) região do infravermelho médio (1300 nm a 2600 nm). Os principais aspectos relacionados ao comportamento espectral da folha, em cada uma destas regiões são:

5. região do visível: Nesta região os pigmentos existentes nas folhas dominam a reflectância espectral. Estes pigmentos, geralmente encontrados nos cloroplastos são: clorofila (65%), carotenos (6%), e xantofilas (29%). Os valores percentuais destes pigmentos existentes nas folhas podem variar grandemente de espécie para espécie. A energia radiante interage com a estrutura foliar por absorção e por  espalhamento. A energia é absorvida seletivamente pela clorofila e é convertida em calor ou fluorescência, e também convertida fotoquimicamente em energia estocada na forma de componentes orgânicos através da fotossíntese; DSR/INPE

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b) região do infravermelho próximo: Nesta região existe uma absorção pequena da REM e considerável espalhamento interno na folha. A absorção da água é geralmente baixa nessa região. A reflectância espectral é quase constante nessa região. Gates et al. (1965) determinam que a reflectância espectral de folhas nessa região do espectro eletromagnético é o resultado da interação da energia incidente com a estrutura do mesófilo. Fatores externos à folha, como disponibilidade de água por exemplo, podem causar alterações na relação águaar no mesófilo, podendo alterar a reflectância de uma folha nesta região. De maneira geral, quanto mais lacunosa for a estrutura interna foliar, maior será o espalhamento interno da radiação incidente, e consequentemente, maior será também a reflectância;

c) região do infravermelho médio: A absorção devido à água líquida predomina na reflectância espectral das folhas na região do infravermelho próximo. Considerando a água líquida, esta apresenta na região em torno de 2000 nm, uma reflectância geralmente pequena, sendo menor do que 10% para um ângulo de incidência de 65o e menor do que 5% para um ângulo de incidência de 20º A água absorve consideravelmente a REM incidente na região espectral compreendida entre 1300 nm a 2000 nm. Em termos mais pontuais, a absorção da água se dá em 1100 nm; 1450 nm; 1950 nm; 2700 nm e 6300 nm.

3. INTERAÇÃO DA REM COM OS DOSSÉIS VEGETAIS Todas as discussões apresentadas até o momento referiram-se ao estudo das propriedades espectrais de folhas isoladas, mas a aplicação das técnicas de sensoriamento remoto no estudo da vegetação, inclui a necessidade de compreender o processo de interação entre a REM e os diversos tipos fisionômicos de dosséis (florestas, culturas agrícolas, formações de porte herbáceo, etc). Uma vez que a folha é o principal elemento da vegetação sob o ponto de vista do processo de interação com a REM, espera-se que muito do que foi exposto referente às características de reflectância das folhas, também seja válido para os dosséis. De fato, quando comparadas as curvas de reflectância de uma folha

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verde sadia com as medições espectrais de dosséis, estas apresentam formas muito semelhantes. Essa semelhança permite que os padrões de reflectância apresentados pelos dosséis vegetais em imagens multiespectrais possam ser  previstos. Assim, por exemplo, espera-se que em imagens referentes à região do visível os dosséis apresentem tonalidade escura devido à baixa reflectância da REM, em função da ação dos pigmentos fotossintetizantes; em imagens da região do infravermelho próximo, estes mesmos dosséis deverão apresentar-se com tonalidade clara e em imagens do infravermelho médio espera-se tons de cinza intermediários entre o escuro das imagens do visível e o claro daquelas do infravermelho próximo. A distribuição espacial dos elementos da vegetação, bem como a suas densidades e orientações, definem a arquitetura da vegetação. A distribuição espacial depende de como foram arranjadas as sementes no plantio (no caso de vegetação cultivada), do tipo de vegetação existente e do estágio de desenvolvimento das plantas. Em vários modelos de reflectância da vegetação um dossel é considerado como sendo composto por vários sub-dosséis, arranjados regularmente no solo (plantios em fileiras, por exemplo) ou arranjados aleatoriamente, segundo uma distribuição específica. Para um dossel ou subdossel homogêneo, assume-se que a densidade dos elementos da vegetação é uniforme, o que é caracterizado pelo Índice de Área Foliar  (IAF), que representa a razão entre a área do elemento e a área no terreno. O IAF é um dos principais parâmetros da vegetação e é requerido em modelos de crescimento vegetal e de evapotranspiração; é ainda relacionado à biomassa. Outro parâmetro que define a arquitetura do dossel é a Distribuição Angular Foliar  (DAF). É caracterizada por uma função de densidade de distribuição f(θl, ϕ l), onde θl

e ϕl são a inclinação e o azimute da folha, respectivamente. Por conseguinte f(θl,

ϕ l) d θl dϕl

é a fração de área foliar sujeita aos ângulos de inclinação θl e θl +dθl, e os

ângulos azimutais

ϕl

e ϕl +dϕl. A DAF varia consideravelmente entre os tipos de

vegetação. Os dosséis são normalmente descritos por um dos seguintes seis tipos de distribuições: planófila, erectófila, plagiófila, extremófila, uniforme e esférica.

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Estes parâmetros arquitetônicos afetam qualitativamente a reflectância da vegetação. Na região do visível, uma vez que muito da energia incidente sobre uma folha é absorvida, com o aumento do número de folhas, isto é, com o aumento do IAF, mais e mais energia será absorvida pela vegetação. Assim que o IAF atingir um determinado valor (aproximadamente compreendido entre 2 e 3), muito da radiação incidente é interceptada e absorvida pelas folhas e um permanente aumento do IAF não influenciará a reflectância da vegetação. Por  conseguinte, a reflectância na região do visível decresce quase que exponencialmente com o aumento do IAF até atingir um valor próximo de 0, quando o IAF assume valores entre 2 e 3. Na região do infravermelho próximo, uma vez que a absorção é mínima, o aumento do IAF implica no aumento do espalhamento e no conseqüente aumento da reflectância da vegetação, até que o IAF atinja valores compreendidos entre 6 e 8. Um dos efeitos da DAF sobre a reflectância da vegetação refere-se à sua influência na probabilidade de falhas através do dossel como uma função dos ângulos zenital solar e de visada. A orientação das fileiras de uma cultura agrícola, por exemplo, exerce menos influência na região do infravermelho do que na região do visível devido ao menor  efeito das sombras, uma vez que as folhas são praticamente transparentes nesta região espectral. Um outro efeito da arquitetura do dossel sobre sua reflectância ocorre quando os elementos da vegetação não se encontram uniformemente distribuídos. Supondo que ao invés de estarem uniformemente distribuídas no dossel, as folhas estivessem agrupadas, este agrupamento apresentaria dois efeitos principais: ele aumentaria a probabilidade de ocorrência de lacunas através de toda a extensão do dossel, que por sua vez, aumentaria a influência do espalhamento dos elementos deste mesmo dossel, localizados nas camadas mais próximas ao solo.

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4. PARTICULARIDADES SOBRE A APARÊNCIA DA VEGETAÇÃO EM IMAGENS ORBITAIS Um dossel vegetal apresenta valores de reflectância relativamente baixos na região do visível, devido à ação dos pigmentos fotossintetizantes que absorvem a REM para a realização da fotossíntese. Isto é evidenciado pela tonalidade escura nas imagens obtidas nesta região. Nas imagens da região do infravermelho próximo verifica-se

que estes valores apresentam-se elevados devido ao

espalhamento interno sofrido pela REM em função da disposição da estrutura morfológica da folha, aliado ainda ao espalhamento múltiplo entre as diferentes camadas de folhas. Finalmente, no infravermelho médio tem-se uma nova queda destes valores, devido a presença de água no interior da folha. De fato, estes fatores influentes não atuam isoladamente. Em cada uma das regiões espectrais todos os fatores exercem sua influência concomitantemente. Assim, por exemplo, os níveis baixos de reflectância na região do visível, esperados para uma cobertura vegetal, não se devem exclusivamente à absorção dos pigmentos existentes nas folhas, mas também às sombras que se projetam entre as folhas, as quais são dependentes da geometria de iluminação, da Distribuição Angular  das Folhas (DAF) e da rugosidade do dossel em sua camada superior (topo do dossel). Sobre esses efeitos discorreremos oportunamente. Vale salientar que o que é efetivamente medido pelo sensor colocado em órbita terrestre é a radiância espectral. Como cada sensor de cada banda espetral, na qual tal sensor é apto a coletar a REM refletida pelos objetos possui sua própria sensibilidade, isso implica num “desbalanceamento” entre as radiâncias espectrais medidas. Esse desbalanceamento pode ocasionar diferenças de brilho de um mesmo objeto entre as bandas, ora subestimando-o, ora superestimando-º Isso pode explicar, por exemplo, que apesar da queda da reflectância da vegetação verificada na região espectral do infravermelho médio não ser muito acentuada em relação à região do infravermelho próximo, no caso da cobertura vegetal, a tonalidade escura numa imagem do infravermelho médio freqüentemente é mais intensa do que aquela verificada em uma imagem do visível. Alia-se a este fato a maior interferência da atmosfera nas regiões do

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visível em relação ao infravermelho que tende a deixar ligeiramente “mais claros” os dosséis vegetais nas imagens do visível. Mesmo ciente destas influências, é comum o intérprete de imagens orbitais interessado em extrair informações sobre a cobertura vegetal, procurar associar  os padrões apresentados por esta diretamente com suas características estruturais (parâmetros biofísicos). De fato, como foi apresentado nos itens anteriores, essa associação é possível, mas existem algumas particularidades que devem ser consideradas. Por exemplo: é esperado que à medida que uma determinada cobertura vegetal aumenta sua densidade, os valores de reflectância espectral referentes à região do visível apresentem uma diminuição quase exponencial, enquanto que para a região do infravermelho próximo estes apresentam aumento também quase exponencial, até que sejam atingidos seus respectivos pontos de saturação (IAF=2 ou 3 para a região do visível e IAF=6 ou 8, para a região do infravermelho próximo). Dependendo da arquitetura (forma e distribuição espacial dos indivíduos constituintes do dossel) assumida em cada uma das fases de desenvolvimento dessa cobertura vegetal, esse efeito pode ou não ser constatado, podendo ser  “mascarado” pelo efeito de outros fatores/parâmetros, principalmente participação do solo e sombreamento entre os próprios elementos da vegetação (folhas, galhos e troncos, principalmente). Assim, em uma imagem do infravermelho próximo, uma floresta perenifólia, bem densa, com um IAF muito elevado, poderá assumir um brilho mais escuro do que um plantio jovem de Eucalyptus spp., que possuiria um IAF bem menos elevado. Em tal floresta, a existência de diferentes estratos (camadas) horizontais, com os indivíduos dominantes projetando suas copas acima de uma cota média do dossel, poderia acarretar o sombreamento daqueles que se posicionariam imediatamente abaixo, o que implicaria na diminuição da irradiância nos estratos inferiores e, conseqüentemente, na diminuição da radiância medida pelo sensor orbital, o que por sua vez implicaria no “escurecimento” do dossel da floresta em relação ao de Eucalyptus spp, que não possuiria estratos e portanto o sombreamento entre seus elementos constituintes seria bem menor. Evidentemente que esse efeito será tanto maior 

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quanto maior for o ângulo de incidência solar, uma vez que o sombreamento é proporcional a esse ângulo. Para o caso do solo, sua participação também é dependente do ângulo de iluminação e desta vez de maneira inversa, ou seja, quanto maior for o ângulo de incidência, é esperada uma menor participação do solo. Cada dossel, em particular, possui suas características próprias e desenvolve-se em diferentes tipos de solos sob diferentes condições ambientais. Não há como prever todas as possibilidades, tentar elencá-las, relacionando-as a possíveis padrões em imagens orbitais. Assim como acontece com qualquer outro objeto de estudo à luz das técnicas de sensoriamento remoto, são inerentes as chamadas ambigüidades nas quais efeitos de diferentes fatores/ parâmetros podem assumir  valores iguais de radiância, o que implicará em uma “mesma” aparência nas imagens, mesmo em se tratando de diferentes coberturas vegetais. Cabe ao intérprete estar preparado para conviver com estas limitações e extrair dos produtos de sensoriamento remoto o máximo de informação confiável.

5. DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA Vaga no inconsciente e até no consciente das pessoas, a noção de que os recursos naturais vêm se tornando escassos e que a humanidade precisa aprender rapidamente a utilizar com racionalidade esses recursos, sob pena de comprometer a sobrevivência das gerações futuras. Contudo, nem sempre essa noção é fruto da análise racional conduzida sobre dados concretos, gerados a partir da aplicação de metodologias cientificamente fundamentadas. A partir de meados da década de 80, iniciou-se no país uma intensa mobilização da sociedade civil pela preservação da Mata Atlântica. O movimento ambientalista, no entanto, contava com poucas informações consistentes sobre a área original, a dimensão, a distribuição espacial, a estrutura e a situação dos remanescentes florestais do bioma. Com o objetivo de suprir essas lacunas, sem o que não seria possível traçar ações efetivas de conservação, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE, em parceria com o Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), concluíram o "Atlas dos DSR/INPE

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Remanescentes Florestais do Domínio da Mata Atlântica" em 1990. Primeiro mapeamento da Mata Atlântica realizado no País a partir da análise de imagens de satélite, incluiu, além das fisionomias florestais, os ecossistemas associados, na escala 1:1.000.000, determinando sua área original e estabelecendo uma referência inicial para o desenvolvimento de novos estudos. A escala adotada neste primeiro trabalho apresentou limitações para estudos mais detalhados, pois algumas unidades de pequena extensão não puderam ser mapeadas e polígonos de remanescentes descontínuos foram agrupados. Em função dessas limitações e motivados em adquirir informações mais precisas, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram um novo mapeamento em 1990 que originou o “Atlas da Evolução dos Remanescentes Florestais e Ecossistemas Associados no Domínio da Mata Atlântica - Período 1985-1990”, o trabalho foi concluído em 1993 e permitiu avaliar a dinâmica dos remanescentes florestais e de ecossistemas associados da Mata Atlântica em 10 Estados, da Bahia ao Rio Grande do Sul. Foram utilizadas técnicas de interpretação visual de imagens TM/Landsat, na escala 1:250.000, levantamentos de campo e análise por especialistas para aferição dos dados. Diante dos resultados obtidos, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram uma nova atualização de dados, analisando a dinâmica do bioma entre 19901995. Esta etapa abrangeu todos os Estados da fase anterior, com exceção da Bahia devido a não disponibilidade de imagens livres de nuvens, e vários aprimoramentos foram incorporados, graças ao avanço tecnológico verificado, o que permitiu uma melhor visualização das classes mapeadas e deu, conseqüentemente, uma maior confiabilidade aos dados gerados. Outro aperfeiçoamento importante foi a inclusão de uma avaliação estatística, supervisionada pelo INPE, que apontou o índice de exatidão global do mapeamento dos Estados do Espírito Santo e de Santa Catarina. Além dos aprimoramentos anteriormente citados, o Instituto Socioambiental, com o qual a Fundação SOS Mata Atlântica assinou convênio em 1995, digitalizou os limites das fisionomias vegetais que compõem o Domínio da Mata Atlântica (Figura 3), segundo a terminologia e os critérios estabelecidos pela Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e os limites de algumas DSR/INPE

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Unidades de Conservação federais e estaduais. Com base nestes dados, foi possível avaliar a dinâmica da Mata Atlântica de forma mais precisa e localizada, permitindo a definição de políticas de conservação mais objetivas e coerentes com cada situação. Este aperfeiçoamento permitiu, ainda, que os dados sobre as formações florestais da Mata Atlântica fossem separados dos dados de outros biomas, principalmente savana e estepe, que na etapa anterior estavam incluídos no cômputo geral.

