Modelagem do balanço de energia e evapotranspiração na Amazônia brasileira com uso de imagens MODIS e ASTER

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Gabriel de Oliveira
• Orientador(a): Elisabete Caria Moraes
• Banca de defesa: Regina Célia dos Santos Alvalá, Yosio Edemir Shimabukuro, Bernanrdo Barbosa da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: The natural resources of Brazilian Amazon are being exploited in a large-scale and the different changes occurring in surface cover especially due to the replacement of forest by pasture play a great influence on hydrology and climate. Meteorological experiments have been conducted that involves collect continuous data in the Amazon region, however, field measurements are usually localized and given the breadth and diversity of this region it is necessary to estimate and to represent spatially the surface energy fluxes under a broader scale. Therefore, the use of satellite data represents a viable alternative, since it allows to obtain information about the Earth's surface with wide spatial and temporal coverage. In this context, the main objective of this study was to evaluate the components of energy balance and the actual daily evapotranspiration obtained by the SEBAL model using the data from multispectral sensors with high and moderate spatial resolution (ASTER and MODIS/TERRA) in two regions (Fazenda Nossa Senhora Aparecida and Reserva Biológica do Jaru) in the state of Rondônia (RO), southwestern Brazilian Amazon. To this end, we sought to: analyze the spatial and temporal patterns of surface energy fluxes and daily actual evapotranspiration in the regions of study; evaluate the sensitivity of the SEBAL model estimates with the use of ASTER data in land use/land cover changes; validate the estimates generated by the SEBAL model using ASTER data with \textit{in situ} measurements obtained by micrometeorological towers of LBA (conditions of pasture and forest) located within the study areas; and compare the estimates generated by SEBAL using MODIS data with the estimates obtained using ASTER data. The results showed that the data estimated by SEBAL varied according to the land use/land cover and responded to the biophysical alterations and the rainfall intensity in both regions in the days before the collection of satellite data. The analyzes carried out in case of change of land use/land cover demonstrated the sensitivity of the SEBAL model together with ASTER to quantify and to represent how different changes in land use/land cover modify the surface energy fluxes. The validation of the SEBAL model for the conditions of pasture and forest indicated a good to reasonable agreement (average relative errors of up to 18\%) for estimates of albedo, net radiation, sensible heat flux (except for forest), latent heat flux, and actual daily evapotranspiration (except for pasture). Estimates of sensible heat flux (forest), actual daily evapotranspiration (pasture) and soil heat (pasture and forest) presented low agreement with the values measured \textit{in situ}. Finally, the SEBAL model was efficient in mapping the spatial distribution of the components of energy balance and actual daily evapotranspiration in areas included in the Brazilian Amazon using remote sensing data of high and moderate spatial resolution. Thus, the remote sensing is an important instrument to meet the requirements for quantification and spatial distribution of surface energy fluxes and water balance of the atmosphere in the Amazon region.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/05.10.18.32

A Amazônia brasileira passa por uma exploração em grande escala de seus recursos naturais e as diferentes transformações ocorridas na cobertura da superfície, principalmente pela substituição de áreas de floresta por pastagem, exercem uma grande influência na hidrologia e clima. Há alguns anos vêm sendo realizados experimentos meteorológicos envolvendo coletas contínuas de dados na região amazônica, porém, medições em campo geralmente são pontuais, e dada a extensão e diversidade dessa região, se faz necessária a estimativa e representação espacial dos fluxos de energia em superfície sob uma escala mais ampla. Assim, a utilização de dados orbitais surge como alternativa viável, pois possibilita a obtenção de informações sobre a superfície terrestre com ampla cobertura espaço-temporal. Nesse contexto, o objetivo principal deste estudo foi avaliar os componentes do balanço de energia e a evapotranspiração real diária obtidos pelo modelo SEBAL, a partir de dados de sensores multiespectrais de alta e moderada resolução espacial (ASTER e MODIS/TERRA), em duas regiões (Fazenda Nossa Senhora Aparecida e Reserva Biológica do Jaru) no estado de Rondônia (RO), sudoeste da Amazônia brasileira. Para tanto, buscou-se: analisar o padrão espacial e temporal dos fluxos de energia na superfície e evapotranspiração real diária nas regiões de estudo; avaliar a sensibilidade das estimativas do modelo SEBAL, com o uso de dados ASTER, à mudanças no uso/cobertura da terra; validar as estimativas geradas pelo modelo SEBAL, a partir de dados ASTER, com medidas \textit{in situ} obtidas pelas torres micrometeorológicas do projeto LBA (condições de pastagem e floresta) localizadas no interior das regiões de estudo; e comparar as estimativas geradas pelo SEBAL através de dados MODIS com as estimativas obtidas com o uso de dados ASTER. Os resultados mostraram que as variáveis estimadas pelo SEBAL variaram de acordo com o tipo de uso/cobertura da terra e responderam às alterações biofísicas e à intensidade pluviométrica nas regiões de estudo nos dias que antecederam a coleta dos dados orbitais. As análises realizadas em casos de mudança de uso/cobertura explicitaram a sensibilidade do modelo SEBAL, em conjunto com dados ASTER, em representar quanto e como diferentes alterações no uso/cobertura da terra modificam os fluxos de energia na superfície. A validação do modelo SEBAL para as condições de pastagem e floresta indicou uma boa a razoável concordância (erros médios relativos de até 18\%) para as estimativas de albedo, balanço de radiação, fluxo de calor sensível (exceto para floresta), fluxo de calor latente e evapotranspiração real diária (exceto para pastagem). As estimativas de fluxo de calor sensível (floresta), evapotranspiração real diária (pastagem), assim como o fluxo de calor no solo (pastagem e floresta) apresentaram baixas concordâncias com os valores medidos \textit{ in situ}. A análise comparativa entre as estimativas obtidas por dados ASTER e MODIS confirmou o potencial do sensor MODIS no mapeamento dos fluxos energéticos e evapotranspiração na região amazônica. Por fim, conclui-se que o modelo SEBAL foi eficiente no mapeamento da distribuição espacial dos componentes do balanço de energia e evapotranspiração real diária em áreas inseridas na Amazônia brasileira, a partir da utilização de dados de sensoriamento remoto de alta e moderada resolução espacial. Dessa maneira, o sensoriamento remoto se configura em um importante subsídio para atender as necessidades relativas à quantificação e espacialização dos fluxos de energia em superfície e do balanço hídrico da atmosfera na região amazônica.