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Apostila sensoriamento remoto - inpe

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  • 1. CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO Elisabete Caria de Moraes1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE1 e.mail : bete@ltid.inpe.brDSR/INPE 1-1 E.C.MORAES
  • 2. DSR/INPE 1-2 E.C.MORAES
  • 3. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 1-51. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO ............................... 1-71.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ........................................................ 1-71.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ....................................................... 1-91.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICA ............................................................ 1-121.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAIS .......... 1-151.5 SISTEMA SENSOR ............................................................................... 1-181.6 NÍVEIS DE COLETAS DE DADOS ....................................................... 1-212. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 1-22DSR/INPE 1-3 E.C.MORAES
  • 4. DSR/INPE 1-4 E.C.MORAES
  • 5. LISTA DE FIGURAS1 – COMPRIMENTOS DE ONDA .................................................................. 1-82 – O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ................................................... 1-103 – CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL DA ENERGIA SOLAR NA ATMOSFERA ......................................................................................... 1-134 – TRANSMITÂNCIA ESPECTRAL DA ATMOSFERA ............................. 1-145 – INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA COM O OBJETO 1-166 – NIVEIS DE COLETAS DE DADOS ........................................................ 1-21DSR/INPE 1-5 E.C.MORAES
  • 6. DSR/INPE 1-6 E.C.MORAES
  • 7. 1. FUNDAMENTOS DE SENSORIAMENTO REMOTOO Sensoriamento Remoto pode ser entendido como um conjunto de atividadesque permite a obtenção de informações dos objetos que compõem a superfícieterrestre sem a necessidade de contato direto com os mesmos. Estasatividades envolvem a detecção, aquisição e análise (interpretação e extraçãode informações) da energia eletromagnética emitida ou refletida pelos objetosterrestres e registradas por sensores remotos. A energia eletromagnéticautilizada na obtenção dos dados por sensoriamento remoto é tambémdenominada de radiação eletromagnética.A quantidade e qualidade da energia eletromagnética refletida e emitida pelosobjetos terrestres resulta das interações entre a energia eletromagnética eestes objetos. Essas interações são determinadas pelas propriedades físico-químicas e biológicas desses objetos e podem ser identificadas nas imagens enos dados de sensores remotos. Portanto, a energia eletromagnética refletida eemitida pelos objetos terrestres é a base de dados para todo o processo de suaidentificação, pois ela permite quantificar a energia espectral refletida e/ouemitida por estes, e assim avaliar suas principais características. Logo ossensores remotos são ferramentas indispensáveis para a realização deinventários, de mapeamento e de monitoramento de recursos naturais.1.1 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA.A energia eletromagnética é emitida por qualquer corpo que possuatemperatura acima de zero grau absoluto (0 Kelvin). Desta maneira, todo corpocom uma temperatura absoluta acima de zero pode ser considerado como umafonte de energia eletromagnética.O Sol e a Terra são as duas principais fontes naturais de energiaeletromagnética utilizadas no sensoriamento remoto da superfície terrestre. Aenergia eletromagnética não precisa de um meio material para se propagar,DSR/INPE 1-7 E.C.MORAES
  • 8. sendo definida como uma energia que se move na forma de ondaseletromagnéticas à velocidade da luz ( c = 300.000 Km s , onde ”c” é a velocidadeda luz.).A distância entre dois pontos semelhantes, como mostra a Figura 1, define ocomprimento de onda e, o número de ondas que passa por um ponto doespaço num determinado intervalo de tempo, define a freqüência da radiaçãoeletromagnética. Fig. 1 – Comprimento de ondaDado que a velocidade de propagação das ondas eletromagnética édiretamente proporcional à sua freqüência e comprimento de onda, esta podeser expressa por: c = f ⋅λ (1)onde: c = velocidade da luz (m/s) f = freqüência (ciclo/s ou Hz) λ = comprimento de onda (m)A quantidade de energia (Q) emitida, transferida ou recebida na forma deenergia eletromagnética, está associada a cada comprimento de onda oufreqüência e é definida por: h Q = h⋅ f = (2) λDSR/INPE 1-8 E.C.MORAES
  • 9. onde h é a constante de Planck (6,625 10-34 joule segundo (J.s)) e a unidadeque quantifica esta energia é dada em Joule (J). Através desta equaçãoverifica-se que quanto maior a quantidade de energia maior será a freqüênciaou menor será o comprimento de onda a ela associada e vice-versa.Devido a ordem de grandeza destas variáveis é comum utilizar unidadessubmúltiplas do metro (micrometro: 1 µm = 10-6 m, nanometro: 1 nm = 10-9 m)para comprimento de onda e múltiplas do Hertz (quilohertz: 1 kHz = 103 Hz,megahertz: 1 mHz = 106 Hz) para freqüência.1.2 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICOA energia eletromagnética pode ser ordenada de maneira contínua em funçãode seu comprimento de onda ou de sua freqüência, sendo esta disposiçãodenominada de espectro eletromagnético. Este apresenta subdivisões deacordo com as características de cada região. Cada subdivisão é função dotipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo deinteração que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide, e datransparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética. O espectroeletromagnético se estende desde comprimentos de onda muito curtosassociados aos raios cósmicos, até as ondas de rádio de baixa freqüência egrandes comprimentos de onda, como mostra a Figura 2.A medida que se avança para a direita do espectro eletromagnético as ondasapresentam maiores comprimentos de onda e menores freqüências. A faixaespectral mais utilizada em sensoriamento remoto estende-se de 0,3 µm a15 µm, embora a faixa de microondas também é utilizada.DSR/INPE 1-9 E.C.MORAES
  • 10. .... Nuvem Fig. 2 - O espectro eletromagnético.Podem-se observar na Figura 2 a existência das seguintes regiões:Radiação Gama: é emitida por materiais radioativo e, por ser muito penetrante(alta energia), tem aplicações em medicina (radioterapia) e em processosindustriais (radiografia industrial).Raio X: é produzido através do freamento de elétrons de grande energiaeletromagnética. Seu médio poder de penetração o torna adequado para usomédico (raio X) e industrial (técnicas de controle industrial).Ultravioleta (UV): é produzida em grande quantidade pelo Sol, sendo emitidana faixa de 0,003 µm até aproximadamente 0,38µm. Seu poder de penetraçãoa torna nociva aos seres vivos, porém esta energia eletromagnética épraticamente toda absorvida pela camada de ozônio atmosférico.Visível (LUZ): é o conjunto de radiações eletromagnéticas que podem serdetectadas pelo sistema visual humano. A sensação de cor que é produzidapela luz está associada a diferentes comprimentos de ondas. As cores estãoassociadas aos seguintes intervalos espectrais.DSR/INPE 1-10 E.C.MORAES
  • 11. violeta: 0,38 a 0,45 µm azul: 0,45 a 0,49 µm verde: 0,49 a 0,58 µm amarelo: 0,58 a 0,6 µm laranja: 0,6 a 0,62 µm vermelho: 0,62 a 0,70 µmInfravermelho (IV): é a região do espectro que se estende de 0,7 a 1000 µm ecostuma ser dividida em três sub-regiões: IV próximo: 0,7 a 1,3 µm IV médio: 1,3 a 6 µm IV distante: 6 a 1000 µmA energia eletromagnética no intervalo espectral correspondente aoinfravermelho próximo é encontrada no fluxo solar ou mesmo em fontesconvencionais de iluminação (lâmpadas incandescentes), enquanto asenergias eletromagnéticas correspondentes ao intervalo espectral doinfravermelho médio e distante (também denominadas de radiação termal) sãoprovenientes da emissão eletromagnética de objetos terrestres.Microondas: são radiações eletromagnéticas produzidas por sistemaseletrônicos (osciladores) e se estendem pela região do espectro de 1mm atécerca de 1m, o que corresponde ao intervalo de freqüência de 300GHz a300MHz. Os feixes de microondas são emitidos e detectados pelos sistemasde radar (radio detection and ranging).Radio: é o conjunto de energias de freqüência menor que 300MHz(comprimento de onda maior que 1m). Estas ondas são utilizadasprincipalmente em telecomunicações e radiodifusão.Algumas regiões do espectro eletromagnético têm denominações que indicamalguma propriedade especial, como por exemplo:DSR/INPE 1-11 E.C.MORAES
  • 12. Espectro óptico: refere-se à região do espectro eletromagnético quecompreende as energias que podem ser coletadas por sistemas ópticos(ultravioleta, visível e infravermelho).Espectro solar: refere-se à região espectral que compreende os tipos deenergia emitidas pelo Sol. Cerca de 99% da energia solar que atinge a Terraencontra-se concentrada na faixa de 0,28 a 4 µm.Espectro visível: refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticaspercebido pelo sistema visual humano, também denominado de luz.Espectro termal: refere-se ao conjunto das energias eletromagnéticas emitidaspelos objetos terrestres e encontra-se nos intervalos espectrais correspondenteao infravermelho médio e distante.Quando consideramos o Sol como fonte de energia eletromagnética (ou fontede iluminação) os sensores detectam a energia refletida pelos objetosterrestres, portanto o sensoriamento remoto é realizado na faixa do espectrosolar. Quando a Terra atua como fonte de energia eletromagnética os sensoresdetectam a energia emitida pelos corpos terrestres, portanto o sensoriamentoremoto é realizado na faixa do espectro termal. Esta distinção torna possível otratamento separado desses dois tipos de energia eletromagnética, facilitandoa análise da energia radiante.1.3 ATENUAÇÃO ATMOSFÉRICAA energia eletromagnética ao atravessar atmosfera terrestre pode serabsorvida, refletida e espalhada. Os gases presentes na atmosfera apresentamcapacidade de absorção muito variáveis em relação ao comprimento de ondada energia solar incidente no sistema terra-atmosfera e da energia emitida pelasuperfície terrestre. Existem regiões do espectro eletromagnético para os quaisDSR/INPE 1-12 E.C.MORAES
  • 13. a atmosfera absorve muito da energia incidente no topo da atmosfera, às vezesnão deixando chegar quase nada de energia na superfície terrestre. Estainteração da energia com a atmosfera pode ser comparada com uma cortinaque age como um filtro e, dependendo de seu tecido, atenua ou até mesmoimpede a passagem da luz. Neste caso os diferentes tipos de tecidos da cortinapoderia ser comparado com os diferentes gases existentes na atmosferaterrestre, os quais atenuam a energia eletromagnética diferentemente.A Figura 3 mostra a distribuição do espectro de energia eletromagnética do Solno topo da atmosfera e na superfície terrestre observada ao nível do mar. Asáreas sombreadas representam as absorções devido aos diversos gasespresentes numa atmosfera limpa. Os principais gases absorvedores daradiação eletromagnética são vapor d’água (H2O), oxigênio (O2), ozônio (O3) egás carbônico (CO2). Os gases CO, CH4, NO e N2O ocorrem em pequenasquantidades e também exibem espectros de absorção. E n Energia solar incidente no topo da atmosfera e g Energia solar incidente na superfície terrestre i a I n c i d e n t e o A ) Fig. 3 - Curvas da distribuição espectral da energia solar na atmosfera/superfície terrestre.DSR/INPE 1-13 E.C.MORAES
  • 14. Cerca de 70% da energia solar está concentrada na faixa espectralcompreendida entre 0,3 e 0,7 µm e como a atmosfera absorve muito pouconesta região, grande parte da energia solar atinge a superfície da Terra.Também existem regiões no espectro eletromagnético para os quais aatmosfera é opaca (absorve toda a energia eletromagnética). Na região doultravioleta e visível, o principal gás absorvedor da energia eletromagnéticasolar é o ozônio (O3), o qual protege a terra dos raios ultravioletas que sãoletais a vida vegetal e animal. Na região do infravermelho os principais gasesabsorvedores são o vapor d’água (H2O) e o dióxido de carbono (CO2)Existem regiões do espectro eletromagnético onde a atmosfera quase nãoafeta a energia eletromagnética, isto é, a atmosfera é transparente à energiaeletromagnética proveniente do Sol ou da superfície terrestre. Estas regiõessão conhecidas como janelas atmosféricas. Nestas regiões são colocados osdetectores de energia eletromagnética, e portanto onde é realizado osensoriamento remoto dos objetos terrestres. A Figura 4 apresenta as janelasatmosféricas e as regiões afetadas pelos principais gases atmosféricos. Comprimento de onda ( µm) Fig. 4 – Transmitância espectral da atmosferaA atmosfera quase não absorve a energia eletromagnética emitida pelosobjetos que compõem a superfície terrestre, com exceção de uma pequenaDSR/INPE 1-14 E.C.MORAES
  • 15. banda de absorção do ozônio, centrada em 9,6 µm. Nesta janela atmosférica osistema terra-atmosfera perde energia para o espaço mantendo assim oequilíbrio térmico do planeta. Essas considerações são válidas para aatmosfera limpa, pois tanto nuvens como poluentes tendem a absorver aenergia eletromagnética. As nuvens absorvem toda a energia na região doinfravermelho, e emitem radiação eletromagnética proporcionalmente a suatemperatura. Acima de 14 µm a atmosfera é quase que totalmente opaca àenergia eletromagnética, ou seja, absorve toda a energia eletromagnética comcomprimentos de onda acima deste valor.As interações da energia eletromagnética com os constituintes atmosféricosinfluenciam a caracterização da energia solar e terrestre disponíveis para osensoriamento remoto de recursos naturais. A energia eletromagnética aoatingir a atmosfera é por esta espalhada, e parte desta energia espalhadaretorna para o espaço, vindo a contaminar a energia refletida ou emitida pelasuperfície e que é detectada pelos sensores orbitais.1.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE OBJETOS NATURAISO fluxo de energia eletromagnética ao atingir um objeto (energia incidente)sofre interações com o material que o compõe, sendo parcialmente refletido,absorvido e transmitido pelo objeto, como pode ser visto na Figura 5.A absorção, reflexão e transmissão da energia incidente poder ser total ouparcial, guardando sempre o princípio de conservação de energia. Acapacidade de um objeto absorver, refletir e transmitir a radiaçãoeletromagnética é denominada, respectivamente, de absortância, reflectância etransmitância, sendo que os valores variam entre 0 e 1.O comportamento espectral de um objeto pode ser definido como sendo oconjunto dos valores sucessivos da reflectância do objeto ao longo do espectroeletromagnético, também conhecido como a assinatura espectral do objeto. ADSR/INPE 1-15 E.C.MORAES
  • 16. assinatura espectral do objeto define as feições deste, sendo que a forma, aintensidade e a localização de cada banda de absorção é que caracteriza oobjeto. IR R G B B G R IR COMPRIMENTO DE ONDA Fig. 5 - Interação da energia eletromagnética com o objeto.Os objetos interagem de maneira diferenciada espectralmente com a energiaeletromagnética incidente, pois os objetos apresentam diferentes propriedadesfísico-químicas e biológicas. Estas diferentes interações é que possibilitam adistinção e o reconhecimento dos diversos objetos terrestres sensoriadosremotamente, pois são reconhecidos devido a variação da porcentagem deenergia refletida em cada comprimento de onda. A Figura 2 apresenta osespectros de reflectância de alguns objetos bastante freqüentes nas imagensde sensoriamento remoto como, água, solo, areia, vegetação e nuvens.O conhecimento do comportamento espectral dos objetos terrestres é muitoimportante para a escolha da região do espectro sobre a qual pretende-seadquirir dados para determinada aplicação. As características básicasobservadas no comportamento espectral destes objetos são:DSR/INPE 1-16 E.C.MORAES
  • 17. - A vegetação sadia apresenta alta absorção da energia eletromagnética naregião do espectro visível, que é capturada pela clorofila para a realização dafotossíntese. Dentro do espectro visível a absorção é mais fraca na região quecaracteriza a coloração da vegetação. A alta reflectância no infravermelhopróximo (até 1,3µm) é devido a estrutura celular, sendo que a partir destecomprimento de onda é o conteúdo de água na vegetação quem modula asbandas de absorção presentes no comportamento espectral desta.- O comportamento espectral de rochas é resultante dos espectros individuaisdos minerais que as compõem. Os minerais apresentam característicasdecorrentes de suas bandas de absorção. Portanto a absorção é o principalfator que controla o comportamento espectral das rochas.- O comportamento espectral dos solos é também dominado pelas bandas deabsorção de seus constituintes. As combinações e arranjos dos materiaisconstituintes dos solos é que define o seu comportamento espectral, sendo queos principais fatores são a constituição mineral, a matéria orgânica, a umidadee a granulometria (textura e estrutura) deste.- A água pode-se apresentar na natureza em três estados físicos, os quaisapresentam comportamento espectral totalmente distintos. O comportamentoespectral da água líquida pura apresenta baixa reflectância (menor do que10%) na faixa compreendida entre 0,38 e 0,7µm e máxima absorção acima de0,7µm. O comportamento espectral de corpos d’água é moduladoprincipalmente pelos processos de absorção e espalhamento produzidos pormateriais dissolvidos e em suspensão neles, pois é verificado que a presençade matéria orgânica dissolvida em corpos d’água desloca o máximo dereflectância espectral para o verde-amarelo, enquanto que a presença dematéria inorgânica em suspensão resulta num deslocamento em direção aovermelho.DSR/INPE 1-17 E.C.MORAES
  • 18. - O comportamento espectral de nuvens apresenta elevada reflectância (emtorno de 70%), em todo o espectro óptico com destacadas bandas de absorçãoem 1, 1,3 e 2µm.Com o intuito de melhor interpretar as imagens de satélites, muitospesquisadores têm se dedicado a pesquisa fundamental, ou seja, a obtenção ea análise de medidas da reflectância dos objetos terrestres em experimento decampo e de laboratório, os quais possibilitam uma melhor compreensão dasrelações existentes entre o comportamento espectral dos objetos e as suaspropriedades.1.5 SISTEMA SENSOROs sensores remotos são dispositivos capazes de detectar a energiaeletromagnética (em determinadas faixas do espectro eletromagnético)proveniente de um objeto, transformá-las em um sinal elétrico e registrá-las, detal forma que este possa ser armazenado ou transmitido em tempo real paraposteriormente ser convertido em informações que descrevem as feições dosobjetos que compõem a superfície terrestre. As variações de energiaeletromagnética da área observada podem ser coletadas por sistemassensores imageadores ou não-imageadores.Os sistemas imageadores fornecem como produto uma imagem da áreaobservada, como por exemplo temos os “scaners” e as câmaras fotográficas,enquanto que os sistemas não-imageadores, também denominadosradiômetros ou espectroradiômetros, apresentam o resultado em forma dedígitos ou gráficos.Os sistemas sensores também podem ser classificados como ativos epassivos. Os sensores passivos não possuem fonte própria de energiaeletromagnética, como por exemplo os sensores do satélite Landsat 5, osradiômetros e espectroradiômetros. Os sensores ativos possuem uma fonteDSR/INPE 1-18 E.C.MORAES
  • 19. própria de energia eletromagnética. Eles emitem energia eletromagnética paraos objetos terrestres a serem imageados e detectam parte desta energia que érefletida por estes na direção deste sensores. Como exemplo podemos citar oradar e qualquer câmara fotográfica com flash. Os sistemas fotográficos foramos primeiros equipamentos a serem desenvolvidos e utilizados para osensoriamento remoto de objetos terrestresAs principais partes de um sensor são:a) coletor: é um componente óptico capaz de concentrar o fluxo de energiaproveniente da amostra no detetor;b) filtro: é o componente responsável pela seleção da faixa espectral daenergia a ser medida;c) detetor: é um componente de pequenas dimensões feito de um materialcujas propriedades elétricas variam ao absorver o fluxo de energia, produzindoum sinal elétrico.d) processador: é um componente responsável pela amplificação do fraco sinalgerado pelo detetor e pela digitalização do sinal elétrico produzido pelodetector; ee) unidade de saída: é um componente capaz de registrar os sinais elétricoscaptados pelo detector para posterior extração de informações.A qualidade de um sensor geralmente é especificada pela sua capacidade deobter medidas detalhadas da energia eletromagnética. As características dossensores estão relacionadas com a resolução espacial, espectral eradiométrica.A resolução espacial representa a capacidade do sensor distinguir objetos. Elaindica o tamanho do menor elemento da superfície individualizado pelo sensor.A resolução espacial depende principalmente do detector, da altura doDSR/INPE 1-19 E.C.MORAES
  • 20. posicionamento do sensor em relação ao objeto. Para um dado nível deposicionamento do sensor, quanto menor for a resolução geométrica destemaior será o grau de distinção entre objetos próximos. Por exemplo, o sistemasensor do Thematic Mapper (TM) do Landsat 5 possui uma resolução espacialde 30 metros.A resolução espectral refere-se à largura espectral em que opera o sensor.Portanto, ela define o intervalo espectral no qual são realizadas as medidas, econsequentemente a composição espectral do fluxo de energia que atinge odetetor. Quanto maior for o número de medidas num determinado intervalo decomprimento de onda melhor será a resolução espectral da coleta. Porexemplo, o Landsat 5 possui os sensores TM e Multispectral Scanning System(MSS). O sensor TM apresenta algumas bandas espectrais mais estreitas doque o sensor MSS, portanto nestas bandas o TM apresenta melhor resoluçãoespectral do que o MSS.A resolução radiométrica define a eficiência do sistema em detectar pequenossinais, ou seja, refere-se à maior ou menor capacidade do sistema sensor emdetectar e registrar diferenças na energia refletida e/ou emitida pelos elementosque compõe a cena (rochas, solos, vegetações, águas, etc). Por exemplo, osistema sensor TM do Landsat 5 distingue até 256 tons distintos de sinaisrepresentando-os em 256 níveis de cinza.Uma outra qualidade importante é a resolução temporal do sensor, que estárelacionada com a repetitividade com que o sistema sensor pode adquiririnformações referentes ao objeto. Por exemplo, os sensores do Landsat 5possuem uma repetitividade de 16 dias.Para melhor interpretar os sinais coletados faz-se necessário o conhecimentodas condições experimentais como: fonte de radiação, efeitos atmosféricos,características do sensor, geometria de aquisição de dados, tipo deprocessamento e estado do objeto.DSR/INPE 1-20 E.C.MORAES