Figura 3 – Domínio da Mata Atlântica Em meados de 1999, a SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram a concepção de um novo mapeamento, agora referente ao período 1995-2000, no qual foram incluídas várias inovações metodológicas, fruto do aprimoramento de máquinas e de aplicativos disponíveis.

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Mas afinal, como esses mapeamentos são feitos? Em que critérios se fundamentam e que tipo de produtos são utilizados? O que se pode afirmar sobre a sua confiabilidade? Antes de aprofundarmos mais sobre as questões metodológicas, é necessário compreender primeiramente o papel de cada instituição envolvida. A Fundação SOS Mata Atlântica age como uma espécie de cliente que tem necessidades e para atendê-las, procura outra instituição que julga ter alguma competência específica. Para o caso de sua relação com o INPE, a Fundação SOS Mata Atlântica espera obter toda a orientação técnico-científica que garanta aos resultados dos mapeamentos o máximo de confiabilidade possível. Nesse sentido, o INPE assume a coordenação técnica dos trabalhos, estabelecendo então todos os procedimentos metodológicos a serem conduzidos, porém não pode, devido às suas diretrizes institucionais, elaborar os mapeamentos propriamente ditos, cabendo estes a empresas do setor aeroespacial que foram escolhidas mediante licitações. Mesmo assim, o INPE acompanha passo a passo todos os processos envolvidos nos mapeamentos, interferindo quando necessário. Mesmo para aqueles pouco familiarizados com mapeamentos de grandes extensões da superfície terrestre, deve ser suficientemente fácil compreender que estes não são elaborados sem a utilização de alguma ferramenta que possibilite a observação instantânea de uma dada porção dessa superfície, como acontece, por exemplo com fotografias aéreas ou imagens de satélite. Nesses mapeamentos específicos que estamos tratando, foram utilizadas imagens do sensor Thematic Mapper do satélite Landsat 5, as quais podem ser  disponibilizadas em duas formas básicas: a analógica e a digital. Na analógica a imagem é materializada em papel, assumindo a aparência de uma grande fotografia, cujo tamanho é dependente da escala de trabalho. Por exemplo: se a escala de trabalho fosse definida como 1:100.000, essas imagens ficariam materializadas em papel fotográfico de aproximadamente 1,20 x 1,20m, enquanto se a escala fosse de 1:250.000, essas dimensões passariam para aproximadamente 90 x 90 cm. Na forma digital, a imagem é disponibilizada eletronicamente através de diferentes meios, sendo o mais usual atualmente o DSR/INPE

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CDROM. Mas os primeiros mapeamentos não contavam com as imagens em formato digital, nem com aplicativos que permitissem maior facilidade na manipulação dos dados. Então, todo o trabalho era feito sobre as imagens em formato analógico. Vamos aqui descrever os procedimentos adotados nos três últimos mapeamentos realizados, uma vez que foram neles que se verificaram os maiores aprimoramentos metodológicos. O mapeamento que se seguiu àquele desenvolvido na escala 1:1.000.000, foi realizado no início da década de 90 sobre imagens orbitais datadas do final de década de 80 disponibilizadas na escala 1:250.000 (imagens analógicas). A legenda desse mapeamento foi assim definida: Remanescentes Florestais, Remanescentes de Restinga, Remanescentes de Mangue. Em Remanescentes Florestais estariam incluídas todas as formações florestais, mesmo aquelas que apresentariam baixos índices de degradação e outras em estágios sucessionais avançados (capoeiras), excluindo somente os reflorestamentos (jovens e adultos). Remanescentes de Restinga seriam todas as formações florestais acorrentes próximas ao mar e preferencialmente abaixo da cota topográfica de 20m. Vale salientar que nem todo o Estado da Federação trata o termo Restinga como sendo uma formação florestal. Dessa forma, procurou-se adequar os mapeamentos para cada Estado, procurando não ferir os critérios regionais existentes. Remanescentes de Mangue foram consideradas aquelas formações arbóreo-arbustivas localizadas em canais de drenagem sob influência marítima. Uma vez definida essa legenda, a qual é perfeitamente compatível com a escala 1:250.000, restava ainda definir quais imagens utilizar, ou seja, quais, entre as diversas imagens geradas pelo sensor Thematic Mapper serviriam para identificar  os itens da legenda estabelecida. Para tanto, foi considerado o processo de interação entre a radiação eletromagnética e a vegetação descrito anteriormente (Figura 1). A alternância de tons claros e escuros da aparência da vegetação nas diferentes imagens torna possível a elaboração das chamadas composições coloridas, que nada mais são do que superposições de três diferentes imagens (provenientes de regiões espectrais diferentes, mas da mesma porção da superfície terrestre)

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sobre as quais são aplicados filtros coloridos com as cores primárias (vermelho, verde e azul) para cada imagem. Como resultado, a paisagem analisada assume cores dando uma aparência como de uma fotografia colorida. No mapeamento em questão, foram utilizadas imagens da região do vermelho (visível), do infravermelho próximo e do infravermelho médio, sendo que cada uma delas recebeu os filtros azul, verde e vermelho, respectivamente. Essa distribuição de imagens e filtros permitiu que a vegetação assumisse tonalidades esverdeadas nas composições coloridas, o que facilitou e muito o trabalho dos intérpretes, que naquela época não estavam familiarizados em observar a vegetação em outra cor senão aquela que quotidianamente estavam acostumados a observar (verde). Mas quantas composições foram elaboradas? Foram elaboradas pelo INPE 104 composições coloridas de forma a abranger todo o Domínio da Mata Atlântica, as quais eram distribuídas para empresas do setor privado que se incumbiam de elaborar o mapeamento. Já nessas empresas então, sobre cada uma dessas 104 composições coloridas era colocado o que chamamos de “overlay” que é um papel polyester, relativamente transparente sobre o qual o intérprete procede a interpretação propriamente dita (Figura 4).

Figura 4 – “Overlay” sobre a imagem e o mapa preliminar resultante da interpretação. FONTE: http://sputnik.dpi.inpe.br:1910/col/dpi.inpe.br/banon/2000/09.12.17.24/doc/amz1998_1999/pagina6. htm DSR/INPE

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Nesse “overlay” eram demarcados também os limites das cartas topográficas na escala 1:250.000, que em última análise são consideradas as unidades de mapeamento (Figura 5) que totalizavam 114 cartas topográficas e também eram

demarcados os   pontos de controle, que eram cruzamentos de estradas ou rios que podiam ser facilmente visualizados nas cartas topográficas e nas imagens e serviriam para posicionar geograficamente o mapa gerado mediante a utilização de algoritmos específicos implementados em computadores. Nessa escala de mapeamento, 25 ha foi definido como área mínima de mapeamento.

Figura 5 – Contorno das carta topográficas na escala 1:250.000 sobre o Domínio da Mata Atlântica. Era constituída então uma equipe de três a quatro intérpretes, liderados por outro com maior experiência que se incumbia de efetuar a homogeneização das interpretações, ou seja, cuidava para que houvesse um mínimo de diferenças entre as interpretações, uma vez que a interpretação propriamente dita é uma

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atividade puramente intuitiva e de caracter subjetivo. Como conseqüência, cada intérprete tem seus próprios critérios no momento da definição da natureza de uma dado polígono mapeado, bem como de seus limites. No caso de dúvidas, um técnico do INPE era chamado para que este tomasse uma decisão específica, assumindo então todas as conseqüências dessa decisão. Uma vez concluída essa etapa de interpretação, os “overlays” eram novamente analisados procurando identificar inconsistências de interpretação e em seguida estes eram digitalizados e introduzidos em um Sistema de Informação Geográfica (SIG). Era impressa uma prova de cada uma das 114 cartas topográficas, agora contendo somente o conteúdo temático (mapa contendo os polígonos fruto da interpretação) para uma nova averiguação de inconsistências. Essas provas eram enviadas a consultores em cada Estado para que estes procedessem a uma análise crítica do mapeamento realizado. Esses consultores eram basicamente profissionais do mundo acadêmico ou não, com comprovada experiência no estudo da Mata Atlântica e de seus ecossistemas associados. Depois da intervenção dos consultores, cada carta era novamente analisada, procurando corrigir possíveis erros de interpretação e procedia-se a elaboração dos mapas finais. A partir dessa etapa, as áreas de cada tema da legenda eram determinadas através de funções específicas do SIG utilizado. Todo esse processo descrito para o primeiro mapeamento na escala 1:250.000 consumiu em média 2 anos para ser concluído. A atualização do atlas gerado nesse mapeamento foi elaborada em meados da década de 90, segundo uma metodologia muito semelhante àquela descrita, diferenciando-se somente na utilização de composições coloridas ligeiramente diferentes. A diferença verificou-se na substituição dos filtros coloridos vermelho e verde que passaram a ser atribuídos às imagens do infravermelho próximo e médio, respectivamente e na aplicação de contrastes lineares às imagens, o que implicou em uma melhor discriminação visual de feições da superfície terrestre nas composições geradas. Nesse mapeamento, a escala de 1:250.000 foi mantida, bem como todos os procedimentos e critérios utilizados na interpretação. A Figura 6 mostra um exemplo de uma mesma cena, referente às cercanias da

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Baia da Guanabara, observada em composições coloridas como aquelas utilizadas em ambos os mapeamentos.

a

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Figura 6 – Composições coloridas utilizadas nos mapeamentos de 1985-90 (a) e 1990-95 (b). Outra implementação importante foi a estimativa de Exatidão de Mapeamento Global, que é fundamentada no confronto entre os mapas gerados e informações provenientes do campo. Para tanto, são sorteados aleatoriamente um certo número de pontos a serem visitados em campo. Esses pontos recaem sobre o mapa sobre polígonos cujas naturezas e posicionamento espacial foram estabelecidos pelos intérpretes. Uma equipe responsável pelo trabalho de campo visita cada um dos pontos selecionados e averigua se de fato a decisão do intérprete sobre a natureza do polígono interpretado foi correta. Os resultados são organizados de tal forma a permitir o cálculo de um valor percentual que expressa a confiabilidade dos mapas gerados. Por exemplo: se encontramos um valor de Exatidão de Mapeamento de 80%, isso significa que temos 80% de chance de que um polígono identificado como Remanescente Florestal no mapa, seja realmente esse tema em campo. Essa iniciativa foi muito bem recebida pela comunidade científica que anteriormente a ela, não dispunha de qualquer  informação sobre a qualidade dos mapas gerados. Essa atualização consumiu também aproximadamente 2 anos para ser concluída.

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No início do ano 2000, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram a atualização desse segundo atlas, agora para o período 95-2000. Nesse mapeamento foram verificados vários aprimoramentos metodológicos que incluíram o georreferenciamento prévio das imagens que então foram disponibilizadas em formato digital. Esse georreferenciamento possibilitou a eliminação de uma das etapas mais demoradas que era a digitalização dos “overlays”, os quais foram então eliminados do processo. A interpretação visual das imagens passou a ser feita diretamente em tela de computador, com a imagem já georreferenciada, o que possibilitou ainda a ampliação da escala de mapeamento para 1:50.000 e conseqüentemente a redução da área mínima de mapeamento para 10 ha. Mais uma vez foi adotada a composição de uma equipe de 3 a 4 intérpretes, liderados por outro de maior experiência, seguindo todas as etapas de verificação e auditoria por parte de consultores identificados em cada Estado. Esse aprimoramento implicou na impossibilidade de comparar diretamente os dados gerados no mapeamento anterior (na escala 1:250.000 e sobre imagens analógicas) com aqueles gerados na escala 1:50.000. Assim, todo o mapeamento do período 90-95 foi refeito, agora na escala 1:50.000, segundo a nova metodologia estabelecida de forma a permitir a quantificação de possíveis alterações verificadas no polígonos mapeados. A atualização desse “novo” atlas está em andamento e em aproximadamente 1 ano, já foi possível concluir a análise dos dados do Rio de Janeiro (divulgado em 03.04.01), Paraná (divulgado em 27.04.01), Rio Grande do Sul, Santa Catarina e São Paulo (com divulgações agendadas para os próximos meses). Além desse aprimoramento, os dados passaram a ser disponibilizados por  município e para algumas unidades de conservação, de forma a permitir a cada cidadão o conhecimento da situação da cobertura vegetal do seu município de interesse. O acesso a esses dados e de todos os relatórios gerados, os quais contém uma descrição detalhada das metodologias empregadas nesses mapeamentos, está sendo viabilizado através da Internet no endereço http://www.sosmatatlantica.org.br/.

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A participação do INPE nesse ambicioso projeto de diagnóstico periódico da Mata Atlântica e de seus ecossistemas associados caracterizou-se pela busca de soluções técnico-científicas que garantissem confiabilidade aos dados gerados. A idéia para ao mapeamentos futuros é dar um passo ainda maior que transcende o aprimoramento restrito às metodologias de mapeamento e de manipulação dos dados, como também valorizar a banco de dados já disponível sobre a Mata Atlântica visando o Zoneamento Econômico Ecológico em nível municipal. Para tanto, vários especialistas do INPE e de diferentes universidades, estarão se mobilizando para avaliar os critérios que nortearão tal zoneamento. Trata-se de mais um desafio a ser vencido por todos os envolvidos, entendendo que não basta somente diagnosticar o efeito nocivo do homem, mas as informações até o momento adquiridas devem contribuir efetivamente para a conservação daquilo que restou desse importante bioma.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Gates, D.M.; Keegan, H.J.; Schleter, J.C.; Weidner, V.R. Spectral properties of  plants. Applied Optics, 4(1): 11-20, 1965. Novo, E.M. de M. Sensoriamento remoto: principios e aplicações . São Paulo. Edgard Blucher. 1989. 308p. Willstatter, R.; Stooll, A. Untersuchungen uber die assimilation der kohlensaure . Springer, Berlin, 1918.

