Variabilidade espaço-temporal da eficiência de uso da água na Caatinga do submédio do São Francisco por meio de dados MODIS e modelo METRIC

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Nildson Rodrigues de França e Silva
• Orientador(a): Elisabete Caria Moraes, Magna Soelma Beserra de Moura
• Banca de defesa: Bruno Silva Oliveira, Gabriel de Oliveira
• 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 São Francisco River basin covers an area of 645.000 km2 corresponding to 8% of Brazilian territory. Located in the Lower-Middle part of São Francisco River basin and in the biome of Caatinga, the Garças, the Pontal and the Curaçá river sub-basins are known for the strong irrigated agriculture, especially, the fruticulture. Many of those irrigated areas were implemented in natural vegetation areas. Due to the higher water demand, it can have changes in the water fluxes, as also in the carbon and energy fluxes. Therefore, the aim of this study was to evaluate how landcover and land use change impacts in the carbon and water fluxes, as also in the land surface temperature and surface albedo, using MODIS dataset and the algorithm METRIC (Mapping Evapotranspiration with High Resolution and Internalized Calibration). The used dataset were: MCD43A3 (albedo), MCD43A4 (nadir adjusted reflectance), MOD11A1 (land surface temperature), MOD15A2H (leaf area index), MOD13A31 (Normalized Difference Vegetation Index NDVI), MOD16A2 (evapotranspiration ET), MOD17A2H (gross primary productivity GPP) and MOD44W (land water mask). The landcover and land use was mapped by visual inspection the main use and land cover in the area to extract the temporal profiles using images from OLI/Landsat-8 availables at Google Earth Engine. There was used the cummulative precipitation images from the TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) data set 3B43, the landcover product MapBiomas version 3.0 and the elevation digital model GMTED2010. After applied the model METRIC to obtain ETa, some of the METRIC sub-products were used as input to generate the GPP and after the water-use efficiency (WUE). After the validation of the generated products using data from micrometerology towers, we not recommended using WUE from the ratio between the MODIS products (MOD17A2H/MOD16A2), as also MOD15A2H and MOD16A2 to study the pixel values, but the penultimate can be used to study the trends. Among the MODIS products, it is recommended to use MCD43A3 and MOD11A1. The products derived from METRIC showed the best results. These products are recommend in studies about carbon and water fluxes, but it is necessary to pay attention to the algorithm calibration of the algorithm to obtain good results. About the behaviour of the studied fluxes in the study area, it was observed a strong dependence of the Caatinga vegetation and pasture areas to the rainfall periods. Differently of irrigated areas, which presented a constant behaviour during the time. The Caatinga vegetation and pasture areas, even suffered a period of lower rainfall events in a period between June/2015 and December/2015 showed high values of NDVI and WUE after the precipitation events from January/2016. The irrigated areas showed high values of GPP and WUE during the whole year.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/03.30.15.03

A bacia hidrográfica do São Francisco abrange cerca de 645.000 km2, o que representa 8% do Brasil. Desse território, as sub-bacias das Garças, Pontal e Curaçá que abrangem parte dos estados da Bahia e Pernambuco contidas no Submédio do São Francisco e no bioma da Caatinga são conhecidas pela presença agricultura irrigada, em especial, a fruticultura. Muitas das áreas de agricultura irrigada foram instaladas em áreas de vegetação nativa, devido à maior demanda hídrica dos cultivos irrigados, o que pode causar alterações nos fluxos de água como também nos fluxos de carbono e energia na região. Diante disso, este estudo buscou compreender como as mudanças de uso e cobertura da terra influenciam nos fluxos de água e carbono, na temperatura de superfície e albedo da superfície através da utilização dos produtos MODIS e o modelo METRIC (Mapping Evapotranspiration with High Resolution and Internalized Calibration). Os produtos utilizados foram: MCD43A3 (albedo), MCD43A4 (reflectância de superfície ao nadir), MOD11A1 (temperatura de superfície), MOD15A2H (índice de área foliar), MOD13A1 (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI), MOD16A2 (evapotranspiração ET), MOD17A2H (produtividade primária bruta GPP) e MOD44W (máscara de águas continentais). Através de imagens do sensor OLI/Landsat-8 provenientes da plataforma do Google Earth Engine foi realizado um mapeamento por inspeção visual das classes de uso e cobertura da terra para extração dos perfis. Além destes dados, foram utilizadas imagens do produto 3B43 do TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) de precipitação acumulada, o produto de cobertura da terra do MapBiomas versão 3.0 e o modelo digital de elevação GMTED2010. O METRIC foi utilizado na obtenção da ETa, alguns de seus sub-produtos foram utilizados como entrada na modelagem da GPP e posterior obtenção da eficiência de uso da água (WUE). No processo de validação os produtos gerados foram comparados com dados de torres micrometeorológicas, cujo resultado mostrou que não recomenda-se utilizar a WUE obtida a partir dos produtos MODIS (MOD17A2H/MOD16A2) como também o MOD15A2H e o MOD16A2 para estudar os valores obtidos, no entanto, o penúltimo podem ser utilizados em estudos de tendência. Entre os produtos MODIS recomenda-se a utilização do MCD43A3 e do MOD11A1. Os produtos derivados do METRIC apresentaram os melhores resultados sendo recomendados para estudos dos fluxos de água e carbono, porém deve-se atentar para a etapa de calibração do modelo, que é essencial para a obtenção de bons resultados. Quanto ao comportamento dos fluxos na região de estudo observou-se que as áreas de Caatinga e pastagem por não serem irrigadas apresentaram uma forte dependência das chuvas da região diferente das áreas de agricultura irrigada que mantiveram o comportamento constante ao longo do ano. As áreas de Caatinga e pastagem, mesmo passando por um período de baixas precipitações durante os meses de junho/2015 e de dezembro/2015 conseguiram apresentar altos valores de NDVI e WUE após eventos de precipitações de janeiro/2016. As áreas de agricultura irrigada apresentaram altos valores de GPP e WUE durante todo o ano.