  • 21. 1.6 NÍVEIS DE AQUISIÇÃO DE DADOSOs sistemas sensores podem ser mantidos no nível orbital (satélites) ousuborbital (acoplados em aeronaves ou mantidos ao nível do solo), como podeser visualizado na Figura 6.Ao nível do solo é realizada a aquisição de dados em campo ou em laboratórioonde as medidas são obtidas utilizando-se radiômetros ouespectroradiômetros. Níveis de Coleta de dados Satélites Balões Solo Aeronave Barco Bóias Fig. 6 – Níveis de Coleta de Dados Fonte : Moreira (2001)Ao nível de aeronaves os dados de sensoriamento remoto podem seradquiridos por sistemas sensores de varredura óptico-eletrônico, sistemasfotográficos ou radar, e a resolução espacial destes dados dependerá da alturado vôo no momento do aerolevantamento.DSR/INPE 1-21 E.C.MORAES
  • 22. A obtenção de dados no nível orbital é realizada através de sistemas sensoresa bordo de satélites artificiais. O sensoriamento remoto neste nível permite arepetitividade das informações, bem como um melhor monitoramento dosrecursos naturais para grandes áreas da superfície terrestre.2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASMoreira, M. A. Fundamentos do sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. São José dos Campos, 2001. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). 208p.Novo, E. M. L. M. Sensoriamento Remoto: princípios e aplicações. São Paulo. ed. : Edgard Blücher, 1989, 308p.Steffen, A. C., Moraes, E. C. Introdução à radiometria. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VII. Curitiba, 10-14. Maio, 1993. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1993. 7p.Steffen, A. C., Moraes, E. C., Gama, F. F. Radiometria óptica espectral. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, VIII. Salvador, 14-19. Abr., 1996. Tutorial São José dos Campos. INPE, 1996. 43p.DSR/INPE 1-22 E.C.MORAES
  • 23. CAPÍTULO 2 SATÉLITES DE SENSOR IAMENTO REMOTO José Carlos Neves Epiphanio1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS - INPE1 E-mail: epiphani@ltid.inpe.br DSR/INPE 2-1 J.C.N.EPIPHANIO
  • 24. DSR/INPE 2-2 J.C.N.EPIPHANIO
  • 25. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ...................................................................................... 2-5LISTA DE TABELAS ..................................................................................... 2-71. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 2-92. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITES ................................ 2-102.1 ÓRBITA GEOESTACIONÁRIA .......................................................... 2-112.2 ÓRBITA BAIXA .................................................................................. 2-113. PROGRAMA LANDSAT ....................................................................... 2-134. PROGRAMA SPOT .............................................................................. 2-195. PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO ........... 2-256. SATÉLITES NOAA ............................................................................... 2-297. PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM) ........................... 2-308. PROGRAMAS DE RADAR ................................................................... 2-329. REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ....................... 2-35DSR/INPE 2-3 J.C.N.EPIPHANIO
  • 26. DSR/INPE 2-4 J.C.N.EPIPHANIO
  • 27. LISTA DE FIGURAS1 – SATÉLITE CBERS E SEUS COMPONENTES. ..................................... 2-27DSR/INPE 2-5 J.C.N.EPIPHANIO
  • 28. DSR/INPE 2-6 J.C.N.EPIPHANIO
  • 29. LISTA DE TABELAS1 – PROGRAMA LANDSAT ......................................................................... 2-152 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7 ................................................. 2-163 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7.................................... 2-164 - SENSORES DO SPOT-4 ......................................................................... 2-215 - CÂMERA CCD DO CBERS..................................................................... 2-266 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E M ............................. 2-30DSR/INPE 2-7 J.C.N.EPIPHANIO
  • 30. DSR/INPE 2-8 J.C.N.EPIPHANIO
  • 31. 1. INTRODUÇÃOPara que haja o sensoriamento remoto é necessário que haja uma “medição”, àdistância, das propriedades dos objetos ou alvos. As principais propriedades“primárias” dos alvos que são medidas1 pelos sensores remotos são acapacidade de reflexão e de emissão de energia eletromagnética. Essaspropriedades primárias podem ser usadas diretamente, de uma forma “bruta”,através de uma imagem de um sensor remoto. Essa é a forma mais comum deuso dos produtos de sensoriamento remoto, pois são as imagens na formacomo as conhecemos. Por exemplo, um objeto tortuoso e de baixa reflexão(escuro) numa certa imagem traduz-se a nós como sendo um rio. Porém,aquelas propriedades primárias podem sofrer transformações e permitir-nosfazer inferências sobre características secundárias dos alvos. Por exemplo,quando uma imagem de um sensor remoto entra num modelo que a relacionacom a fotossíntese da vegetação, gera-se um novo produto, ou uma novaimagem que, agora, passa a representar uma propriedade do alvo que não foimedida diretamente pelo sensor remoto. No caso do rio, se houver umaequação ou um modelo que permita um relacionamento entre reflectânciamedida por satélite e quantidade de sedimentos num meio aquático, pode-segerar uma imagem secundária que expressa a quantidade de sedimentos.De qualquer modo que se veja um produto de sensoriamento remoto, seja eleprimário ou secundário, há sempre a necessidade de que a propriedade dereflexão ou emissão do alvo seja medida, mensurada, por um sensor remoto.Os sensores remotos fazem parte do que se denomina “sistemas desensoriamento remoto”. Os chamados “sistemas de sensoriamento remoto” sãoos veículos e instrumentos necessários à coleta de dados para seremanalisados pela comunidade científica e de usuários em geral. E há umaestreita associação entre sensoriamento remoto e satélites artificiais. É que,embora outros sistemas façam parte do sensoriamento remoto, como osradiômetros de campo e de laboratório, e os sensores fotográficos e outros1 Comentário: Página: 9fazer análise de “medida” em relação a uma régua, sem padronização. Isto é, um sensor fazuma medida sem escala padronizada, a princípio; portanto, é preciso, posteriormente, que hajaDSR/INPE 2-9 J.C.N.EPIPHANIO
  • 32. uma calibração em relação a um padrão para que se tenha uma medida precisa dapropriedade do alvo.sistemas que operam em aeronaves, são os satélites que, a cada dia, mais emais se tornam os instrumentos quotidianos dos profissionais desensoriamento remoto. Assim, é necessário que haja um conhecimento dosprincipais satélites e de suas características.Os satélites são veículos colocados em órbita da Terra e que promovemcontinuamente a aquisição de dados relacionados às propriedades primáriasdos objetos. Por estarem a grandes altitudes (tipicamente entre 600 e 1.000km) têm a capacidade de abranger em seu campo de visada uma grandeporção de superfície terrestre. Ao mesmo tempo, como têm que orbitar aoredor da Terra, promovem uma cobertura que se repete ao longo do tempo,permitindo o acompanhamento da evolução das propriedades de reflexão ouemissão dos objetos e fenômenos.Neste capítulo são abordados os principais satélites em operação e,particularmente, aqueles voltados para o sensoriamento remoto da superfícieterrestre com ênfase naqueles mais utilizados no Brasil. Assim, são descritosos sistemas Landsat, SPOT, NOAA, Terra, Radarsat e ERS (todos programasinternacionais) e o CBERS e o SSR/MECB (do Brasil). Porém, antes dedescrever os sistemas propriamente ditos, é feita uma introdução sobre órbitase outros aspectos dos satélites, cujos princípios aplicam-se a todos ossistemas.2. CARACTERÍSTICAS ORBITAIS DOS SATÉLITESOs satélites podem apresentar uma grande variação quanto ao padrão orbitalem relação à Terra. Os que mais interessam para o sensoriamento remotoenquadram-se em duas grandes categorias: os de órbita baixa e os de órbitaalta. Estes últimos são os geoestacionários e têm sua maior aplicação nocampo da meteorologia, sendo apenas marginal sua aplicação emDSR/INPE 2-10 J.C.N.EPIPHANIO
  • 33. sensoriamento remoto. Os de órbita baixa englobam a maioria dos satélites desensoriamento remoto, e são discutidos mais pormenorizadamente.2.1 ÓRBITA GEOESTACIONÁRIAOs satélites nesta órbita estão a uma altitude de cerca de 36.000 km. Sãochamados geoestacionários porque sua órbita acompanha o movimento derotação da Terra. Possuem uma velocidade de translação em relação à Terraque equivale ao movimento de rotação da Terra, de modo que, em relação àTerra, estão imóveis. Como ficam dispostos ao longo do Equador terrestre, epor causa da grande altitude podem ter uma visão sinóptica completa, ou seja,de todo o disco terrestre compreendido pelo seu campo de visada. Além disso,como estão “fixos” em relação à Terra, permanecem voltados para o mesmoponto da superfície e, assim, podem fazer um imageamento muito rápidodaquela porção terrestre sob seu campo de visada. É por essa grandeabrangência de superfície terrestre coberta em um curto intervalo de tempo queeles são muito úteis para estudos de fenômenos meteorológicos, os quais sãobastante dinâmicos.2.2 ÓRBITA BAIXAEmbora nesta categoria enquadrem-se inúmeros sistemas espaciais, adiscussão a seguir é restrita às situações e características que abrangem ossistemas que mais interessam ao sensoriamento remoto. Sempre que couber,são discutidos os impactos dos desvios em relação à situação usual.Em geral, a órbita dos satélites de sensoriamento remoto enquadra-se no quese denomina órbita baixa, o que equivale a dizer órbitas com menos de 1.000km de altitude.Para os satélites de sensoriamento de órbita baixa, tal órbita é também circular,pois dessa forma o satélite fica sempre orbitando a uma altitude quase que fixaem relação à Terra, o que permite uma escala de imageamento praticamenteconstante para todas as imagens. Como a variação de altitude é pequenaDSR/INPE 2-11 J.C.N.EPIPHANIO
  • 34. numa situação de circularidade, a variação de escala também é pequena. Todaa órbita circular tem esta característica de manter a escala constante, o quefacilita os trabalhos de interpretação e análise das imagens.Outra característica de órbita para os satélites de sensoriamento remoto é aaltitude. Ela tem se situado entre 700 e 1.000 km, aproximadamente. A altitudedo satélite define uma série de outros parâmetros de engenharia do sistema.Ela tem que obedecer às leis da mecânica orbital e depende muito da definiçãodo projeto da missão e características dos sensores destinados aoimageamento. No caso da série Landsat, por exemplo, a mudança de altitudeentre a primeira geração (Landsat 1 a 3) e a segunda geração (Landsat 4 a 7)exigiu que o campo de visada do sensor Thematic Mapper (MapeadorTemático, ou simplesmente TM), a bordo dos satélites da segunda geração,fosse aumentado a fim de manter a mesma faixa de imageamento do sensorMultispectral Scanner System (Sistema de Varredura Multiespectral, ou MSS),da geração anterior. Isso quer dizer que se fosse mantido o mesmo ângulo deimageamento para as duas gerações, a faixa imageada no terreno seria menorna segunda geração, uma vez que sua altitude era menor.Uma vez definido que a órbita é circular e que ela tem uma certa altitude emrelação à Terra, descrevendo um círculo com raio praticamente fixo, é precisodefinir o ângulo que esse plano da órbita fará com os pólos da Terra. Em geralos satélites de sensoriamento remoto têm órbita quase polar, com um pequenoe constante desvio do plano orbital em relação ao eixo norte-sul. Oimageamento é descendente, em direção ao sul, quando a Terra estáiluminada (embora pudesse também haver imageamento no sentidoascendente em certos comprimentos de onda). A órbita quase-polar tem aimportante característica de permitir que a Terra toda (exceto os pólos) sejaimageada após um certo número de órbitas. A cada órbita, cuja duração é decerca de 100 minutos, o sistema (satélite e sensor) recobre uma faixalongitudinal e constante no terreno equivalente a um certa faixa de terreno.Essa faixa de imageamento varia de acordo com o sensor. Nessas condições,ocorrem aproximadamente 14,5 órbitas diárias e, como o perímetro da Terra noDSR/INPE 2-12 J.C.N.EPIPHANIO
  • 35. equador é de cerca de 36.000 km, após um certo número de dias e um certonúmero de órbitas, a Terra toda será imageada.No projeto da missão e, particularmente da característica orbital, para fins desensoriamento remoto há uma preferência para que haja uma ciclicidade daspassagens ou dos recobrimentos. Isso quer dizer que é desejável que, apósdeterminado número de dias, o satélite volte a recobrir a mesma faixa deterreno. Isso é conseguido através de um projeto orbital adequado, no qualfatores como altitude e velocidade do satélite são considerados. Também afaixa imageada no terreno em cada órbita é um fator importante, já que faixasde imageamento mais estreitas determinarão ciclos de revisitas mais longos, efaixas mais largas diminuirão o tempo entre uma visita e outra. Ou seja, se afaixa de terreno que o sistema (satélite mais sensor) consegue imagear éestreita, haverá necessidade de muitas órbitas para cobrir toda a superfície daTerra. Ao contrário, se a faixa de imageamento é mais larga, exige-se menostempo para que esse recobrimento seja completo.Entre outros fatores, na determinação da configuração de um sistema deimageamento há um que diz respeito ao horário do dia em que deverá serefetuado o imageamento. Em geral, os satélites de sensoriamento remotopossuem órbita chamada heliossíncrona, ou seja, sincronizada com o Sol. Issoquer dizer que a cada órbita o satélite cruza a linha do Equador no mesmohorário. Esta característica de órbita é importante pois assim todas as imagenssão sempre obtidas aproximadamente no mesmo horário, e as variações entreimagens podem ser atribuídas às propriedades intrínsecas dos alvos, e não ainfluências de posicionamento angular do sol. Para que isso possa serconseguido, é necessário que o ângulo entre a normal ao plano da órbita dosatélite e a linha terra-sol seja mantido constante. Isso significa que aprecessão do plano orbital do satélite deve estar numa taxa que sejaequivalente à taxa da translação da Terra ao redor do Sol. Isso é obtido atravésdo estabelecimento de uma relação apropriada entre o raio (ou o período) daórbita circular e o ângulo de inclinação da órbita do satélite.DSR/INPE 2-13 J.C.N.EPIPHANIO
  • 36. 3. PROGRAMA LANDSATO primeiro satélite da série Landsat foi lançado no início dos anos 70, conformea Tabela 1. Atualmente, no ano 2001, estão operando o quinto e o sétimo dasérie. Esta série de satélites é a principal no campo do sensoriamento remoto,não só por ser a de período de vida mais longo de fornecimento contínuo dedados, mas também pela notável facilidade de acesso e qualidade dos dadosgerados.A partir do final do anos 60 os Estados Unidos decidiram colocar em órbita umsatélite de sensoriamento remoto. A estrutura do satélite baseou-se em umprojeto já em operação naquela época que era a dos satélites Nimbus, demeteorologia. Posteriormente, iniciando com o Landsat-4, foi projetada umaplataforma própria para esses satélites e também uma inovação quanto aossensores a bordo. Assim, é comum falar em duas gerações para a sérieLandsat. Uma que compreende os três primeiros, e uma segunda, quecompreende os quatro últimos. O de número 7, o último da série, apresenta umsensor que, embora muito semelhante aos três anteriores, tem certascaracterísticas que são tidas como um avanço em relação a seuspredecessores.Como se observa pela Tabela 1, os satélites de uma determinada série sãolançados um a um, depois de um intervalo irregular de tempo. Cada satélitelançado tem uma vida útil esperada. Os primeiros satélites da série Landsattinham vida útil estimada de dois anos. Alguns duraram muito mais do queisso. Os últimos da série já tinham especificações de vida útil maiores, etambém ultrapassaram em muito as especificações. O Landsat-5, por exemplo,opera a mais de 15 anos. Porém, não é incomum a ocorrência de fracassos; oLandsat-6 foi perdido durante o lançamento, antes de ser posicionado emórbita.Quanto à primeira geração da série Landsat, cabe destacar que o sensor MSS(Sistema de Varredura Mutiespectral) demonstrou ser o principal instrumento abordo dos Landsats. O sensor RBV (Sistema Vidicon de Feixes Retornantes,DSR/INPE 2-14 J.C.N.EPIPHANIO
  • 37. similar a um sistema de televisão), que operava no Landsat-3, emborapermitisse uma melhor resolução espacial, em relação ao MSS, acabou sendodescontinuado a partir do Landsat-4 por causa de sua baixa fidelidaderadiométrica e de sua pequena cobertura espectral. Muitas dessas imagens doRBV estão disponíveis nos arquivos do INPE, em Cachoeira Paulista, SP.DSR/INPE 2-15 J.C.N.EPIPHANIO
  • 38. TABELA 1 – PROGRAMA LANDSAT* Lançamento Taxa (fim das Instru- Resolução Comunica- Altitude Revi- deSistema mentos (metros) sita operações) ção (km) dados (Mbps)Landsat-1 23/7/1972 RBV 80 TD com 917 18 15 (1/6/1978) gravadores MSS 80Landsat-2 22/1/1975 RBV 80 TD com 917 18 15 (25/2/1982) gravadores MSS 80Landsat-3 5/3/1978 RBV 30 TD com 917 18 15 (31/3/1983) gravadores MSS 80Landsat-4 16/7/1982 MSS 80 TD com 705 16 85 (Transmissão TDRSS TM terminou TM 30 em 08/1993)Landsat-5 1/3/1984 MSS 80 TD com 705 16 85 TDRSS TM 30Landsat-6 5/10/1993 ETM 15 (pan) TD com 705 16 85 (5/10/1993) gravadores 30 (ms)Landsat-7 15/4/1999 ETM+ 15 (pan) TD com 705 16 150 gravadores 30 (ms) de estado sólido* RBV = return beam vidicon; MSS = multispectral scanner system; TM =thematic mapper; ETM+ = enhanced thematic mapper plus; pan =pancromático; ms = multiespectral; TD = transmissão direta; Mbps = mega bitspor segundo.O mais recente satélite da série é o Landsat-7, lançado em 15/04/1999, e oprincipal sensor a bordo é o ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus,Mapeador Temático Avançado). Este sensor é uma continuação do TManteriormente a bordo dos Landsats-4 a 6. As principais características doETM+ são resumidas nas Tabelas 2 e 3. O ETM+ fornece uma imagem digitalDSR/INPE 2-16 J.C.N.EPIPHANIO
  • 39. com uma visão sinóptica, repetitiva, multiespectral, com alta resolução espacialda superfície terrestre. TABELA 2 - PARÂMETROS DO ETM+/LANDSAT-7Tipo radiômetro de varredura mecânica tipo “wiskbroom”Bandas 3 Bandas no Visível, 1 no infravermelho Próximo, 2 no Infravermelho Médio Refletido, 1 no Infravermelho Termal, 1 PancromáticaFunção cobertura global periódica da superfície terrestreFaixa imageada no terreno 185 km (±7,5o)Massa 425 kgPotência 590 W (imageando), 175 W (repouso)Controle térmico resfriador radiativo de 90 KDimensões físicas radiômetro 196 x 114 x 66 cm eletrônica auxiliar 90 x 66 x 35 cmFONTE: King e Greenstone (1999, p.113) TABELA 3 - BANDAS ESPECTRAIS DO ETM+/LANDSAT-7 Banda Espectral Largura da Banda Dimensão do Dimensão nominal à meia amplitude IFOV (µrad) da amostra no (µm) terreno (m)Pancromática 0,50-0,90 18,5 x 21,3 151 (visível, azul) 0,45-0,52 42,6 302 (visível, verde) 0,52-0,60 42,6 303 (visível, 0,63-0,69 42,6 30vermelho)4 (infravermelho 0,76-0,90 42,6 30próximo)5 (infravermelho 1,55-1,75 42,6 30médio refletido)6 (infravermelho 10,42-12,50 85,2 60termal)7 (infravermelho 2,08-2,35 42,6 30médio refletido)FONTE: King e Greenstone (1999, p.113)O satélite Landsat-7 tem uma órbita circular (escala praticamente constante),heliossíncrona (horário de cruzamento do Equador sempre às 10:00 ±15DSR/INPE 2-17 J.C.N.EPIPHANIO
  • 40. minutos na órbita descendente), com uma inclinação de 98,2o, altitude de 705km. Nesta configuração orbital, o Landsat-7 precede o satélite Terra (a serdiscutido adiante) de cerca de 30 minutos na mesma faixa de imageamento dasuperfície terrestre. A faixa de 185 km imageada pelo campo de visada (FOV –field of view, campo de visada) do ETM+ permite uma cobertura global da terraa cada 16 dias. Cada órbita dura aproximadamente 100 minutos. Neste tempo,ocorre um deslocamento no terreno de cerca de 2.400 km entre o centro deuma órbita e a seguinte. Como a Terra desloca-se para leste, as faixasimageadas vão se deslocando para oeste. Esse padrão de recobrimentoorbital, onde são descritas as órbitas no sentido longitudinal e as imagenspropriamente ditas, “recortadas” a cada 185 km na órbita, ou seja, no sentidolatitudinal, formam o que se denomina sistema de referência mundial. Essesistema permite que se localize uma imagem correspondente a qualquer pontoda Terra através de dois números, correspondentes à órbita (sentidolongitudinal) e ao ponto (sentido latitudinal). Assim, por exemplo, uma imagemdo ETM+/Landsat-7 de São José dos Campos, SP, é referenciada como sendoa 219/76, lida como “órbita 219, ponto 76”.O ETM+ é um sensor que possui dois planos focais, onde ficam localizadas asmatrizes de detectores. Cada matriz de detectores é responsável pela detecçãode uma banda. Há, portanto, oito matrizes, sendo que as quatro primeiras(bandas 1-4, correspondentes às três do visível e à do infravermelho próximo)ficam no plano focal primário. As quatro seguintes (pancromática,infravermelhos médios, e infravermelho termal) encontram-se num plano focalsecundário e refrigerado. Ambos os planos focais, apesar de fisicamenteseparados, encontram-se opticamente alinhados, de modo que há o registroentre todas as bandas. Cada matriz é composta de 16 detectores (exceto abanda pancromática, que tem 32, e a do infravermelho termal, que tem oito). Afunção de cada uma dessa matrizes é promover o registro da radiânciaproveniente do terreno em cada uma das oito banda. Esta matriz de oitobandas por 16 detectores por banda (oito na infravermelha termal e 32 na pan)tem uma largura de 480 metros no terreno, que são 16 linhas de 30 metros nasbandas 1-4, 32 linhas de 15 metros no pan, 8 linhas no infravermelho termal.DSR/INPE 2-18 J.C.N.EPIPHANIO