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CAPÍTULO 9

SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO À AGRICULTURA

M a u r í c i o A l v e s M o r e i r a1 B e r n a r d o F. T. R u d o r f f 2 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE

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ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... 9-3 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 9-5 2. PRINCIPAIS CULTURAS ESTUDADAS .................................................... 9-12 2.1 CANA-DE-AÇÚCAR .............................................................................. 9-12 2.2 CULTURA DO TRIGO ........................................................................... 9-13 2.3

CULTURA DO ARROZ IRRIGADO ........................................... 9-13

2.4

ESTIMATIVA DE ÁREAS PREPARADAS PARA PLANTIO ... 9-14

2.5

SISTEMA DE AMOSTRAGEM PARA ESTIMATIVA DE ÁREAS AGRÍCOLAS ............................................................. 9-15

3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 9-18

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LISTA DE FIGURAS

1. VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO REFLETIDA PELAS CULTURAS DE SOJA E DE MILHO NAS BANDAS TM3 E TM4 DO LANDSAT-5 ........................ 9-6 2. RADIAÇÃO REFLETIDA PELA CULTURA DO CAFÉ DURANTE OS ANOS DE 1984 E 1985 ................................................................................. 9-7 3. REFLECTÂNCIA DE ÁREAS CAFEEIRAS NOS ANOS DE 1986 E 1987 NOS ANOS DE 1986 E 1987, APÓS OCORRÊNCIA DA GEADA EM 1985, NO MUNICÍPIO DE TRÊS PONTAS .................................................. 9-8 4. COMPOSIÇÃO COLORIDA DAS BANDAS TM3 (AZUL), TM4 (VERDE) E TM5 (VERMELHO) MOSTRANDO DIFERENTES OCUPAÇÕES DO SOLO ............................................................................................................. 9-9 5. ÁREAS IRRIGADA PELO SISTEMA DE PIVÔ CENTRAL ....................... 9-10 6. IMAGEM NDVI DO ESTADO DE MATO GROSSO MOSTRANDO A EVOLUÇÃO DO DESFLORESTAMENTO OCORRIDA ENTRE OS ANOS DE 1989 A 1993 ................................................................................ 9-11 7. IMAGEM DO LANDSAT-TM MOSTRANDO ÁREAS DE ARROZ IRRIGADO NO MUNÍCIPIO DE SANTA VITÓRIA DO PALMAR – RS .... 9-14 8. ESQUEMA DE CONSTRUÇÃO DO PAINEL DE AMOSTRA DO PROJETO SIAG .......................................................................................... 9-15 9. IMAGEM EM COMPOSIÇÃO COLORIDA ADQUIRIDA PELO SENSOR TM A BORDO DO SATÉLITE LANDSAT DA REGIÃO DE ALFERES  – MG, MOSTRANDO ÁREAS DE CAFÉ, CITRUS, PASTAGEM E REFLORESTAMENTO ............................................................................... 9-16

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10. IMAGEM LANDSAT – TM DA REGIÃO DE BEBEDOURO – SP, MOSTRANDO ÁREAS DESTINADAS À CITRICULTURA .................... 9-17 11. IMAGEM LANDSAT – TM BANDA 5 (INFRAVERMELHO PRÓXIMO) MOSTRANDO A EXPANSÃO DA FRONTEIRA ..................................... 9-17

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1. INTRODUÇÃO Hoje em dia, o interesse em obter informações sobre produção de alimentos passou de “lobby” a uma necessidade uma vez que, o consumo de alimento é sempre crescente. Além disso, é necessário obter informações precisas e em tempo hábil, para que órgãos governamentais e de iniciativa privada possam tomar medidas de ações rápidas para importar ou exportar o excedente da produção de determinado produto agrícola. A tecnologia de sensoriamento remoto apresenta um grande potencial para ser  utilizada na agricultura. Através desta técnica, é possível obter informações sobre: estimativa de área plantada, produção agrícola, vigor vegetativo das culturas, além de fornecer subsídios para o manejo agrícola em nível de país, estado, município ou ainda em nível de microbacia hidrográfica ou fazenda. Os satélites de recursos naturais, ou seja, aqueles satélites que foram construídos para observar e coletar dados da superfície terrestre, por exemplo, a área ocupada com floresta, carregam a bordo dispositivos que coletam estes dados. Esses dispositivos são os sensores. Este tipo de satélite carrega a bordo um conjunto de sensores (sistema sensor) que operam em diferentes faixas do espectro eletromagnético. Devido a isso temos uma coleta da energia refletida em forma multiespectral3. Além disso, eles passam num mesmo ponto da superfície terrestre de tempo em tempo. Com esta repetitividade dos satélites, podemos obter dados de uma área agrícola várias vezes, durante seu ciclo de crescimento e desenvolvimento. Isso, permite criar um banco de dados com informações multitemporais4.

3

Imagens multiespectrais são obtidas em varias faixas, regiões ou bandas do espectro eletromagnético, como por exemplo dentro da faixa do visível do espectro é possível registrar a energia refletida das  bandas TM1, TM2 e TM3 do satélite Landsat. Quanto maior a resolução espectral de um sensor maior é o número de imagens obtidas numa dada região espectral. 4 Um satélite de sensoriamento remoto passa sobre uma mesma área na superfície terrestre segundo um   período definido. Por exemplo, o satélite Landsat leva 16 dias para fazer o recobrimento da Terra e,  portanto, a cada 16 dias volta a passar sobre uma mesma área.

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No caso de culturas agrícolas, a radiação refletida que é coletada pelos sistemas sensores traz informações que podem estar relacionadas, por exemplo, com o tipo de cultura plantada, com as condições fenológicas ou nutricionais da cultura e, consequentemente, com a produtividade, podendo, assim, estimar a produção da cultura agrícola. Nas Figuras 1 a 4 são apresentadas imagens do sensor TM a bordo do satélite Landsat, para enfatizar o aspecto multiespectral (Figura 1) e multitemporal (Figuras 2, 3 e 4) em regiões de intensa prática agrícola.

Fig. 1 – Variação da radiação refletida pelas culturas da soja e do milho nas bandas TM3 e TM4 do Landsat-5.

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Fig. 2 – Radiação refletida pela cultura do café durante os anos de 1984 e 1985. Na Figura 1 observa-se que as áreas de soja e milho apresentam tonalidade cinza escuro na imagem obtida na banda TM3, devido à absorção da energia solar pelas plantas, para realizar a fotossíntese. No entanto, na banda TM4 (infravermelho próximo) as mesmas áreas de soja e milho apresentam tonalidade cinza claro, denotando assim, alta reflectância da energia incidente, nesta região espectral. Nota-se que a soja apresenta-se em tonalidade bem mais clara do que o milho. Isto se deve principalmente à arquitetura diferenciada destas duas culturas, fazendo com que a soja reflita muita radiação solar na região do infravermelho próximo devido a suas folhas planiformes. As folhas mais eretas do milho permitem que uma maior quantidade de radiação penetre na cultura e consequentemente uma menor quantidade é refletida. Devido a esta característica é relativamente fácil descriminar estas duas culturas nas imagens de sensoriamento remoto.

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Para explicar o comportamento espectral do café observado na Figura 2, é necessário esclarecer que no ano de 1985 ocorreu uma forte geada no Sul de Minas Gerais acarretando uma queima fisiológica muito grande nas áreas de café da região. Na imagem falsa cor de 1984 a cultura do café se apresenta em coloração magenta (intensa vegetação) e bem distinta dos demais alvos de ocupação do solo. Na imagem de 1985 as áreas de café se apresentam em coloração verde (folhas queimadas e muito solo exposto). Na Figuras 3 pode-se observar que as áreas atingidas pela geada recuperaram o seu vigor vegetativo somente no ano de 1987, apresentando-se novamente em coloração magenta, tal como na imagem de 1984. Esta série temporal de imagens mostra como se pode identificar e avaliar o impacto de uma variável ambiental, como a geada, sobre a produção agrícola. Evidentemente, esta informação se complementa com uma série de outras variáveis que também exercem influência sobre a produção e não estão expressas na variação espectral da cultura.

Fig. 3- Reflectância de áreas cafeeiras nos anos de 1986 e 1987, após ocorrência da geada em 1985, no município de Três Pontas. DSR/INPE

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Por outro lado, ao adicionar cores nas imagens, isto é, ao invés e trabalhar com imagens individuais, obtidas nas diferentes bandas, podemos associar, através de cores, as informações de três bandas e gerar uma composição colorida, como é o caso da Figura 4, que foi gerada adicionando as cores, azul na banda TM3; o verde na banda TM4 e o vermelho na banda TM5. Nota-se que neste caso as áreas de soja estão apresentadas em amarelo-esverdeado e o milho em verde, mostrando que existem diferenças espectrais nessas duas culturas.

Fig. 4- Composição colorida das bandas TM3(azul), TM4(verde) e TM5(vermelho) mostrando diferentes ocupações do solo. É bom ressaltar que além das características multiespectrais e multitemporais das imagens do satélite, o especialista em sensoriamento remoto utiliza também elementos da fotointerpretação tais como: forma, sombreamento e textura. Por  exemplo, para distinguir áreas irrigadas por sistema de pivô central de outros métodos de irrigação o analista baseia-se na forma, como é mostrado na Figura 5. DSR/INPE

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Fig. 5- Áreas irrigadas pelo sistema de pivô central. Diante do que foi apresentado até aqui parece ser bastante simples a utilização de imagens para estimar a produção das safras agrícolas. Isto seria uma realidade se dispuséssemos de um número suficiente de imagens que permitissem identificar a cultura e diagnosticar o seu potencial produtivo. Isto permitiria inclusive realizar previsões de estimativas de safras, de forma objetiva e confiável. Entretanto, o grande impedimento para se obter imagens de satélite, durante o período da safra, é a presença de nuvens. Elas impedem que a energia refletida e/ou emitida pelos alvos da superfície terrestre chegue até o sensor a bordo do satélite. A freqüente cobertura de nuvens impede a obtenção de imagens livres de nuvens e impõe sérias limitações ao uso operacional das técnicas de sensoriamento remoto para estimativa de safras. Para contornar este problema existem alternativas relacionadas tanto com os sistemas sensores quanto com o sistema de coleta das informações. Quanto aos sistemas sensores, uma alternativa seria colocar em órbita uma constelação de satélites com características similares que permitiriam obter  imagens com freqüência diária. A título de exemplo, para o Landsat DSR/INPE

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necessitaríamos de 15 satélites para obter imagens diariamente. Outra alternativa é a utilização de imagens de um satélite com alta resolução temporal (diária). A grande limitação destes tipos de imagens, como por exemplo, às imagens AVHRR, é a baixa resolução espacial (1,1 x 1,1 km). Com este tipo de imagem não é possível estimar a área plantada. Contudo, estas imagens podem serem utilizadas para um sistema de vigilância sobre efeitos episódicos ou mesmo na avaliação da expansão de áreas agrícolas, conforme é apresentado na Figura 6.

Fig. 6 - Imagem NDVI ( Índice de Vegetação com Diferença Normalizada / NDVI=Riv-Rv/Riv+Rv, onde Riv = reflectância na região do infravermelho próximo e Rv = reflectância na região do vermelho do espectro eletromagnético) do Estado do Mato Grosso mostrando a evolução do desflorestamento ocorrida entre os anos de 1989 a 1993. Fonte: Adaptado de Shimabukuro et al.(1999, p. ) No caso da figura acima foram utilizadas várias imagens do mês de junho parcialmente cobertas com nuvens.

Estas imagens foram compostas ou

mosaicadas para se obter uma imagem livre de nuvens sobre todo o estado do Mato Grosso. Finalmente, uma outra alternativa seria estabelecer um sistema de amostragem para estimar a área das principais culturas, utilizando como

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referência, imagens de satélites ou fotografias aéreas de arquivo recentes. Este procedimento será descrito mais adiante. Por limitações tecnológicas é difícil obter imagens com alta resolução temporal e espacial. Em geral, quanto maior for a resolução espacial de uma imagem maior  será o tempo que o satélite leva para retornar a uma mesma área em função da estreita órbita de imageamento. Há mais de 25 anos o INPE vem realizando pesquisas relacionadas com a identificação e o mapeamento de áreas agrícolas, destacando-se as seguintes pesquisas: a) seleção das culturas agrícolas passíveis de serem mapeadas através de imagens de satélites; b) definição da área mínima, no terreno, possível de ser identificada nas imagens de satélites; c) comportamento espectral de culturas agrícolas; d) estabelecimento dos períodos adequados para aquisição de imagens visando a identificação de culturas agrícolas; e) métodos de estimativa da precisão e exatidão dos mapas temáticos; e f) utilização de algoritmos de classificação para mapear áreas agrícolas.

2. PRINCIPAIS CULTURAS ESTUDADAS 2.1 CANA-DE-AÇÚCAR O primeiro grande projeto de mapeamento de área de cana-de-açúcar no estado de São Paulo ocorreu no ano safra 1979/80 (Mendonça et al.,1981). Este projeto foi realizado através de interpretação visual de imagens Landast-MSS (Multispectral Scanner System) na escala 1:250.000, nas bandas MSS5 (vermelho) e MSS7 (infravermelho próximo). Foram utilizadas 44 imagens de 185x185 km obtendo-se uma estimativa de área plantada de 801.950 ha, para todo Brasil. Posteriormente, foram realizados estudos que visaram estimar a produtividade agrícola da cana-de-açúcar através de imagens do Landsat e de um modelo agrometeorológicodesta (Rudorff e Batista, 1990).

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2.2 CULTURA DO TRIGO Diversos estudos para estimar a área plantada com a cultura do trigo foram realizados, principalmente, no estado do Rio Grande do Sul. O trigo é cultivado durante a entre safra e neste período existe uma maior probabilidade de se obter  imagens livres de cobertura de nuvens favorecendo o uso de imagens de sensoriamento remoto na estimativa de área plantada. Moreira (1983) desenvolveu uma metodologia de estimativa de área de trigo, com base em sistema de amostragem, que reduziu em mais de 80% o tempo gasto na interpretação visual. Estudos pioneiros foram realizados também com a cultura do trigo na região de Assis, SP, para fins de fiscalização do crédito agrícola, em nível de propriedade rural, utilizando imagens do satélite Landsat-TM. 2.3 CULTURA DO ARROZ IRRIGADO Os estudos com a cultura do arroz irrigado tiveram seus inícios no ano de 1980, quando então foi assinado um convênio entre o INPE e o Instituto Rio-Grandense do Arroz (IRGA). Na época foram selecionados quatro municípios como área teste: Santa Vitória do Palmar, Itaqui, Dom Pedrito e Cachoeira do Sul. O estudo foi realizado com imagens, na escala 1:250.000, do sensor MSS nas bandas 5 e 7. Através deste estudo foi constatado que a presença da lâmina de água é um fator preponderante para separar áreas irrigadas por inundação de outros tipos de irrigação. Por exemplo, as áreas ocupadas com arroz irrigado apresentam tons de cinza muito escuros na imagem da região do infravermelho próximo (banda TM4) contrastando com outras culturas não irrigadas, conforme é mostrado na Figura 7.

