@MastersThesis{Curtarelli:2020:PaAlSe,
author = "Curtarelli, Victor Pedroso",
title = "Parametriza{\c{c}}{\~a}o de algoritmos
semi\‐anal{\'{\i}}ticos para estimativa do coeficiente de
atenua{\c{c}}{\~a}o difusa da {\'a}gua (Kd) do
reservat{\'o}rio de Tr{\^e}s Marias/MG por sensoriamento
remoto",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2020",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2020-06-25",
keywords = "reservat{\'o}rios, propriedades {\'o}pticas inerentes,
propriedades {\'o}pticas aparentes, sensoriamento remoto da
transpar{\^e}ncia da {\'a}gua, algoritmo
quasi-anal{\'{\i}}tico, water reservoir, inherent optical
properties, apparent optical properties, remote sensing of water
transparency, quasi-analytical algorithm.",
abstract = "Reservat{\'o}rios s{\~a}o ambientes aqu{\'a}ticos
constru{\'{\i}}dos pelo homem de grande import{\^a}ncia
ambiental, positiva e negativamente, pois pela
interrup{\c{c}}{\~a}o do fluxo de um rio ocorre a
inunda{\c{c}}{\~a}o da bacia {\`a} montante no n{\'{\i}}vel
definido pela cota m{\'a}xima da barragem, retendo a maior parte
dos sedimentos carreados por sua bacia de capta{\c{c}}{\~a}o.
Uma das formas de monitorar o impacto da antropiza{\c{c}}{\~a}o
na bacia de drenagem sobre reservat{\'o}rios {\'e} medir o
coeficiente de atenua{\c{c}}{\~a}o difusa da irradi{\^a}ncia
descendente na coluna de {\'a}gua (\𝐾\𝑑), uma
vez que o aporte de sedimentos, efluentes e res{\'{\i}}duos
advindos das atividades humanas alteram as
concentra{\c{c}}{\~o}es dos chamados constituintes da {\'a}gua,
modificando suas propriedades {\'o}pticas. As medidas de
irradi{\^a}ncia para c{\'a}lculo de \𝐾\𝑑 podem
ser realizadas in-situ, por{\'e}m a custos elevados, tornando-se
um m{\'e}todo n{\~a}o desej{\'a}vel para o monitoramento.
Entretanto, uma alternativa {\'e} a estimativa de
\𝐾\𝑑 a partir de medidas de reflect{\^a}ncia de
sensoriamento remoto (\𝑅\𝑟\𝑠) de
imagens de sat{\'e}lite por meio de algoritmo
semi-anal{\'{\i}}tico calibrado e validado com dados de campo.
Neste trabalho realizou-se a caracteriza{\c{c}}{\~a}o
bio-{\'o}ptica do reservat{\'o}rio de Tr{\^e}s Marias/MG nos
per{\'{\i}}odos de seca de 2013 e 2019 como suporte {\`a}
implementa{\c{c}}{\~a}o de algoritmo para estimativa de
\𝐾\𝑑 a partir de imagens do sat{\'e}lite
Sentinel 2A com imagens do sensor Multspectral Instrument. As
{\'a}guas de Tr{\^e}s Marias apresentaram maior
penetra{\c{c}}{\~a}o da luz na coluna de {\'a}gua na
regi{\~a}o do verde (~560 nm) e menor na do azul (~443 nm) e
vermelho (~665 nm), nos quais a irradi{\^a}ncia descendente
(\𝐸\𝑑) de subsuperf{\'{\i}}cie foi reduzida a
1% em m{\'e}dia para o reservat{\'o}rio nos dois
per{\'{\i}}odos analisados em: 8, 14 e 10 m para 443, 560 e 665
nm respectivamente. A abordagem proposta para estimativa do
\𝐾\𝑑 foi dividida em duas etapas: i)
aplica{\c{c}}{\~a}o de algoritmo parametrizado para Tr{\^e}s
Marias para estimar os coeficientes de retroespalhamento
(\𝑏\𝑏) e absor{\c{c}}{\~a}o (\𝑎); e,
ii) aplica{\c{c}}{\~a}o dos dados de \𝑏\𝑏 e
\𝑎 ao algoritmo de estimativa de \𝐾\𝑑
calibrado e validado com dados de campo e ent{\~a}o aplicado em
imagem MSI. A calibra{\c{c}}{\~a}o do algoritmo consistiu no
ajuste de passos emp{\'{\i}}ricos para estimativa de \𝑎
no comprimento de onda de refer{\^e}ncia que obteve um {\'o}timo
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. J{\'a} a valida{\c{c}}{\~a}o foi realizada
comparando-se os valores estimados de \𝐾\𝑑 e
valores de \𝐾\𝑑 medidos em campo. Os resultados
indicaram maior acur{\'a}cia para os valores
\𝐾\𝑑 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 quest{\~a}o de Rē
(0,43 e 0,70 respectivamente), MAPE (13,65 e 14,24%
respectivamente) e RMSE (0,14 e 0,10 respectivamente) e decaimento
da acur{\'a}cia para 560 nm, com Rē igual a 0,56, MAPE igual a
38,32% e RMSE igual a 0,15. Os resultados indicaram que uma melhor
corre{\c{c}}{\~a}o de glint MSI poder{\'a} melhorar o
desempenho do algoritmo. Estes resultados permitiram, pela
primeira vez, a calibra{\c{c}}{\~a}o e valida{\c{c}}{\~a}o de
algoritmo semianal{\'{\i}}tico para estimativa do
\𝐾\𝑑 das {\'a}guas do reservat{\'o}rio de
Tr{\^e}s Marias utilizando medidas radiom{\'e}tricas de campo e
sensor de m{\'e}dia 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 (\𝐾\𝑑) 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 \𝐾\𝑑 can be acquired
in-situ over high cost, becoming an undesirable method for water
monitoring. However, alternatively one can estimate
\𝐾\𝑑 using remote sensing reflectance
(\𝑅\𝑟\𝑠) satellite measurements and a
parametrized semi analytical algorithm. As results, this study
presents a bio optical characterization for Tr{\^e}s Marias
reservoir for drought periods in 2013 and 2019, assisting the
implementation of \𝐾\𝑑 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
(\𝐸\𝑑) 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
(\𝑏\𝑏) and absorption (\𝑎)
coefficients; and, ii) \𝑏\𝑏 and \𝑎 data
application as input for a parametrized \𝐾\𝑑
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
\𝐾\𝑑 and reference \𝐾\𝑑 . The
algorithm achieved good results, as lower the
\𝐾\𝑑 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
\𝐾\𝑑 for Tr{\^e}s Marias waters using field
radiometric measurements and medium spatial resolution
satellites.",
committee = "Novo, Evlyn M{\'a}rcia Le{\~a}o de Moraes (presidente) and
Barbosa, Claudio Clemente Faria (orientador) and Kampel, Milton
and Carvalho, Lino Augusto Sander de",
englishtitle = "Spectral diffuse attenuation coefficient (Kd) semi-analytical
algorithm parametrization for Tr{\^e}s Marias reservoir by remote
sensing",
language = "pt",
pages = "111",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/42NHP88",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/42NHP88",
targetfile = "publicacao_FA provisoria.pdf",
urlaccessdate = "17 abr. 2024"
}