  • 41. O ETM+ é um sensor que faz um imageamento através de dois movimentosperpendiculares entre si. O primeiro movimento é feito pelo deslocamento dopróprio satélite ao longo de sua órbita. A projeção desse movimento,juntamente com o FOV, definem o que se denomina faixa de imageamento. Nocaso ETM+ esta faixa de imageamento é de 185 km. O segundo movimentonecessário para constituir uma imagem no sistema de varredura mecânicomultiespectral é produzido pelo movimento de um espelho oscilantetransversalmente à faixa de imageamento.O espelho oscilante projeta, no terreno, as matrizes de detectores que estãonos planos focais. A cada movimento lateral do espelho oscilante numa direção(leste para oeste, ou oeste para leste), são imageadas 16 linhas de 30 metros(32 de 15 metros no pan e 8 de 60 metros no infravermelho termal), ou 480metros de largura e com 185 km de extensão. Em cada banda particular, umcerto detector é responsável pelo imageamento de uma linha completa. Porém,cada detector tem um IFOV (instantaneous field of view, campo de visadainstantâneo) de apenas 30 metros (15 no pan e 60 no infravermelho termal).Portanto, para que uma linha de 185 km seja completamente “varrida” énecessário que cada um dos detectores de cada banda seja acionado milharesde vezes (185.000 metros dividido pelo IFOV de cada detector – 15, 30 ou 60metros, de acordo com a banda).Se for fixada uma certa posição inicial do espelho oscilante, no terreno haveráa projeção de toda a matriz de detectores. Portanto, nesta posição, nenhumdetector estará cobrindo uma mesma área no terreno. Nesta posição, são lidosos valores de radiância de cada elemento de terreno projetado em cadadetector em particular. A esta seqüência singular de leitura de todos osdetectores de todas as oito bandas dá-se o nome de minor frame (seqüênciaprimária de leitura). Após esse minor frame o espelho desloca-se para leste oupara oeste (dependendo do sentido do espelho oscilante e o minor frameadjacente é lido. Vê-se que entre um minor frame e outro, há uma adjacênciade elementos de 30 m no terreno (15 m para o pan e 60 m para o infravermelhotermal). A continuação dessa seqüência de minor frames fará com que toda aDSR/INPE 2-19 J.C.N.EPIPHANIO
  • 42. linha seja coberta após um certo tempo, que equivale ao major frame(seqüência completa de leitura). Ao terminar um major frame, o espelhooscilante e o sistema de leitura e registro dos sinais terão varrido e lido mais de6.000 minor frames; e também o espelho oscilante terá chegado ao fim de umFOV (185 km de largura), e imageado um comprimento no terreno (sentidodescendente da órbita) equivalente a 480 m. Quando o espelho oscilanteretornar para imagear outros 480 m, o satélite terá avançado em sua órbita oequivalente a 480 m no terreno e, assim, esse próximo conjunto de linhas (480m) estará contíguo ao conjunto anterior, e assim por diante. Essa seqüência deminor frames nas linhas e a seqüência de major frames na direção docaminhamento da órbita forma a imagem.Após a detecção do sinal proveniente do terreno, ele sofre processamentosinternos e é gravado a bordo ou encaminhado na forma digital para umaestação em terra. No caso do Brasil, esta estação fica em Cuiabá, MT. Depois,é enviado para Cachoeira Paulista, SP, para os processamentos necessários àpreparação dos produtos a serem arquivados ou enviados aos usuários.Atualmente, o principal produto solicitado pelos usuários são as imagens naforma digital e gravados em CDROM.4. PROGRAMA SPOTO programa SPOT (Satellite Pour Observation de la Terre, Satélite ParaObservação da Terra) é um programa Francês de satélites de sensoriamentoremoto. O primeiro da série foi lançado em 22/2/1986, o segundo em22/1/1990, o terceiro foi lançado em 26/9/1993, mas perdeu-se no lançamento.Em 22/3/1998 foi lançado, pelo veículo lançador Ariane, o SPOT-4 que, emboraguarde muitas características dos seus predecessores 1-3, representa umavanço em vários sentidos. O sistema de observação da terra SPOT foiprojetado pela Agência Espacial Francesa (CNES – Centre National d’ÉtudesSpatiales) e é operado por sua subsidiária Spot Image. Nesta seção adiscussão é centrada no Spot-4, mas sempre que necessário haverá referênciaDSR/INPE 2-20 J.C.N.EPIPHANIO
  • 43. aos satélites anteriores ou mesmo a outros sistemas, particularmente aoLandsat.O Spot-4 classifica-se como um satélite de órbita baixa, ficando a 830 km dealtitude. Sua órbita é circular, o que garante que todas as cenas sejamadquiridas a uma altitude praticamente constante, garantindo constância naresolução espacial e na escala. A heliossincronicidade de sua órbita faz comque o Spot-4 passe sobre uma certa área sempre à mesma hora solar, o quepermite que a cena apresente as mesmas condições de iluminação daquelacena durante todo o ano (as variações passam a ser creditadas à sazonalidadeda estações do ano e às variações intrínsecas dos alvos). O ângulo entre oplano orbital do Spot-4 e a direção Terra-Sol é praticamente constante e de22,5o, fazendo com que o cruzamento com o equador no sentido descendentenorte-sul ocorra à hora solar de 10:30. A sua órbita também é quase polar,sendo que o ângulo entre o plano da órbita e o plano equatorial é de 98,8o,garantindo que toda a terra seja recoberta durante um ciclo de revisita(considerando a possibilidade de visada fora do nadir). Como a órbita é emfase, o satélite passa sobre o mesmo ponto após um número inteiro de diasque, para as visadas no nadir (visada vertical), é de 26 dias. Neste período oSpot-4 terá completado 369 órbitas ao redor da terra. Cada revolução orbitaldura 101,5 minutos. Em cada órbita o Spot-4 cruza o plano equatorial duasvezes, uma no sentido norte-sul, ou órbita descendente, durante o períodoiluminado do dia; o segundo cruzamento ocorre no sentido ascendente sul-norte durante o período noturno.O Spot-4 foi concebido para ser um satélite com características bastantediferenciadas em relação ao Landsat. As principais diferenças são a altaresolução espacial de seus sensores, o sistema de imageamento por varreduraeletrônica (pushbroom) e a capacidade de visada lateral. O seu sistema deimageamento é constituído por dois sensores denominados HRVIR (hauteresolution visible et infra rouge, alta resolução no visível e infravermelho). Naverdade são dois sensores idênticos, colocados um ao lado do outro. A larguraDSR/INPE 2-21 J.C.N.EPIPHANIO
  • 44. da faixa de imageamento de cada um é de 60 km, perfazendo 117 km delargura, pois há um recobrimento de 3 km no equador.Um outro sensor a bordo do Spot-4 e também de interesse para osensoriamento remoto é o Vegetation. A Tabela 4 apresenta algumascaracterísticas dos HRVIR e do sensor Vegetation (Vegetação, VGT) TABELA 4 - SENSORES DO SPOT-4Bandas (µm) HRVIR Vegetação (VGT) Resolução Faixa de Resolução Faixa de espacial imageamen- espacial imageamen- (m) to (km) (km) to (km)B0 (azul) - - 1,1 km 2.250 kmB1 (verde, 0,50 a 0,59 µm) 20 m 60 km - -Pan (vermelho, 0,61 a 10 m 60 km - -0,68 µm)B2 (vermelho, 0,61 a 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km0,68 µm)B3 (infravermelho próximo, 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km0,78 a 0,89 µm)MIR (infravermelho médio, 20 m 60 km 1,1 km 2.250 km1,58 a 1,75 µm)Alinhamento HRVIR/VGT 0,3 pixel do VGTCalibração absoluta 9% 5%Cobertura global da Terra 26 dias 1 diaDSR/INPE 2-22 J.C.N.EPIPHANIO
  • 45. Cada um dos HRVIR possui 4 bandas espectrais, conforme a Tabela 4. Abanda pancromática possui a mesma faixa espectral da banda B2 (vermelho)no Spot-4, mas era uma banda separada (0,51 a 0,70 µm) nos Spotsanteriores. Esse instrumento de imageamento é projetado para cobririnstantaneamente uma linha completa de pixels de uma só vez ao longo doFOV. Isso é conseguido usando uma matriz linear de detectores do tipo CCD(charge-coupled device, ou dispositivo de cargas acopladas). A radiaçãoproveniente do terreno é separada por dispositivos ópticos especiais em quatrobandas espectrais. As matrizes lineares do CCD operam no modo chamadopushbroom. Um telescópio de grande abertura angular forma uma imageminstantânea dos elementos adjacentes do terreno na matriz de detectores noplano focal do instrumento. Isso significa que num mesmo instante uma linhainteira (de 60 km de largura por 10 ou 20 m de comprimento, para o modomonoespectral (M) ou multiespectral (X), respectivamente). Após a leitura dosvalores de radiância em todos os detectores do CCD, o satélite terá avançado20 ou 10 metros (modo X ou P, respectivamente) no terreno, e uma nova linhade detectores será lida. Ou seja, o próprio movimento do satélite é que produza varredura no sentido latitudinal da órbita, enquanto que o imageamentolongitudinal (transversal ao sentido da órbita) é promovido pelo arranjo matricialfixo de detectores. Os sinais gerados pelos detectores (que são fotodiodos) sãolidos seqüencialmente num determinado intervalo de tempo. Assim, embora oarranjo linear de detectores não faça a “varredura” da linha para seremsensibilizados pela luz, os detectores são varridos eletronicamente para gerar osinal de saída.O telescópio de cada HRVIR tem um campo de visada (FOV) de 4o que, àaltitude de 830 km, corresponde a um largura de 60 km no terreno. Esta larguraé vista instantaneamente pela linha de 6.000 detectores da matriz linear dedetectores. Assim, cada HRVIR gera uma imagem de 60 km de largura aolongo da órbita. Cada detector gera um pixel por vez, e cada pixel tem umadimensão de 10 m por 10 m no modo de alta resolução. Quando detectoresadjacentes são varridos (lidos) eletronicamente aos pares, eles geram pixelscorrespondentes a uma área no terreno medindo 20 m x 20 m resultando numaDSR/INPE 2-23 J.C.N.EPIPHANIO
  • 46. imagem com 20 m de resolução espacial. O movimento do satélite ao longo desua órbita resulta em varreduras de linhas sucessivas e isso completa aimagem.O HRVIR tem dois modos de operação quanto à resolução espacial,dependendo se os detectores são lidos um a um (modo M, de monoespectral)ou em pares (modo X, de multiespectral). A luz que entra no sistema óptico édividida em quatro feixes correspondentes a quatro bandas espectrais por umdivisor espectral constituído de prismas e filtros. Esses feixes sãoposteriormente focalizados nas quatro matrizes de detectores (uma para cadabanda). Dessa forma, quatro linhas de detectores geram simultaneamentequatro planos espectrais para uma mesma linha no terreno; portanto, asimagens geradas por cada banda para uma mesma superfície do terreno sãoperfeitamente registradas, pois cada um de seus pixels provêmsimultaneamente de um mesmo feixe eletromagnético.Os HRVIRs têm três modos de imageamento: o multiespectral (modo X)correspondendo às bandas B1, B2 e B3, mais a banda do infravermelho médio,com uma resolução espacial no terreno equivalente a 20 metros; o modomonoespectral (M) correspondendo à banda B2 (vermelho) com uma resoluçãode 10 metros no terreno; e o modo X + M que combina os modos X e M. Oimageamento feito por cada instrumento HRVIR é inteiramente independenteentre si.Na entrada óptica de cada HRVIR do Spot-4 há um espelho com ummecanismo que permite o desvio da visada para uma faixa de terrenoadjacente à projeção da órbita no terreno. Isso quer dizer que o Spot-4 tem apossibilidade de ter visadas laterais, fora do nadir. Esse redirecionamento davisada para as laterais pode ser de ±27o em relação ao nadir. Esse desvio écontrolado por um mecanismo que permite uma graduação lateral comincrementos de 0,3o. Tal característica pode ser usada para adquirir umaimagem, em resposta a uma solicitação de programação pelo usuário, emqualquer posição afastada de até 450 km para ambos os lados da trajetória dosatélite no terreno; isso é conseguido com os ângulos extremos ( +27o ou –DSR/INPE 2-24 J.C.N.EPIPHANIO
  • 47. 27o). Outra função dessa característica é a de ser usada principalmente para aobtenção de imagens de um mesmo local mas em ângulos diferentes para ageração de pares estereoscópicos com as finalidades de restituiçãofotogramétrica e mapeamento do relevo. Também é usada para permitir oposicionamento do instrumento para a direção de uma fonte de calibração.Um aspecto sensível do Spot-4 é a calibração, que se dá de duas maneiras. Afinalidade da calibração é a obtenção de valores radiométricos entre os pixelsque guardem uma relação entre si e também que guardem uma relação com aspropriedades de reflexão da energia eletromagnética dos alvos. O primeiromodo de calibração é aquele chamado calibração intra-banda, ou também denormalização de respostas dos detectores CCD. O objetivo dessa calibração ébalancear a resposta dos 3.000 detectores de cada banda quando oinstrumento vê uma superfície perfeitamente uniforme. Ou seja, para umamesma banda, todos os detectores têm que gerar o mesmo sinal quando sãosensibilizados por uma mesma fonte. A segunda calibração é chamada decalibração absoluta e tem a finalidade de medir a responsividade dinâmica doinstrumento através do estabelecimento de uma relação precisa entre umafonte externa perfeitamente estável (o Sol) e o sinal de saída do instrumento. Osistema de calibração é usado a intervalos regulares para verificar e, senecessário, ajustar a resposta do instrumento. Alguns dos efeitos que podemsuscitar de ajustes compensatórios são mudanças na transmissividade doscomponentes ópticos como resultado do envelhecimento em órbita, distorçõesmecânicas causadas por variações de temperatura, variações no ruído geradopela eletrônica do imageamento ou dos detectores do CCD.O sensor Vegetation é uma câmera multiespectral também num sistema deimageamento do tipo pushbroom, mas de baixa resolução espacial (1,1 km,Tabela 4). As funções desse sensor são permitir um monitoramento contínuo,regional e global da biosfera continental e das culturas. Com seu grande campoangular (FOV de 101o, o que corresponde a uma faixa de imageamento de2.250 km) consegue cobrir 90% da terra num só dia, e os outros 10% restantesDSR/INPE 2-25 J.C.N.EPIPHANIO
  • 48. no dia seguinte. Como há coincidência de bandas entre o HRVIR e o VGT, osdois sistemas são bastante complementares.Da mesma forma que o Landsat, o Spot transmite o sinal de imagens paraestações localizadas em diversas partes da Terra. Além disso, tem um sistemade gravação a bordo, que permite o armazenamento de até 40 minutos degravação (uma cena HRVIR de 60 km por 60 km é imageada em menos de 15segundos).5. PROGRAMA BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTOO Brasil possui basicamente dois programas de sensoriamento remoto. Um, édenominado CBERS (China Brazil Earth Resources Satellite, Satélite Sino-Brasileiro de Sensoriamento Remoto, com descrição mais pormenorizada nainternet, no endereço: http://www.inpe.br/programas/cbers/portugues/index.html, e o outro MECB (Missão Espacial Completa Brasileira, cujadescrição pode ser encontrada também na internet no endereço:http://www.inpe.br/programas/mecb/default.htm) (INPE, 2000a,b).O programa CBERS é uma missão conjunta entre o Brasil, através do INPE, ea China, através da CAST (Agência Chinesa de Ciência e Tecnologia), eenvolve a construção, lançamento e gerenciamento operacional de doissatélites de sensoriamento remoto. O primeiro foi lançado em 14/10/1999 apartir da base de lançamentos de Tayuan, pelo veículo lançador Longa Marcha4B.O CBERS é um satélite com massa de 1.450 kg, com dimensões de 1,8 x 2,0 x2,2 m, além de ter os painéis solares com 6,3 x 2,6 m. Está a uma altitude de778 km, em órbita circular (período de 100,26 minutos), quase polar (inclinaçãode 98,5o em relação ao plano equatorial), heliossíncrona com cruzamento doequador no sentido norte-sul às 10:30 da manhã. Nesta configuração orbitalobtem imagens aproximadamente com mesma escala, recobre quase queinteiramente a Terra a intervalos regulares de 26 dias, e os imageamentos deum mesmo ponto sempre ocorrem a uma mesma hora solar.DSR/INPE 2-26 J.C.N.EPIPHANIO
  • 49. A constituição de sua carga útil é muito interessante, pois traz característicasde diversos outros satélites, e ainda oferece novidades em termos deimageamento. Possui três sensores a bordo: a câmera CCD (charge-coupleddevice, dispositivo de cargas acopladas), o imageador por varredura mecânicaIRMSS (infrared multispectral scanner system, sistema varredor multiespectralde infravermelho), e a câmera WFI (wide field imager, imageador de grandecampo de visada).A câmera CCD/CBERS apresenta semelhanças com o HRVIR do Spot-4. Suasprincipais características estão na Tabela 5 e uma visão de seus constituintesestá na Figura 1. TABELA 5 - CÂMERA CCD DO CBERSBandas espectrais 0,51 - 0,73 µm (pancromático) 0,45 - 0,52 µm (azul) 0,52 - 0,59 µm (verde) 0,63 - 0,69 µm (vermelho) 0,77 - 0,89 µm (infravermelho próximo)Resolução espacial no terreno 20 m x 20 mResolução temporal 26 dias no nadir; até 3 dias com visada lateralFOV 8,3oFaixa de imageamento 113 kmVisada lateral ±32ºTaxa de dados 2 x 53 Mbits/segundoFONTE: INPE (2000)A câmera CCD/CBERS é um sensor que cobre as faixas espectrais do visível ese estende até o infravermelho próximo. Com esse conjunto de bandasconsegue-se atender uma grande parcela da demanda por dados desensoriamento remoto. Além disso, possui uma banda pancromática que cobretodo o visível e, ao contrário do Spot-4, esta banda do CBERS é mais larga,porém com menor resolução espacial. O fato de cobrir todo o visível permiteum aproveitamento da experiência e das técnicas de fotointerpretação feitassobre fotografias aéreas preto e branco normais.DSR/INPE 2-27 J.C.N.EPIPHANIO
  • 50. A sua faixa de imageamento é maior que a do Spot, mas menor que a doLandsat. A capacidade de imageamento lateral, ou fora do nadir, em ângulosbastante amplos (±32º), é uma vantagem comparativa importante em relaçãoaos sistemas existentes. Essa maior capacidade de visada lateral permite quese possam fazer revisitas com até 3 dias entre passagens. Isso é umacaracterística relevante em situações de ocorrência de eventos que precisamser monitorados em curto espaço de tempo. 1 - Módulo de Serviço 2 - Sensor de Presença do Sol 3 - Conjunto dos Propulsores de 20N 4 - Conjunto dos Propulsores de 1N 5 - Divisória Central 6 - Antena UHF de Recepção 7 - Câmera de Varredura Infravermelho Fig. 1 – Satélite CBERS e seus componentes. FONTE: INPE (2000)Outro componente do Cbers é o imageador por varredura mecânica (IRMSS).Esse sensor opera com um FOV de 8,8o, o que equivale a 120 km de largurano terreno. Possui quatro bandas espectrais, sendo uma que abrange desde ovisível até o infravermelho próximo (0,50 a 1,1 µm), duas no infravermelhoDSR/INPE 2-28 J.C.N.EPIPHANIO
  • 51. médio (1,55 a 1,75 µm e 2,08 a 2,35 µm). Essas três bandas espectraispossuem resolução espacial de 80 metros no terreno. Uma quarta bandaespectral localiza-se no infravermelho termal (10,4 a 12,5 µm). Sua resoluçãotemporal é de 26 dias, e não possui capacidade de visada fora do nadir.O outro sensor a bordo do CBERS, e de interesse para o sensoriamentoremoto, é a câmera WFI (imageador de grande campo de visada). É um sensorbaseado na tecnologia CCD; portanto, não possui componentes móveis para oimageamento, o qual é feito eletronicamente na direção transversal à órbita, epassivamente pelo próprio deslocamento do satélite no sentido da órbita. AWFI/CBERS possui apenas duas bandas espectrais: uma na região dovermelho (0,63 a 0,69 µm) e outra na do infravermelho próximo (0,77 a 0,89µm). A WFI/Cbers possui um FOV de 60o, o que corresponde a uma faixa de890 km no terreno. Isso garante ao sensor um período de revisita de apenascinco dias. Como em todo sistema há uma solução de compromisso entre osdiversos requisitos da missão, no caso da WFI/CBERS, para ter essa resoluçãotemporal e cobrir uma faixa extensa de terreno a cada passagem, houve umsacrifício da resolução espacial, que passou a ser de 260 m.A WFI/CBERS, apesar da baixa resolução espacial, apresenta-se como umsensor de alto potencial de aplicação. Possui características intermediáriasentre todos os sistemas existentes para o estudo da superfície terrestre. Suaresolução espacial não é tão boa quanto a do ETM+/Landsat-7 (30 m namaioria das bandas) mas também não é mellhor do que a do AVHRR/NOAA(Advanced Very High Resolution Radiometer da National Oceanic andAtmospheric Administration, Radiômetro Avançado com Resolução Muito Alta),que é de 1,1 km. O nome deste sensor pode induzir a um equívoco deentendimento quanto à sua resolução espacial. Porém, é que o AVHRR/NOAAé originariamente um sensor meteorológico e, para esta aplicação, a resoluçãoespacial de 1,1 km é muito alta; ao contrário do que ocorre para boa parte dasaplicações de sensoriamento remoto, onde são exigidas resoluções melhoresdo que essa. Além disso, a WFI/CBERS, embora não possua a alta resoluçãotemporal de um dia do AVHRR/NOAA, também não possui a baixa resoluçãoDSR/INPE 2-29 J.C.N.EPIPHANIO
  • 52. temporal do HRVIR/Spot, que é de 26 dias no nadir. Com essas características,é provável que se consiga identificar diversas aplicações que demandem taisresoluções intermediárias.As suas duas bandas espectrais são dispostas em pontos estratégicos doespectro eletromagnético e são destinadas principalmente ao estudo davegetação. Nestas duas regiões (vermelho e infravermelho próximo) são oslocais em que a vegetação apresenta o maior contraste espectral, ou seja, abanda do vermelho é de alta absorção de energia, e a do infravermelhopróximo é de alta reflexão. Esse contraste deverá ser explorado através dosíndices de vegetação, que visam exatamente a realçar a vegetaçãorepresentada numa cena de sensoriamento remoto.Os dados do CBERS são gravados por estações terrenas; no caso Brasil, aestação está em Cuiabá, MT. O processamento dos dados para que sejamgerados os produtos a serem distribuídos aos usuários é feito em CachoeiraPaulista, SP. O catálogo para verificação de cobertura de imageamento equalidade de imagens pode ser acessado a partir da internet no seguinteendereço: http://www.dgi.inpe.br/index.html (INPE, 2000a).6. SATÉLITES NOAAA NOAA (National Oceanic and Atmospheric Admnistration), que é umaagência governamental dos Estados Unidos, é responsável pelos satélitestambém chamados NOAA (Kidwell, 1997). A série de satélites NOAA tem sidode grande importância no campo da meteorologia. São satélites de órbitaheliossíncrona, circular a aproximadamente 850 km. Entre os sensores abordo, um que será aqui descrito é o AVHRR-3/NOAA (Advanced Very HighResolution Radiometer, Radiômetro Avançado de Muito Alta Resolução). Comoesclarecido anteriormente, esta resolução pode ser considerada muito alta paraaplicações em meteorologia; mas para muitas aplicações de sensoriamentoremoto, esta resolução do AVHRR-3/NOAA é considerada baixa. O AVHRR-3faz parte dos sensores a bordo dos satélites NOAA K, L e M (que recebemapós o lançamento os números de 15, 16 e 17, respectivamente).DSR/INPE 2-30 J.C.N.EPIPHANIO