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Fig. 7 – Imagem do Landsat-TM mostrando áreas de arroz irrigado no município de Santa Vitória do Palmar – RS. 2.4 ESTIMATIVA DE ÁREAS PREPARADA PARA PLANTIO A identificação e o mapeamento de áreas de solo exposto e preparado para plantio, visa contornar o problema da indisponibilidade de imagens livres de nuvens durante a estação chuvosa (janeiro a fevereiro). Com base na área potencialmente destinada para o plantio das lavouras pode-se, em conjunto com informações de intenção de plantio, estimar a área destinada para as diferentes culturas. Este estudo foi inicialmente realizado por Assunção e Duarte (1982) e foi recentemente retomado por Ippoliti-Ramilo (1999).

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2.5 SISTEMA DE AMOSTRAGEM PARA ESTIMATIVA DE ÁREAS AGRÍCOLAS O INPE e o IBGE-Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística desenvolveram um projeto, denominado SIAG - Sistema de Informação Agropecuária que visa obter estatísticas agrícolas com base num painel amostral. Inicialmente o projeto foi implementado no estado do Paraná e, posteriormente, expandido para os estados de Santa Catarina, São Paulo e o Distrito Federal. No SIAG as imagens do Landsat-TM foram utilizadas na construção do painel de amostra, isto é, na estratificação da área de estudo, em função da intensidade de uso agrícola, e também para dividir os estratos em unidades menores, denominadas UPAs (Unidades Primárias de Amostragem) que contém segmentos amostrais a serem visitados no campo pelos entrevistadores (Moreira et al. 1989). A Figura 8, ilustra a seqüência de construção do painel de amostra.

Fig. 8 – Esquema de construção do painel de amostra do Projeto SIAG. DSR/INPE

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As vantagens da abordagem metodológica do SIAG são: 1) permite estimar a área das culturas agrícolas dentro de uma confiabilidade pré-estabelecida; 2) permite estimar a área das culturas agrícolas mesmo não se dispondo de dados de satélites da safra corrente pois neste caso se utiliza o estimador de expansão direta; 3) reduz o tempo e custo no levantamento das informações a campo, por  exemplo, no Paraná são levantadas informações em apenas 450 segmentos com tamanho que varia de 1 a 5 km2; 4) a metodologia do SIAG pode ser aplicada para áreas grandes (estado) ou pequenas (município), bastando para isso, adequar o painel de amostra. As Figuras a seguir mostram exemplos de aplicações das imagens de sensoriamento remoto na agricultura.

Fig. 9 – Imagem em composição colorida adquirida pelo sensor TM a bordo do DSR/INPE

9-16

M.A.Moreira e B.T.F.Rudorff 

satélite Landsat da região de Alfenas - MG, mostrando áreas de café, citrus, pastagem e reflorestamento.

Fig. 10 – Imagem Landsat-TM da região de Bebedouro – SP, mostrando áreas destinadas à citricultura.

Fig. 11 – Imagem Landsat-TM banda 5 (infravermelho próximo) mostrando a expansão da fronteira agrícola na região norte do estado do Mato Grosso. DSR/INPE

9-17

M.A.Moreira e B.T.F.Rudorff 

3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Assunção, G.V.; Duarte, V. Avaliação de áreas preparadas para plantio

(SOLONU) utilizando-se dados do satélite Landsat. São José dos Campos. 75 p. (INPE- 2637-TDL/113). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Instituto Nacional de Pesquisas Especiais, 1982. Ipoliti-Ramilo, G.A. Imagens TM/Landsat-5 da época de pré-plantio para a previsão da área de culturas de verão. São José dos Campos. 183p. (INPE7116-TDI/688). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 1999. Mendonça, F. J.; Lee, D.C.L.; Tardin, A.T.; Shimabukuro, Y.E.; Chen, S.C.; Lucht, L.A.M.; Moreira, M.A.; Lima, A.M.; Maia, F.C.S. Levantamento da

área canavieira do Estado de São Paulo utilizando dados do Landsat ano safra 1979/80. São José dos Campos:INPE, mar. 1981. (INPE-2021RPE/288). Moreira, M.A. Sistema de amostragem para estimar a área da cultura do

trigo (Triticum aestivum, L) através de dados do Landsat. (MestradoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE). 1983 (INPE-3015TDL/150). Moreira, M.A.; Villalobo, A.G.; Assunção, G.V. de, Duarte, V.; Silva, G.; Biffi, J.A.S. Utilização de dados do Landsat-TM para estimar área de soja (Glycine max , (L) Merrill) através da expansão direta. In: IV Simpósio

Latinoamericano de Percepcion Remota , Bariloche, AG, 19-24 de nov. de 1989. Shimabukuro,Y. E.; Yi, J.L.R.; Duarte, V. Classificação e monitoramento da

cobertura vegetal do Estado do Mato Grosso através de imagens NOAA-AVHRR. São José dos Campos:INPE. 1999. (INPE-7234-RPQ/698).

DSR/INPE

9-18

M.A.Moreira e B.T.F.Rudorff 

Rudorff, B.F.T., G.T. Batista (1990), Yield estimation of sugarcane based on agrometeorological-spectral models. Remote Sensing of Environment,

33:183-192.

DSR/INPE

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M.A.Moreira e B.T.F.Rudorff 

C A P Í T U L O 10

ENSINANDO CARTOGRAFIA

P a u l o C é s a r G u r g e l d e A l b u q u e r q u e1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE

1

E-mail: [email protected] 

DSR/INPE

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P.C.G.Albuquerque

DSR/INPE

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P.C.G.Albuquerque

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 10-4 2. ATRIBUTOS DA CARTOGRAFIA .......................................................... 10-4 3. DOCUMENTOS CARTOGRÁFICOS ...................................................... 10-5 4. TIPOS DE MAPAS .................................................................................. 10-5 5. ESCALA .................................................................................................. 10-6 6. PROJEÇÃO .............................................................................................10-6 7. ENSINANDO CARTOGRAFIA NO ENSINO FUNDAMENTAL E MÉDIO .................................................................................................... 10-8 8. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES ................................................. 10-14

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1. INTRODUÇÃO A cartografia como atividade já aparece nas descobertas Pré-Históricas, antes mesmo da invenção da escrita. Como vocábulo, Cartografia foi criado pelo historiador português Visconde de Santarém em carta de 8 de dezembro de 1839, escrita em Paris e dirigida ao historiador brasileiro Adolfo de Varnhagem. Antes da consagração deste termo o vocábulo usado era cosmografia. As informações cartográficas constituem as bases sobre as quais se tomam decisões e encontram soluções para os problemas sócio-econômicos e técnicos existentes. A Cartografia foi a principal ferramenta usada pela humanidade para ampliar os espaços territoriais e organizar sua ocupação. Hoje ela está presente no cotidiano da sociedade, levando soluções para problemas urbanos, de segurança, saúde pública, turismo e auxiliando as navegações. Conceitualmente pode-se dizer que a Cartografia é uma atividade meio. Seu uso é abrangente, servindo de suporte à diversas ciências e tecnologias, a cartografia constrói seu produto conforme as necessidades apresentadas e o entrega na forma de mapas, único instrumento capaz de representar em escala, com o grau de exatidão requerido, informações quantitativas e temáticas necessárias ao planejamento. O produto cartográfico está associado a uma necessidade de apresentação e expressão de resultados. Este produto, elaborado com o objetivo de expressar  um conjunto de informações, deve ser ajustado às necessidades de apresentação impostas por essas informações, por meio de procedimentos e normas técnicas capazes de assegurar que o mapa elaborado satisfaça as exigência de um projeto.

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P.C.G.Albuquerque

2. ATRIBUTOS DA CARTOGRAFIA A Cartografia deve assegurar que o mapa responda às seguintes questões: Espaciais: - Onde ocorre o fato - Qual a forma - Quais são as dimensões Temporal: - Quando ele ocorre Temático: - Qual o tipo de ocorrência

3. DOCUMENTOS CARTOGRÁFICOS O produto cartográfico atende a uma necessidade quando o documento cartográfico elaborado garantir características que vão ao encontro da necessidade que o originou. Escala

Público alvo

Projeção

Custo

Exatidão

Tempo

Representação Tipo de produto Apresentação do produto (mídia) Para que uma região possa ser mapeada questões devem ser respondidas. É importante indagar sobre os objetivos do mapa, os modelos de projeção que podem ser utilizados, processos e meios que a Cartografia utilizará para produzir esses documentos. Para tal faz-se necessário que o interessado conheça os elementos de um mapa e dos processos utilizados na elaboração dos mapas de forma a poder encontrar a melhor solução para a necessidade apresentada.

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P.C.G.Albuquerque

4. TIPOS DE MAPAS Os mapas, são divididos em 3 tipos de documentos: topográficos; temáticos e especiais, como indicado a seguir: Cartas Topográficas

MR=Mapa Base ou mapa de referência.

Cartas ou mapas temáticos

MT=MR+Tema

Cartas ou mapas especiais

MT=MR+Tema

O mapa topográfico é considerado básico pois nele assentam-se informações de temas específicos, tais como vegetação, geologia, sistemas ferroviários etc....

5. ESCALA Número adimensional utilizado para indicar de quanto está reduzida a dimensão de uma região para que ela possa ser representada sobre uma folha de papel. Ex: 1/1000 Esta notação nos informa que o mapa apresenta uma região que teve suas dimensões reduzidas 1000 vezes. Assim, podemos dizer que 1mm no mapa corresponde a 1000 mm no terreno, que 1cm, 1000cm no terreno etc... As escalas podem ser representadas numericamente, por exemplo 1:25.000, ou graficamente. Neste caso, a relação que indica a escala é transformada em uma régua onde as distâncias são lidas diretamente, como mostrado a seguir:

1000 750 500 250 0 m

1000

2000

3000

Representação gráfica de uma escala

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6. PROJEÇÃO Refere-se a modelos geométricos ou analíticos adotados para representar em um plano horizontal, a superfície, total ou parcial da Terra. As projeções cartográficas possuem características que garantem a elaboração de mapas para todos os tipos de uso e aplicação.

Quanto ao modelo de desenvolvimento, podem ser: Cilíndricas Normais Transversas Oblíquas Cônicas e ou Policônicas Normais Transversas Planas Polares Equatoriais Oblíquas

Quanto aos atributos: Eqüidistantes distância sobre um meridiano medido no mapa = distância medida no terreno distância sobre um paralelo medido no mapa = distância medido no terreno Equivalentes área no mapa=área do terreno Conformes forma no mapa = forma do terreno Azimutais direção azimutal no mapa = direção azimutal no terreno

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A escolha do modelo de desenvolvimento e dos atributos de uma projeção é função, do uso que será dado ao mapa, da dimensão, da forma e posição geográfica da área e do alvo a ser mapeado. A projeção, face à forma da Terra, é também responsável pelas deformações em escala que os mapas apresentam. - Forma da Terra Quando pretende-se representar um objeto segundo uma determinada projeção, é importante que se conheça a forma e as dimensões do objeto. Na cartografia a forma da Terra é um fator importante que deve ser considerado, uma vez que os modelos de projeção a serem adotados deverão se ajustar  perfeitamente a essa superfície. A Terra em uma primeira aproximação pode ser considerada uma esfera de raio R, entretanto quando se deseja representá-la com mais detalhe e exatidão faz-se necessário conhecer sua forma e dimensões, assunto que é estudado pela Geodésia. A forma real da Terra, conhecida como geóide, é irregular. As operações cartográficas exigem uma superfície regular, definida como elipsóide. Este modelo é definido segundo o sistema geodésico de cada país. No Brasil o sistema geodésico adotado está assim especificado: Origem: Datum horizontal SAD69

Datum vertical

Elipsóide de referência

Imbituba, SC

Elipsóide de Referência Internacional 1967 Semi-eixo maior: 6.378.160,00m Achatamento: 1/298.25

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P.C.G.Albuquerque

7. ENSINANDO CARTOGRAFIA NO ENSINO FUNDAMENTAL E MÉDIO Atualmente observa-se que muitos profissionais voltados ao ensino da Cartografia, estão desenvolvendo modelos para que alunos do ensino fundamental aprendam o que é uma escala, como é feita a representação do relevo, o que é uma projeção cartográfica etc. Entretanto, sem se preocupar  com o exercício da própria cartografia no cotidiano da escola, quando do ensino de outras disciplinas como geografia, história, sociologia, dentre outras que podem utilizar essa ferramenta e seus produtos no seu aprendizado. Então como ensinar Cartografia? Inicialmente o que deve ser feito é despertar  o interesse do aluno para as aplicações cartográficas, conduzindo-o a exercitála sem que isto configure um tópico de uma disciplina ou ela própria. Afinal por  que aprender cartografia? Este despertar para a cartografia pode se iniciar com o aluno ainda na pré infância, através de informações elaboradas pela própria escola na forma de mapas, a respeito de sua vizinhança, acesso, meios transporte, segurança pública, etc...pelos pais e depois o próprio aluno passará a elaborar seus “mapas”, independentemente de saber o que é escala, projeção ou qualquer  técnica cartográfica. Trata-se do exercício natural dessa ferramenta, que ocorre com o crescimento do conhecimento adquirido nas diversas disciplinas, das necessidades e do interesse do próprio aluno. Outras perguntas podem ser formuladas, por exemplo: Por que o interesse de ensinar cartografia nas escolas? A partir da resposta dada, outras questões podem ser também levantadas, cabe então ao educador, procurar a resposta que vá ao encontro da formação do cidadão e não de outros interesses. Entende-se que essas respostas devem convergir para o seguintes objetivos: -

auxiliar no aprendizado da geografia, história e de outras disciplinas;

-

apoiar as atividades cotidianas do aluno e a formação de sua cidadania;

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P.C.G.Albuquerque

Respostas que contemplem outras tendências, tais como: - disseminação das aplicações cartográficas e de seus produtos no país; - utilização de novas tecnologias etc.; Ensinar Cartografia, segundo proposto, está associado a 5 fases de trabalho que, respeitadas as suas prioridades definem o conjunto de ações que devem ser desenvolvidas pelo professor e aluno no âmbito da escola, bairro e residência do educando. As fases são as seguintes: -Fase-1: Expressar todas as informações pertinentes à localização da escola, acessos, sítios de interesse tais como: papelarias; farmácias; pontos de ônibus; etc...por meio de mapas ou croquís. -Fase-2: Treinamento de professores em Cartografia. -Fase-3: Utilização e aplicação freqüente de mapas nas aulas e na elaboração dos exercícios propostos aos alunos pelo professor. -Fase-4: Treinamento específico em Cartografia para os alunos do ensino fundamental, a partir da 6a série. Este treinamento deverá sempre estar  associado às disciplinas que estão sendo ministradas nesse período. Fase-5: Curso profissionalizante para formação de técnicos de nível médio em cartografia. Observa-se que não é exigido professores com conhecimentos especializados em Cartografia até a fase-4. Os professores das disciplinas de geografia, matemática, ciências e artes plásticas, treinados para conhecer as bases na qual se assenta a Cartografia serão os orientadores e disseminadores do uso e aplicação da cartografia para este momento. A fase-5, dedicada à formação de profissionais para a Cartografia, será trabalhada por especialistas conforme os curricula aprovados.

