Close
Metadata

%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/06.24.16.22
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/06.24.16.22.58
%T Parametrização de algoritmos semi‐analíticos para estimativa do coeficiente de atenuação difusa da água (Kd) do reservatório de Três Marias/MG por sensoriamento remoto
%J Spectral diffuse attenuation coefficient (Kd) semi-analytical algorithm parametrization for Três Marias reservoir by remote sensing
%D 2020
%8 2020-06-25
%9 Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto)
%P 111
%A Curtarelli, Victor Pedroso,
%E Novo, Evlyn Márcia Leão de Moraes (presidente),
%E Barbosa, Claudio Clemente Faria (orientador),
%E Kampel, Milton,
%E Carvalho, Lino Augusto Sander de,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K reservatórios, propriedades ópticas inerentes, propriedades ópticas aparentes, sensoriamento remoto da transparência da água, algoritmo quasi-analítico, water reservoir, inherent optical properties, apparent optical properties, remote sensing of water transparency, quasi-analytical algorithm.
%X Reservatórios são ambientes aquáticos construídos pelo homem de grande importância ambiental, positiva e negativamente, pois pela interrupção do fluxo de um rio ocorre a inundação da bacia à montante no nível definido pela cota máxima da barragem, retendo a maior parte dos sedimentos carreados por sua bacia de captação. Uma das formas de monitorar o impacto da antropização na bacia de drenagem sobre reservatórios é medir o coeficiente de atenuação difusa da irradiância descendente na coluna de água (𝐾𝑑), uma vez que o aporte de sedimentos, efluentes e resíduos advindos das atividades humanas alteram as concentrações dos chamados constituintes da água, modificando suas propriedades ópticas. As medidas de irradiância para cálculo de 𝐾𝑑 podem ser realizadas in-situ, porém a custos elevados, tornando-se um método não desejável para o monitoramento. Entretanto, uma alternativa é a estimativa de 𝐾𝑑 a partir de medidas de reflectância de sensoriamento remoto (𝑅𝑟𝑠) de imagens de satélite por meio de algoritmo semi-analítico calibrado e validado com dados de campo. Neste trabalho realizou-se a caracterização bio-óptica do reservatório de Três Marias/MG nos períodos de seca de 2013 e 2019 como suporte à implementação de algoritmo para estimativa de 𝐾𝑑 a partir de imagens do satélite Sentinel 2A com imagens do sensor Multspectral Instrument. As águas de Três Marias apresentaram maior penetração da luz na coluna de água na região do verde (~560 nm) e menor na do azul (~443 nm) e vermelho (~665 nm), nos quais a irradiância descendente (𝐸𝑑) de subsuperfície foi reduzida a 1% em média para o reservatório nos dois períodos analisados em: 8, 14 e 10 m para 443, 560 e 665 nm respectivamente. A abordagem proposta para estimativa do 𝐾𝑑 foi dividida em duas etapas: i) aplicação de algoritmo parametrizado para Três Marias para estimar os coeficientes de retroespalhamento (𝑏𝑏) e absorção (𝑎); e, ii) aplicação dos dados de 𝑏𝑏 e 𝑎 ao algoritmo de estimativa de 𝐾𝑑 calibrado e validado com dados de campo e então aplicado em imagem MSI. A calibração do algoritmo consistiu no ajuste de passos empíricos para estimativa de 𝑎 no comprimento de onda de referência que obteve um ótimo ajuste com R2 igual a 0,93, e do coeficiente de decaimento do retroespalhamento do material particulado (𝜂) que obteve um R2 igual a 0,41. Já a validação foi realizada comparando-se os valores estimados de 𝐾𝑑 e valores de 𝐾𝑑 medidos em campo. Os resultados indicaram maior acurácia para os valores 𝐾𝑑 em 492 e 560 nm, o resultado para as estimativas de campo para todas as bandas envovidas teve um R2 de 0,83, MAPE de 25% e RMSE de 0,24. Por fim, para a imagem concomitante ao campo de 2019, o algoritmo obteve valores mais acurados para as bandas em 443 e 492 nm em questão de R² (0,43 e 0,70 respectivamente), MAPE (13,65 e 14,24% respectivamente) e RMSE (0,14 e 0,10 respectivamente) e decaimento da acurácia para 560 nm, com R² igual a 0,56, MAPE igual a 38,32% e RMSE igual a 0,15. Os resultados indicaram que uma melhor correção de glint MSI poderá melhorar o desempenho do algoritmo. Estes resultados permitiram, pela primeira vez, a calibração e validação de algoritmo semianalítico para estimativa do 𝐾𝑑 das águas do reservatório de Três Marias utilizando medidas radiométricas de campo e sensor de média RE. ABSTRACT: Water reservoirs are important manmade aquatic environment that ceases the river flux, flooding the watershed upstream, retaining most of the sediments carried by superficial runoffs. One way to assess the impact of anthropization in the drainage basin over water resources is to measure the diffuse attenuation of downwelling irradiance coefficient (𝐾𝑑) on the water column, once sediments, wastewaters and solid waste inputs changes the concentrations of the so-called optically active constituents (COAs), modifying the optical properties of water. The radiometric measurements to calculate 𝐾𝑑 can be acquired in-situ over high cost, becoming an undesirable method for water monitoring. However, alternatively one can estimate 𝐾𝑑 using remote sensing reflectance (𝑅𝑟𝑠) satellite measurements and a parametrized semi analytical algorithm. As results, this study presents a bio optical characterization for Três Marias reservoir for drought periods in 2013 and 2019, assisting the implementation of 𝐾𝑑 algorithm. The results shows that the light penetration on the water column is higher for green (~560 nm) wavelengths, and lower for blue (~443 nm) and red (~665 nm) wavelengths, where the downwelling irradiance (𝐸𝑑) of subsurface was average reduced to 1% in 8, 14 and 10 m for 443, 560 and 665 nm respectively. The proposed algorithm follows two steps: i) algorithm parametrization and application to estimate the backscattering (𝑏𝑏) and absorption (𝑎) coefficients; and, ii) 𝑏𝑏 and 𝑎 data application as input for a parametrized 𝐾𝑑 algorithm using field data and then applied over MSI image. The proposed algorithm calibration uses exponential and linear approaches for QAA empirical steps, estimating 𝑎 for the reference wavelength that achieved R2 equal to 0.93, and the particulate backscattering slope with R2 equal to 0.41. The validation process compared the results for predict 𝐾𝑑 and reference 𝐾𝑑 . The algorithm achieved good results, as lower the 𝐾𝑑 value the higher the accuracy, as occurred for 492 and 560 nm, the global result obtained R2 equal to 0.83, MAPE of 25% and RMSE equal to 0.24. At least, for the image the results showed lower accuracy, but with satisfactory results for 443 and 492 nm regarding of MAPE (~14% each) and RMSE (0.14 and 0.10 respectively) and 560 nm with MAPE equal to 38% and RMSE of 0.15. The results showed a great improvement after a simple glint correction leading to conclude that the MSI images needed a better correction for this effect. This study allowed for the first time the parametrization of semi analytical algorithm to estimate 𝐾𝑑 for Três Marias waters using field radiometric measurements and medium spatial resolution satellites.
%@language pt
%3 publicacao_FA provisoria.pdf


Close