  • 53. O AVHRR-3/NOAA é um radiômetro imageador de varredura mecânica queopera em seis bandas espectrais (Tabela 6). Os dados adquiridos durante cadapassagem permitem, após o processamento em terra, a análise de parâmetrosde interesse em hidrologia, oceanografia, uso da terra e meteorologia. Osdados dos canais 1, 2 e 3A são usados para monitorar a energia refletida nasporções do visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético. Essesdados permitem a observação da vegetação, de nuvens, lagos, linhas de costa,neve, aerossóis e gelo. Os dados dos canais 3B, 4 e 5 são usados paradeterminar a energia radiativa da temperatura da superfície terrestre, da água,e do mar bem como das nuvens sobre eles. Apenas cinco canais podem sertransmitidos simultaneamente; os canais 3A e 3B são comutados parapassagens diurnas/noturnas, conforme necessário, enquanto que o 3B sóopera durante as passagens matutinas do satélite. A Tabela 6 apresenta ascaracterísticas dos canais do AVHRR-3/NOAA. O campo de visada (FOV) doAVHRR-3/NOAA é de ±55,4o, o que equivale a 2.250 km de largura de faixaimageada no terreno. Com esta largura de faixa e com a taxa de 14 revoluçõesorbitais por dia, a terra toda é coberta a cada dia. Portanto, a resoluçãotemporal do AVHRR-3/NOAA é muito maior que a dos outros satélites desensoriamento remoto vistos até aqui. Porém, há o sacrifício da resoluçãoespacial que, no seu caso, é de 1,1 km para os pixels no nadir. Os dados doAVHRR-3/NOAA podem ser recebidos por antenas menores e também acustos reduzidos. TABELA 6 - CARACTERÍSTICAS DO AVHRR-3/NOAA-K, L E MCanal Banda espectral ( m) Resolução espacial (no nadir, em km)1 (visível) 0,580 – 0,68 1,12 (infravermelho próximo) 0,725 – 1,00 1,13A (infravermelho médio) 1,580 – 1,64 1,13B (infravermelho médio) 3,550 – 3,93 1,14 (infravermelho termal) 10,300 – 11,3 1,15 (infravermelho termal) 11,500 – 12,5 1,1FONTE: NOAA (2000)DSR/INPE 2-31 J.C.N.EPIPHANIO
  • 54. 7. PROGRAMA EOS (EARTH OBSERVING SYSTEM)O programa EOS (Earth Observing System, Sistema de Observação da Terra)é um programa de longo prazo (pelo menos 15 anos), cuja missão é gerarconhecimento científico em profundidade sobre o funcionamento da Terracomo um sistema. Tem-se como premissa que esse conhecimento científicoforneceria os fundamentos para o entendimento das variações naturais einduzidas pelo homem no sistema climático da Terra e também forneceria umabase lógica para as tomadas de decisão quanto às políticas ambientais (King,1999). É um programa que envolve vários países e uma grande gama desatélites e sensores.O primeiro grande satélite desse programa denomina-se Terra, anteriormentechamado EOS/AM-1. O nome “Terra” surgiu após um concurso nacional (nosEstados Unidos) entre estudantes de nível elementar e médio, cuja ganhadorafoi uma aluna de 13 anos. O satélite Terra, lançado em 18/12/1999, está numaórbita circular a 705 km de altitude, quase polar, heliossíncrona, cruzando oequador às 10:30 da manhã na órbita descendente, e à 1:30 da madrugada nosentido ascendente.Esse satélite possui cinco sensores: MODIS (Moderate-Resolution ImagingSpectroradiometer, Espectrorradiômetro de Imageamento de ModeradaResolução), ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and ReflectionRadiometer, Radiômetro Espacial Avançado de Emissão Termal e Reflexão),MISR (Multi-angle Imaging Spectroradiometer, Espectrorradiômetro Imageadorem Múltiplos Ângulos), CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy SystemNetwork, Sistema de Medição de Energia Radiante da Terra e Nuvens), eMOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere, Medição da Poluiçãona Troposfera). A seguir é feita uma breve descrição dos três primeirossensores.O Modis é um sensor com 36 bandas espectrais, cobrindo desde o limiteinferior do visível (0,366 µm) até o infravermelho termal (14,385 µm). É umsistema de varredura transversal à direção da órbita, cujo espelho faz aDSR/INPE 2-32 J.C.N.EPIPHANIO
  • 55. varredura a uma taxa de 20,3 rpm. Cada varredura cobre uma faixa de 2.330km no sentido transversal à órbita e 10 km no sentido longitudinal à órbita, nonadir. Suas dimensões são de 1,0 m x 1,6 m x 1,0 m, e massa de 250 kg. Suaresolução espacial é dependente das bandas, sendo de 250 m para as bandas1 e 2, de 500 m para as bandas 3-7, e de 1.000 m para as bandas 8-36. Asprincipais aplicações são traçar limites terra/nuvens, avaliar propriedades dasuperfície terrestre (vegetação, principalmente), nuvens e aerossóis, coroceânica, fitoplâncton, biogeoquímica, vapor d’água na atmosfera, nuvens dotipo cirrus, temperatura da superfície e das nuvens, medições de ozônio.O sensor Aster tem 405 kg e possui três subsistemas, um para cada regiãoespectral, com alta resolução espacial. Na região do visível/ infravermelhopróximo tem três bandas com 15 m de resolução espacial, sua faixa deimageamento é de 60 km, e pode fazer visadas laterais de ±24o, pode cobriraté 318 km fora do nadir. Esse sub-sistema é composto de dois telescópios,sendo que um deles pode apontar para trás na mesma direção da órbita,permitindo que se gerem imagens estéreo. O sub-sistema responsável pelaregião do infravermelho médio mede a radiação em seis bandas entre 1,60 µme 2,46 µm, com 30 m de resolução espacial, e numa faixa de imageamento de60 km. O terceiro sub-sistema do sensor Aster é responsável pela medição daradiação em cinco bandas espetrais no infravermelho termal, entre 8,125 µm e11,65 µm, com resolução espacial de 90 m e faixa de imageamento de 60 km.Esses dois últimos sub-sistemas possuem capacidade de apontamento de±8,54o lateralmente, o que permite que qualquer ponto na superfície possa serimageado pelo menos a cada 16 dias.O terceiro sensor do Terra aqui descrito é o Misr. Este sensor faz imagens daterra em nove direções de apontamentos diferentes. Uma câmera aponta parao nadir e outras oito cobrem diferentes ângulos de visada (26,1o, 45,6o, 60,0o, e70,5o para frente e para trás na direção da órbita); as resoluções espaciaisvariam de 250 m no nadir a 275 m para a câmera com ângulo mais extremo. Afaixa de imageamento é de 360 km e, além disso, cada câmera possui quatrobandas espectrais entre o visível e o infravermelho próximo.DSR/INPE 2-33 J.C.N.EPIPHANIO
  • 56. 8. PROGRAMAS DE RADARO termo radar vem de radio detection and ranging, ou detecção de alvos eavaliação de distâncias por ondas de rádio. A operação dos radares se dá emcomprimentos de onda bem maiores que os do visível e infravermelho. Operamentre 40 GHz (banda K-alfa) e 300 MHz (banda P) (ou entre 0,8 cm e 100 cm).Os radares, como geram sua própria iluminação, podem funcionar tantodurante o dia como durante a noite e, para alguns comprimentos de onda,praticamente não sofrem interferências atmosféricas (Short, 1998). Essas duascaracterísticas são importantes, pois ao poderem imagear a qualquer hora,podem otimizar seu posicionamento em relação ao Sol para captar energiasolar em seus painéis solares e também operar em horários onde as estaçõesde recepção estão com mais tempo livre, evitando congestionamentos. E, aoserem praticamente imunes às condições atmosféricas, oferecem grandecerteza de aquisição de imagens em condições adequadas para uso; ossatélites que operam na região ótica têm grande quantidade de imagensinaproveitáveis por causa da cobertura de nuvens.Em geral um sistema radar é constituído dos seguintes elementos: um geradorque envia pulsos a intervalos regulares a um transmissor. Este os envia a umduplexador (ou multiplexador), que os envia a uma antena direcional quemodula e focaliza cada pulso num feixe transmitido ao alvo; os pulsos queretornam são captados pela mesma antena e enviados a um receptor que osconverte (e amplifica) em sinais de vídeo, que são conduzidos a um dispositivode gravação que pode armazená-los digitalmente para processamentoposterior. Cada pulso dura apenas alguns microssegundos (em geral há cercade 1.500 pulsos por segundo). O conhecimento da teoria radar é um tantoquanto complexa, exigindo conhecimentos de várias áreas, entre elas as defísica, geometria, eletrônica, e processamento de sinais.Atualmente há dois grandes programas que envolvem o imageamento dasuperfície terrestre por sensores radar, a bordo de stélites: o ERS (EuropeanRemote Sensing Satellite, Satélite Europeu de Sensoriamento Remoto) e oRadarsat, do Canadá.DSR/INPE 2-34 J.C.N.EPIPHANIO
  • 57. O programa ERS é europeu e iniciou-se com o ERS-1, cujo lançamento deu-seem 17/7/1991 pelo lançador francês Ariane-4, a partir da base de lançamentosde Kourou, na Guiana Francesa; o ERS-2 foi lançado em 21/4/1995 (Francis etal., 1995). Os dois satélites têm órbita síncrona com o Sol, com cruzamento doequador, no percurso descendente, às 10:30 da manhã, hora local; a órbita équase polar (98,5o), com altitude média de 780 km, e tem um intervalo derevisita de 35 dias. O ERS-2, que é muito semelhante ao ERS-1, pesa cerca de2,3 toneladas, tem dimensões de 2 m x 2 m de base e 3 m de altura, e tem umpainel solar de 12 m x 2,4 m.O ERS-2 é constituído de vários sensores. Um de especial interesse para osensoriamento remoto é o radar imageador, com antena de 10 m, e que podeoperar no chamado modo “imagem”, em banda C (freqüência de 5,3 GHz oucomprimento de onda de 5,6 cm), com polarização VV (transmissão e recepçãoverticais), e num ângulo de visada fixo em 23o no meio da faixa deimageamento. Fornece imagens com resolução espacial de 30 m x 30 m, numacena de 100 km x 100 km. Esse modo de operação é o mais largamenteutilizado para aplicações terrestres do ERS. Mas esse radar também podeoperar no modo onda (wave mode, modo onda) e, então, adquire imagens de 5km x 5 km a cada 200 ou 300 km num sistema de amostragem, com aplicaçãoem oceanografia.O ERS-2 tem ainda um radar para a medição da velocidade e direção do ventosobre os oceanos; um radar altímetro para fazer medições precisas dos sinaisde retorno provenientes dos oceanos e das superfícies de gelo; um radiômetrode varredura mecânica que opera nos comprimentos de onda de 1,6; 3,7; 11 e12 m, com resolução espacial de 1 km x 1 km (no nadir) e com uma largurade faixa de imageamento de 500 km. Também leva um instrumentodenominado GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, Experimento deMonitoramento Global do Ozônio).O outro satélite com sistema radar de grande importância para osensoriamento remoto é o Radarsat, do Canadá, lançado em 4/11/1995. ORadarsat tem órbita circular de 798 km de altitude, circulando a Terra a cadaDSR/INPE 2-35 J.C.N.EPIPHANIO
  • 58. 100,7 minutos, 14 vezes por dia , com inclinação de 98,6o em relação aoequador. Sua órbita é heliossíncrona, mas com passagem pelo equador às6:00 (descendente), hora local; e o período de revisita é de 24 dias para ummesmo modo de operação e ângulo de incidência, embora possa terimageamentos distanciados de apenas 4,5 dias para ângulos de incidênciadiferentes. Essa configuração orbital permite que o Radarsat explore aomáximo as condições iluminação de seu painel solar, e ao mesmo tempo passasobre as estações de recepção em horários não utilizados por outros sistemasevitando, assim, conflitos de gravação no momento da aquisição das imagens(CCRS, 2000).O Radarsat, com massa de 3.200 kg, opera na banda C (freqüência de 5,3GHz ou comprimento de onda de 5,6 cm), em polarização HH (transmissão erecepção da onda eletromagnética polarizada horizontalmente). É um sistemaversátil, possui vários modos de imageamento, pode variar o ângulo deincidência (com antena de 15 m x 1,5 m direcionada para a esquerda nohemisfério sul) desde 20o até 50o, a largura da faixa de imageamento podevariar de 35 km a 500 km, e as resoluções espaciais podem variar de 10 m a100 m. A filosofia que norteia o sistema é a de fornecer o mais prontamentepossível a imagem adquirida ao usuário. O tempo decorrido entre a aquisição eo recebimento pode ser tão rápido quanto um dia.9. REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARCanadian Centre for Remote Sensing (CCRS). Radarsat program. [online] <http://www.ccrs.nrcan.gc.ca>. May 2000.Centre National dÉtudes Spatiales (CNES). SPOT program. [online]. <http://spot4.cnes.fr/spot4_gb/index.htm>. May 2000.European Space Agency (ESA). ERS satellite. [online]. <http://services.esrin.esa.it/erslist.htm>. May 2000.Francis, C.R. et al. The ERS-2 spacecraft and its payload. ESA Bulletin, n. 83, p. 12-31, Aug. 1995.DSR/INPE 2-36 J.C.N.EPIPHANIO
  • 59. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Aquisição de imagens. [online]. <http://www.dgi.inpe.br>. May 2000a.Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa CBERS. [online]. <http://www.inpe.br/programas/cbers/portugues/index.html>. May 2000b.Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Programa MECB. [online]. <http://www.inpe.br/programas/mecb/default.htm>. May 2000c.Kidwell, K.B. NOAA polar orbiter data users guide. Suitland, NOAA, 1997. 120p.King, M.D. EOS science plan. Greenbelt, NASA, 1999. 397p.King, M.D.; Greenstone, R. EOS reference handbook. Greenbelt, NASA, 1999. 361p. [online]. <http://eos.nasa.gov/eos_homepage/misc_html/refbook.html>. May 2000.Lauer, D.T.; Morain, S.A.; Solomonson, V.V. The Landsat program: its origins, evolution, and impacts. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 63, n. 7, p. 831-838, July 1997.National Aeronautics and Space Administration (NASA). Landsat program. [online]. <landsat.gsfc.nasa.gov>. May 2000.National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Introduction to the NOAA KLM system. <http://www2.ncdc.noaa.gov:80/docs/klm/>. May 2000./Novo, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Edgard Blücher, 1989. 308p.Short, N.M. The remote sensing tutorial. CDROM. Washington, NASA, 1998.DSR/INPE 2-37 J.C.N.EPIPHANIO
  • 60. CAPÍTULO 3 SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE Parte A: P A N A M A Z Ô N I A : O DOMÍNIO DA FLORESTA AMAZÔNICA NA AMÉRICA DO SUL PAULO ROBERTO MARTINI1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO1 martini@ltid.inpe.brDSR/INPE P.R. Martini
  • 61. DSR/INPE 3A-2 P.R.Martini
  • 62. ÍNDICELISTA DE FIGURA ....................................................................................... 3A-5LISTA DE TABELA ...................................................................................... 3A-71. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 3A-92. FLORESTAS .......................................................................................... 3A-93. RIOS ...................................................................................................... 3A-114. SOLOS E AGRICULTURA .................................................................... 3A-135. RECURSOS MINERAIS ......................................................................... 3A-156. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 3A-16DSR/INPE 3A-3 P.R.Martini
  • 63. DSR/INPE 3A-4 P.R.Martini
  • 64. LISTA DE FIGURAFIGURA 1- LIMITES DA PANAMAZÔNIA .................................................... 3A-19DSR/INPE 3A-5 P.R.Martini
  • 65. DSR/INPE 3A-6 P.R.Martini
  • 66. LISTA DE TABELASTABELA 1 – ÁREA DE ESTUDO (SA) X ÁREA DE PAÍS (CA) ................. 3A-17TABELA 2- FIGURAS DO DESFLORESTAMENTO NA AMAZÔNIA LEGAL EM AGOSTO/1996 ..................................................... 3A-17TABELA 3 – DESFLORESTAMENTO NOS DOMÍNIOS PANAMAZÔNICOS EM 1990 ...................................................................................... 3A-18DSR/INPE 3A-7 P.R.Martini
  • 67. DSR/INPE 3A-8 P.R.Martini
  • 68. 1. INTRODUÇÃOAlguns meses antes da Conferência das Nações Unidas para o Desenvolvimentoe Meio Ambiente, UNCED-92, o INPE propôs um projeto de cooperação para ospaíses amazônicos da América do Sul. Este projeto contemplava o uso deSensoriamento Remoto orbital para monitorar a floresta tropical da megaregião. Onome Panamazônia como ficou denominado o projeto, serviu e serve atualmentepara designar a grande região compreendida pela floresta no Brasil e no conjuntodos países amazônicos.A Tabela 1 mostra a distribuição do domínio florestal amazônico não brasileiro emrelação a área total dos respectivos países. O tamanho final da áreapanamazônica incluindo aquela do Brasil (5.082.539 km2) é 7.702.264 km2. Estenúmero define a distribuição ambiental da floresta amazônica na América do Sul,ou seja, o Domínio Panamazônico. Este número foi o primeiro e talvez o principalresultado obtido pelo projeto de cooperação. Principal porque mostra que pelomenos 58% da área total dos países panamazônicos se encontram dentro docontexto ambiental de florestas tropicais. Somos todos predominantementeamazônicos como mostra a figura 1 onde as fronteiras panamazônicas estãotraçadas sobre as bordas dos países e o conjunto de 345 cenas LANDSAT quecobrem todo o extenso domínio.Neste texto são serão descritos alguns elementos marcantes da paisagem nativae antrópica da Panamazônia, principalmente aqueles passíveis de seremobservados e analisados em imagens do Satélite LANDSAT.2. FLORESTASA Panamazônia é conhecida pela sua cobertura florestal densa. Verdadeiramentea floresta densa (ombrófila-densa) é uma parte importante dos tipos de coberturasali instaladas a partir da última glaciação há 12.000 anos antes do presente.Outros tipos importantes são as florestas abertas (ombrófila aberta) e as savanasou cerrados com uma extensa zona de transição entre elas. Os degraus andinosDSR/INPE 3A-9 P.R.Martini
  • 69. dão berço a florestas também tropicais que são denominadas selvas altas ouselvas de piemonte. A distribuição dos tipos de florestas da Amazônia Legalbrasileira se encontra no anexo Amazônia Desflorestamento 95-97, página 10(INPE,1997).Este condomínio de feições florestais de expressão planetária vem sendosubmetido nos últimos quarenta anos a um severo processo de ocupação. Osnúmeros mais recentes sobre a expansão da ação antrópica no Brasil, comdetalhes, está apresentado também no anexo acima mencionado enquanto queinformações gerais sobre os demais países são apresentadas em INRENA-Peru(1996), CUMAT-Bolívia (1992), IGAC-Colômbia (1993), SAGECAN-Venezuela(1993), ENGREF-Guiana Francesa (1994) e ENRIC (1994) para os demais países.Informações muito didáticas são apresentadas no anexo da revista Veja número1527.O número do desflorestamento na Amazônia brasileira para agosto de 1996 era de517.069 km2 ou 51.706.900 hectares. Ao se relacionar estes números com a áreaaqui adotada para Amazônia Legal, (5.082.539 km2, incluindo todo o Maranhão),chega-se ao valor de 10,17% de desflorestamento. Os estados que maiscontribuíram para este percentual são os estados de Mato Grosso e Pará. ATabela 2 mostra a distribuição do desflorestamento no período 95/96 e as áreasdos estados amazônicos brasileiros. A tabela também mostra a taxa dedesflorestamento encontrada durante o período 77-96 e de acordo com esta taxa,o possível prazo de existência das florestas nos respectivos estados.Os números do desflorestamento para os outros países sul americanos foramobtidos pelo Projeto Panamazônia gerenciado pelo INPE. No decorrer do projeto apartir de 1992 foram criados e treinados grupos de trabalho nos diversos países,sendo-lhes transferidas imagens gravadas pela Estação de Cuiabá. Resultadosfinais sobre o desflorestamento foram obtidos para três países: Bolívia, Peru eGuiana Francesa.DSR/INPE 3A-10 P.R.Martini
  • 70. O Peru através do Instituto Nacional de Recursos Naturais-INRENA reportou queo índice de desflorestamento de suas florestas tropicais até 1990 foi de 9.20% dacobertura original, representando um total de 69.482,37 km2 ou 6.948.237hectares.Na Guiana Francesa o ENGREF-Kourou apresentou em seu relatório de 1994 que10.43% de florestas em sua área costeira haviam sido desmatadas até 1990. Esteíndice aponta para um número em torno de 1.000 km2 de desflorestamento ou1,10% da cobertura original daquele território francês.A Bolívia através do Centro de Investigação do Uso Maior da Terra-CUMAT ,avaliou que os bosques tropicais desmatados até 1990 somavam 23.974, 99 km2ou 4.22% da área original de florestas.Os demais países reportaram apenas parcialmente seus resultados ao ProjetoPanamazônia. Para estes países preferiu-se buscar figuras publicadas por ENRIC(1994).A Tabela 3 sintetiza a distribuição do desflorestamento nos domínios amazônicosda América do Sul até o ano de 1990. No caso dos países como Colômbia,Venezuela e Equador preferiu-se manter as áreas totais dos países ao invés deusar os valores apenas dos domínios amazônicos da tabela 1, isto porque osnúmeros obtidos do Projeto Panamazônia eram incompatíveis com aquelesapresentados por ENRIC (op.cit).3. RIOSOs rios panamazônicos estão quase em sua totalidade na rede tributária doAmazonas. Separam-se dele as bacias do Alto Orinoco na Venezuela, o RioEssequibo na Guiana, o Rio Courantyne na fronteira Guiana-Suriname e o RioMaroni da fronteira Suriname-Guiana Francesa. No Brasil devem ser mencionadasbacias pequenas que drenam para o Atlântico. Estas incluem os rios Oiapoque eAraguari no Amapá, o Rio Gurupi no Pará e o Rio Mearim no Maranhão.DSR/INPE 3A-11 P.R.Martini
  • 71. Os tributários e o próprio Rio Amazonas apresentam águas de cores diferenciadasbem características nas imagens de satélite. Assim os rios de águas turvas comoo Amazonas e todos os outros afluentes com nascentes andinas aparecem nasimagens em cores ou tons mais claros. Os rios de águas cristalinas ou negrasaparecem em cores ou tons escuros.De tons claros são os dois principais formadores do Rio Amazonas no Peru: osrios Ucayali e Marañon. O primeiro acomoda a origem do Amazonas junto aoNevado Queuhisha, um pico de 5.000 metros localizado nos Andes Ocidentais,próximo de Arequipa, Peru. Neste local um riacho de nome Apacheta acomoda asprimeiras águas perenes do Rio Amazonas. (Palkiewicz e Goicochea, 1996;Martini e Garcia, 1996).De águas turvas existem também outros grandes tributários andinos como o Napo,o Putumayo e o Caquetá. Os formadores do Rio Madeira como o Madre de Dios,Beni, Grande e Mamoré imprimem a ele também a assinatura de águas turvas.Rios negros estão localizados principalmente na calha norte do Amazonas e têmsuas cabeceiras nas serras divisoras Amazonas-Orinoco, ao longo das fronteirasdo Brasil com as Guianas e a Venezuela. Dentre estes devem ser mencionados opróprio Rio Negro além do Uatumã, Trombetas, Paru e Jari.Rios cristalinos são aqueles com as cabeceiras instaladas no Planalto Central: oTapajós com seus formadores Juruena e Teles Pires, o Xingu com seusformadores principais Iriri e Coluene, e o conjunto Araguaia-Tocantins, nãotributários diretos mas parte da embocadura do Amazonas.Os rios cristalinos principalmente o Tapajós e o Xingu vem sendo seriamenteimpactados por atividade de garimpo. O rejeito síltico-argiloso destes garimpostem transformado as águas límpidas destes rios em águas turvas (Martini,1988).Na Bacia do Rio Tapajós existem duas grandes fontes de turbidez por garimpos.A primeira está no Vale do Rio Teles Pires, a jusante das cidades de Peixoto deAzevedo e Alta Floresta, ambas no Estado do Mato Grosso. A segunda entre osDSR/INPE 3A-12 P.R.Martini