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P.C.G.Albuquerque

Duração

Processo inicial

Processo instalada

Indicadores

e fases

1 ano

----

Anual

01 02

Aplicar em toda a escola Professores

mapas Entendimento do que

selecionados escola

Familiarização com

pela

Manutenção

dando

são mapas, leitura e uso desses

preferência àqueles

documentos em

que lecionam em

diversas escalas

todas as séries 03

Compreensão dos problemas sóciais, econômicos e Aplicar em todas as séries

ambientais apresentados na história, geografia....

04

Compreensão dos -----

Para alunos a partir da 6a série

problemas geométricos que existem nos mapas

05

Só para formação profissional

Profissionais formados

Devido ao desconhecimento dos objetivos da Cartografia e a falta de cultura na utilização de seus produtos pela sociedade, o trabalho que está sendo apresentado visa despertar e incentivar o uso sistemático da Cartografia, junto com outras disciplinas, como ferramenta para compreensão dos problemas físicos, humanos e culturais e ao cotidiano do educando. -Requisitos A consecução dos objetivos desta proposta para o ensino da cartografia, pautase nos recursos humanos e materiais básicos existentes na escola, destacados a seguir. Recursos básicos DSR/INPE

10-12 -

P.C.G.Albuquerque

1-Humanos

Características

Diretores

Interesse

Coordenadores pedagógicos

Comprometimento

Professores

de

geografia,

história, Interesse

matemática, ciências, artes plásticas .... Comprometimento Conhecimento básico sobre leitura e manuseio

de

mapas

(documentos

cartográficos) Alunos

Motivação com a escola

2-Materiais

Especificações

2.1-Documentos Cartográficos Mapas Mundi

Geral, Físico e Político

Mapas das Americas Mapas do Brasil

Geral, Físico, Político, Populacional,

Mapa da Região

Ecológico,

Mapa do Estado Mapa do Município

Geral, Físico Urbano

Cartas-imagens

Conforme disponibilidade

Atlas

Escolar 

2.2-Equipamentos e consumo Régua,

esquadro,

compasso

e

transferidor  Lápis preto e branco e coloridos Borrachas Globo Bússola Observa-se que esses materiais integram o acervo de qualquer escola e dos materiais que os alunos costumam trazer para as aulas. Os materiais suplementares, indicados a seguir, são utilizados para auxiliar  neste trabalho e enriquecer o aprendizado do aluno. Entretanto, é importante que os professores dominem esse conjunto de facilidades e possam disponibilizá-los para todos os alunos.

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P.C.G.Albuquerque

Recursos suplementares Computador  Plotter ou impressora Scanner  Aplicativos

para

cartografia

e CoreoDRAW,

sensoriamento remoto GPS

De mão para operações estáticas

Cartas imagens ou imagens

Colorida, abrangendo o município e a

Fotografias aéreas

cidade,

escala

maior

ou

igual

a

1/50.000. Cópia papel Cópia digital Materiais disponíveis no mercado

Cartas-imagens, jogos, quebra cabeças, livros didáticos.

Outra característica desta proposta é permitir que o professor continue criando atividades em sala de aula e no campo com seus alunos, valendo-se do acervo básico e de sua própria imaginação. Visando auxiliar os professores que poderão se envolver com este trabalho, apresentamos a seguir uma relação de atividades que podem ajudar na compreensão e conhecimento dos objetivos e técnicas cartográficas. a-Passeio em trilhas b-Caça ao tesouro; c-Conhecer o bairro onde mora, para identificação dos locais mais poluídos, sujos, perigosos etc. d-Corridas de orientação; e-Enduro ambiental; f-Desenhar no mapa as trajetórias das naus de Cabral e Colombo; g-Identificar no mapa do Brasil o local onde foram torpedeados os navios brasileiros durante a 2a guerra mundial, etc...

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P.C.G.Albuquerque

8. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES A concepção desta proposta foi desenvolvida a partir dos princípios básicos que norteiam as técnicas de ensino, de observações, reflexões, e de experiências vividas anteriormente junto as escolas do ensino fundamental. O ensino da Cartografia deve-se iniciar da mesma maneira que os mapas apareceram, “partindo de necessidades,” independente do conhecimento matemático do que seja escala, projeção etc... Nas séries mais avançadas professores e alunos poderão lançar mão de bibliografias específicas a respeito do tema, iniciando assim junto às disciplinas de desenho e matemática conceitos de escala, projeção forma da Terra, etc... Finalmente recomenda-se que a cartografia não seja nem disciplina nem tópico de disciplina mas uma nova forma de linguagem para abordar e apresentar  temas ambientais, sociais, históricos e biológicos que são contemplados nas disciplinas curriculares do ensino fundamental e médio.

DSR/INPE

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P.C.G.Albuquerque

C A P Í T U L O 11

Geoprocessamento

J o s é C a r l o s M o r e i r a1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE

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[email protected] 

DSR/INPE

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J.C.Moreira

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO AO SPRING ............................................................................ 11-5 2. QUAIS PLATAFORMAS E PERIFÉRICOS SÃO SUPORTADOS? ........... 11-7 3. QUAIS OS MÓDULOS DISPONÍVEIS? ...................................................... 11-8 4. FUNÇÕES DO SPRING................................................................................... 11-9

DSR/INPE

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J.C.Moreira

DSR/INPE

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J.C.Moreira

1. Introdução ao SPRING O que é SPRING?  •

Banco de dados geográfico de 2º geração, para ambientes UNIX e Windows. Os sistemas desta geração são concebidos para uso em conjunto com ambientes cliente-servidor, geralmente acoplados a gerenciadores de bancos de dados relacionais, operando como um banco de dados geográfico.

O que é Banco de Dados Geográfico?  •

Banco de dados não-convencional onde cada dado tratado possui atributos descritivos e uma representação geométrica no espaço geográfico. Os dados disponíveis no banco podem ser manipulados por métodos de processamento de imagens e de análise geográfica.

Quais são as características principais?  •

Opera como um banco de dados geográfico sem fronteiras e suporta grande volume de dados sem limitações de escala, projeção e fuso, mantendo a identidade dos objetos geográficos ao longo de todo banco.

•

Administra tanto dados vetoriais como dados matriciais ("raster") e realiza a integração de dados de Sensoriamento Remoto num Sistema de Informações Geográficas. Aprimora a integração de dados geográficos, com a introdução explícita do conceito de objetos geográficos (entidades individuais), de mapas cadastrais, mapas de redes e campos.

•

Provê um ambiente de trabalho amigável e poderoso, através da combinação de menus e janelas com uma linguagem espacial facilmente programável pelo usuário (LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica baseada em Álgebra), fornecendo ao usuário um ambiente interativo para visualizar, manipular e editar imagens e dados geográficos.

DSR/INPE

11-5

J.C.Moreira

•

Consegue escalonabilidade completa, isto é, é capaz de operar com toda sua funcionalidade em ambientes variando de microcomputadores a estações de trabalho RISC de alto desempenho.

•

Sistema inovador, projetado inicialmente para redes de estações de trabalho baseadas na arquitetura RISC e ambiente operacional UNIX. Desenvolvido usando técnicas avançadas de programação, utilizando modelo de dados orientado-a-objetos, que melhor reflete a metodologia de trabalho de estudos ambientais e cadastrais. A interface interativa utiliza o "X Window System" e padrão de apresentação OSF/MOTIF em ambientes UNIX e "Windows" em ambientes PC-Windows.

•

Adaptado a complexidade dos problemas ambientais, que requerem uma forte capacidade de integração de dados entre imagens de satélite, mapas temáticos e cadastrais e modelos numéricos de terreno. Adicionalmente, muitos dos sistemas disponíveis no mercado apresentam alta complexidade de uso e demandam tempo de aprendizado muito longo, ao contrário do SPRING.

•

Preserva o investimento dos usuários dos sistemas SITIM e SGI, uma vez que todos os dados gerados nestes sistemas podem ser totalmente aproveitados (inclusive com topologia) no novo ambiente.

Quais são as vantagens do SPRING?  •

Contém algoritmos inovadores, como os utilizados para indexação espacial, segmentação de imagens, classificação por regiões e geração de grades triangulares com restrições, garantem o desempenho adequado para as mais variadas aplicações, complementando os métodos tradicionais de processamento de imagens e análise geográfica.

•

Base de dados é única, isto é, a estrutura de dados é a mesma quando o usuário trabalha em um microcomputador na versão Windows e em uma máquina RISC (Estações de Trabalho UNIX), não havendo necessidade de

DSR/INPE

11-6

J.C.Moreira

conversão de dados. O mesmo ocorre com a interface, que é exatamente a mesma, de maneira que não existe diferença no modo de operar o SPRING. 2. Quais plataformas e periféricos são suportados?  •

Plataforma PC o

Software: 





o

Microsoft Windows-95 ou Windows-NT versão 3.51, ou Solaris-X86 versão 2.4 ou posterior, ou Linux versão 1.2.13.

Plataforma mínima de hardware: 











Processador 486 DX2 100 Mhz, Memória RAM de 16 Mbytes, Disco rígido de 1 Gbytes, Monitor de vídeo colorido SVGA, 14" NI, dp 0.28 mm, Drive de 31/2", 1.44 Mbytes e Unidade de CD-ROM (caso desejar trabalhar com imagens de satélite fornecidas pelo INPE).

•

Estações RISC-UNIX o

Estações SUN de arquitetura SPARC utilizando sistema operacional Solaris 2.4 ou posterior, ou

•

o

Estações IBM RISC/6000, com sistema operacional AIX 3.2.5, ou

o

Estações Silicon Graphics, series IRIS 4D, com sistema IRIX 4.0, ou

o

Estações Hewlett-Packard, series HP-700, com sistema HP-UX 9.0.

Hardware mínimo para estações RISC-UNIX o

32 Mbytes de memória principal.

o

50 Mbytes de espaço em disco para instalação mínima do SPRING.

o

100 Mbytes de espaço em disco para os bancos de dados a serem criados pelo usuário.

DSR/INPE

11-7

J.C.Moreira

•

O SPRING 2.0 conta com um programa automático para instalação do sistema. Este programa carrega seletivamente os arquivos da fita para o disco, em função de parâmetros fornecidos pelo usuário.

•

Periféricos como mesa digitalizadora, traçadores gráficos compatível com HPGL e impressoras coloridas compatível com PostScript também são suportados e podem ser integrados no sistema.

3. Quais os módulos disponíveis? •

3 módulos, IMPIMA, SPRING e SCARTA, com o objetivo de facilitar seu uso,

compartimentando

as

funções

de

manipulação

de

dados

geocodificados. •

IMPIMA o

Executa leitura de imagens digitais de satélite, gravadas pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), através dos dispositivos CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory ), CCT (Computer  Compatible Tapes), "streamer" (60 ou 150 megabytes) e DAT (Digital Audio Tape - 4 ou 8mm) adquiridas a partir dos sensores TM/LANDSAT-5, HRV/SPOT e AVHRR/NOAA. Converte as imagens dos formatos BSQ, Fast Format, BIL e 1B para o formato GRIB (Gridded Binary).

•

SPRING o

É o módulo principal de entrada, manipulação e transformação de dados geográficos, executando as funções relacionadas à criação, manipulação de consulta ao banco de dados, funções de entrada de dados, processamento digital de imagens, modelagem numérica de terreno e análise geográfica de dados.

o

As funções da janela principal, na barra de menus, estão divididas em: Arquivo, Editar, Exibir, Imagem, Temático, Numérico Cadastral,

DSR/INPE

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J.C.Moreira

Rede, Objetos e Utilitários. Para cada opção há um menu (janela de diálogo) associado com as operações específicas. •

SCARTA o

Edita uma carta e gera arquivo para impressão a partir de resultados gerados no módulo principal SPRING, permitindo a apresentação na forma de um documento cartográfico.

o

Permite editar textos, símbolos, legendas, linhas, quadros e grades em coordenadas planas ou geográficas. Permite exibir mapas em várias escalas, no formato varredura ou vector, através do recurso "O que você vê é o que você tem" (What You See Is What You Get, Wysiwyg).

4. Funções do SPRING O SPRING apresenta um conjunto de novos algoritmos e procedimentos inovadores, resultantes dos projetos de pesquisa do INPE e seus parceiros. As

funções

indicadas

em

"negrito"

o

passam

a

fazer

parte

do

release

3.6.

Ambiente unificado para os diferentes tipos de dados geográficos e suas representações;

Interface com o

o

Menus sensíveis ao contexto;

Usuário

o

Linguagem de Álgebra de Mapas LEGAL;

o

Disponível nos seguintes idiomas: Português, Inglês e Espanhol.

o

NOAA/AVHRR;

Processamento de Imagens

Leitura de Imagens LANDSAT, SPOT, ERS-1 e

o

Registro e Correção Geométrica;

o

Mosaico de Imagens com equalização dos níveis de cinza;

DSR/INPE

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J.C.Moreira

o

Realce por manipulação de histograma;

o

Filtragem espacial;

o

Transformações IHS e componentes principais;

o

Operações aritméticas;

o

Leitura de valores de pixel;

o

Classificadores estatísticos pixel-a-pixel;

o

Segmentação de Imagens e Classificadores por  Regiões (supervisionado e não-supervisionado);

o

Restauração de imagens LANDSAT e SPOT;

o

Filtros morfológicos para imagens;

o

Modelos de Mistura;

o

Técnicas markovianas para pós-classificação de imagens;

o

Processamento de Imagens de Radar;

o

Digitalização, edição e geração de topologia;

o

Conversão

matriz

de/para

vetor

de

mapas

temáticos; o

Mosaico;

o

Mapas de distância;

o

Tabulação cruzada;

o

Linguagem

Análise Geográfica

de

Análise

Reclassificação,

Geográfica

Ponderação,

LEGAL:

Fatiamento,

Operações Boolaenas, Classificação Contínua e Operadores Zonais; o

Estatística espacial com análise univariada de pontos;

DSR/INPE J.C.Moreira

o

Estimador de Densidade por Kernel;

o

Critério de Decisão AHP;

o

Geoestatísica - Krigeagem; 11-10

o

Análise de Localização pelo método da p-mediana.

o

Cruzamento Vetorial de PI's.

o

Digitalização de amostras e isolinhas;

o

Geração de grades regulares;

o

Geração de grades triangulares (TIN), com a inclusão de restrições.;

o

Plotagem de contornos;

o

Cálculo de mapas de declividade e exposição de vertentes;

o

Geração de mapas hipsométricos;

o

Produção de imagens sintéticas;

o

Cálculos de volume e perfis;

Modelagem Digital

o

Visualização 3D;

de Terreno

o

Linguagem

de

Análise

Geográfica

LEGAL:

Operações Matemáticas; o

Suavização de Linhas;

o

Extração de Topos de Morros;

o

Modelos Hidrológicos; 

