Estudo da composição das águas da planície amazônica por meio de dados de reflectância do sensor hyperion/EO-1 e de espectrômetro de campo visando a compreensão da variação temporal dos seus constituintes opticamente ativos

• Ano de defesa: 2006
• Autor(a) principal: Conrado de Moraes Rudorff
• Orientador(a): Lênio Soares Galvão, Evlyn Marcia Leão de Moraes Novo
• Banca de defesa: Cláudio Clemente de Faria Barbosa, Flávio Jorge Ponzoni, Waterloo Pereira Filho
• 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: Two methodological approaches were evaluated to study the reflectance of optically active constituents using hyperspectral imagery of EO-1 Hyperion orbital sensor: a) Linear Spectral Mixture Model; and b) derivative analysis. Two Hyperion images acquired over an area located upstream of the confluence between the Amazon and the Tapajós rivers were analysed, looking towards the comprehension of the seasonal dynamic of the Amazon floodplains water composition. The first image was acquired September 16, 2001, during the period of the outflow of water from the floodplain lakes to the Amazon River, due to the lowering of its level. The second image was acquired June 23, 2005, at the end of the high water period. A field campaign was carried out between June 23 and 29, 2005 to collect radiometric and limnological data almost simultaneously the acquisition of this image. Both images were pre-processed to remove stripes of abnormal pixe ls and were converted from radiance to surface reflectance values, thus, correcting the effects of atmospheric absorption and scattering. A sequential procedure with the techniques of Minimum Noise Fraction (MNF), Pixel Purity Index (PPI) and n-dimensional visualization of the MNF feature space was employed to select endmembers, within the spectral range of 457-885 nm. A single set of endmembers was gathered to represent the following spectrally unique water masses: clear-water; dissolved organic matter; suspended sediments; and phytoplankton. The Linear Spectral Mixture Model mapped each scene in terms of the sub-pixels fractional abundances of the four endmembers. A temporal analysis allowed to verify the relative alterations in water composition, observing a general tendency of the increase in suspended sediment and phytoplankton concentrations along the floodplain towards the outflow period. From field and Hyperion image measurements obtained in 2005, during the high water period, correlation coefficients of the reflectance and first spectral derivative with the concentrations of optically active constituents were determined. By means of empirical model fits it was observed that, the first spectral derivative: in 711.7 nm, explained 80.9\% of the variation of suspended inorganic sediments concentration (mg $\Gamma$$^{1}$); and in 691.9 nm, explained 68.3\% of the variation of chlorophyll-a concentration ($\mu$g $\Gamma$$^{1}$ ). The two methods applied demonstrated peculiar potentials to characterize the composition of optically complex Amazon waters.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.12.18.14

Duas abordagens metodológicas foram avaliadas para o estudo da reflectância de constituintes opticamente ativos por meio de imagens hiperespectrais do sensor orbital Hyperion/EO-1: a) Modelo Linear de Mistura Espectral; e b) análise derivativa espectral. Duas imagens Hyperion adquiridas sobre a área de estudo situada à montante da confluência entre os rios Amazonas e Tapajós foram analisadas, visando a compreensão da dinâmica sazonal da composição das águas da planície de inundação Amazônica. A primeira imagem foi adquirida no dia 16 de setembro de 2001, durante o período de vazante em que a água escoa no sentido dos lagos da planície para o rio Amazonas, devido à diminuição de seu nível. A segunda imagem foi adquirida no dia 23 de junho de 2005, no final do período de cheia. Uma campanha de campo foi realizada entre 23 e 29 de junho de 2005 para coletar dados radiométricos e limnológicos quase simultâneos à aquisição desta imagem. Ambas as imagens foram pré-processadas visando eliminar faixas de pixels anômalos e foram convertidas de valores de radiância para reflectância de superfície, portanto, corrigindo-se os efeitos de absorção e espalhamento atmosféricos. Um procedimento seqüencial das técnicas Fração Mínima de Ruído (MNF), Índice de Pureza de Pixel (PPI) e visualização do espaço de atributos n-dimensional gerado entre as bandas MNF foi empregado para selecionar membros de referência, no intervalo espectral 457-885 nm. Foi composto um conjunto único de membros de referência para representar as seguintes massas de águas espectralmente distintas: água clara, matéria orgânica dissolvida, sedimentos em suspensão; e fitoplâncton. O Modelo Linear de Mistura Espectral mapeou cada cena em termos das abundâncias fracionais sub-pixels dos quatro MRs. Uma análise temporal permitiu verificar alterações relativas na composição da água, tendo sido observada uma tendência geral de aumento nas concentrações de sedimentos em suspensão e fitoplâncton na planície de inundação para o período de vazante. A partir das medidas de campo e da imagem Hyperion obtida em 2005, durante o período de cheia, foram calculados coeficientes de correlação dos dados de reflectância e de primeira derivada espectral com as concentrações dos constituintes opticamente ativos. Por meio de ajustes de modelos empíricos observou-se que, a primeira derivada espectral: em 711,7 nm, explicou 80,9\% da variação da concentração de sedimentos inorgânicos em suspensão (mg 1$^{1}$); e em 691,4 nm, explicou 68,3\% da variação na concentração da clorofila-a ($\mu$g $\Gamma$$^{1}$). Os dois métodos empregados demonstraram potenciais peculiares para caracterizar a composição das águas opticamente complexas na Amazônia.