  • 72. rios Crepori e Jamanxim no sudoeste do Estado do Pará.Na Bacia do Xingu osgarimpos são mais extensos nas cabeceiras do Rio Fresco, para sul da cidade deTucumã, também no sul do Estado do Pará.Os rios amazônicos mostram um potencial hidrelétrico invejável e alguns sítiosacomodam grandes lagos que produzem uma energia importante porque nãopoluente e pouco impactante. As usinas atualmente em operação são: Samuel emPorto Velho (RO), Curuauna em Santarém (PA), Tucuruí no baixo Tocantins eBalbina no baixo Uatumã. Estas últimas representam exemplos opostos deplanejamento. Tucuruí é a maior hidrelétrica brasileira enquanto Balbina com umlago de dimensões semelhantes não produz energia suficiente para suprir acidade de Manaus.A usina de Procopondo no Rio homônimo do Suriname é a única unidadehidrelétrica grande estabelecida fora do Brasil em terrenos amazônicos.4. SOLOS E AGRICULTURAOs padrões de agricultura nas imagens de satélite Landsat indicam que omanejo tradicionalmente observado na região sul do Brasil foi aplicado apenaslocalmente na Amazônia Legal. Dois fatores são prontamente identificados comoinibidores daquele procedimento: a pequena distribuição de solos ricos eprodutivos (e.g. latossolos vermelho-escuros) e a falta de condições geomórficasadequadas para a agricultura ostensiva e mecanizada. As exceções são asextensas áreas com soja da Chapada dos Parecis no Mato Grosso e as agrovilasinstaladas sobre solos muito nobres ao longo da Rodovia Transamazônicapróximo a Altamira no Pará.A instalação de culturas perenes, adequadas ao ambiente amazônico, temcrescido constantemente mostrando que além de boa produtividade elas ajudam ainibir a erosão acelerada dos solos provocada pelos altos índices pluviométricos.Culturas de chá, pimenta, cacau e outras vem se expandindo principalmente nosestados do Amazonas e de Rondônia.DSR/INPE 3A-13 P.R.Martini
  • 73. A pecuária, entretanto, continua sendo o padrão mais densamente distribuído nasáreas desflorestadas da Amazônia. A pecuária continua firmemente seexpandindo principalmente em Mato Grosso (região nordeste), sul de Rondônia,Pará e mais recentemente no Acre. A experiência tem demonstrado que apecuária, além de mostrar uma produtividade cerca de 4 vezes inferior ã outrasregiões produtoras tipo Goiás e Triângulo Mineiro, ela provoca pelo pisoteio dogado e pela erosão uma degradação acelerada dos solos. Esta degradaçãoaparece pela lateritização intensa e rápida das áreas desmatadas.Alternativas para usos sustentáveis da terra são ainda muito discretas e seresumem a questões acadêmicas junto a instituições de pesquisa que atuam naregião. Nesta linha de sustentabilidade deve ser ressaltada a convivênciaharmônica dos seringueiros com a mata nativa no Estado do Acre. Famílias deseringueiros por décadas vem explorando a mata nativa sem destruí-la enquantoque pecuaristas em meses movem imensas matas semelhantes para pastagens.Nos demais países panamazônicos aparecem com destaque as culturas de arroze cana de açúcar da região costeira da Guiana e do Suriname, e os imensoscampos de coca da Bolívia, do Peru e da Colômbia.As áreas de arroz e de cana de açúcar tem crescido intensamente na Guiana,principalmente ao redor das cidades de Georgetown e de Nova Amsterdam. Oscampos de coca vem crescendo rapidamente nas regiões de Cochabamba e deSanta Cruz na Bolívia bem como no médio Ucayalli, ao redor da cidade dePucallpa no Peru. As imagens mostram também que os campos colombianos nãose expandiram tanto como nos países mencionados. A pouca expansão da cocana Colômbia pode ser compensada pela presença de grandes campos. do alto RioNapo na região dominada pela cidade de Tena no Equador. Esta área mostra aentrada rápida e intensa da cultura a partir do final dos anos 80.DSR/INPE 3A-14 P.R.Martini
  • 74. 5. RECURSOS MINERAISNos limites da Amazônia brasileira se encontram 3 das maiores minas paraexploração mineral atualmente em operações no planeta. Tratam-se das minas deCarajás, do Rio Trombetas e do Rio Pitinga.A chamada Província Mineral de Carajás, localizada no Estado do Pará, contemcomo principal jazimento mineral 17.8 gigatoneladas de minério de ferro(hematita). Secundariamente contem 1.1 gigatoneladas de minério de cobre alémde ouro, prata e molibdênio em quantidades menores porem consideradastambém como jazimentos.Os platôs próximos do baixo Rio Trombetas no município de Oriximiná abrigamuma jazida de 600 megatoneladas de bauxita, minério de alumínio.O alto vale do Rio Pitinga, formador do Uatumã no Estado do Amazonas acomodaum grande jazimento de cassiterita contendo 270.000 toneladas de estanho.Outros jazimentos expressivos em atividade ou em reserva são: Serra do Navio(AP) com manganês, Morro dos Sete Lagos (AM) com nióbio e terras raras, SerraPelada (PA) com ouro e Paragominas (PA) com alumínio.O farto conjunto de jazimentos minerais conhecidos na Amazônia não se repetenos demais países panamazônicos. Este fato deve-se certamente a falta deconhecimento e de trabalhos sistemáticos de mapeamento como aqueles iniciadospelo Projeto RADAMBRASIL em meados da década de 60.As imagens as grandes minas citadas anteriormente não provocam impactos tãosignificativos à paisagem e ao meio ambiente físico quanto aqueles descritosanteriormente para os garimpos. Observa-se que os recursos hídricos envolvidosna mineração não carregam rejeitos e quando existem ficam decantando em lagosisolados. Verdadeiramente, as bordas das províncias minerais como no ProjetoCarajás se transformaram em escudos contra a expansão do desflorestamento.DSR/INPE 3A-15 P.R.Martini
  • 75. Petróleo e gás são outros bens minerais intensamente explorados no domíniopanamazônico. A chamada Amazônia Peruana (Peruvian Amazon), por exemplo,contem reservas suficientes a ponto de instalar um imenso oleoduto que sai doRio Tigre na fronteira com o Equador e do baixo Rio Maroñon para o porto deBayovar no Pacífico. O oleoduto mede mais que 1.300 quilômetros, cerca dametade em domínio de floresta tropical. O Brasil também contem reservasimportantes de gás descobertos no alto Rio Tefé, Estado do Amazonas. Os furosde sondagem ali são identificados nas imagens por um desflorestamento tipopequenas asas deltas. Reservas de petróleo também são observadas naAmazônia Venezuelana.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA-CUMAT (1992). Desbosque de la Amazonia Boliviana. Centro Investigaciones de la Capacidad de Uso Mayor de la Tierra. La Paz, Bolivia.-DNPM (1995) Economia Mineral do Brasil. Departamento Nacional da Produção Mineral. Secretaria de Minas e Metalurgia. Ministério das Minas e Energia. Brasilia.-ENGREF (1994). Projet Panamazonia Première Phase. Ecole Nationale de Genie Rural des Eaux et des Forets, Centre de Kourou, Guiane Française. Setembre.-ENRIC (1994) A Source Book on Tropical Forest Mapping and Monitoring through Satellite Imagery: The Status of Current International Efforts. Environmental and Ntural Resources Information Center. Arlington, VA. June.-Fioravante, C. (1995). O Rio Amazonas que não está no Mapa. Revista Nova Escola, ano X n.86. Editora Abril S.A. São Paulo. Agosto.-IGAC (1993). Relatorio sobre el Estado Actual del Proyecto IGAC-INPE. Instituto Geográfico Agustin Codazzi, Bogotá, Colombia.DSR/INPE 3A-16 P.R.Martini
  • 76. -INPE (1994). Technical Cooperation and Training within the Panamazonia Project: a Proposal to UNEP. Brazilian National Institute of Space Research, São Jose dos Campos SP. October.-INPE (1997). Amazônia: Desflorestamento 1995-1997. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente. MCT-MMA. São José dos Campos SP.-INRENA (1996). Monitoreo de la Deforestacion en la Amazonia Peruana. Instituto Nacional de Recursos Naturales. INR-48-DAGMAR. Lima, Peru.-Martini, P.R. (1988). O Declínio de um Grande Rio Brasileiro Detectado por Imagens LANDSAT. V Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.1. Natal RN, 11-15 de outubro de 1988.-Martini, P.R. (1993). Panamazonia Project to Monitor South America Tropical Forest. VI Latin America Remote Sensing Symposium. SELPER-Society of Latin America Remote Sensing Specialists. Cartagena de Indias, Colombia. October.-Martini, P.R; Garcia, J.W. (1996) Depicting the Headwaters of the Amazon River through the Use of Remote Sensing Data. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, vol. XXXI, part B7. Vienna, Austria.-Palkiewicz, J.; Goicochea, Z.N. (1996). Resumen de Actividades de la Expedicion Cientifica Internacional para Estabelecer de Manera Geograficamente Valida el Verdadero Origen del Rio Amazonas. Sociedad Geografica de Lima, Peru. Julio.-SAGECAN (1993). Deforestacion em el Bosque Lluvioso Tropical: uma Perspectiva Multitemporal. Proyecto Panamazonia-Caso Venezuela. ServicioAutonomo de Geografia y de Cartografia Nacional. Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales Renovables. Caracas, Venezuela.-VEJA (1997). Amazônia. Anexo do número 1527. Ano 30 n.5. Dezembro, 24.DSR/INPE 3A-17 P.R.Martini
  • 77. Tabela 1 ÁREA DE ESTUDO (SA) X ÁREA DE PAÍS (CA) PAIS SA (km2) CA (km2) SA/CA(%) Bolívia 567,303 1,098,581 51.63 Colômbia 380,000 1,138,891 33.36 Equador 76,761 270,670 28.35 Guiana Francesa 91,000 91,000 100.00 Guiana 214,960 214,960 100.00 Peru 755,605 1,285,220 58.79 Suriname 142,800 142,800 100.00 Venezuela 391,296 912,050 42.00 Total 2,619,725 5,154,172 50.82 Tabela 2 FIGURAS DO DESFLORESTAMENTO NA AMAZÔNIA LEGAL EM AGOSTO/1996 ESTADO ÁREA = A DEFLOR % TAXA (T) A-D km 2 .(D) MÉDIA T km2 km2/ano ACRE 153.698 3.742 8,94 433 323 AMAPÁ 142.359 1.782 1,25 9 15.619 AMAZONAS 1.567.954 27.434 1,74 1.023 1.505 # MARANHÃO 329.556 99.338 30,14 1.061 217 MATO GROSSO 901.421 19.141 13,21 6.543 119 PARÁ 1.246.833 176.138 14,12 6.135 174 RONDÔNIA 238.379 48.648 20,40 2.432 78 RORAIMA 225.017 5.361 2,38 214 1.026 TOCANTINS 277.322 5.483 9,18 320 787 AMAZÔNIA 5.082.539 517.069 10,17 18.161 251 Comentário: GTH Fonte: PROJETO PRODES - DESFLORESTAMENTO 95-97 # Área total do EstadoDSR/INPE 3A-18 P.R.Martini
  • 78. Tabela 2 DESFLORESTAMENTO NOS DOMÍNIOS PANAMAZÔNICOS EM 1990 Desflorestament Domínio (km2) % o (km2) BOLÍVIA 23.974 567.303 4,22 BRASIL 415.200 5.082.539 8,16 *COLOMBIA 129.700 # 1.138.891 11,38 *EQUADOR 67.630 #270.670 24,98 GUIANA 5.190 214.960 2,41 GUIANA FRANCESA 1.017 91.000 1,11 PERU 69.482 755.605 9,20 SURINAME 3.200 142.800 2,24 *VENEZUELA 194.530 #912.050 21,32 909.923 9.175.818 9,91# Inclui bosques tropicais fora do domínio amazônico.# Inclui terrenos fora do domínio amazônico.Fontes: - Projetos PRODES E PANAMAZÔNIA (INPE). - ENRIC-94DSR/INPE 3A-19 P.R.Martini
  • 79. Figura 1 – Limite da PanamazôniaDSR/INPE 3A-20 P.R.Martini
  • 80. CAPÍTULO 3 SENSORIAMENTO REMOTO NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE Parte B: IMAGENS PARA MAPEAMENTO GEOLÓGICO ELEVANTAMENTO DE RECURSOS MINERAIS: RESUMO PARA USO DOS CENTROS DE ATENDIMENTO A USUÁRIOS-ATUS DO INPE. PAULO ROBERTO MARTINI1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS COORDENADORIA DE OBSERVAÇÃO DA TERRA DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO1 martini@ltid.inpe.br
  • 81. ÍNDICEDSR/INPE 3B-2 P.R.Martini
  • 82. LISTA DE TABELA ................................................................................... 3B-121. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 3B-52. APRESENTAÇÃO DE PRODUTOS ...................................................... 3B-53. CONTEÚDO DE INFORMAÇÃO ........................................................... 3B-63.1 BANDAS: ATRIBUTOS ESPECTRAIS .............................................. 3B-63.2 ESCALAS E RESOLUÇÃO: ATRIBUTOS ESPACIAIS ..................... 3B-93.3 ATRIBUTOS TEMPORAIS ................................................................ 3B-104. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 3B-11DSR/INPE 3B-3 P.R.Martini
  • 83. 1. INTRODUÇÃODSR/INPE 3B-4 P.R.Martini
  • 84. Imagens de satélites, principalmente aqueles de perfis tecnológicossemelhantes ao LANDSAT, são ferramentas efetivas para estudos geológicos.Objetivamente pode-se identificar 6 campos principais onde as imagens temapresentado significativas contribuições. Nestes campos as imagens sãoferramentas cotidianas.1.Mapeamento de litologias ou de rochas.2.Mapeamento de estruturas geológicas tipo dobras, falhas, fraturas.3.Levantamento hidrogeológico (água subterrânea).4.Prospecção de óleo e de gas (petróleo)5.Prospecção de bens minerais (ouro, cobre, ferro)6.Impactos ambientais: garimpos, erosão, escorregamentos.2. APRESENTAÇÃO DE PRODUTOSOs produtos usualmente utilizados para estas aplicações levam em contaprimeiramente o conteudo de informações da imagem. Este conteúdo temáticodepende dos atributos espectrais, temporais e espaciais. Além disto, osprodutos para os campos acima mencionados podem ser apresentados comoimagens em papel (analógicos) ou em meio digital. Neste contexto sempre quea fotointerpretação tenha um papel preponderante sobre a integração de dadosde diferentes fontes, existe uma preferência pela imagem em papel preto ebranco, ou seja monoespectral.Para mapeamentos litológicos/estruturais e levantamentos para hidrogeologiautiliza-se preferencialmente imagens em papel preto e branco. As escalasvariam de 1:250.000, para levantamentos regionais, a 100.000 para trabalhosde semidetalhe e 1:50.000 para mapas de detalhe.Para estudos de prospecção para petróleo e bens minerais utilizam-seprodutos digitais, uma vez que a integração de dados multifontes através douso de sistemas de informações georeferenciadas (GIS) é um procedimentocomum.DSR/INPE 3B-5 P.R.Martini
  • 85. A avaliação de impactos ambientais sobre o meio ambiente físico pode serfeita por produtos em papel colorido, uma vez que a vegetação e a água sãoimportantes indicadores . Nos estudos sobre impactos ambientais de projetostipo represas ou unidades industriais, chamados RIMAS ou EIA-RIMAS, comoenvolvem também dados de outras fontes, usam-se preferencialmente dadosapresentados em mídia ótica (CD ROM) ou magnética (dat ou exabyte).3. CONTEÚDO DE INFORMAÇÃOPara que um produto possa conter maior conteúdo de informaçao temática énecessário que se agregue a ele os melhores atributos possíveis para umacena gravada segundo a organização alvo, sensor, sol e data. Assim se umalvo na superfície da Terra reflete seletivamente a radiação solar, precisamosselecionar as bandas que registrem melhor esta refletividade (atributoespectral) bem como o período sazonal onde ele se apresenta mais detectável(atributo temporal) conhecendo se os alvos estudados tem expressão naescala e na resolução da imagem (atributos espaciais).Situações mais típicas para seleção de imagens com maior conteúdo deinformaçoes para aplicações geológicas são apresentadas a seguir. O objetivosempre é o de agregar às imagens o melhor dos atributos espectrais, espaciaise temporais.3.1 BANDAS: ATRIBUTOS ESPECTRAISAs rochas no Brasil estão constantemente associadas a solos e vegetação. Ocomportamento das rochas nas imagens é portanto uma combinação dasrespostas dos elementos rocha/solo/vegetação.No caso de solos não transportados cobertos por vegetação nativa, ocomportamento das rochas se torna mais típico na banda do infravermelhopróximo. Esta banda corresponde a LANDSAT ETM-4, SPOT HRG-3 e CBERSCCD-4 Diz-se que quanto mais básica for uma rocha (maior conteúdo deelementos tipo Fe e Mg) mais escura ela aparece no infravermelho próximo.Cabe mencionar como opção de muito baixo custo a banda pancromática doDSR/INPE 3B-6 P.R.Martini
  • 86. sensor IR-MSS do CBERS. Esta banda diferentemente das outras bandas PANabrange parte do infravermelho próxima. As outras terminam no início doinfravermelho.Na faixa visível correspondente a banda do vermelho tanto as rochas ácidasquanto as básicas mostram assinaturas claras sempre que a vegetação nãoseja alta e densa tipo a mata amazônica. Esta banda é a ETM-3 ou HRG-2 ouCCD-3. A banda pancromática-PA do SPOT-5 poderia também serrecomendada. Na faixa do visível e em domínio amazônico pode-se esperaruma contribuição melhor da banda correspondente ao verde ou seja ETM-2,HRG-1 e CCD-2.Trabalhos geológicos que envolvam, portanto, mapeamentos de rochas(litologias), de estruturas ou com objetivo de estudar água subterrânea, serãobem atendidos por imagens da banda correspondente ao infravermelhopróximo, se possível com o apoio de uma banda do visível, preferencialmente acentrada na faixa do verde.Trabalhos geológicos voltados a prospecção de bens minerais como cobre,chumbo, zinco, ouro, óleo ou gás, envolvem procedimentos de processamentodigital e integração de dados. Nestas situações torna-se necessário explorarcom mais profundidade os atributos espectrais das imagens. Assim orecomendável seria que o usuário utilizasse todo o acervo de bandas dossensores, tanto na faixa visível quanto no infravermelho: 8 bandas ETM ou 5bandas HRG ou 5 bandas CCD.A questão é que o usuário normalmente pede para um processamento digitalmais simples um conjunto de 3 bandas. No caso de se tornar necessária aseleção de 3 bandas para objetivos de prospecção deve-se buscar ao máximobandas que cubram todo o espectro ótico, ou seja: visível, infravermelhopróximo e o de ondas curtas (short wave infrared). Assim além das bandas doverde e do infravermelho próximo recomenda-se tambem a banda ETM-7 ouHRG-4. A banda ETM-7 na verdade foi definida a pedido da própriacomunidade geológica americana uma vez que tem correlação com a presençade hidroxilas em argilas. Argilas hidroxiladas são indicadoras de possíveisDSR/INPE 3B-7 P.R.Martini
  • 87. ocorrências de rochas ricas em cobre, chumbo e zinco. Deve ser entretantoressaltado que os melhores desempenhos da ETM-7 foram observados emcondições de baixa densidade de cobertura vegetal. No ambiente de florestasdensas como nos remanescentes de mata atlântica ou na Amazônia, osdesempenhos das bandas ETM-5 e ETM-7 para Geologia são semelhantes,trazendo informações sobre o dossel da vegetação e não sobre os solos ourochas.Uma ultima opção interessante é o produto composto pelas bandas HRG-2 e 3do SPOT-5 junto com o seu canal pancromático. Nesta combinaçâo seassociam bons atributos espectrais com a ótima resolução espacial de 2.5metros da banda PA .Os produtos recomendados para prospecção em Geologia são os digitais. Seanalógicos devem ser sempre coloridos.Estudos sobre áreas onde o meio ambiente físico tenha sido impactado devemser suportados por uma combinação de bandas que mostrem a situação daságuas, da cobertura vegetal e do conjunto rocha/solo. Assim para domínios defloresta densa a composição RGB: ETM-543, HRG-432 e CCD-342 atendem amaior parte dos objetivos. Terrenos de baixa densidade vegetal (nãoamazônicos) serão melhor atendidos por composições “falsa-cor normais”, ouseja com RGB: ETM-432 ou HRG-321, ou mesmo CCD-432. Estudos recentesmostram que o desempenho do IRMSS-CBERS em bandas pancromática e doinfravermelho de ondas curtas (pan+7+8 em GBR) é muito bom para estudosgeológicos em terrenos não amazônicos.Estudos sobre impactos ambientais, os RIMAS ou EIA-RIMAS, seguem aquiloque foi descrito para as áreas impactadas apenas que neste caso os produtosdevem ser apresentados em mídia digital. O estudo de áreas já impactadas,pelas análises de campo podem recomendar a geração de produtosfotográficos coloridos.3.2. ESCALAS E RESOLUÇÃO: ATRIBUTOS ESPACIAISDSR/INPE 3B-8 P.R.Martini
  • 88. Os principais atributos espaciais ou geométricos das imagens de satélites paraa área de Geologia dizem respeito à relação entre o tamanho da cena e oquadro sinótico da área imageada (escala) e a dimensão do elemento deresolução da cena (pixel) no terreno.Um pixel menor permite uma escala maior mas sempre com restriçoes quantoã dimensão da área coberta pela imagem. Assim para um pixel de 30 metroscomo aquele do Mapeador Temático pode-se chegar a uma escala de 1:50.000mas a área coberta pela imagem será a menor, ou seja, 45 quilômetros delado. Se o interesse do usuário for por uma área grande, equivalente ao deuma cena LANDSAT completa, serão necessárias 16 imagens na escala1:50.000, ou apenas 1 imagem em escala 1:250.000 ou menor. Se o usuárioestiver interessado em levantamentos geológicos regionais a imagem de1:250.000 terá naturalmente melhor relação custo/benefício do que a de50.000, embora mostre menos detalhes.O pixel PAN do SPOT tem possibilidade de suportar ampliações fotográficas deescala 1:25.000 sem perder o contexto de cena que define claramente asbordas dos diversos alvos. Ampliações 1:25.000 a partir de um pixel de 30metros como aquele do TM fazem com que as bordas dos alvos apareçamserrados perdendo-se o entendimento do contexto da cena.O processamento digital sobre dados SPOT ou LANDSAT permite que realcesde borda ou de contraste melhorem bastante as escalas máximas deampliação. Assim imagens TM melhoradas por processamento em computadorpodem ser ampliadas até 1:25.000 sem perder seu conteúdo de informaçãogeológica. Imagens SPOT-PAN registradas com canais XS podem chegar aescala de 1:15.000 mantendo aínda atributos em boas condições para estudosgeológicos.3.3 ATRIBUTOS TEMPORAISO contexto temporal das imagens para Geologia não tem naturalmente aimportância necessária de uma aplicação em Agricultura. Geralmente busca-separa Geologia a imagem livre de nuvens, com maiores índices de visibilidade eDSR/INPE 3B-9 P.R.Martini