Geração de Grades;



Rede de Drenagem;



Mancha de Inundação - Com colaboração da CH2MHILL do Brasil.

o

Digitalização de linhas e nós de uma rede;

o

Modelagem da rede - Associação com objetos e

Modelagem de REDES

DSR/INPE J.C.Moreira

definição de impedâncias e demandas; o

Cálculo do custo mínimo

o

Alocação de Recursos;

o

Análise de Localização - P-Mediana; 11-11



Com colaboração do Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada - LAC-INPE e Universidade

Estadual

Paulista

-

UNESP/FEG

-

Faculdade de Engenharia, Departamento de Matemática . o

Geocodificação de Endereços;

Apresenta uma nova interface de consulta espacial, semelhante aos sistemas de "desktop mapping", que permite: o

Definição e apresentação do conteúdo de tabelas de atributos dos geo-objetos em BD relacionais;

o

Consulta por atributos espaciais e apresentação dos resultados;

Consulta a Bancos

o

Agrupamento de objetos geográficos por atributos;

de Dados

o

Geração de gráficos com distribuição de valores de

Relacionais (Mapas

atributos; o

Cadastrais)

Apresentar o conteúdo de uma tabela relacional com atributos dos geo-objetos;

o

Relacionar o conteúdo da tabela com a localização espacial dos objetos;

o

Gerar gráficos com a distrubuição relativa de dois atributos;

o

Suporte aos padrões xBASE, ACCESS e ORACLE nativos;

o

Ambiente interativo (WYSIWYG) com controle do posicionamento dos mapas, símbolos, legenda e

Geração de Cartas

texto; o

Biblioteca de Símbolos em formato DXF-R12 ou BMP;

DSR/INPE J.C.Moreira

11-12

o

Configuração de folhas A0, A1, A2, A3 e A4;

o

Suporte para dispositivos HPGL/2 e Postscript;

o

Importadores 

Vetores : ARC/INFO (ungenerate), ASCIISPRING, DXF-R12, ShapeFile



Grades Numéricas : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING



Matriz Temática : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING





Intercâmbio de

o

Tabelas : ASCII-SPRING e DBF

Conversores para ASCII-SPRING 

Dados

Imagens : RAW, TIFF, SITIM, JPEG e GeoTIFF

MID/MIF (Mapinfo), ShapFile (ArcView) e E00 (ArcInfo)

o

Exportadores 

Vetores : ARC/INFO (ungenerate), ASCIISPRING, DXF-R12, ShapeFile e E00



Grades Numéricas : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING



Matriz Temática : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING





Imagens : RAW, TIFF, JPEG e GeoTIFF Tabelas : SPACESTAT e ASCII-SPRING

o

Suporte para 14 Projeções Cartográficas;

o

Mosaico de Dados Vetoriais e Imagens;

Gerenciamento de

o

Conversão de Dados entre Projeções;

Mapas

o

Edição de toponímia (textos) em todos modelos de dados;

o

DSR/INPE J.C.Moreira

Registro vetorial. 11-13

o

Limpar Vetores - elimina

linhas duplicadas,

polígonos e elementos menores que uma dimensão fornecida pelo usuário, e quebra automática de interseção de linhas; o

Geração de Pontos - conversão de mapas temáticos (pontos e polígonos) ou cadastrais (pontos e polígonos com atributos) para mapas de pontos temáticos (pontos 2D) ou numéricos (amostras 3D).

o

Ajuda em formato HTML - necessário o navegador  Internet Explorer;

Ajuda On-line

o

Roteiro de "Como Iniciar ?" para iniciantes;

o

Roteiro em 10 aulas para utilização das principais funções;

DSR/INPE J.C.Moreira

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C A P Í T U L O 12

USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO COMO RECURSO DIDÁTICO PEDAGÓGIC O NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE

V â n i a M a r i a N u n e s d o s S a n t o s1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE Divisão de Sensoriamento Remoto

1

e-mail: [email protected] 

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 12-5 2. O SENSORIAMENTO REMOTO E SUAS POSSIBILIDADES NO ESTUDO DAS DISCIPLINAS ESCOLARES ........................................ 12-6 3. O SENSORIAMENTO REMOTO E O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE NA ESCOLA ........................................................................................... 12-8 4. CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO .............................................................................................. 12-11 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 12-14

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1. INTRODUÇÃO Com o desenvolvimento das modernas tecnologias espaciais, dentre as quais se incluem os satélites artificiais, tornou-se possível “(re)conhecer” a Terra, através da coleta de diferentes dados e da aquisição de imagens da sua superfície, por meio de sensores remotos. Os dados gerados pelos diversos sensores remotos, sobretudo os orbitais (a bordo de satélites), tem servido como base para o desenvolvimento e realização de projetos associados às atividades humanas, no mundo inteiro e em diversas escalas, bem como auxiliado no diagnóstico sobre as implicações ambientais, econômicas, sociais, políticas e culturais desses projetos com relação a ocupação dos espaços geográficos, favorecendo na realização do planejamento sócio econômico ambiental sustentável. Dada a sua importância para o mundo moderno, entendemos que o conhecimento produzido e acumulado sobre o potencial de utilização das tecnologias espaciais, sobretudo do sensoriamento remoto, movido pela crença de “ir ao espaço buscar soluções para os problemas da Terra”, deve ser  conhecido por toda nossa sociedade, pela qualificação que pode promover no desempenho dos agentes sociais, para a melhoria das condições de vida, o que justifica o compromisso de divulgar ciência. A escola, concebida como agência de comunicação social que tem no saber  sua matéria prima, é o espaço privilegiado capaz de receber e processar tais informações transformando-as em conhecimento, e por meio desse processo, desenvolver a função social de formar cidadãos preparados para participações sociais consistentes e construtivas. Com o processo de mudanças desencadeado a partir da nova Lei de Diretrizes e Bases da Educação (9394/96), resultante em parte da evolução e ampliação do conhecimento sistematizado, vem sendo assinalada a necessidade da educação escolar trabalhar com conteúdos e recursos que qualifiquem o DSR/INPE

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V.M.N.Santos

cidadão para a vida na sociedade moderna tecnológica. Em consonância com a Lei, os Parâmetros Curriculares Nacionais e as Diretrizes para o Ensino Médio, destacam a importância do trabalho com o conhecimento científico e tecnológico no ensino fundamental e médio, respectivamente. Este contexto favorece a introdução da tecnologia de sensoriamento remoto na escola, enquanto conteúdo e recurso didático inovador no processo de ensino e aprendizagem, frente as atuais exigências de reformulação da educação escolar impostas pela conjuntura de nossa sociedade de final de milênio.

2. O SENSORIAMENTO REMOTO E SUAS POSSIBILIDADES NO ESTUDO DAS DISCIPLINAS ESCOLARES O trabalho que temos realizado com sensoriamento remoto nas escolas, tem se constituído numa oportunidade de aproveitar seu vasto potencial de uso e aplicações

para

a

compreensão

da

dinâmica

do

processo

de

intervenção/repercussão das relações sociais no equilíbrio/desequilíbrio do meio ambiente, permitindo ultrapassar uma perspectiva de abordagem restrita às ciências da natureza, comum na abordagem desta questão, e avançar na perspectiva das ciências sociais e da pedagogia da comunicação. O uso escolar dos produtos e técnicas de sensoriamento remoto apresentamse como recurso para o processo de discussão/construção de conceitos pelos alunos, e como conteúdo em si mesmas. Podemos verificar suas possibilidades de uso em diferentes disciplinas tais como: Geografia, História, Ciências, Matemática, Educação Artística, dentre outras, principalmente em abordagens interdisciplinares, como por exemplo na focalização do tema Meio Ambiente. No ensino da Geografia, a utilização de imagens de satélite, por exemplo, permite identificar e relacionar elementos naturais e sócio econômicos presentes na paisagem tais como serras, planícies, rios, bacias hidrográficas, DSR/INPE

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V.M.N.Santos

matas, áreas agricultáveis, industriais, cidades.., bem como acompanhar  resultados da dinâmica do seu uso, servindo portanto como um importante subsídio à compreensão das relações entre os homens e de suas conseqüências no uso e ocupação dos espaços e nas implicações com a natureza. No ensino da História, com imagens de um mesmo local produzidas em períodos/anos diferentes, é possível apreender a temporalidade dos fatos em sua dinâmica e fazer a reconstituição do processo de uso, ocupação e desenvolvimento de uma região, enquanto um movimento em suas regularidades e alternâncias, permanências e mudanças, mostrando as transformações no perfil econômico e as possibilidades de construção de planos administrativos e condutas sociais participativas que se abrem a partir  desse conhecimento. Como as imagens de satélite estão associadas aos fenômenos físicos de absorção e reflexão da luz, estas podem ser analisadas e compreendidas por  intermédio do ensino de Ciências, de tal forma a se constituírem no próprio conteúdo a ser compreendido, enquanto elemento cultural componente das sociedades tecnológicas, ao mesmo tempo em que propiciam compreensão de conceitos físicos a elas associados. Outros estudos voltados ao ensino de Ciências ainda podem encontrar nas imagens uma referência para a sua compreensão, tais como o processo saúde/doença relacionado a vetores naturais como por exemplo a água e as condições em que se apresenta no meio ambiente, evidenciadas pelo sensoriamento remoto. No ensino de Matemática, as imagens de satélite e fotografias aéreas podem ser utilizadas como recurso para a compreensão de conceitos, como os de área, proporção e formas geométricas, através da análise e compreensão entre os elementos constitutivos de uma paisagem tais como plantações, estradas, serras, rios e cidades. Os produtos de sensoriamento remoto podem ser  DSR/INPE

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utilizados como recurso à compreensão e resolução de problemas reais/concretos, como por exemplo calcular a área desmatada de uma floresta e a proporção deste impacto para a população local e circunvizinha, utilizando diferentes escalas. Esses recursos podem auxiliar o aluno a perceber “o tamanho real” do problema e consequentemente a importância de aprender a manipular conceitos matemáticos para compreendê-los, construindo o próprio conhecimento. Em Educação Artística, é possível elaborar maquetes a partir de imagens de satélite, fotografias aéreas e mapas (cartas topográficas), mostrando em diferentes escalas serras, vales, rios, represas, estradas, ferrovias, cidades, etc., “construindo” a região na sua tridimensionalidade, além de possibilitar a elaboração de outros textos artísticos, literários e plásticos a partir das percepções propiciadas pela leitura das imagens e pela experiência estética da relação com elas. O contato, sobretudo com as cores e formas características das imagens de satélite e sua decodificação, encaminha os alunos aos desdobramentos de leituras objetivas e subjetivas do espaço geográfico, propícias ao desenvolvimento de experimentos plásticos originais. Esses são apenas alguns exemplos dos possíveis usos didáticos dos produtos e técnicas de sensoriamento remoto no tratamento de conteúdos curriculares. Embora estes exemplos apresentem possibilidades multidisciplinares de utilização escolar do sensoriamento remoto, é possível também desenvolver  estudos interdisciplinares a partir da definição de um tema específico para estudo, onde as contribuições disciplinares se tecem na sua análise, como por  exemplo o tema meio ambiente.

3. O SENSORIAMENTO REMOTO E O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE NA ESCOLA As características dos produtos do sensoriamento remoto, sobretudo das imagens de satélite, tais como repetitividade de cobertura; justaposição de DSR/INPE

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informações; abrangência espacial; cores e formas, apresentam importante contribuição para os estudos ambientais na escola, revelando a dinâmica do processo de construção do espaço geográfico. A abrangência espacial e o caráter temporal das imagens de satélite, que possibilitam uma visão de conjunto da paisagem em tempos diferentes, seqüenciais e simultâneos, podem auxiliar nos estudos do meio ambiente, mostrando, por exemplo, as relações entre o crescimento desordenado das cidades e a presença de rios/córregos poluídos, favorecendo na localização de possíveis fontes poluidoras, tais como indústrias ou loteamentos irregulares, bem como subsidiar na análise dos processos de uso e ocupação dos espaços, enriquecendo estudos históricos e geográficos. A possibilidade de associarmos, ao uso escolar do sensoriamento remoto, atividades de campo voltadas à verificação da verdade terrestre e a contextualização das informações obtidas a partir das imagens de satélite e fotografias aéreas, através do estudo do meio ambiente local, tem norteado o desenvolvimento de projetos de educação ambiental em escolas, sob a coordenação desta autora1. Convém lembrar que entendemos a educação ambiental como um importante instrumento para a compreensão e conscientização de questões/problemas da realidade sócio ambiental, cujo desenvolvimento, sobretudo nas escolas, se constitui em uma das mais sérias exigências educacionais contemporâneas para o exercício/construção da cidadania, e conseqüente melhoria da qualidade de vida.

1

O referido trabalho, voltado à capacitação de professores e alunos, com referência em questões sócio ambientais, foi desenvolvidos em escolas públicas e particulares do ensino fundamental e médio nos seguintes municípios: São José dos Campos, Jacareí, Lorena, Cachoeira Paulista, Monteiro Lobato e Santo André, com a participação das Prefeituras locais, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e da Petrobrás. Os resultados obtidos fundamentaram a dissertação de mestrado desta autora, intitulada: “Escola, Cidadania e Novas Tecnologias: experiências de ensino com o uso de sensoriamento remoto” defendida na Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, em 1999. ,

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Dessa forma, explorar com recursos de sensoriamento remoto, inicialmente, regiões conhecidas do aluno favorece a descrição dos elementos presentes na paisagem, familiarizando-o com esta forma de representação do espaço. Deixar que o aluno observe uma imagem durante o tempo que for necessário para localizar sozinho seus principais elementos, sobretudo os constitutivos da sua cidade, permite que este “se encontre” nesta paisagem. Contudo, convém lembrar que fotografias aéreas e imagens de satélites são instrumentos, recursos que, ante ao estudo em questão ou a sua complexidade, não dispensa, mas ao contrário, cria a necessidade de acesso a outras fontes de informação, coleta de dados, etc., ou seja, exige o desenvolvimento de atividades correlacionadas para o estudo do meio ambiente. A realização de um estudo sobre os problemas sócio ambientais de uma cidade/região e suas implicações com a qualidade de vida da população, constitui-se em exemplo interessante do que consideramos acima. Se selecionarmos o recurso hídrico como vetor, a partir do qual iniciaremos o estudo em questão, não podemos deixar de investigar o comprometimento de um simples córrego urbano poluído, que deságua no rio principal de uma bacia hidrográfica, com o meio ambiente regional, segundo uma visão local e posteriormente por uma ótica integrada com toda região atingida direta ou indiretamente por este manancial. Quando se analisa o córrego poluído em questão utilizando apenas levantamentos restritos, é possível que escape à vista as implicações degradantes que o mesmo possa estar provocando em outros locais, à quilômetros de distância da área estudada. A utilização de recursos de sensoriamento remoto possibilita aos alunos uma apreensão sistêmica da área de estudo, favorecendo à análise do meio ambiente e ecossistemas associados, considerando não apenas um único DSR/INPE

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aspecto/variável, mas sim a multiplicidade de aspectos/variáveis que possam estar contribuindo para a degradação da qualidade das águas, estabelecendo relações entre o impacto local e suas repercussões espaciais e revelando, consequentemente, suas implicações para o declínio da qualidade de vida da população atendida direta ou indiretamente por este manancial. Nos projetos educacionais desenvolvidos, voltados ao uso escolar do sensoriamento remoto no estudo do meio ambiente, com referência nos recursos hídricos, professores de diferentes disciplinas orientaram seus alunos na realização de atividades em sala de aula e trabalhos de campo, incluindo: leitura e interpretação de imagens de satélite e fotografias aéreas; leitura de mapas, em diferentes escalas; estudo do meio, com referência na coleta de amostras d’água nos rios/córregos para posterior análise; realização de roteiros ambientais; entrevistas na comunidade; elaboração de mapeamento sócio ambiental do bairro/região de estudo, visando discussões sobre os problemas sócio

ambientais

locais

(bairro/município),

e

suas

repercussões

regionais/globais, bem como suas implicações sociais, econômicas, políticas e culturais no cotidiano da sociedade. A utilização dos recursos de sensoriamento remoto, associados ao desenvolvimento de diferentes atividades, como as citadas acima, tem propiciado aos alunos condições de compreender  o meio ambiente local e regional; refletir  sobre a realidade sócio ambiental em estudo; propor soluções para os problemas identificados, bem como exercitarem a sua cidadania através de ações/intervenções escolares voltadas para a melhoria da qualidade de vida.

4. CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO Nossa proposta de trabalho com os recursos de sensoriamento remoto na escola não se limita a uma mera transferência mecânica de informações. Não DSR/INPE

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se trata de proceder apenas à divulgação de suas características e potencialidades, mas sobretudo de refletir sobre elas e trabalhar suas relações com a prática pedagógica e com o tratamento dos conteúdos curriculares em suas relações com a vida, visando a construção do conhecimento por  professores e alunos. Como afirma o educador Gutierrez2 (1979), “o mero fato de interpretar ou apropriar-se de um saber não é suficiente para que, com propriedade de termos, possamos falar de aprendizagem ‘autêntica’. Somente pode chamar-se autêntico o conhecimento que em si mesmo e por si mesmo seja produtivo e transformador, o que requer do preceptor que ele o transforme em conhecimento seu e reestruture à sua maneira tal informação”. Tal restruturação requer um trabalho ativo-reflexivo com a informação, por  parte do aprendiz, orientado pelo docente, que o levará a utilizá-la enquanto ferramenta de: decodificação, compreensão da realidade imediata em que está inserido e de outras realidades semelhantes a esta; enquanto ferramenta para o estabelecimento de relações com realidades distintas da sua, mas a ela conectadas por diferentes relações, que é preciso aprender a captar e estabelecer, já que não são evidentes por si mesmas, enquanto repercussões à distância de fenômenos, e que facilmente passam por desapercebidas a olhares menos desavisados. O uso escolar do sensoriamento remoto recomenda o desenvolvimento da Pedagogia da Comunicação no tratamento dos conteúdos curriculares, considerando a análise da realidade concreta e as reflexões possíveis de serem desenvolvidas sobre ela, propiciadoras do exercício de operações mentais implementadoras do desenvolvimento do raciocínio crítico e da produção do conhecimento.

2

Gutierrez, F. Linguagem total : uma pedagogia dos meios de comunicação . São Paulo : SUMMUS, 1979. p. 110

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Por em prática a Pedagogia da Comunicação significa por em prática iniciativas pedagógicas transformadoras. Tais iniciativas implicam: •

Considerar a realidade social em que o educando existe e na qual a tecnologia espacial, em especial o sensoriamento remoto, tem uma presença relevante;

•

Lidar com o meio ambiente do educando, sua realidade imediata, circundante, e a compreensão que o aluno tem dela, como ponto de partida;

•

Alcançar como ponto de chegada do processo de ensino a reelaboração da compreensão inicial que o aluno tem do meio ambiente;

•

Recorrer como caminho, como método, à utilização do sensoriamento remoto; à observação da realidade focalizada; ao diálogo entre diferentes tipos de saber, para a construção do conhecimento mais elaborado e mais crítico do educando.

Isto pressupõe propiciar ao aluno condições de compreender a vida humana numa dimensão de totalidade, pela apreensão das relações recíprocas entre o seu meio imediato e o mais amplo; pela apreensão da ressonância das atuações individuais e das organizadas de maneira coletiva e colaborativa, na implementação de planos administrativos que visem a qualificação e preservação do meio ambiente. O uso escolar do sensoriamento remoto, como recurso didático pedagógico no processo de ensino aprendizagem, permite desmistificar a idéia que uma tecnologia de ponta é algo distante da escola, bem como esclarece que professores podem promover ou proceder à socialização da ciência requalificando a relação do ensino com o conhecimento e com a vida, quando o seu uso está voltado para o estudo de questões importantes da atualidade e significativa para os alunos.

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Elaborar projetos escolares com as pretensões didáticas aqui assumidas, implica no desenvolvimento de ações capazes de propiciar: o questionamento sobre o significado de meio ambiente; a investigação e reflexão sobre a realidade sócio ambiental imediata, e com a sua representação em diferentes escalas; a percepção de suas relações; a compreensão da contribuição da tecnologia de sensoriamento remoto na apreensão de problemas ambientais e na elaboração de sua superação; o estabelecimento da relação teórico/prática capaz de promover o desenvolvimento de experiências escolares com o sensoriamento remoto; o desenvolvimento do raciocínio crítico construtivo, responsável por comportamentos organizados de intervenção social, voltados à conscientização de problemas sócio ambientais vividos e às possíveis atuações de superação, de responsabilidade individual e coletiva, civil e administrativa. Nesta perspectiva, entendemos que o uso escolar do sensoriamento remoto pode contribuir para o desenvolvimento da função da escola na atualidade, de formar cidadãos preparados para participações sociais consistentes e construtivas através dos recursos da ciência presentes na sociedade, oportunizando a escola, e a partir dela a comunidade, o acesso ao conhecimento da função social desta tecnologia.

5. BIBLIOGRAFIA: Santos, Vânia M. N. Escola, cidadania e novas tecnologias: investigação

sobre experiências de ensino com o uso de sensoriamento remoto. São Paulo. 150p. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, 1999. Santos, Vânia M. N. O uso escolar das imagens de satélite: socialização da ciência e tecnologia

espacial. In: Penteado, Heloísa D. Pedagogia da

comunicação. São Paulo: Cortez, 1998.

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Penteado, Heloísa D. Metodologia do ensino de geografia e história. São Paulo, Cortez, 1991. Penteado, Heloísa D. Meio Ambiente e formação de professores. São Paulo, Cortez, 2000.

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PROJETO EDUCA Educa SeReIII ELABORAÇÃO DE CARTA IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO Utilização de Cartas Imagens-CBERS como recurso didático em sala de aula

T a n i a M a r i a S a u s e n1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE 

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[email protected] 

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12-7 1.1 OS SATÉLITES DE SENSORIAMENTO ................................................................. 12-7 1.2

O INPE

....................................................................................................................... 12-8

1.3 OS PARÂMETROS CURRICULARES NACIONAIS .............................................. 12-9 1.4 CARTA-IMAGEM ..................................................................................................... 12-10 2. O DOCUMENTO DE CAMBORIÚ ........................................................................... 12-10 3. O PROGRAMA EDUCA SERE ................................................................................ 12-12 4. PROJETO EDUCA SERE III-ELABORAÇÃO DE CARTA-IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO ......................................................... 12-13 SITES ÚTEIS .............................................................................................................. 12-19

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LISTA DE FIGURAS 1 - CARTA IMAGEM DE PORTO ALEGRE – RS .................................................... 13-19

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PROJETO EDUCA Educa SeReIII ELABORAÇÃO DE CARTA IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO Utilização de Cartas Imagens-CBERS como recurso didático em sala de aula Tania Maria Sausen Ministério da Ciência e Tecnologia Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais Atividades de treinamento e Difusão de Conhecimento em Ciência e Tecnologia Espacial [email protected]  http://www.inpe.br/unidades/cep/atividadescep

1-Introdução: 1.1) Os satélites de sensoriamento: Em junho de 1972 foi lançado pelos norte-americanos, o primeiro satélite de sensoriamento remoto, o LANDSAT.Em junho de 1973 entrou em operação a antena de rastreamento de satélites do Brasil, que está localizada em Cuiabá, centro geográfico da América do Sul. Esta foi a terceira antena a entrar em operação no mundo. Desde esta época já foram lançados vários satélites de sensoriamento remoto, tais como o francês SPOT, o europeu ERS, o canadense RADARSAT, os norte-americanos IKONOS, ORVIEW e o sino-brasileiro CBERS. As imagens geradas pelos satélites de sensoriamento remoto são uma ferramenta poderosa para serem utilizadas como recurso didático em sala de aula, por apresentarem uma visão sinótica da área abrangida por cada uma delas, por permitirem a coleta de dados temporais de uma mesma área e por coletarem informações sobre feições na superfície terrestre em várias faixas do espectro eletromagnético. Estas características proporcionam uma série de informações sobre os recursos naturais e ações antrópicas, informações estas, importantes, no estudo do espaço geográfico e do meio-ambiente. Paralelamente, estas imagens são pictoricamente agradáveis, o que chama atenção do aluno, facilitando assim o ensino e a compreensão da geografia, da ciência e da história.

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O professor em sala de aula, seguramente terá um grande aliado, no uso das imagens de sensoriamento remoto. Nos últimos cinco anos, vários organismos internacionais, agências espaciais e educadores, tem observado e comprovado que é necessário estender-se o processo de disseminação da tecnologia de sensoriamento remoto para alunos dos ensinos fundamental e médio, pois é desta comunidade de estudantes que surgirá o cidadão do futuro, que deverá entender o relacionamento entre meio-ambiente e sociedade, para proteger e preservar a terra. É nesta fase também que estes estudantes estão escolhendo a sua futura profissão sendo, pois, o momento adequado para motivá-los a trabalhar com sensoriamento remoto.

1.2) O INPE Desde o lançamento do primeiro satélite de sensoriamento remoto, em 1972, o INPE, através da Atividade de Treinamento e Difusão de Conhecimentos em Ciência e Tecnologia Espaciais-ATDCCTE e da sua Divisão de Sensoriamento Remoto-DSR, tem se preocupado com a disseminação e transferência desta tecnologia para usuários finais. Apesar de todas as atividades desenvolvidas pelo Instituto, esta tecnologia ainda não é amplamente utilizada pelo público em geral e poucos professores fazem uso das imagens de satélite como recurso didático. É bem verdade que este panorama vem mudando nos últimos anos, em consonância com uma tendência observada em todo o mundo e incentivada pela Divisão de Espaço Exterior da ONU e pela UNESCO. As imagens de satélites, quando são utilizadas em sala de aula, restringe-se a professores universitários, quase sempre oriundos do programa de mestrado em sensoriamento remoto do INPE. Isto ocorre principalmente pela falta de capacitação de alguns professores, o alto custo das imagens de satélite e a falta de material didático dedicado exclusivamente ao ensino de sensoriamento remoto.

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1.3) Os Parâmetros Curriculares Nacionais Os Parâmetros Curriculares Nacionais-PCN foram criados pelo Ministério da Educação do Brasil, com base na Lei de Diretrizes e Bases da Educação. Estes Parâmetros atendem a todas as áreas dos ensinos fundamental e médio e dão as linhas de ação de cada uma das disciplinas, com relação ao programa a ser desenvolvido em sala de aula, em cada uma das séries, ao longo do período letivo. Eles servem de instrumento no apoio às discussões pedagógicas na escola, na elaboração de projetos educativos, no planejamento das aulas, na reflexão sobre prática educativa e na análise do material didático. De acordo com os PCNs o objetivo da Geografia “é explicar e compreender as relações entre a sociedade e a natureza, e como ocorre a apropriação desta por aquela”. A

Geografia tem que trabalhar com diferentes noções espaciais e temporais, bem como com os fenômenos sociais, culturais e naturais que são característicos de cada paisagem, para permitir uma compreensão processual e dinâmica de sua constituição. È mencionado nos PCNs que “o ensino da Geografia deve fazer uso de leituras de imagens, de dados e de documentos de diferentes fontes de informação, de modo a interpretar, analisar e relacionar informações sobre o espaço geográfico e as diferentes  paisagens”.

Diante disto, as imagens de satélite, em suas diferentes resoluções espaciais, temporais e espectrais constituem-se em poderosa ferramenta em sala de aula, sendo um material didático rico, útil e interessante no ensino da geografia. É um material didático de múltiplas finalidades para os professores do ensino fundamental (1° a 8° séries-7 a 14 anos) e médio (1° a 3° séries-15 a 17anos). Atualmente as escolas brasileiras estão buscando novos recursos didáticos e novas formas de ensinar geografia, bem como ciências, história, artes, etc. para seus alunos, formas que aproximem o aluno da realidade, que permitam que tenham um conhecimento mais detalhado do local onde eles vivem, da sua cidade, do seu estado, do seu país e do seu continente.

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O ensino da geografia visa também tornar o aluno um futuro cidadão consciente sobre o meio-ambiente e os recursos naturais que o cercam. Para esta tarefa as imagens de sensoriamento remoto são úteis e possibilitam a identificação de vários aspectos da paisagem, bem como caracterizar a interação do homem com ela e os impactos provocados por ele. Assim, levando-se em consideração os PCNs e os livros didáticos de geografia, sugerese: •

O uso de imagens de satélite com diferentes resoluções espaciais para o estudo dos continentes, países, estados, regiões e municípios;

•

O uso de dados temporais para caracterizar a ação do homem sobre o meio ambiente;

•

O uso de imagens de alta resolução para estudos locais (cidades e bairros);

•

A integração de dados obtidos de cartas geográficas, fotografias, mapas temáticos, cartas rodoviárias e visitas ao campo, para que o aluno possa aprender  e caracterizar o local onde vive e como deve interagir com a paisagem ao seu redor.

1.4) Carta-Imagem Do ponto de vista cartográfico, CARTA é a representação dos aspectos naturais ou artificiais da Terra destinada a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação precisa de distâncias, direções e a localização geográfica de pontos, áreas e detalhes.  A CARTA-IMAGEM  é

a carta elaborada a partir de uma imagem de satélite.

Cada carta-imagem apresenta informações sobre áreas urbanas e os principais elementos da paisagem, tais como a rede hidrográfica, a cobertura vegetal, o uso do solo, as áreas agrícolas, além de informações cartográficas tais como rodovias, ferrovias, nomes de rios, córregos, arroios, cidades, coordenadas geográficas, geodésicas e escala de trabalho.

