| 1. Identificação | |
| Tipo de Referência | Tese ou Dissertação (Thesis) |
| Site | mtc-m21b.sid.inpe.br |
| Código do Detentor | isadg {BR SPINPE} ibi 8JMKD3MGPCW/3DT298S |
| Identificador | 8JMKD3MGP5W34M/3H8T2PL |
| Repositório | sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/10.17.18.30 |
| Última Atualização | 2015:01.06.18.16.50 (UTC) administrator |
| Repositório de Metadados | sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/10.17.18.30.15 |
| Última Atualização dos Metadados | 2018:06.04.03.04.29 (UTC) administrator |
| Chave Secundária | INPE-17456-TDI/2250 |
| Chave de Citação | Zoffoli:2014:AnPoIn |
| Título | Analysis of the potential of in situ hyperspectral optical data and high spatial resolution satellite imagery to map bottom types in the Abrolhos Coral Reef Bank (Brazil)  |
| Título Alternativo | Análise do potencial de dados hiperespectrais ópticos obtidos in situ e de imagens de satélite de alta resolução espacial para mapear tipos de fundo dos Recifes de Corais do Banco dos Abrolhos (Brasil) |
| Curso | SER-SRE-SPG-INPE-MCTI-GOV-BR |
| Ano | 2014 |
| Data | 2014-08-29 |
| Data de Acesso | 24 abr. 2024 |
| Tipo da Tese | Tese (Doutorado em Sensoriamento Remoto) |
| Tipo Secundário | TDI |
| Número de Páginas | 208 |
| Número de Arquivos | 1 |
| Tamanho | 8950 KiB |
|
| 2. Contextualização | |
| Autor | Zoffoli, Maria Laura |
| Banca | Novo, Evlyn Márcia Leão de Moraes (presidente)
Kampel, Milton (orientador)
Lorenzzetti, João Antonio (orientador)
Barbosa, Cláudio Clemente Faria
Lentini, Carlos Alessandre Domingos
Coutinho, Ricardo |
| Endereço de e-Mail | lzoffoli@dsr.inpe.br |
| Universidade | Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
| Cidade | São José dos Campos |
| Histórico (UTC) | 2014-10-20 17:32:34 :: lzoffoli@dsr.inpe.br -> yolanda ::
2014-10-20 17:46:15 :: yolanda -> lzoffoli@dsr.inpe.br ::
2014-10-22 13:31:01 :: lzoffoli@dsr.inpe.br -> administrator ::
2014-10-22 21:43:40 :: administrator -> lzoffoli@dsr.inpe.br ::
2014-12-04 12:48:07 :: lzoffoli@dsr.inpe.br -> administrator ::
2014-12-04 16:41:00 :: administrator -> yolanda ::
2014-12-31 13:00:05 :: yolanda -> tereza@sid.inpe.br ::
2015-01-06 17:33:46 :: tereza@sid.inpe.br :: -> 2014
2015-01-06 18:28:00 :: tereza@sid.inpe.br -> administrator :: 2014
2018-06-04 03:04:29 :: administrator -> :: 2014 |
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| 3. Conteúdo e estrutura | |
| É a matriz ou uma cópia? | é a matriz |
| Estágio do Conteúdo | concluido |
| Transferível | 1 |
| Palavras-Chave | water column correction
biological diversity
Worldview-2
bottom reflectance
attenuation coefficient
correção da coluna de água
biodiversidade
Worlview-2
reflectância do substrato
sensoriamento remoto |
| Resumo | Human activity and natural climate trends constitute a major threat to coral reefs worldwide. Models predict a significant reduction in reef spatial extension together with a decline in biodiversity in the relatively near future. In this context, monitoring programs to detect changes in reef ecosystems are essential. In recent years, coral reef mapping using remote sensing data has benefited from instruments with better resolutions and computational advances in storage and processing capabilities. However, the water column represents an additional complexity when extracting information from submerged substrates by remote sensing, which demands a correction of its effect. Another limitation arises when focusing in complex benthic substrates, with a mixture of different taxonomic and/or functional types with the aim to detect alterations. In the first part of this work a deep study about water column correction methods was proposed, showing some inter-comparisons of different algorithms and evaluating the uncertainties associated with the determination of bottom reflectance from above water radiometry. An inter-comparison of three methods was carried out using simulated spectra and remote sensing data of the Worldview-2 (WV02) sensor over the Abrolhos Coral Reef Bank (ACRB), Brazil. The results showed that the available methods were not able to completely eliminate the water column effect, but they minimized its influence. Uncertainties in retrieving the bottom reflectance from above-water spectra increase with depths and the concentration of optically water constituents. In clear waters with low colored dissolved organic matter (CDOM) concentration, uncertainties augmented towards the red spectral bands. While in environments with high CDOM concentration, uncertainties increased both towards the blue and the red spectral ends. Choosing the best method depends on the marine environment, available input data and desired outcome for the scientific application. In the second part of this study, hyperspectral above-water radiometry sampled over natural benthic communities in the ACRB were analyzed to: (i) evaluate the ability of a water column algorithm to retrieve accurate bottom reflectance spectra from above-water radiometric measurements; and (ii) assess the separability of submerged benthic communities with subtle differences based on their reflectance spectra. Despite of the good performance to retrieve bottom reflectance from above-water radiometric measurements, benthic communities in the ACRB, whose waters were characterized as Case-2, were not spectrally separable. This implies that effective monitoring programs in the ACRB able to detect insightful alterations in the benthic coverage, necessarily have to include both complementary approaches: remote sensing and field campaigns. In the last part of this work, an area belonging to the ACRB was mapped for the first time into benthic classes using high spatial resolution orbital imagery of the WorldView-2 (WV02) sensor. This sensor has 6 bands in the visible region, but only one band at 478 nm was used because of the low performance to correct the water column effect, which