  • 89. de conteúdo/qualidade da informação gravada. Existe entretanto um efeitotemporal nas imagens que influencia fortemente o conteúdo de informaçãogeológica: trata-se do sombreamento.O sombreamento é o efeito observado nas imagens no qual as faces dasvertentes voltadas para o sol ficam mais claras do que as faces opostas àiluminação da cena que ficam mais escuras. Este efeito provoca um realcepara as feições do relevo como cristas, vales, drenagens, alinhamentos de umaforma geral. Este efeito é mais intenso quanto mais baixo for a ângulo deelevação solar na gravação da cena. No caso do hemisfério sul os ângulosmais baixos de elevação do sol ocorrem entre os meses de junho e agosto.O sombreamento em situações extremas pode subverter até resoluçõesgeométricas. Observa-se que imagens com resolução mais grosseira gravadascom baixo ângulo solar mostram com maior detalhe os atributos de relevo doque cenas com resolução mais fina gravadas com o sol mais alto. Exemplosconhecidos mostram que imagens de 80 metros de resolução gravadas comângulos em torno de 33 graus mostram feições geológicas e geomorfológicasmais nitidamente do que imagens com 30 metros de resolução de mesmalatitude coletadas com elevação de sol acima de 50 graus.Para mapeamentos geológicos e mesmo estudos de prospecção mineral ondea estrutura geológica exerça o principal controle, a seleção de cena devecontemplar também a busca por imagens com baixos ângulos de elevaçãosolar.Deve ser mencionado também que em situações extremamente especiais ondeos alinhamentos de relevo ou de drenagen se estendem na direção exata doazimute solar não existirão condições de iluminação para gerar os realcesacima descritos.4.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASBalieiro, M.G.; Martini, P.R. (1986) Exemplos de Análise Geológica Comparativa entre dados SIR-A, LANDSAT, SLAR e SKYLAB (resumo). IVDSR/INPE 3B-10 P.R.Martini
  • 90. Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.1, pg.78. Gramado, RS. Agosto 10-15, 1986.Rodrigues, J.E.; Liu, C.C. (1988) A Geometria de Iluminação Solar e sua Influência na Observação de Estruturas Geológicas em Imagens Orbitais. V Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, vol.2, pg.294-302. Natal, RN. Outubro 11-15, 19885. TABELA DOS SENSORES E BANDAS COM AS PRINCIPAIS APLICAÇÒES EM GEOLOGIA SatéliteLANDSAT 7 SPOT5 CBERS Sensores ETM+ HRG CCD IR-MSS WFI BANDAS 1 2 3 4 5 6 7 P 1 2 3 4 P 1 2 3 4 P P 7 8 9 10 11 A 5 6Mapeamento B G R BGR BGR R BG B R NF G Litológico BG R B RG BGR G B R B G F R Geologia G MR B RG B R B G MDSR/INPE 3B-11 P.R.Martini
  • 91. UrbanaMapeamento M M M M M M Estrutural Águas M M M M M MSubterrâneas Prospeção B G R B GRM B RG G BR MineralOleo e Gás G RB GRB BGR M (Petróleo) Ambientes B R GB R GB G R R GB B R NF G Impactados GR B GRB B GR GRB G R F B Eia-Rima B R GB R GBG R GRB B R NF G Eia-Rima B GR M GRB B GR GRB R G F B ACROGRAMAS USADOS NA TABELAB: COR AZUL NA COMPOSIÇÃO COLORIDACCD: CAMERA DE ALTA RESOLUÇÃO DO CBERSEIA: ESTUDOS DE IMPACTOS AMBIENTAISETM+: MAPEADOR TEMÁTICO AVANÇADO, principal sensor do LANDSAT 7F: FLORESTA: COBERTURA FLORESTAL DENSA-AMAZÔNIAG: COR VERDE NA COMPOSIÇÃO COLORIDAHRG: ALTA RESOLUÇÃO GEOMÈTRICA, principal sensor do satélite SPOT-5IR-MSS: VARREDOR MULTI-ESPECTRAL INFRAVERMELHO DO CBERSM: IMAGEM EM PRETO E BRANCON: NÃO FLORESTA: ÁREA FORA DO DOMÍNIO AMAZÔNICOP: MODO PANCROMÁTICO DO IR-MSS DO CBERSPAN: MODO PANCROMÁTICO do LANDSAT-7PA: MODO PANCROMÁTICO DO SPOT-5P5: MODO PANCROMATICO DO CCD-CBERSR: COR VERMELHA NA COMPOSIÇÃO COLORIDARIMA: RELATÓRIO DE IMPACTO SOBRE O MEIO AMBIENTEWFI: IMAGEADOR DE GRANDE VISADA DO CBERSDSR/INPE 3B-12 P.R.Martini
  • 92. CAPÍTULO 4 TECNOLOGIA ESPACIAL NO ESTUDO DE FENÔMENOS ATMOSFÉRICOS J o r g e C o n r a d o C o n f o r t e1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE1 conrado@ltid.inpe.brDSR/INPE 4 -1 J.C.Conrado
  • 93. DSR/INPE 4 -2 J.C.Conrado
  • 94. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 4-72. APLICAÇÕES DOS DADOS COLETADOS PELOS SATÉLITES METEOROLÓGICOS .............................................................................. 4-10 2.1 VENTO ................................................................................................ 4-11 2.2 PRECIPITAÇÃO ................................................................................. 4-12 2.3 SONDAGENS ATMOSFÉRICAS ........................................................ 4-14 2.4 RADIAÇÃO .......................................................................................... 4-17 2.5 OZÔNIO ............................................................................................... 4-19 2.6 MEDIDAS DE CO ................................................................................ 4-19 2.7 TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR ...................................... 4-213. CONCLUSÃO ......................................................................................... 4-214. BIBLIOGRAFIA ....................................................................................... 4-22DSR/INPE 4 -3 J.C.Conrado
  • 95. DSR/INPE 4 -4 J.C.Conrado
  • 96. LISTA DE FIGURAS1 - PRIMEIRA IMAGEM OBTIDA PELO SATÉLITE TIROS1 ...................... 4-72 - DISPOSIÇÃO DOS SATÉLITES METEOROLÓGICOS DE ACORDO COM SUAS ÓRBITAS ............................................................................ 4-93 - ÓRBITA DO SATÉLITE TRMM ............................................................... 4-94 - IMAGENS SATÉLITE GOES-E INFRAVERMELHO, VISÍVEL, INFRAVERMELHOR(VAPOR DÁGUA) E MICROONDAS SATÉLITE DMSP (SENSOR SSM/I) ........................................................................ 4.105 - VENTO ESTIMADO USANDO DADOS DO SATÉLITE GOES-8 .......... 4-126 - PRECIPITAÇÃO ESTIMADA USANDO DADOS DO CANAL INFRAVERMELHO DO SATÉLITE GOES ............................................. 4-137 - CAMPO DE PRECIPITAÇÃO OBTIDO ATRAVÉS DO RADAR METEOROLÓGICO DO SATÉLITE TRMM ............................................ 4-138 - PERFIL VERTICAL DE TEMPERATURA OBTIDO ATRAVÉS DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 ........................................................................ 4-159 - CAMPO DE TEMPERATURA EM 500 HPA OBTIDO A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 .......................................................... 4-1610 - CAMPO DE UMIDADE RELATIVA 1000 HPA OBTIDO A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA 14 ........................................................ 4-1711 – RADIAÇÃO DE ONDA CURTA ABSORVIDA, OBTIDA A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA ............................................................ 4-1812 - RADIAÇÃO DE ONDA LONGA EMITIDA, OBTIDA A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE NOAA ............................................................ 4-1813 - OZÔNIO MEDIDO EM 09/06/2000, A PARTIR DO SATÉLITE ERS-2 4-1914 - CONCENTRAÇÃO DE CO MEDIDA PELO SENSOR MOPITT DODSR/INPE 4 -5 J.C.Conrado
  • 97. SATÉLITE TERRA .............................................................................. 4-2015 - EMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR SATÉLITE NOAA ......... 4.21DSR/INPE 4 -6 J.C.Conrado
  • 98. 1. INTRODUÇÃOOs primeiros satélites, com instrumento meteorológico a bordo, foram lançadosem 17 de fevereiro de 1959 (Vanguard 2) e 7 de agosto de 1959 (Explorer 6)mas, devido a problemas com estes satélites as informações obtidas, nãotiveram grande utilidade. O primeiro satélite que teve sucesso na obtenção dedados meteorológicos foi o Explorer7, lançado em 13 de outubro de 1959 comum radiômetro desenvolvido por Verner Suomi e seus colaboradores daUniversidade de Wisconsin. Com as informações obtidas foram feitos osprimeiros mapas aproximados da radiação refletida e emitida (na faixa doinfravermelha) pelo sistema terra e a atmosfera. O primeiro satélite comfinalidade de aplicação exclusivamente meteorológica foi lançado em 1 de abrilde 1960, o TIROS 1, na Figura 1 pode-se observar a primeira imagemtransmitida por este satélite. Fig. 1 - Primeira imagem obtida pelo satélite TIROS 1DSR/INPE 4 -7 J.C.Conrado
  • 99. Após o lançamento deste satélite, e com o avanço na área de eletrônica einformática, e com o desenvolvimento de novos sensores e softwares, osdados obtidas pelos satélites meteorológicos puderam então ser aplicados aosmais diversos campos de interesse da meteorologia.Os satélites meteorológicos podem ser classificados de acordo com sua órbitaem três diferentes classes: GEOESTACIONÁRIOS POLARES TROPICAISOs satélites de órbita geoestacionária são assim denominados poisaparentemente eles se mantêm fixos sobre um mesmo ponto na superfície daTerra. Estão localizados a 36.000 km acima da superfície da Terra, permitindodesta forma um monitoramento continuo dos fenômenos atmosféricos que sedesenvolvem na área de visada do satélite. A principal característica destesatélite e a obtenção de uma nova imagem a cada 30 minutos. Outro fatorimportante associado a este tipo de satélites está relacionado com a área decobertura, bem superior aos demais tipos de órbita acima mencionados, emrazão da altitude em que está posicionado. Em função de estarem colocadossobre a linha do equador as regiões polares não são monitoradas pelos satélitegeostacionários.Os satélites de órbita polar estão posicionados geralmente entre 700 e 800 kmacima da superfície terra. Têm em geral um período orbital de 98 a 102 minutoso que fornece um total de aproximadamente 14 órbitas por dia. Em função dasua altitude, estes satélites cobrem uma faixa bem estreita da Terra por ondeestão se deslocando. A principal característica deste satélite é que as regiõespolares têm um monitoramento mais detalhado. Na Figura 2, podemosobservar a rede de satélites meteorológicos que são utilizados nomonitoramento dos principais fenômenos meteorológicos.DSR/INPE 4 -8 J.C.Conrado
  • 100. Fig. 2 - Disposição dos satélites meteorológicos de acordo com suas órbitas.Nesta figura não esta incluída a órbita do primeiro satélite com objetivoexclusivo de adquirir informações meteorológicas na região tropical, ou seja osatélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), lançado em 27/11/1997.Este satélite esta localizado numa órbita inferior ao dos tradicionais satélites deórbita polar, ele esta posicionado a 350 km acimada superfície terrestre, com uma inclinação de 35° em relação a linha doequador, Figura 3. Fig. 3 - Órbita do satélite TRMM.DSR/INPE 4 -9 J.C.Conrado
  • 101. 2. APLICAÇÕES DOS DADOS COLETADOS PELOS SATÉLITESMETEOROLÓGICOSOs satélites meteorológicos atualmente operacionais obtêm informações emtrês faixas do espectro eletromagnético, isto é: na faixa do infravermelho,visível, infravermelho (vapor dágua) e microondas. A seguir estão imagensobtidas pelos satélites nestas faixas de observação Figura 4.Fig. 4 - Imagens do satélite GOES-E na faixa do infravermelho, visível,infravermelho (vapor dágua) e microondas satélite DMSP (sensor SSM/I)DSR/INPE 4- 10 J.C.Conrado
  • 102. Inicialmente, a aplicação principal dos dados coletados pelos satélitesmeteorológicos, tinha como objetivo principal a observação dos deslocamentosdos sistemas frontais e o desenvolvimento de sistemas locais. Estasinformações eram utilizadas para a análise subjetiva das condiçõesmeteorológicas predominantes em pequena ou grande escala.Com o desenvolvimento de softwares, diversas metodologias foramdesenvolvidas para a aplicação das informações coletadas por estes satélites.Deve-se salientar a importância que os dados coletados por estes satélites têmpara determinadas regiões, seja pela carência de uma rede de observaçõesadequada ou por se encontrarem em regiões remotas (florestas, desertos,oceanos, etc). A seguir serão mostradas resumidamente, algumas aplicaçõesusando os dados obtidos através dos satélites meteorológicos.2.1. - VENTOA metodologia de extração de ventos usando dados de satélitesgeoestacionários é realizada usando-se informações de duas imagenssucessivas (intervalo de 30 minutos). A velocidade do vento é estimadacalculando-se o deslocamento da nuvem nas duas imagens e dividindo-seentão pelo intervalo de tempo entre estas imagens. Eles são estimados paratrês níveis da atmosfera, alto, médio e baixo, sendo atribuída para cada níveluma cor para representá-los.Na Figura 5, pode-se observar a velocidade do vento estimada usando-se estametodologia.DSR/INPE 4- 11 J.C.Conrado
  • 103. Fig. 5 - Vento estimado usando dados do satélite GOES –8.2.2 - PRECIPITAÇÃOA precipitação é outra variável que pode ser avaliada usando informaçõesobtidas pelos diversos sensores a bordo dos satélites meteorológicos (queoperam nas bandas do visível, infravermelho, e microondas). As técnicas queutilizam os dados dos sensores nas bandas do visível, infravermelho emicroondas são denominadas de técnicas indiretas de avaliação daprecipitação, pois estes sensores não medem diretamente a precipitação.Somente através do radar meteorológico, a bordo de satélite é possível avaliardiretamente a precipitação, o satélite TRMM no presente momento é o únicoque nos permite obter medidas diretas de precipitação. Na Figura 6, podemosobservar o campo de precipitação estimado usando informação do canalinfravermelho do satélite GOES.DSR/INPE 4- 12 J.C.Conrado
  • 104. Fig. 6 - Precipitação estimada usando dados do canal infravermelho do satélite GOES.Na Figura 7 observa-se o campo de precipitação obtido pelo radarmeteorológico a bordo do satélite TRMM.Fig. 7 - Taxa de precipitação obtida através do radar a bordo do satélite TRMMDSR/INPE 4- 13 J.C.Conrado
  • 105. 2.3 - SONDAGENS ATMOSFÉRICASUm produto de fundamental importância obtido através dos satélitesmeteorológicos são as sondagens atmosféricas. A sondagem da estruturavertical da atmosfera nos fornece a variação dos campos de temperatura,umidade e vento, campos estes que são de fundamental importância noconhecimento da estabilidade da atmosfera. No Brasil, em somente algumasestações da rede de observação meteorológica, é feita uma única observaçãopor dia. Esta carência de informações não nos permite o conhecimento precisoda estrutura vertical da atmosfera. Com os sensores HIRS (High ResolutionInfrared Radiation Sounder) e AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit),instalados a bordo dos satélites polares da série NOAA, podemos obter avariação dos campos de vento, temperatura e umidade na vertical.Nas figuras 8, 9 e 10 podemos observar o perfil vertical de temperatura eumidade para a cidade de Cuiabá, e os campos de temperatura e umidadeobtidos com informações derivadas dos dados recebidos pelos sensores abordo do satélite NOAA-14.DSR/INPE 4- 14 J.C.Conrado
  • 106. Fig. 8 - Perfil vertical de temperatura obtido através de dados do satélite NOAA 14.Estes perfis verticais são de fundamental importância em meteorologia, poiseles nos permitem avaliar a estabilidade da atmosférica, ou seja, se existe apossibilidade do desenvolvimento de sistemas convectivos.DSR/INPE 4- 15 J.C.Conrado
  • 107. Fig. 9 - Campo de temperatura em 500 hPa obtido a partir de dados do satélite NOAA-14DSR/INPE 4- 16 J.C.Conrado
  • 108. Fig. 10 - Campo de umidade relativa 1000 hPa , obtido a partir de dados do satélite NOAA-142.4 - RADIAÇÃOA radiação solar que atinge o topo da atmosfera é da ordem de 1365 Watts/m2 ,deste total em média, somente a metade atinge a superfície da terra, trintaporcento é refletida para o espaço e 20 porcento é absorvida pelas nuvens,poeiras e gases do efeito estufa. Portanto, a medida da radiação atmosféricausando satélites, é de fundamental importância para uma melhor compreensãodo clima. Nas Figuras 11 e 12 podemos observar a medida da radiação deonda curta e longa realizada a partir das informações coletadas pelos satéliteda série NOAA.DSR/INPE 4- 17 J.C.Conrado
  • 109. Fig. 11 - Radiação de onda curta absorvida, obtida a partir de dados do satélite NOAA.Fig. 12 - Radiação de onda longa emitida, obtida a partir de dados do satélite NOAA.DSR/INPE 4- 18 J.C.Conrado
  • 110. 2.5 - OZÔNIOO primeiro dado disponível relacionado com a diminuição da camada de ozôniofoi observado na estação Antártica japonesa Syowa em 1982. O cientista inglêsJ. Lovelock, foi quem descobriu a influência do CloroFluorCarbono (CFC) comoo principal mecanismo na diminuição do ozônio na região Antártica. A partir de1978, com o satélite de órbita polar Nimbus 3, vem sendo realizadas medidasda concentração de ozônio na atmosfera. Na figura 13, podemos observar oresultado da medida feita pelo satélite ERS-2, na qual a camada de ozônioatingiu o seu nível mais baixo, em 9 de setembro de 2000. Fig. 13 - Ozônio medido em 9/6/2000 a partir do satélite ERS-2.2.6 - MEDIDAS DE COA medida do CO na atmosfera tornou-se possível com o lançamento do satéliteTERRA em 19 de dezembro de 1999, um projeto comum dos Estados Unidos,Canadá e Japão. Este satélite tem a bordo o sensor MOPITT (Measurementsof Pollution in the Troposphere), cuja finalidade principal é a medida dapoluição. Os dados obtidos por este sensor são de fundamental importância,pois o CO é um dos principais gases associado com o efeito estufa. Na Figura14 podemos ver os primeiros resultados obtidos com os dados deste sensor.DSR/INPE 4- 19 J.C.Conrado
  • 111. Nesta figura pode-se observar a grande concentração de CO na América doSul e África, concentração associada pricipalmente com o efeito dasqueimadas nestas duas regiões.Fig. 14 - Concentração de CO medida pelo sensor MOPITT do satélite TERRA.Os dados obtidos por satélites meteorológicos também podem ser aplicadosem diversas áreas, entre estas podemos citar: no alerta de ocorrência degeadas e nevoeiros. O uso de dados de satélites meteorológicos para as maisdiversas aplicações, é um campo que ainda não esgotou todas aspossibilidades, pois para cada novo sensor lançado a bordo dos satélites,novas metodologias de uso podem ser desenvolvidas.DSR/INPE 4- 20 J.C.Conrado
  • 112. 2.7 - TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MARUm produto de fundamental importância que pode ser obtido através de dadosde sensores que operam no infravermelho e microonda é a temperatura dasuperfície do mar. Esta variável tem as mais diversas aplicações, seja nasatividades de pesca bem como no conhecimento do padrão de circulação dosoceanos. Na Figura 15, podemos observar a variabilidade da temperatura dasuperfície do mar em escala global com os dados obtidos atraves dos satélitesda série NOAA. Fig. 15 - Temperatura da superfície do mar satélite NOAA.3. - CONCLUSÃOForam mostrados acima resumidamente algumas aplicações que podemosobter através de dados obtidos pelos satélites meteorológicos. Porém,podemos citar também algumas que não foram mostradas tais como:monitoramento de geadas, monitoramento de nevoeiro, umidade do solo,monitoramento de aerosóis, monitoramento de raios, etc. Comparando aprimeira imagem transmitida pelo satélite TIROS, com as imagens de altaqualidade hoje obtidas pelos atuais satélites, bem como os proudtos geradosusando os dados destes satélites, nota-se que um grande progresso foi feito aDSR/INPE 4- 21 J.C.Conrado
  • 113. partir de 1 de abril de 1960. Progresso este que têm sido de grande utilidadepara a humanidade.4. - BIBLIOGRAFIAKidder, S.Q.; Vonder Harr, T.H. Satellite Meteorology: an introduction. Academic Press, 1995.http://www.cptec.inpe.brhttp://terra.nasa.govhttp://jwocky.gsfc.nasa.govhttp://trmm.gsfc.nasa.govhttp://auc.dfd.dlr.de/GOME/main.htmlDSR/INPE 4- 22 J.C.Conrado
  • 114. CAPÍTULO 5 TECNOLOGIA ESPACIAL NA PREVISÃO DO TEMPO S é r g i o H e n r i q u e S o a r e s F e r r e i r a1 H é l i o C a m a r g o J ú n i o r2 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS1 e-mail: henrique@cptec.inpe.br2 e-mail: helio@cptec.inpe.brDSR/INPE 5-1 S.H.S.Ferreira
  • 115. DSR/INPE 5-2 S.H.S.Ferreira
  • 116. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ............................................................................................ 5- 51. INTRODUÇÃO .......................................................................5-72. UM BREVE HISTÓRICO DA METEOROLOGIA ..................5-83. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE SUPERFÍCIE ...............5-104. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE ALTITUDE ................... 5-105. SATÉLITES METEOROLÓGICOS ......................................5-116. PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS (PCD) .................5-167. ANÁLISE DOS DADOS METEOROLÓGICOS E PREVISÃO DOTEMPO ......................................................................................5-178. CONCLUSÃO .....................................................................5-199. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................5-20DSR/INPE 5-3 S.H.S.Ferreira
  • 117. DSR/INPE 5-4 S.H.S.Ferreira
  • 118. LISTA DE FIGURAS1 – Visão esquemática das orbitas dos satélites meteorológicos operacionais ......................................................................................... 5-112 - Imagem GOES 8 de 28/06/99 12:00 UTC nos canais: ......................... 5-133 - Temperatura atmosférica global procedente do canal 6 do HIRS do satélite NOAA 14 .................................................................................. 5-154 - Campo de ventos obtidos a partir de imagens do GOES 8 ............... 5-165 - Analise do dia 28 / 06 /1999 00 GMT - Modelo Global CPTEC ............ 5-176 - Previsão de 24 horas Válida para 29/ 06/ 1999 00 GMT ...................... 5-19DSR/INPE 5-5 S.H.S.Ferreira
  • 119. DSR/INPE 5-6 S.H.S.Ferreira
  • 120. 1. INTRODUÇÃOAtravés dos tempos, a compreensão dos fenômenos atmosféricos temganhado relevada importância, devido aos prejuízos materiais e de vidashumanas que o desconhecimento destes fenômenos podem ocasionar.Partindo do pressuposto que tais prejuízos podem ser minimizados, ou atémesmo evitados, grandes recursos têm sido aplicados à meteorologia em todosos países do mundo, tanto para o desenvolvimento da previsão do tempo,quanto para a climatologia. Tais recursos não restringem-se apenas aoscentros de pesquisa e previsão do tempo, mas abrangem uma fabulosa redeinternacional de informações e coleta de dados, mantida pelos países queintegram a OMM (Organização Meteorológica Mundial).Para compreender como funciona esta rede de informações, para fins deprevisão de tempo, é necessário compreender a diferença entre tempo e clima.Embora estes dois conhecimentos estejam intimamente relacionados éimportante observar que a previsão do tempo corresponde a uma previsãodiária do estado da atmosfera, enquanto a caracterização do clima constituiuma generalização ou integração das condições do tempo, para um certoperíodo e uma determinada área. Em termos práticos, tanto para a previsão dotempo quanto para a previsão do clima é necessário um grande volume dedados. Estes provém de estações meteorológicas distribuídas pelo mundo, dasimagens de satélites e de radar, através de informações reportadas poraeronaves, navios e bóias oceânicas. No entanto, para o caso da previsão dotempo, todas estas informações devem chegar aos centros de previsão, o maisrápido possível, para que possam ser analisadas em tempo hábil.Os resultados da previsão do tempo são divulgados nas mais variadas formas,popularizando uma cultura básica em meteorologia, que nem sempre écompreendida plenamente pelo público em geral, mas que passa a integrar-secada vez mais na cultura geral do cidadão.Iniciando por um breve histórico do desenvolvimento da meteorologia,abordamos de forma sucinta o processo da previsão do tempo, desde a coletadas informações nos diversos tipos de estações até a elaboração dos boletinsDSR/INPE 5-7 S.H.S.Ferreira