2 - O Documento de Camboriú Durante a I Jornada de Educação em Sensoriamento Remoto no Âmbito do Mercosul, realizada no Balneário Camboriú, no período de 20 a 23 de maio de 1997, um dos temas

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mais discutidos foi à carência de material didático voltado especificamente ao ensino de sensoriamento remoto, em todos os níveis. Este é um problema que não ocorre somente no Brasil, mas de modo geral em todos os países do Mercosul. No Documento de Camboriú é mencionado que:

1) A informação proveniente de dados de sensoriamento remoto pode ser utilizada nos distintos níveis formais de ensino (fundamental, médio, superior e pós-graduação);

2) Podem ser considerados como material didático em sensoriamento remoto livro texto; cadernos pedagógicos; atlas geográficos compostos por imagens de satélite; carta imagem; CD ROM com imagens de satélite; vídeos e slides com imagens de satélite, tutoriais disponíveis na Internet, etc;

3) Com relação a disponibilidade de material didático em sensoriamento remoto observou-se que: •

há uma carência de material didático com ênfase em exemplos ou estudos realizados na região do Mercosul;

•

há pouco material didático gerado por autores e nos idiomas da região do Mercosul e os mesmos já estão desatualizados;

•

o material didático existente em geral se constitui de esforços isolados ou mesmo anotações pessoais dos professores que ministram os cursos e disciplinas de sensoriamento remoto;

•

há total falta de interesse das editoras pela publicação de livros técnicos e material  didático em sensoriamento remoto devido a a tual relação custo/demanda;

•

falta de apoio institucional e financeiro à confecção de material didático

Para sanar os problemas referentes a carência de material didático são sugeridas ações, tais como: •

 promover junto aos organismos financiadores a difusão do sensoriamento remoto de tal forma que motive estes organismos a financiarem a geração de material  didático;

•

solicitar a cooperação e o apoio dos distribuidores de dados espaciais a baixo custo para atividades de ensino;

•

favorecer ações de vinculação com o setor privado que fomentem a geração e distribuição de material didático;

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•

motivar as autoridades de educação e pesquisadores a elaborar material didático  para apoiar o ensino de sensoriamento remoto;

•

incentivar as universidades que possuem centros de publicação a gerar material  didático e fazerem a sua divulgação através de sociedades científicas.

3 - O Programa Educa SeRe Considerando-se, pois, os tópicos mencionados, foi criado no INPE, em 1998, pela responsável da Atividade de Treinamento e Difusão de Conhecimento em Ciência e Tecnologia Espaciais, o Programa Educa SeRe. Este programa tem por objetivo gerar  material didático, a baixo custo, dedicado ao ensino de sensoriamento remoto nos níveis fundamental, médio e superior, de tal forma que dissemine e torne acessível esta tecnologia a todas as camadas da sociedade. Os objetivos específicos do programa são: •

Promover a criação de uma massa crítica sobre o uso e as aplicações da tecnologia de sensoriamento remoto no país e na região do Mercosul, através da disseminação e comercialização de material didático de baixo custo;

•

difundir, no meio docente e discente, diferentes produtos adquiridos por satélites de sensoriamento remoto existentes na atualidade, de tal forma que eles sejam amplamente divulgados;

•

socializar os conhecimentos de sensoriamento remoto para fomentar novos projetos de pesquisas e aplicações na área de recursos naturais;

•

motivar instituições de ensino, tais como universidades, a tomarem parte na elaboração de material didático para o ensino de sensoriamento remoto;

•

motivar empresas privadas a colaborarem na confecção de material didático voltado para o ensino de sensoriamento remoto.

Este programa está dividido em quatro módulos, cada um deles constituindo-se em um projeto, estando todos voltados para a elaboração de material didático para o ensino de sensoriamento remoto, a saber: •

PROJETO EDUCA SeRe I - Cadernos Didáticos no Ensino de Sensoriamento Remoto;

•

PROJETO EDUCA SeRe II - CD ROM para o Ensino de Sensoriamento Remoto

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•

PROJETO EDUCA SeRe III - Elaboração de Cartas-Imagem para o Ensino de Sensoriamento Remoto

•

PROJETO EDUCA SeRe IV- Homepages para o Ensino de Sensoriamento Remoto

Cada um destes módulos já gerou pelo menos um material didático

4 - Projeto Educa Sere III-Elaboração de Carta-Imagem para o Ensino de Sensoriamento Remoto O Projeto Educa SeRe III-– Elaboração de Carta-Imagem para o Ensino de Sensoriamento Remoto, teve início em 1998, um ano após a realização da I Jornada de Educação em Sensoriamento Remoto no Âmbito do Mercosul, realizada em CamboriúSC. Ele é parte do Programa Educa SeRe desenvolvido pelo INPE. Tem objetivo criar séries de cartas-imagem, abordando várias aplicações de sensoriamento remoto na área de recursos naturais, de tal forma que formem uma coleção, para serem utilizadas como material didático. Estas cartas estão sendo produzidas separadamente, de forma seriada. Os objetivos específicos deste projeto são: •

Disponibilizar, a baixo custo, para a comunidade em geral, dados de sensoriamento remoto dedicado à área de recursos naturais;

•

difundir o uso de dados de sensoriamento remoto como recurso didático, nas disciplinas de ciência e geografia;

•

tornar acessível, de forma ampla e a baixo custo, material didático para o ensino de sensoriamento remoto e de recursos naturais.

As primeiras cartas-imagem foram apresentadas no IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, realizado em Santos, SP, em setembro de 1998. Foram feitas 3 mil cópias, em parceria com a SELPER e distribuídas durante o Simpósio e posteriormente para todos os interessados em vários estados brasileiros e mesmo para o exterior. No contexto deste projeto já foram desenvolvidas as seguintes cartas-imagem:

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a) Série Cidades Brasileiras: •

Carta-Imagem n° 1–Santos, escala 1:50.000, utilizando a imagem do satélite LANDSAT/TM, canais 2, 3 e 4, órbita 219 ponto 76, passagem de 20 de agosto de 1997;

•

Carta-Imagem n° 2 – Santos, escala 1:50.000, utilizando a imagem de satélite ERS-1 e 2, sensor SAR, de 08 de maio de 1996 e 04 de abril de 1996, respectivamente, elaborada em parceria com a Agência Espacial Européia – ESA;

•

Carta-Imagem n° 3 – São José dos Campos, utilizando a imagem de satélite LANDSAT/TM, com o apoio da Prefeitura Municipal de São José dos Campos. 2000 exemplares impressos foram distribuídos para todas as escolas do ensino fundamental e médio de São José dos Campos;

Posteriormente ao lançamento o INPE assumiu o compromisso de treinar os professores da rede de ensino (municipal, estadual e privada), na utilização da carta imagem como recurso didático em sala de aula. Assim foram treinados 121 professores da rede municipal, 64 da rede estadual e 23 da rede privada num total de 208. •

Mosaico do Vale do Paraíba, Litoral Norte e Serra da Mantiqueira, escala 1:350.000, gerado a partir de duas imagens LANDSAT/TM, passagens de 26 de   julho e 20 de agosto de 1997, órbita 21, pontos 75 e 76, publicado em parceria com o Jornal Vale Paraibano de São José dos Campos, na edição do dia 21 de agosto de 1999, em toda a região abrangida pelo Jornal Valeparaibano (41 municípios).

Estas cartas-imagem tiveram um grande sucesso, sendo bem recebidas, não apenas pelos professores do ensino fundamental e médio, bem como por vários segmentos da sociedade tais como imobiliárias, professores e estudantes universitários, distribuidoras de leite, energia elétrica, construtores de rodovias, ONGs, jornalistas, redes de televisão, promotores públicos, advogados, planejadores, arquitetos, etc. Com o lançamento do satélite

Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres-CBERS 

este

projeto passou a dedicar-se a criação de cartas-imagens usando exclusivamente imagens da Câmara CCD deste satélite, dando início assim ao Projeto Educa Sere III—

Elaboração de carta imagem para o ensino de sensoriamento remoto-Utilização de cartas-Imagem-CBERS como Recurso Didático.

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Os objetivos específicos deste projeto são: •

disseminar a tecnologia de sensoriamento remoto na educação escolar;

•

incentivar o desenvolvimento de novas metodologias de ensino;

•

tornar acessível, de forma ampla e a baixo custo, material didático para o ensino de sensoriamento remoto e de recursos naturais;

•

disseminar os produtos de sensoriamento remoto gerados pela Satélite SinoBrasileiro de Recursos Terrestres;

•

incentivar os docentes dos ensinos fundamental e médio a formarem cidadãos conscientes da importância da preservação dos recursos naturais e como os dados de sensoriamento remoto podem auxiliar nesta tarefa.

Com a finalidade de capacitar professores dos ensinos fundamental e médio no uso das cartas-imagens como recurso didático foi criado o Curso sobre “O

Uso

de

Sensoriamento Remoto como Recurso Didático nos Ensinos Fundamental e Médio ”.

O primeiro curso e o lançamento da primeira carta-imagem CBERS foi realizado durante o X Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 19-21 de abril de 2001, em Foz do Iguaçu, Paraná. Posteriormente, de 17 a 22 de junho de 2002, foi realizado um curso para professores do município de Manaus, em parceria com a Universidade de Manaus, com a conseqüente geração da carta-imagem de Manaus. No período de 3 a 5 de abril de 2003, foi realizado o terceiro curso, em Belo Horizonte, em parceria com a Secretaria Municipal de Educação, como parte das atividades do XI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto. Para este curso foi gerada a carta-imagem de Belo Horizonte O objetivo deste curso é a capacitação de professores dos ensinos fundamental e médio, no uso de imagens de sensoriamento remoto, levando em consideração as diretrizes e orientações presentes nos PCNs, para o ensino de geografia. Assim, foram levados em conta os objetivos e metas propostas para o ensino de geografia para cada um dos ciclos dos ensinos fundamental e médio, e proposto como e quais dados de sensoriamento remoto os professores podem estar utilizando em sala de aula. Os objetivos específicos deste curso são: •

Despertar interesse na comunidade docente para a potencialidade e a utilização de dados de sensoriamento remoto como recurso didático, em geografia, em sala de aula;

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•

Disseminar para a comunidade docente e discente os benefícios gerados pela tecnologia de sensoriamento remoto no conhecimento do espaço geográfico, dos aspectos sócio-econômicos e na preservação dos recursos naturais do país;

•

Encorajar os estudantes do ensino fundamental e médio a se interessarem por  profissões relacionadas à tecnologia de sensoriamento remoto, tendo como objetivo a busca de novos talentos;

•

Difundir junto à comunidade docente e discente as atividades realizadas pelo INPE na área de sensoriamento remoto;

As metas a serem atingidas são: •

Capacitar docentes de geografia dos ensinos fundamental e médio para desenvolverem atividades, em sala de aula, referentes ao uso de dados de sensoriamento remoto;

•

Por meio dos docentes, capacitar os alunos dos ensinos fundamental e médio a desenvolverem atividades, em sala de aula, referentes ao uso de dados de sensoriamento remoto em geografia;

•

Com o auxílio dos docentes participantes do projeto, buscar novas formas de utilização de dados de sensoriamento remoto em sala de aula;

•

Por meio das atividades em sala de aula, referentes ao projeto, encorajar os estudantes interessados em geografia e ciências, a elegerem carreiras relacionadas à tecnologia de sensoriamento remoto;

•

Com o auxílio dos professores e estudantes, envolvidos no projeto, tornar  acessível à comunidade em geral os benefícios gerados à comunidade pelas atividades de sensoriamento remoto desenvolvidas pelo INPE.

Espera-se que ao final do curso os docentes estejam familiarizados com os inúmeros recursos didáticos oferecidos pelas imagens de sensoriamento remoto, que passem a utilizá-las em sala de aula e que possam eles próprios criar novos materiais didáticos a partir dos conhecimentos adquiridos no curso. Os professores treinados têm utilizado as cartas-imagem para desenvolver projetos sobre meio-ambiente e preservação de recursos naturais em sala de aula, educação ambiental, ensino de geografia, matemática, ciências, cartografia, física e artes.

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Elas têm despertado interesse também de docentes na Argentina e Uruguai. Este é o único projeto do gênero na América do Sul. Dentro do contexto deste projeto já foram desenvolvidas as seguintes cartas-imagem: a) Capitais Brasileiras: •

Carta-imagem de Brasília;

•

Carta-imagem de Cuiabá;

•

Carta-imagem de Manaus;

•

Carta-imagem de Belo Horizonte.

Estão em fase de elaboração as cartas-imagem de Porto Alegre e Natal. b) Cidades Brasileiras: •

Carta-imagem de Foz do Iguaçu, PR

•

Carta-Imagem de Cachoeira Paulista, SP

Estas cartas-imagem estão disponíveis na homepage do projeto: http://www.inpe.br/unidades/cep/atividadescep/educasere

Resultados esperados neste projeto são: •

Criar uma massa critica entre os professores de geografia do ensino fundamental e médio no uso de dados de sensoriamento remoto como recurso didático em sala de aula;

•

Buscar parcerias entre o INPE e instituições públicas e privadas no sentido de ampliar este projeto bem como na realização de futuros projetos na área de educação espacial;

•

Ter uma ampla difusão das atividades de educação e sensoriamento remoto desenvolvidas pelo INPE na comunidade docente e estudantil;

Formas de utilização de cartas-imagem CBERS em sala de aula:

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Segue abaixo alguns exemplos de situações em que o material didático com sensoriamento remoto pode ser utilizado em sala de aula: 

Traçado de áreas urbanas e rede viária que comunica a cidade com o entorno imediato;



Aspectos morfológicos da paisagem urbana;



Formas de crescimento das áreas urbanas e progressiva invasão do espaço agrícola;



Estudo geográfico do espaço imediato ao aluno;



Correlacionar o tipo de ocupação humana com os aspectos físicos, econômicos e sociais da região onde o aluno vive;



Distribuição do uso do solo no tempo e no espaço e sua relação com os aspectos econômicos da região onde o aluno vive;



Explicar aspectos mais complexos como grandes complexos de relevo, bacias de drenagem, correntes oceânicas, uso do solo e áreas agrícolas de uma região, aspectos de inundações, etc;



Identificar áreas de preservação de mananciais e sua forma de ocupação;



Complementar a cartografia na compreensão de aspectos gerais como a distribuição de mares e terras, a forma dos continentes, as grandes artérias hidrográficas do mundo;



Os limites e as barreiras urbanas, tanto as que provem do meio natural (rios, serras, florestas) como as artificiais (estradas, complexos urbanos) criadas pelo homem;



Impactos ambientais causados pelo a ocupação humana;



Caracterização de áreas de preservação, tais como áreas alagadas, planícies fluviais, áreas costeiras, áreas de mangue, florestas naturais;



Visão sinóptica do local onde o aluno vive e sua relação com o contexto ao redor;



Reconstituição histórica do espaço geográfico em que o aluno vive;

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