@PhDThesis{Costa:2017:EsUmSo,
author = "Costa, T{\'a}ssia Alves",
title = "Estimativa da umidade do solo na regi{\~a}o semi{\'a}rida do
Brasil pelo m{\'e}todo do tri{\^a}ngulo universal",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2017",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2017-08-25",
keywords = "umidade do solo, nuvem de pontos NDVI x LST, MODIS, m{\'e}todo do
tri{\^a}ngulo. Caatinga, soil moisture, scatterplot NDVI x LST,
MODIS data, triangle method, Caatinga.",
abstract = "A umidade do solo {\'e} uma vari{\'a}vel chave no funcionamento
de diversos processos que atuam no sistema terrestre, com destaque
para os ciclos de {\'a}gua, energia e nutrientes no
cont{\'{\i}}nuo solo-planta-atmosfera. Uma s{\'e}rie de
m{\'e}todos tem sido desenvolvida para estimativa da
variabilidade espacial e temporal da umidade do solo. Dos
m{\'e}todos que utilizam os sensores remotos, uma das
alternativas propostas para estimativa da umidade do solo foi por
meio do chamado m{\'e}todo do tri{\^a}ngulo universal. Este
m{\'e}todo admite a exist{\^e}ncia de uma rela{\c{c}}{\~a}o
entre o {\'{\I}}ndice de Vegeta{\c{c}}{\~a}o da
Diferen{\c{c}}a Normalizada (NDVI), a Temperatura da
Superf{\'{\i}}cie Terrestre (LST) e a umidade superficial do
solo. Enquanto a maioria dos sensores remotos utilizados atua em
escalas da ordem de quil{\^o}metros, o m{\'e}todo do
tri{\^a}ngulo, em princ{\'{\i}}pio, permite que se trabalhe na
escala desejada. No presente trabalho, utilizaramse os dados
MODIS, MOD13A2 (NDVI) e MOD11A2 (LST), com resolu{\c{c}}{\~a}o
espacial de 1 km, para testar a habilidade do m{\'e}todo em
estimar a umidade superficial do solo (Mo) em uma cena do MODIS
inserida no semi{\'a}rido brasileiro. Os resultados obtidos foram
validados a partir da compara{\c{c}}{\~a}o com dados de umidade
do solo in situ obtidos em dois diferentes s{\'{\i}}tios de
pesquisa, S{\~a}o Jo{\~a}o e Serra Talhada, representativos,
respectivamente, das ecorregi{\~o}es da Caatinga conhecidas como
Planalto da Borborema e Depress{\~a}o Sertaneja Meridional. Duas
alternativas foram testadas para efeito do desenvolvimento da
rela{\c{c}}{\~a}o entre Mo, NDVI e LST: uma solu{\c{c}}{\~a}o
geom{\'e}trica simples e outra por meio da gera{\c{c}}{\~a}o de
um polin{\^o}mio de terceiro grau. A compara{\c{c}}{\~a}o com
dados in situ resultou em coeficientes de correla{\c{c}}{\~a}o
(R\${2}\$) de 0,18 e 0,78 para solu{\c{c}}{\~a}o
geom{\'e}trica simples e polin{\^o}mio, respectivamente. A
equa{\c{c}}{\~a}o polinomial foi validada de duas formas: por
meio do processo de valida{\c{c}}{\~a}o convencional, onde uma
parte dos dados {\'e} utilizada para construir a
equa{\c{c}}{\~a}o, e o restante, para valid{\'a}-la; e por meio
de valida{\c{c}}{\~a}o cruzada. Valores de R\$^{2}\$ obtidos
em ambos os processos foram, respectivamente, 0,78 e 0,91. O
elevado coeficiente de correla{\c{c}}{\~a}o obtido com a
valida{\c{c}}{\~a}o cruzada indica a exist{\^e}ncia de uma
forte depend{\^e}ncia da umidade superficial do solo em
rela{\c{c}}{\~a}o aos par{\^a}metros de NDVI e LST, conforme
preconizado pelo m{\'e}todo aplicado. Dessa forma, a
solu{\c{c}}{\~a}o polinomial foi utilizada para
espacializa{\c{c}}{\~a}o da umidade superficial do solo (Mo)
dentro da cena do MODIS, para dois per{\'{\i}}odos distintos:
seco e chuvoso. Para o per{\'{\i}}odo seco, a umidade do solo
variou de 0,1 a 0,3 cm\$^{3}\$ cm\$^{-3}\$ ao longo de toda a
cena. Para o per{\'{\i}}odo chuvoso, a varia{\c{c}}{\~a}o
obtida foi de 0,3 a 0,5 cm\$^{3}\$ cm\$^{-3}\$. Em
