Uma expansão da aplicação do modelo linear de mistura espectral : estudo das variações na concentração e área do gelo marinho para estatísticas climáticas na Região Norte da Península Antártica - Hillebrand , Fernando Luis (2021)
O gelo marinho possui influência no sistema climático global atuando como isolante térmico entre o oceano e a atmosfera, na redução da radiação solar absorvida pela superfície da Terra e na circulação oceânica. Para o monitoramento temporal , a maior série de imagens satelitais disponíveis são dos sensores remotos passivos Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR ), Special Sensor Microwave Imager ( SSM/I ) e Special Sensor Microwave Imager/Sounder ( SSMIS ) , com disponibilização de dados desde 1978 . Esta pesquisa tem por objetivo aplicar o Modelo Linear de Mistura Espectral ( MLME ) para análise sub pixel das imagens destes sensores remotos passivos e realizar análises estatísticas por meio da regressão linear múltipla e pela modelagem de séries temporais Box - Jenkins para predição da concentração do gelo marinho na região oceânica situada a norte da Península Antártica , com setorizações conforme a Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources , entre 1979 e 2018. Para o desenvolvimento do MLME foi aplicada a metodologia que compreende as seguintes etapas: a) calibração e classificação multitemporal de imagens Synthetic Aperture Radar do satélite Sentinel 1A ; b) assinatura espectral dos componentes puros por meio do MLME nas imagens SSMIS ; c) correções radiométricas entre as imagens SMMR, SSM/I e SSMIS ; d) análise subpixel nas imagens SMMR, SSM/I e SSMIS entre os meses de maio a novembro ; e e) validação estatística do modelo. Em sequência, partindo da série histórica da concentração do gelo jovem e/ou gelo de primeiro ano proveniente do MLME, foi realizada a análise estatística com dados meteorológicos como temperatura do ar a 2 m da superfície, temperatura da superfície do mar, precipitação total, pressão atmosférica ao nível médio do mar, velocidade do vento, componentes u e v do vento a 10 m , disponibilizados pelo modelo de reanálise atmosférica European Reanalysis Agency 5 ( ERA5 ). Com isto , a análise estatística avaliou a influência dos principais fatores meteorológicos na concentração do gelo marinho entre os meses de maio a novembro , no período compreendido entre 1979 e 2018. O MLME apresentou no cálculo da concentração de gelo marinho em relação às imagens classificadas do Sentinel 1A uma diferença média de 1,4 %, desvio - padrão de 13,6 % e Root Mean Square Error ( RMSE ) de 15,3 % . A evolução da área coberta por gelo jovem e/ou gelo de primeiro ano com concentração ≥ 15% obtida pelo MLME , entre 1979 e 2018 apresentou uma tendência linear negativa para a região de estudo, com a tendência de - 0,03 ± 0,02 x 10 3 k m ² ano - 1 para os setores oceânicos Antarctic Peninsula Bransfield Strait West e Antarctic Peninsula Bransfield Strait East , e - 0,05 ± 0,03 x 10 3 k m ² ano - 1 para Antarctic Peninsula Drake Passage West e Antarctic Peninsula West. Ao analisar a predição da concentração do gelo marinho em relação aos fatores meteorológicos , constatamos por meio da validação cruzada utilizando o ano de 2018 como referência que os dois modelos estatísticos apresentam desempenho semelhante ao analisar os resultados da análise de resíduos, RMSE da validação cruzada, acurácia final e desvio - padrão dos resíduos, sendo essas respostas relacionadas à regionalização da área de estudo e também por não demonstrar sazonalidade no comportamento mensal da concentração de gelo marinho durante o período analisado .