  • 121. de previsão do tempo. Cabe destacar que os conceitos básicos demeteorologia e previsão de tempo podem se relacionar com os conteúdos dasdisciplinas escolares do ensino fundamental e médio.2. UM BREVE HISTÓRICO DA METEOROLOGIAO estudo da atmosfera inicio-se em tempos remotos. No Ocidente os primeirosregistros foram feitos por Aristóteles (século IV a.C.), mas foi somente noséculo XVII que começaram os primeiros passos significativos para o início dameteorologia como ciência. Um fato importante foi a invenção do Barômetropor Torricelli em 1644. A partir da invenção deste instrumento começou a sedesenvolver o conceito de pressão atmosférica, sua relação com as condiçõesdo tempo e a fundamentação das leis físicas nos séculos seguintes.O barômetro de Torricelli constituía-se de um tubo de vidro fechado em umadas extremidades. Este tubo preenchido com mercúrio era embocado em umacuba contendo o mesmo líquido metálico. Desta forma, verificava-se na épocaque o peso da coluna de mercúrio era equilibrado pela pressão do ar,permanecendo aproximadamente à 760 mm de altura, isto é, indicando apressão de 760 mmHg , o que eqüivale aproximadamente à 1013 hPa (hecto -Pascal) ou 1,013 x 105 N/m2 , que também corresponde à pressão normalatmosférica ao nível médio do mar. Esta pressão varia com a altitude do lugare também com as condições do tempo. O aumento dos valores de pressãoestá relacionado ao movimento descendente do ar, inibindo a formação denuvens. Ao contrário, a diminuição da pressão, está relacionada ao movimentoascendente do ar, permitindo a condensação do vapor d’água e a formação denuvens. Tais relações foram depois esclarecidas, através do estudo dadinâmica da atmosfera. Além do barômetro, outros importantes instrumentosmeteorológicos foram inventados na mesma época, tais como osanemômetros, termômetros, pluviômetros, etc.O segundo passo significativo da meteorologia, rumo a viabilização da previsãodo tempo, foi dado após a criação do telégrafo elétrico, por Samuel Morse em1843. Era preciso reunir, de forma praticamente instantânea, as informaçõesobtidas pelas diversas estações meteorológicas. Desta forma , em 1850 emDSR/INPE 5-8 S.H.S.Ferreira
  • 122. Washington, foram mostradas ao público os primeiros mapas meteorológicos(Cartas Sinópticas de previsão do tempo), com informações recebidas atravésdo telégrafo.Outro grande passo foi dado em agosto de 1853, com a Primeira ConferênciaMeteorológica Internacional, celebrada em Bruchelas. O grande foco destaConferência foi a necessidade de padronização da forma de coleta etransmissão de informações meteorológicas, e da necessidade de cooperaçãointernacional para disseminação destas informações, que começou a seconcretizar de fato após 1873, com a realização do Primeiro CongressoInternacional em Viena. Este foi um acontecimento sem precedentes na históriada cooperação internacional em meteorologia, abrindo as portas para acriação da OMM - WMO ( Organização Meteorológica Mundial - WordMeteorological Organization) http://www.wmo.chNo entanto, apesar de tudo isto, não se conseguia fazer previsões do tempoconfiáveis com mais de 1 dia de antecedência. Era possível avaliar através dascartas sinópticas as condições do tempo, conhecia-se como as massas de arse comportavam em média, mas a previsão do estado futuro da atmosferadependia principalmente da experiência do meteorologista, pois os cálculosnuméricos necessários para a previsão são extremamente complexos. Talproblema tem sido resolvido recentemente com o desenvolvimento dossupercomputadores, que têm permitido a utilização de modelos numéricos deprevisão do tempo, cada vez mais precisos e que integram toda a gama dedados meteorológicos existentes. Esta nova técnica constitui-se no que hoje sechama de previsão objetiva do tempo, em contraposição as técnicas subjetivas,que se vale da experiência do meteorologista.No Brasil, o INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, através doCPTEC - Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos em CachoeiraPaulista -SP foi pioneiro no Brasil no uso de supercomputadores para aprevisão objetiva do tempo, quando em 1994 inaugurou o seu primeirosupercomputador NEC - SX3. Desde então, o CPTEC tem produzido previsõesconfiáveis com até 6 dias, através do Modelo Global e até 3 dias com o ModeloDSR/INPE 5-9 S.H.S.Ferreira
  • 123. Regional. Estas informações são disponibilizadas diariamente através daInternet desde 1996 (http://www.cptec.inpe.br).3. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE SUPERFÍCIEEstas estações são locais destinados a realização das observaçõesmeteorológicas, para a obtenção de dados, que caracterizam o estadopresente da atmosfera. Estas estações, conforme a finalidade a que sedestinam, podem ser agrupadas em diversas categorias. Dentre estascategorias, estão as chamadas estações sinópticas, que realizam asobservações meteorológicas em horários padronizados internacionalmente. Oshorários principais correspondem à 00, 06, 12, 18 (GMT) - “GreenwichMeridian Time”. Após a realização das observações, o observadormeteorológico, responsável pela estação , prepara os dados para seremenviados, através do “Global Telecommunication System (GTS)” em forma deboletins codificados conforme norma da OMM.Basicamente, uma estação meteorológica dispõe de um conjunto deinstrumentos para a avaliação das condições do tempo presente. O principal éo barômetro, destinado a medida da pressão atmosférica e a obtenção dapressão reduzida ao nível médio do mar. Além deste instrumento, a estaçãopossui um ajardinado, lugar onde normalmente é instalado um anemômetro,para a medida da direção e velocidade do vento; um pluviômetro oupluviógrafo, para a medida de precipitação e um abrigo ventilado, ondeencontram-se os instrumentos destinados a medida da temperatura do ar e daumidade relativa.Além das medidas destes instrumentos, o observador meteorológico, relata ascondições gerais do tempo, tais como, nebulosidade, visibilidade, etc.4. ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS DE ALTITUDEAs estações meteorológicas de altitude destinam-se a determinação daestrutura vertical da atmosfera. Nestas estações são normalmente empregadasas radiossondas, que consistem basicamente de dispositivos eletrônicosDSR/INPE 5-10 S.H.S.Ferreira
  • 124. dotados de um transmissor de rádio e dos sensores de temperatura, umidade epressão. Estes dispositivos são lançados através de balões, que podem atingiraltitudes de até 40 quilômetros. Durante seu vôo, as informações obtidas peloequipamento são transmitidas continuamente para um receptor na estação emterra. Como o balão viaja à deriva, a direção e velocidade dos ventos sãocalculadas por intermédio do sinal de localização emitido pela própriaradiossonda. Tais informações são codificadas e transmitidas, via GTS, para oscentros de previsão do tempo, em horários padrões, conforme estabelecidopela OMM. No entanto, devido ao alto custo das radiossondagens , estas sãorealizadas apenas duas vezes ao dia nos horários de 00 e 12 GMT5. SATÉLITES METEOROLÓGICOSOs satélites geoestacionários situam-se a uma distância aproximada de 36000Km, necessária para que estes se movimentem junto com a Terra. Como estessatélites visualizam sempre a mesma face do nosso planeta, uma imagemcompleta de toda a Terra só é possível através da concatenação das imagensprocedentes de diferentes satélites estrategicamente posicionados comoilustra a Figura 1. Fig. 1 – Visão esquemática das orbitas dos satélites meteorológicos operacionais.DSR/INPE 5-11 S.H.S.Ferreira
  • 125. O sistema global de satélites meteorológicos, coordenado pelo CGMS(Coordination Group for Meteorological Satellites ), corresponde a umaconstelação mínima de 5 satélites de orbitas geoestacionárias e dois satélitesde orbitas quase polares (http://www.eumesat.de/en/area2/cgms/cover.htm).O mesmo não ocorre com os satélites de orbita polar. Situados em orbitastipicamente bem mais próximas da Terra (850 Km de distância), os satélitespolares cruzam o globo terrestre de Polo a Pólo , realizando uma voltacompleta em aproximadamente 100 minutos. Uma das características típicasdestas orbitas é de normalmente serem heliosíncronas, isto é, fixas em relaçãoao plano do Sol. Desta forma, a medida que os satélites viajam entre os pólos aTerra gira de Oeste para Leste, exibindo a cada nova passagem do satéliteuma região diferente do planeta. Uma imagem completa do planeta pode serentão obtida, através da composição das imagens individuais das váriaspassagens do mesmo satélite durante um período de 24 horas.A partir dos primeiros satélites meteorológicos , lançados na década de 60,imagens da cobertura de nuvens sobre a superfície da Terra tem sido utilizadaspêlos meteorologistas como um importante recursos na previsão subjetiva dotempo. Através da interpretação destas imagens os meteorologistas podemidentificar e acompanhar os diversos sistemas meteorológicos, tais comosistemas frontais e tempestades tropicais.Tais imagens são obtidas através de sensores de radiação em diversas faixasdo espectro, tais como a faixa da luz visível , faixa de infravermelho de 11µm ena faixa de absorção do vapor dágua. Por exemplo, a imagem da Figura 2(a) foi obtida a partir do satélite geoestacionário GOES - 8 no canal 4 ( ImagemInfravermelha de 10,3 a 11,3µm). Nesta imagem verifica-se as nuanças deradiação térmica emitidas pela atmosfera e pela superfície da Terra. As regiõesmais claras da imagem eqüivalem as regiões mais frias e normalmente estãoassociadas ao topo das nuvens mais altas. As partes mais escuras sãoassociadas as nuvens médias e baixas, ou ao solo descoberto. A Figura 2 (b),obtida pelo mesmo satélite da Figura 2 (a) praticamente ao mesmo tempocorresponde ao canal -1 (Imagem Visível). A grosso modo podemos dizer que.DSR/INPE 5-12 S.H.S.Ferreira
  • 126. esta é uma fotografia preto e branco da Terra onde podemos observarclaramente as nuvens e as nuanças de luz produzidas pelo Sol. Fig. 2 - Imagem GOES 8 de 28/06/99 12:00 UTC nos canais: (a) Infravermelho ; (b) VisívelNeste caso, ambas as imagens evidenciam a passagem de uma frente friasobre o Uruguai. Ao norte da América do Sul, uma faixa de nuvensaglomeradas marcam a presença da Zona de Convergência Intertropical(ZCIT), que na época do ano em questão, o Inverno, situa-se em média, umpouco mais ao norte do Equador. Em contraposição, a imagem da Figura 1(a)independe da iluminação do Sol, visto que trata-se de radiação Infravermelhaemitida pela Terra; o que não ocorre na imagem da Figura 1(b). Nesta última,percebe-se as sombras nas nuvens devido a inclinação do Sol, assim como asregiões iluminadas e não iluminadas (dia / noite) no horário da imagem.No entanto, as possibilidades dos satélites vão além da simples obtenção deimagens da Terra. Através de programas de computadores específicos, asmedidas de radiação podem ser utilizadas na obtenção de uma série de outrasinformações derivadas e em formato apropriado aos Modelos Numéricos dePrevisão do Tempo. Dentre os muitos tipos de dados obtidos, os mais comunsDSR/INPE 5-13 S.H.S.Ferreira
  • 127. e disponíveis através do GTS são as informações de TOVS, SATEM, eSATOB.O TOVS (TIROS3 Operational Vertical Sonder ) corresponde a medidas deradiação em diversos regiões do espectro. Através destas medidas obtém-seperfis reconstituídos de temperatura e umidade em diferentes camadas daatmosfera, semelhante aos dados convencionais de radiossondagem. Narealidade, os dados de TOVS não possuem a mesma precisão dos dados deradiossondagens, porém os satélites obtêm estes dados continuamente sobretoda a superfície da Terra enquanto as radiossondagens, realizadas naspoucas estações meteorológicas de altitude, constituem dados isolados e poristo insuficientes para a caracterização tridimensional do estado físico daatmosfera.Os dados de TOVS são obtidos através de satélites de orbita polar, atualmenteNOAA-14. O SATEM é semelhante ao TOVS, porém obtido por satélitesgeoestacionários. Na Figura 3 são apresentadas as temperaturas obtidasatravés de um dos sensores do TOVS do satélite NOAA 14, maisespecificamente o canal 6 do HIRS (High Resolution Infrared RadiationSounder) Tal canal caracteriza as temperaturas atmosféricas próximo ao nívelde 800 hPa (altitude aproximada de 2000 m acima do nível médio do mar). Acada nova passagem do satélite uma nova faixa de valores de temperatura éobtida, sendo observados valores desde 201 K ou –72 oC sobre as regiõespolares até valores de aproximadamente 269 K ou –4 oC sobre o continenteafricano.3 TIROS - Television Infra-red Observation SateliteDSR/INPE 5-14 S.H.S.Ferreira
  • 128. Fig.3 - Temperatura atmosférica global procedente do canal 6 do HIRS do satélite NOAA 14 Fonte : EUMETSATO SATOB, obtido exclusivamente por satélites geoestacionários, corresponde adados de direção e velocidade dos ventos em vários níveis na atmosfera. Atécnica de extração dos ventos emprega imagens sucessivas de cobertura denuvens. Complexos programas de computador identificam o deslocamento e aevolução das nuvens em imagens sucessivas, estimando assim os valores dedireção e velocidade dos ventos. Como exemplo, os vetores na Figura 4representam a direção e velocidade dos ventos obtidos no CPTEC com dadosprovenientes do satélite geoestacionário GOES – 8.DSR/INPE 5-15 S.H.S.Ferreira
  • 129. Fig. 4 - Campo de ventos obtidos a partir de imagens do GOES 8 Fonte: CPTECÉ importante salientar que estes são apenas alguns dos muitos tipos de dadosobtidos através dos satélites para a previsão do tempo. Informações relativas atemperatura da superfície do mar, umidade do solo, entre outras derivados dosdados de satélites, são igualmente importante para previsão do tempo e clima.6. PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS (PCD)As PCDs são estações meteorológicas capazes de automaticamente obterquase todos os tipos de dados obtidos por uma estação meteorológica desuperfície convencional. Dotada de painel solar, dispensa o uso de energiaelétrica. Os dados são transmitidos pelos satélites de coleta de dados ( NoBrasil, pelo SCD2 do INPE ). Sua utilização estende-se nas áreas onde existempoucas estações meteorológicas convencionais, ou em áreas de difícil acessocomo, por exemplo, a Amazônia.DSR/INPE 5-16 S.H.S.Ferreira
  • 130. 7. ANÁLISE DOS DADOS METEOROLÓGICOS E PREVISÃO DO TEMPOAs estações de Superfície, as imagens de satélites, as radiossondagens, juntocom dados obtidos por navios, aviões e bóias integram a massa de dados paraas previsões do tempo. Estes dados são analisados através de cartassinópticas. A partir da análise destas cartas são realizadas as previsões dotempo. Com a utilização de supercomputadores, o CPTEC tem realizado àsanálises e previsões através de modelos numéricos.A Figura 5 ilustra um recorte da análise dos campos de pressão do ModeloGlobal do CPTEC para as 0 horas GMT do dia 28 / 06 / 1999 , isto é , apenas12 horas antes das imagens de satélite da Figura 2. Fig. 5 - Análise do dia 28 / 06 /1999 00 GMT - Modelo Global CPTECAtravés desta análise verificam-se dois centros de alta pressão, um sobre o Sulda Argentina com pressões em torno de 1026 hPa, outro sobre o Atlântico(1023 hPa). Estes centros de pressão caracterizam grandes massa de ar. Aprimeira, sobre a Argentina, certamente possui temperaturas baixas e avançaem direção à segunda, no Atlântico, onde as temperaturas são maiores. Aregião de confronto entre as duas é denominada região de frente, que nestecaso, por caracterizar o avanço de massa de ar frio sob a massa de ar quente,DSR/INPE 5-17 S.H.S.Ferreira
  • 131. corresponde à uma frente fria que atua sobre o Uruguai. Na região da frente,temos baixas pressões e grandes movimentos de ar úmido , que produzemgrande quantidade de nuvens e chuva.Uma característica interessante dos centros de alta pressão é a circulação dosventos em torno destes centros. No Hemisfério Sul, a circulação dos ventosocorre no sentido anti-horário e no Hemisfério Norte, no sentido horário. Talmovimento é chamado de circulação anti-cilclônica, que em partes é decorrentedo movimento de rotação da Terra. Nos centros de baixa pressão o movimentoé invertido, isto é, horário no Hemisfério Sul e anti-horário no Hemisfério Norte,sendo também chamado de circulação ciclônica. É o exemplo do ciclonesituado no litoral sul da Argentina (Figura 5 ), que apresenta valores de pressãoinferiores à 986 hPa. Tal ciclone encontra-se ainda associado à frente friasobre o Uruguai. Podemos também perceber este ciclone através das imagensde satélite da Figura 2, através da disposição das nuvens em espiral.Na Figura 6 temos as previsões do modelo Global do CPTEC para as próximas24 horas. Nesta figura, além dos campos de pressão estão sobrepostos oscampos de precipitação acumulada no período. Fig. 6 - Previsão de 24 horas Válida para 29/ 06/ 1999 00 GMTDSR/INPE 5-18 S.H.S.Ferreira
  • 132. Comparando-se o campo de pressão desta figura com a análise da Figura 2 ,verificamos que o modelo prevê o sistema frontal sobre o Rio Grande do Sul ,onde também são previstas chuvas, que se estendem sobre o oceanoAtlântico. O centro de baixas pressões, associados à este sistema, desloca-separa leste enquanto a alta pressão, da retaguarda deste sistema, avança sobreo sul da Argentina. A Alta pressão do Atlântico estende-se por grande parte daRegião Sudeste e Nordeste do Brasil, onde o tempo provavelmente permaneceestável com poucas nuvens, exceto na região litorânea, compreendida entre oEstados da Paraíba e Rio Grande do Norte.Da mesma forma que foi gerada esta previsão, o Modelo Global do CPTECgera previsões até 120 horas ( 6 dias ). Deve-se no entanto observar, quequanto mais longas forem as previsões do tempo, menos confiáveis elas serão.Além do Modelo Global, o CPTEC ainda disponibiliza os resultados do ModeloRegional ETA, que utiliza uma grade de resolução de cálculo de 40 x 40 Km deárea para até 3 dias de previsão, portanto bem mais preciso que o modeloGlobal, que utiliza uma grade de 200 x 200 Km.Deste modo, exemplificamos como as informações meteorológicas sãotrabalhadas, até a saída das previsões numéricas do tempo. O Ultimo passodeste processo é a interpretação destas saídas pelos meteorologistas, queconfeccionam os boletins escritos de previsão do tempo, para seremposteriormente divulgados. Estes boletins são atualizados diariamente naInternet.8. CONCLUSÃOPara a previsão do tempo é necessário o envolvimento de grandes recursos eda cooperação entre os países. Os resultados são úteis para diversas áreas deatividade humana e também para a população em geral. No entanto, para quetais resultados possam ser melhor aproveitados, sejam estes por especialistasou pelo público em geral, não basta ter acesso às informações. É necessárionoções gerais de meteorologia, e ainda conhecimentos das mais diversasáreas, tais como a física, matemática e geografia entre outras, destacando aDSR/INPE 5-19 S.H.S.Ferreira
  • 133. importância do trabalho do professor, na divulgação desses conhecimentos.9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASAhrens, C. D. Meteorology Today: An introduction to Weather, Climate and the Environment. 5. Ed. West Publishing Company, 1994CENTRO DE PREVISÃO DO TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS: CPTEC. Meio Ambiente e Ciências Atmosféricas: A utilização de Multimídia e da Rede Internet no ensino Público de Nível Médio. Disponível na Internet: http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/index.html [19 Jun. 2001]Fleming J. Historical Essays on Meteorology 1919-1995, American Meteorological Society, Boston 1996.Novo, E. M. Sensoriamento remoto: Princípios e Aplicações, Edigard Blücher São Paulo, 2a ed , 1998THE EUROPEAN ORGANISATION FOR METEOROLOGICAL SATELLITES: EUMETSAT. CGMS Directory of Meteorological Satellite Applications. Disponível na Internet http://www.eumetsat.de/en/area2/cgms/cover.htm [19 Jun. 2001]Vianello, R.L. Meteorologia Básica e Aplicações. Viçosa, UFV Imprensa Universitária, 1991WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION: WMO. One Hundred Years of International Co-operation in Meteorology (1873-1973). WMO No. 345, Geneva, 1973DSR/INPE 5-20 S.H.S.Ferreira
  • 134. CAPÍTULO 6 SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO À OCEANOGRAFIA Milton Kampel* INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS DIVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO*milton@ltid.inpe.br
  • 135. ÍNDICEDSR/INPE 6-2 M.Kampel
  • 136. LISTA DE FIGURAS .................................................................................... 6.51 APRESENTAÇÃO .................................................................................. 6.72 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 6.9 2.1 O QUE É OCEANOGRAFIA ............................................................. 6.9 2.2 SENSORIAMENTO REMOTO E OCEANOGRAFIA .........................6.9 2.3 POTENCIALIDADES DA TECNOLOGIA ESPACIAL NA OBSERVAÇÃO DOS OCEANOS .................................................. 6.113 APLICAÇÕES DO SENSORIAMENTO REMOTO EM OCEANOGRAFIA ............................................................................. 6.15 3.1 TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR ............................... 6.15 3.1.1 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ....................................................6.16 3.1.2 RESSURGÊNCIAS ................................................................ 6.18 3.1.3 VÓRTICES E FRENTES ....................................................... 6.19 3.2 COR D’ÁGUA ............................................................................. 6.20 3.2.1 CONCENTRAÇÕES SUPERFICIAIS DE CLOROFILA ........ 6.22 3.2.2 PRODUTIVIDADE PRIMÁRIA .............................................. 6.24 3.2.3 GERENCIAMENTO COSTEIRO ........................................... 6.25 3.3 BÓIAS RASTREADAS POR SATÉLITES ................................. 6.274 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................. 6.285 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 6.30 DSR/INPE 6-3 M.Kampel