fun{\c{c}}{\~a}o do exposto, avalia-se que o m{\'e}todo do
tri{\^a}ngulo apresenta potencial para uso na estimativa da
umidade superficial do solo na regi{\~a}o semi{\'a}rida
brasileira. ABSTRACT: Soil moisture is a key variable of several
processes in the earth system, with emphasis on water, energy and
nutrient cycles in the soil-plant-atmosphere continuum. Direct and
indirect methods have been developed to estimate its spatial and
temporal variability, in situ or via remote sensing products. In
the context of remote sensors, one of the first alternative
proposed for estimation of surface soil moisture was the so-called
'method of the universal triangle'. This method presumes the
existence of a relationship between the Normalized Difference
Vegetation Index (NDVI), the Land Surface Temperature (LST) and
the surface soil moisture. While most of the remote sensors used
in estimating soil moisture work on scales of kilometers, the
triangle method, in principle, allows working on the desired scale
(that is, the same as the NDVI and LST data). The requirement,
however, is to select an area with the widest possible range of
NDVI and LST values. In the present work, it were used MODIS data,
MOD13A2 (NDVI) and MOD11A2 (LST), with a spatial resolution of 1
km, to test the ability of the method to estimate the surface soil
moisture (Mo) in a MODIS scene, in the Brazilian semi-arid region.
The results were validated in comparison with in situ soil
moisture data obtained from two different research sites, S{\~a}o
Jo{\~a}o and Serra Talhada, representing, respectively, the
Caatinga ecoregions known as the Borborema Plateau and Southern
Sertaneja Depression. Two alternatives were tested for the
development of the relationship between Mo, NDVI, and LST: a
simple geometric solution and a third-degree polynomial. The
comparison with in situ data resulted in correlation coefficients
(R\$^{2}\$) of 0.18 and 0.78, respectively, for both solutions.
The polynomial equation was validated in two ways: through the
conventional validation process, where part of the data is used to
build the equation, and the remainder to verify it; and by
cross-validation procedure. The R\$^{2}\$ values obtained in
both processes were, respectively, 0.78 and 0.91. The high
correlation coefficient achieved with the cross-validation process
indicates the existence of a strong dependence on the surface soil
moisture about the NDVI and LST parameters, as recommended by the
method applied. Thus, the polynomial solution was used to
spatialize the surface soil moisture estimated within the MODIS
scene, for two different periods: dry and rainy seasons. For the
dry period, soil moisture ranged from 0.1 to 0.3 cm\$^{3}\$
cm\$^{-3}\$ throughout the scene. For the rainy season, the
variation obtained was 0.3 to 0.5 cm\$^{3}\$ cm\$^{-3}\$.
Based on these results, we consider that the triangle method
presents a potential for surface soil moisture estimates for the
Brazilian semi-arid region.",
committee = "Renn{\'o}, Camilo Daleles (presidente) and Borma, Laura de Simone
(orientadora) and Cardoso, Manoel Ferreira and Cunha, Ana Paula
Martins do Amaral and Lima, Jos{\'e} Romualdo de Sousa",
englishtitle = "Estimates of soil moisture at brazilian semi-arid region from
universal triangle method",
language = "pt",
pages = "109",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3PCRBLL",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3PCRBLL",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "04 jun. 2024"
}