%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/05.26.19.46
%2 sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/05.26.19.46.33
%T Estimativas de áreas queimadas para o estado de Rondônia e suas implicações na modelagem do balanço de radiação
%J Burned areas estimates for Rondônia state and its implications in the radiation balance modeling
%D 2014
%8 2014-06-09
%9 Tese (Doutorado em Sensoriamento Remoto)
%P 131
%A Cardozo, Francielle da Silva,
%E Arai, Egídio (presidente),
%E Moraes, Elisabete Caria (orientadora),
%E Cardoso, Manoel Ferreira,
%E Lima, André de,
%E Brown, Irving Foster,
%E Silva, Maria Elisa Siqueira,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K queimadas, uso da terra, impactos, balanço de radiação, Amazônia, biomass burning, land use, impacts, radiation balance, Amazon.
%X Na região Amazônica as queimadas são provocadas principalmente para a abertura e manutenção de áreas destinadas à agropecuária. Neste contexto, as queimadas associadas ao uso da terra constituem-se em um dos principais agentes modificadores da paisagem, pois alteram as características físico-químicas e biológicas da superfície terrestre, além de serem consideradas como uma das maiores emissoras de gases traço e aerossóis para a atmosfera. Assim, o objetivo principal deste trabalho consistiu na avaliação da alteração do balanço de radiação no Estado de Rondônia provenientes das queimadas. Para este propósito, as áreas queimadas foram mapeadas em imagens da reflectância espectral da superfície do sensor MODIS nos anos de 2000 a 2012, a partir do uso do Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME), e a validação do mapeamento foi realizada a partir de imagens dos sensores TM e ETM+. Para analisar o impacto que a modificação no uso da terra causa no balanço de radiação da superfície, foi utilizado o modelo RegCM4, e como dados de entrada, foram utilizados o modelo de superfície BATS, as condições iniciais e de contorno lateral do ERA-Interim, o índice de área foliar proveniente do produto MOD15A2 e MYD15A2 do sensor MODIS, além de dados adquiridos em campo, como o NDVI, que gerou a fração de cobertura vegetal, e as reflectâncias $\rho$PAR, $\rho$NIR e $\rho$SWIR. Após a entrada de todos os dados, o modelo foi rodado para os 12 anos com o uso e cobertura da terra do produto MCD12A1 com e sem queimadas. Os resultados da validação dos mapeamentos apresentaram uma correlação que variou de 0,46 a 0,93, representando uma média de aproximadamente 0,74 (significantes a p<0,05, teste T \emph{Student}), devido principalmente às distintas resoluções espaciais de ambos os sensores. De uma forma geral, as queimadas que ocorrem em Rondônia estão associadas com o uso e cobertura da terra, especialmente para a produção e expansão agropecuária, com destaque para os anos de 2005, 2010 e 2004, em que as maiores áreas queimadas localizam-se em áreas de extrativismo vegetal, em áreas mistas de pecuária grande porte e cultivos permanentes diversificados e áreas exclusivas de pecuária de grande porte. Neste contexto, foi verificado que as queimadas provocaram a diminuição do albedo da superfície, fator que provocou uma modificação no balanço de radiação de ondas curtas superior a 30 $W/m^{2}$ devido ao aumento da absorção da irradiância solar pelas cinzas escuras. Esta absorção ocasionou alterações nas trocas de calor e provocou a modificação no balanço de radiação de ondas longas, que apresentou uma variação média diária superior a 6 $W/m^{2}$. Assim, o balanço de radiação da superfície também foi substancialmente modificado, apresentando em média uma alteração de 45 $W/m^{2}$ ao dia. Ainda, foi verificado que a temperatura da superfície apresentou um aumento que pode ultrapassar em média $1,5^{°}$C por dia, podendo atingir um valor máximo que chega a $18^{°}$C de variação, enquanto que a temperatura do ar apresentou um aumento de $1,5^{°}$C por dia, podendo atingir um valor superior a $5^{°}$C. Esta modificação também foi percebida para a temperatura do ar em altos níveis, que denotou um aumento de $0,5^{°}$C até 2000 metros de altitude, podendo atingir valores que chegam a $5^{°}$C neste nível dependendo da queimada ocorrida, além da alteração nas taxas da evapotranspiração, que apresentou modificações na ordem de -3 mm ao dia. Assim, nota-se que os parâmetros físicos da superfície estão interligados, e que a alteração nas características da superfície afetam o balanço de energia e, consequentemente, podem afetar o clima local, regional e até global. ABSTRACT: In Amazon region, biomass burning occurs mainly due to opening and maintenance of agriculture and pastures areas. In this context, biomass burning associated with land use is considered as one of the main environmental transformers due to the modification of physical-chemical and biological characteristics of surface, releasing a large amount of trace gases and aerosols into the atmosphere. The main objective of this study is the evaluation of the impacts in radiation balance in Rondônia State originated by biomass burning. For this purpose, the burned areas were mapped in MODIS spectral reflectance images from 2000 to 2011 years through the Linear Spectral Mixture Model (LSMM). Also, the validation mapping was originated from TM and ETM+ sensors. The RegCM4 model was utilized to analyze the impacts in the radiation balance derived from land use and land cover changes. As input data, was utilized the surface model denominated BATS, the initial and lateral boundary conditions of ERA-Interim, the leaf area index (LAI) from MOD15A2 and MYD15A2 products, and fieldwork data, such as NDVI, which generated the vegetation cover fraction, and $\rho$PAR, $\rho$NIR and $\rho$SWIR reflectances. After entering all data, the model was run for 12 years with the land use and land cover of MCD12A1 product, with and without the mapped burned area. The validation results of mappings showed a correlation that varied from 0.46 to 0.93, representing an average of approximately 0.74 (significant at p<0.05, Student t test), mainly due to the difference in spatial resolutions of both sensors. In general, biomass burning occurred in Rondônia were associated with land use and land cover, mainly for production and expansion of agriculture and pastures areas, especially for 2005, 2010 and 2004 years. The largest burned areas are located in areas of vegetation extraction, large livestock areas associated with permanent diversified crops and exclusive areas of large livestock. In this context, it was observed that fires caused the decrease in surface albedo, a factor that changes the shortwave radiation balance in 30 W/m2 due to increased absorption of solar radiation by dark ashes. This absorption caused changes in heat exchange and occasioned a modification of long-wave radiation balance with a daily average variation exceeding 6 $W/m^{2}$. Thus, the surface radiation balance was substantially modified, presenting an average change of 45 $W/m^{2}$ per day. Moreover, the surface temperature increased approximately $1.5^{°}$C per day, reaching a maximum value of $18^{°}$C, this effect altered the air temperature in $1.5^{°}$C per day, reaching a value higher than $5^{°}$C in some cases. This modification was also perceived in air temperature at high levels, presenting an increase of $0.5^{°}$C that could reach $5^{°}$C at 2000 meters depending of the burning impact. The evapotranspiration was also modified, presenting changes in order of -3 mm per day. Thus, it was noted that the physical parameters of surface are interconnected, and the changes in surface features affect energy balance and, consequently, may affect the local, regional and even global climate.
%@language pt
%3 publicacao.pdf