represented one of the main challenges in this work. The produced map had an accuracy of 88.2\% and a Kappa index of 0.81 using four classes (Reef, Sand, Macroalgae, Inter-reef areas), however new validation points are required to validate the entire scene. The isolated reefs covered an area of approximately 22 $km^{2}$ that correspond to 12.4\% of the total area. \emph{Chapeirões} were distributed almost in all the studied area, formed by patches with different sizes. Macroalgae were the most abundant class in the scene and was concentrated around the Archipelago and inter-reef areas. Further works regarding extensive in situ data collection to properly describe the benthic communities and their spectral behavior, as well as the water column constituents and depths surveys are recommended to improve satellite mapping of the bottoms types in the Abrolhos Coral Reef Bank. RESUMO: Atividades antrópicas e mudanças climáticas são as maiores ameaças aos recifes de corais no mundo inteiro. Modelos preveem uma redução significativa na extensão espacial dos recifes acompanhado por um declínio na biodiversidade num futuro relativamente próximo. Neste contexto, programas de monitoramento de detecção de mudanças em ecossistemas de recifes de corais são essenciais. Nos anos recentes, o mapeamento de recifes de corais usando dados de sensoriamento remoto tem se beneficiado com o advento de instrumentos com melhores resoluções e avanços computacionais em termos de capacidade de armazenamento e processamento de dados. No entanto, a coluna de água representa uma complexidade adicional quando se quer extrair informação dos substratos submersos por sensoriamento remoto, o que demanda a correção deste efeito. Outra limitação advém quando se tratam de substratos bentônicos complexos, com mistura de diferentes grupos taxonômicos e/ou tipos funcionais, quando o objetivo é detectar alterações. Na primeira parte deste trabalho foi proposto um estudo aprofundado sobre métodos de correção da coluna de água, com a comparação de diferentes algoritmos e a avaliação das incertezas associadas à determinação da reflectância de fundo da radiometria acima da água. A inter-comparação de três métodos foi realizada usando espectros simulados e dados de sensoriamento remoto do sensor Worldview-2 (WV02) sobre os Recifes de Corais do Banco de Abrolhos (RCBA), Brasil. Os resultados mostram que os métodos disponíveis não foram capazes de eliminar totalmente o efeito da coluna de água, mas minimizaram a sua influência. As incertezas na determinação da reflectância de fundo de espectros obtidos acima da água aumentam com a profundidade e concentração dos constituintes opticamente ativos. Em águas claras com baixas concentrações de matéria orgânica dissolvida colorida (MODC), as incertezas foram maiores para as bandas espectrais do vermelho. Enquanto que em águas com alta concentração de CDOM, as incertezas aumentaram tanto para as bandas do azul como do vermelho. A escolha do melhor método vai depender do ambiente marinho, da disponibilidade dos dados de entrada e da saída desejada para a aplicação científica. Na segunda parte deste estudo, dados radiométricos hyperespectrais medidos acima da água, sobre comunidades bentônicas naturais do RCBA, foram analisados para: (i) avaliar a habilidade de um algoritmo de correção da coluna de água em obter espectros de reflectância de fundo acurados, das medidas radiométricas acima da água; e (ii) verificar a separabilidade de comunidades bentônicas submersas com diferenças sutis, com base nos espectros de reflectância de fundo. Apesar do bom desempenho para a obtenção da reflectância de fundo das medidas radiométricas acima da água, as comunidades bentônicas do RCBA, com águas caracterizadas do tipo Caso-2, não foram espectralmente separáveis. Isso implica que programas de monitoramento no RCBA, eficientes para detectar alterações importantes na cobertura bentônica, necessariamente têm que incluir técnicas complementares com coleta de dados \emph{in situ} e de satélite. Na última parte deste trabalho, uma área pertencente ao RCBA foi mapeada pela primeira vez em classes bentônicas, usando uma imagem de alta resolução espacial do sensor WorldView-2 (WV02). O sensor possui 6 bandas espectrais na região do visível, mas somente a banda centrada em 478 nm foi usada devido ao baixo desempenho da correção da coluna de água, que foi um dos maiores desafios encontrados no presente trabalho. O mapa resultante apresentou uma acurácia de 88,2\% e um índice Kappa de 0,81 com 4 classes (Recifes, Areia, Macroalga, Áreas inter-recifais), no entanto, novos pontos de validação são necessários para cobrir a cena inteira. Os recifes isolados cobriram uma área de aproximadamente 22 $km^{2}$ que corresponderam a 12,4\% da área total. Os chapeirões foram distribuídos em quase toda a área de estudo, formando manchas (ou agregados) de diferentes tamanhos. A classe mais abundante em toda a cena foi de Macroalgas, concentrada no entorno no Arquipélago e das áreas inter-recifais. Trabalhos futuros com coletas intensivas de dados \emph{in situ} para descrever melhor as comunidades bentônicas e seu comportamento espectral, bem como os constituintes da coluna de água e mapeamentos batimétricos, são recomendados para melhorar o mapeamento dos tipos de fundo dos Recifes de Corais do Banco de Abrolhos, por meio de imagens de satélite. |
| Área | SRE |
| Arranjo | urlib.net > Fonds > Produção pgr ATUAIS > SER > Analysis of the... |
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| 5. Fontes relacionadas | |
| Repositório Espelho | sid.inpe.br/mtc-m21b/2013/09.26.14.25.22 |
| Unidades Imediatamente Superiores | 8JMKD3MGPCW/3F3NU5S |
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| Acervo Hospedeiro | sid.inpe.br/mtc-m21b/2013/09.26.14.25.20 |
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| 6. Notas | |
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