  • 137. LISTA DE FIGURASDSR/INPE 6-4 M.Kampel
  • 138. Figura 1- Anomalia de temperatura da superfície do mar, entre 18 e 24 dejunho de 2002, nos Oceanos Atlântico (parte superior) e Pacífico (parteinferior). A escala de temperaturas encontram-se a direita, em cima ..............17Figura 2 – Carta-imagem da temperatura da superfície do mar, produzida apartir de imagens do satélite NOAA-12, às 05:23h, mostrando o litoral do Rio deJaneiro próximo a Cabo Frio. A escala de temperaturas encontra-se a direita.Os valores em tons azuis correspondem às baixas temperaturas (< 19ºC)típicas da ressurgência. O continente e as nuvens estão mascarados embranco. A isóbata de 200 m de profundidade foi sobreposta á imagem........... 18Figura 3 – Imagem termal processada do AVHRR/NOAA-14, de 08/08/2000,do litoral norte do RJ. Os tons azuis representam temperaturas mais friasenquanto que os tons amarelos e vermelhos têm valores de TSM mais altos(ver tabela de cores na figura). As setas mais largas indicam o sentido horáriode rotação dos vórtices ciclônicos. As setas menores indicam a posição dafrente termal. .................................................................................................... 20Figura 4 – Imagem da concentração de clorofila-a superficial obtidas a partir dosensor SeaWiFS em 09/08/2000 sobre a costa sudeste brasileira. Os tonsazuis correspondem a baixas concentrações de pigmentos. Os tons amarelo avermelhos indicam concentrações mais altas de clorofila (notar a tabelalogarítmica de cores na parte inferior da figura). As setas pequenas indicam apresença de uma frente oceânica. A seta mais larga indica o sentido de rotaçãodo vórtice ciclônico ao largo de S. Tomé. As isóbatas de 500, 1000, 2000 e3000 m de profundidade foram sobrepostas à imagem. .................................. 23Figura 5 – Produtividade primária fitoplanctônica integrada média para o mêsde agosto de 1998 estimada a partir de imagens SeaWiFS. A tabela de corescorrespondentes aos valores de produtividade em g.C.m-2 encontra-se naparte inferior da figura. ..................................................................................... 25Figura 6 – Mosaico de imagens Landsat 7, sensor ETM+, composição colorida3B4G5R, do Baixo do Parnaíba (PI, MA e CE). ............................................... 26Figura 7 – (a) Esquema de um derivador de baixo custo, padrão WOCE,rastreado por satélite. A parte submersa encontra-se em tons de azul. (b)Fotografia de um derivador padrão WOCE construído pelo INPE. .................. 27 DSR/INPE 6-5 M.Kampel
  • 139. 1 APRESENTAÇÃOA Terra é um planeta aquático com dois terços de sua superfície coberta porágua. Mais da metade da radiação solar que chega à superfície terrestre é DSR/INPE 6-6 M.Kampel
  • 140. primeiro absorvida pelos oceanos, onde é armazenada e redistribuída pelascorrentes marinhas antes de ser liberada para a atmosfera.Enquanto que a atmosfera e os continentes suportam grandes variações detemperatura nas altas e médias latitudes, a temperatura do oceano permanecemais constante. O alto calor específico da água do mar impede que a amplitudeda temperatura varie rapidamente ao longo do dia.Os processos atuantes nos oceanos são também importantes em relação àabsorção de gases. Eles podem atrasar ou reduzir o impacto do aquecimentoglobal provocado pelo aumento nas taxas de dióxido de carbono provenientesda queima de combustíveis fósseis.Além do aspecto climático e meteorológico, os oceanos são importantes poroutros motivos: o comércio internacional se utiliza muito dos meios marinhos, eprogramas de defesa nacionais são cada vez mais dependentes de operaçõesnavais. Da mesma forma, os recursos pesqueiros abastecem uma fraçãosignificativa da proteína consumida mundialmente. Além disso, a física,química, biologia e geologia dos oceanos são fundamentais para odesenvolvimento e gerenciamento desses recursos vivos. Os oceanos também,assimilam grande, se não a maior parte da poluição antropogênica, desdederramamentos de óleo, esgotos domésticos e industriais, até lixo atômico.No fundo oceânico existem grandes depósitos de minerais valiosos – óleo efontes potenciais de minerais estratégicos. Os depósitos oceânicos fornecemum quadro da evolução climática global ao longo de milhões de anos. Atopografia do solo oceânico e suas propriedades magnéticas fornecem,similarmente, uma visão da evolução das crostas oceânica e continental.Por mais de um século, os oceanógrafos vem elaborando uma descriçãocientífica dos oceanos a partir de medições realizadas no mar. Entretanto, essadescrição é limitada pela cobertura esparsa de dados na maioria dos oceanosdo planeta. Os dados obtidos tendem a vir de navios (de pesquisa ou de DSR/INPE 6-7 M.Kampel
  • 141. oportunidade) que muitas vezes são obrigados a alterar suas rotas normais emfunção de condições meteorológicas adversas ou pela presença de gelo nomar. Grandes áreas oceânicas, particularmente no Hemisfério Sul, são poucovisitadas por quaisquer navios. Além disso, os oceanos apresentam umagrande variabilidade espaço-temporal, necessitando de medições freqüentesem locais bem distribuídos ao redor de todo o globo terrestre.O sensoriamento remoto a partir de instrumentos orbitais ou aerotransportados,fornece uma visão sinóptica dos oceanos, que associada a recursoscomputacionais cada vez mais sofisticados, apresenta novas perspectivas paraa descrição e o entendimento dos oceanos. A quantidade de parâmetrosoceanográficos que podem ser medidos e monitorados por sensoriamentoremoto é bem ampla. As aplicações dos dados orbitais são tão diversas quepodemos considerar este meio de aquisição de informações para aoceanografia como um todo – biológica, química, geológica e física – tão eficazcomo as informações obtidas por meios convencionais.Este capítulo “Sensoriamento Remoto Aplicado à Oceanografia” pretendeapresentar, de forma resumida, alguns aspectos relacionados à Oceanografia eao Sensoriamento Remoto dos oceanos, além de alguns exemplos deaplicações da tecnologia espacial no estudo oceanográfico. Espero que sejaútil. Milton Kampel Julho de 2002 São José dos Campos - SP2. INTRODUÇÃO2.1 O QUE É OCEANOGRAFIASegundo o dicionário, a Oceanografia é o “estudo das características físicas ebiológicas dos oceanos e dos mares”. Já segundo a UNESCO, a Oceanografiaé uma “ciência universal, que tem por objetivo o estudo do meio marinho, suaflora, sua fauna e seus limites físicos com a terra firme e a atmosfera. Como DSR/INPE 6-8 M.Kampel
  • 142. qualquer outra ciência, ela se baseia no método experimental (...). Devido àsgrandes dimensões dos fenômenos oceânicos e do fato de que eles raramentesão gerados num mesmo lugar, a oceanografia depende da cooperaçãointernacional”.Na verdade, a Oceanografia é uma disciplina multi e interdisciplinar,envolvendo diversas áreas como a Meteorologia, Paleontologia, Cartografia,Engenharia, Sensoriamento Remoto, Administração/Marketing, entre outras. AOceanografia pode ser considerada como o estudo científico dos oceanos comênfase no seu caráter como Ambiente. É convenientemente dividida em:Oceanografia Biológica, Oceanografia Física, Oceanografia Química eOceanografia Geológica.O principal objetivo do estudo oceanográfico é obter uma descrição sistemáticados oceanos, suficientemente quantitativa para permitir a previsão de seucomportamento com algum grau de certeza.2.2 SENSORIAMENTO REMOTO E OCEANOGRAFIAO Sensoriamento Remoto não está limitado a geração e interpretação dedados na forma de imagens. Por exemplo, dados de pressão, temperatura eumidade em diferentes níveis da atmosfera são rotineiramente coletados porserviços meteorológicos, através do emprego de balões e foguetesmeteorológicos. Informações científicas sobre diferentes níveis atmosféricostambém são coletadas por métodos de rádio-sondagens operados tanto porestações terrestres, como a bordo de satélites.Ondas ultra-sônicas, apesar de serem fortemente atenuadas na atmosfera,podem se propagar por grandes distâncias submarinas. Daí sua aplicabilidadeem medições das profundidades em rios ou oceanos (batimetria), inspeçõessubmarinas, caça de minas submersas, detecção de cardumes ecomunicações submarinas. DSR/INPE 6-9 M.Kampel
  • 143. Como já mencionado anteriormente, a descrição científica dos oceanos a partirde medições realizadas no mar é limitada pela cobertura esparsa de dados namaioria dos oceanos do planeta. Por outro lado, a quantidade de parâmetrosoceanográficos que podem ser medidos com o emprego de tecnologia espacialé bem ampla.Se por um lado, alguns oceanógrafos mais conservadores afirmam que asinformações obtidas por satélites não podem ser tão precisas ou relevantescomo quando coletadas por embarcações de pesquisa, cabe lembrar quetécnicas de sensoriamento remoto tem sido empregadas, ao longo dos anos,por vários oceanógrafos utilizando métodos acústicos nos oceanos. Ondassonoras tem sido utilizadas para estudos do fundo e subfundo marinho, paraobservação do material em suspensão na água do mar, para estudosbiológicos, determinações de estruturas termohalinas, medições de velocidadepelo efeito Doppler etc.Desta forma, não haveria nenhuma objeção fundamental impedindo a extensãodas técnicas de sensoriamento remoto nos oceanos, com a utilização dasondas eletromagnéticas através da atmosfera.A representatividade dos dados de sensoriamento remoto para parâmetrosoceanográficos dependentes da profundidade ou que apresentem variaçõestemporais de alta freqüência é válida, na medida em que se analisam trêsaspectos:1) Inicialmente, para quaisquer variações que ocorram em profundidades nos oceanos, são os parâmetros superficiais - temperatura, velocidades, concentrações salinas, de gases dissolvidos etc. - que controlam as interações energia/matéria entre o oceano e a atmosfera. Desta forma, apesar da coleta de dados via SR ocorrer em apenas uma única profundidade, praticamente, trata-se do nível mais importante, ou seja, a superfície; DSR/INPE 6-10 M.Kampel
  • 144. 2) Outros aspectos positivos a serem considerados são: a visão sinóptica, a alta resolução espacial (para determinados sensores) e a possibilidade de se obter séries temporais de dados consistentes por longos períodos, mesmo para locais oceânicos isolados;3) Ainda, podemos considerar o fato de que os dados obtidos via SR incorporam um valor médio, por unidade de área, automaticamente, sendo particularmente relevantes para testar previsões de modelos numéricos.2.3 POTENCIALIDADES DA TECNOLOGIA ESPACIAL NA OBSERVAÇÃO DOS OCEANOSÉ conveniente classificar os sensores e instrumentos de SR de acordo com ocomprimento de onda eletromagnética usada, ou seja, as regiões do visível(ótico), infravermelho-próximo, infravermelho-termal, microondas e ondas derádio. Outra classificação importante, separa os sensores passivos do sensoresativos. Em um sistema passivo, o instrumento de SR simplesmente detectaqualquer radiação que esteja no comprimento de onda (ou bandas espectrais)para a qual o instrumento foi projetado. Em um sistema ativo, o próprioinstrumento de SR gera radiação, transmite esta radiação em direção ao alvo,e extrai informações a partir do sinal de retorno.Robinson (1985) classifica os sensores de comprimento de onda visível comopassivos em relação à fonte de radiação inicial, a iluminação do sol. Esta érefletida pelo mar e atinge o satélite, de forma que a informação que se buscapor meio do imageamento da cor da água está relacionada com os processosde reflexão e retroespalhamento. Uma vez que o sensor evite a reflexão diretada luz solar, a radiação ascendente conterá informações conseqüentes dosprocessos de retroespalhamento do corpo d’água. Os sensores que atuam naregião espectral do visível respondem diretamente às condições da partesuperior da coluna d’água. Em águas claras, a luz refletida pelo fundo pode servista do espaço, e sua intensidade depende do tipo de fundo e da DSR/INPE 6-11 M.Kampel
  • 145. profundidade, tornando assim a batimetria e a identificação de diferentes tiposde fundo duas aplicações viáveis para estes sensores.Os sensores do infravermelho-próximo apresentam um caráter decomplementaridade em relação aos do visível, ainda que a absorção da águaaumente para comprimentos de onda maiores que 800 nm, de forma maisrápida. Sensores operando na faixa entre 3 µm e 4 µm registrarão quantidadesapreciáveis de energia solar refletida durante o período diurno, mas no períodonoturno, registrarão a radiação emitida pela superfície do mar.Esta radiação emitida é predominante para comprimentos de onda entre 10 µme 12 µm, de forma que, sensores operando na faixa do infravermelho-termalpodem ser utilizados para estimar a temperatura da superfície do mar.Ainda que os laseres tenham sido mais empregados para sondar a atmosfera,cada vez mais eles são instalados em aeronaves e navios, voltadosdiretamente para baixo, para investigar a hidrosfera. O SR dos oceanos, lagose rios é possível por meio das radiações visível, infravermelha e microondas.Os laseres operando numa ampla faixa do espectro, tem dado uma novadimensão às pesquisas hidrográficas e oceanográficas, permitindo um alto graude resolução em profundidade e uma pesquisa subsuperficial que é inatingívelpor outras técnicas de SR.Os radiômetros passivos são equipamentos que medem o fluxo de energiaeletromagnética que chega aos seus sensores direcionalmente. Medemcomprimentos de onda até a região de microondas, e podem ser utilizados nadeterminação da temperatura da superfície do mar. A radiação emitida pelasuperfície marinha depende da emissividade desta (ou seja, o fluxo radianteemitido por uma superfície, dividido por sua área denomina-se “exitânciaradiante”; a emissividade é a razão entre a exitância radiante de um corpo e aexitância radiante de um corpo negro a uma mesma temperatura). Se fossemrealizadas medições em vários bandas espectrais, no infravermelho e nas DSR/INPE 6-12 M.Kampel
  • 146. microondas, seria possível, em princípio, obter informações da emissividade edos parâmetros dos quais ela depende, incluindo aí a salinidade, películassuperficiais de óleo, fluxos de calor superficial, etc.Sensores de microondas ativos são desenvolvidos para aplicações específicas,como o estudo de correntes, marés, estado-do-mar, velocidade e direção deventos superficiais, espectro direcional de ondas, ondas internas, entre outras.A possibilidade de aplicações dos sensores ativos ainda pode ser bastantedesenvolvida.Os sensores de microondas ativos utilizam o retroespalhamento das ondaseletromagnéticas na superfície marinha para obter informações a nível orbital,mesmo na presença de nuvens. Pelo registro do tempo de retorno de um pulsoemitido na direção nadir (isto é, na vertical do local), o radar altímetro conseguemedir a altitude da superfície marinha, em relação à sua própria posição. Umavez que sua posição possa ser definida precisamente, é possível determinar aaltitude da superfície marinha em relação ao geóide terrestre. Esta informaçãoé útil no estudo de marés e da circulação oceânica. Além disso, a deformaçãodo pulso refletido transporta informações sobre a altura de ondas significativas.O radar de abertura sintética (Synthetic Aperture Radar - SAR) é capaz deprocessar a medição do tempo e da fase do sinal retroespalhado, e de suaamplitude. Este processamento permite a produção de uma imagem doretroespalhamento da superfície, ou seja, da rugosidade desta superfície comoé vista pelo radar. É possível obter uma resolução espacial na ordem dedezenas de metros. A rugosidade medida é causada por pequenas ondas, depoucos centímetros de comprimento. Esta técnica orbital permite detectarondas de gravidade, ondas internas, feições topográficas de fundo, esteiras denavios, derramamentos de óleo, etc.Outra tecnologia espacial cada vez mais utilizada no monitoramento oceânico éo emprego de plataformas remotas para a aquisição de dados com telemetriavia satélite. Bóias de deriva ou ancoradas medem in situ diferentes parâmetros DSR/INPE 6-13 M.Kampel
  • 147. oceanográficos e meteorológicos em diferentes regiões do oceano mundial,transmitindo os dados via satélites. Estes dados são utilizados em estudos dacirculação oceânica, transporte de calor, calibração de imagens orbitaistermais, entre outras aplicações.Atualmente, os benefícios do SR na Oceanografia brasileira ainda são restritos.O planejamento, gerenciamento e monitoramento de recursos naturaisnecessitam de dados constantemente atualizados, que possam serinterrelacionadas em diferentes conjuntos de informações para auxiliar atomada de decisão de forma ampla e objetiva.Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) são ferramentascomputacionais para Geoprocessamento que permitem realizar análisescomplexas, integrando dados de diversas fontes e criando bancos de dadosgeorreferenciados. Os SIG’s são normalmente utilizados para a produção demapas, como suporte para a análise espacial de fenômenos, como um bancode dados geográficos com funções de armazenamento e recuperação deinformações espaciais, e ainda na modelagem de processos e fenômenosnaturais permitindo o diagnóstico ambiental e seus prognósticos.Num ambiente computacional, a noção de mapa deve ser estendida para incluirdiferentes tipos de dados como imagens de satélites, modelos numéricos edados coletados in situ. Um SIG é capaz de integrar numa única base dedados, informações espaciais provenientes de imagens de satélites, mapascartográficos, arquivos batimétricos, dados oceanográficos e meteorológicoshistóricos, dados coletados in situ, entre outros. O SIG oferece também,mecanismos para combinar as várias informações através de algoritmos demanipulação e análise, e para consultar, recuperar, visualizar e plotar oconteúdo da base de dados georreferenciados. DSR/INPE 6-14 M.Kampel
  • 148. 3. APLICAÇÕES DO SENSORIAMENTO REMOTO EM OCEANOGRAFIA3.1 TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MARAs imagens infravermelhas dos oceanos obtidas, por satélites, têm sidoutilizadas no estudo de diversos fenômenos e processos oceanográficos comoas correntes marinhas, as frentes oceânicas, eventos de ressurgência,processos de mistura nas águas costeiras, a partir da observação de variaçõesna temperatura da superfície do mar (TSM).Inicialmente, só se obtinham dados de satélites no infravermelho na formafotográfica como subproduto de imagens meteorológicas. A medida em quedados digitais em maior quantidade e melhor qualidade foram sendodisponibilizados, foi sendo possível efetuar estimativas quantitativas da TSM.Estas estimativas tornaram-se possíveis tanto com a utilização de mediçõesrealizadas em apenas uma banda espectral, como combinando-se mediçõesde diferentes canais espectrais, obtendo-se desta forma, dados mais precisos(cerca de 0,5ºC). Os dados digitais podem ainda, ser realçadosradiometricamente para a geração de imagens capazes de mostrar pequenasvariações de temperatura. Da mesma forma, uma precisa correção geométricadestas imagens permite a realização de análises multitemporais ou então, dedados provenientes de diferentes fontes (por exemplo, outros sensores,coletados por embarcações, etc.).A obtenção da TSM a partir de radiômetros de infravermelho tem sidoempregada em diversas aplicações oceanográficas tais como em estudos demudanças climáticas globais, identificação de ressurgências, vórtices,meandramentos e frentes, fornecimento de suporte à pesca de peixespelágicos, monitoramento dos campos de TSM e/ou correntes oceânicassuperficiais, entre outros. Na literatura nacional e internacional, podem serencontrados diversos trabalhos que demonstram a utilidade das imagenstermais em estudos oceanográficos. DSR/INPE 6-15 M.Kampel
  • 149. 3.1.1 MUDANÇAS CLIMÁTICASA Figura 1 mostrada a seguir ilustra os campos médios de anomalia detemperatura da superfície do mar entre 18 e 24 de junho de 2002, para osOceanos Atlântico e Pacífico, respectivamente. Estes mapas foram produzidospelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do INPE apartir de dados de satélites disponibilizados pelo Centro de Previsão do Tempodos Estados Unidos – NCEP/NOAA.As anomalias de temperatura da superfície do mar são calculadas pelosdesvios dos valores de TSM em relação a médias climatológicas obtidas porséries longas de dados de satélites.Nesta figura, podemos observar que os valores de TSM estão indicando umaevolução gradual do fenômeno El Niño no Oceano Pacífico. No OceanoAtlântico Sul, as águas superficiais entre a América do Sul e a costa oeste e sulda África permanecem quentes em relação a semanas anteriores. Já noAtlântico Norte, notam-se desvios negativos da TSM próximos à costa noroesteda África, sugerindo a presença de uma banda de nebulosidade normalmenteassociada à Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Neste caso, a posiçãoatual da ZCIT estaria ligeiramente ao sul da sua posição média climatológica. DSR/INPE 6-16 M.Kampel
  • 150. Figura 1 – Anomalia de temperatura da superfície do mar, entre 18 e 24 dejunho de 2002, nos Oceanos Atlântico (parte superior) e Pacífico (parteinferior). A escala de temperaturas encontra-se a direita, em cima.Eventos como o El Niño, que causam enormes prejuízos materiais e até perdasde vidas humanas, e o potencial efeito do aquecimento global devido aoaumento nos níveis de dióxido de carbono na atmosfera proveniente da queimade combustíveis fósseis (efeito estufa), enfatizam a importância domonitoramento oceânico realizado com auxílio de satélites para estudos eprevisões climáticas. DSR/INPE 6-17 M.Kampel
  • 151. 3.1.2 RESSURGÊNCIASA Figura 2 mostra a ocorrência de um evento de ressurgência costeira naregião de Cabo Frio, RJ. A imagem termal foi adquirida pelo sensor AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer), instalado a bordo do satéliteNOAA-12, na madrugada de 15 de dezembro de 2000. Os tons em vermelhoao largo na imagem com valores altos de TSM (>23ºC) estão associados àCorrente do Brasil. Esta corrente quente, salina e pobre em sais nutrientes,banha grande parte da costa brasileira.Figura 2 – Carta-imagem da temperatura da superfície do mar, produzidas apartir de imagens do satélite NOAA-12, às 05:23h, mostrando o litoral do Rio deJaneiro próximo a Cabo Frio. A escala de temperaturas encontra-se a direita.Os valores em tons azuis correspondem às baixas temperaturas (< 19ºC)típicas da ressurgência. O continente e as nuvens estão mascarados embranco. A isóbata de 200 m de profundidade foi sobreposta á imagem.Na região de Cabo Frio, quando sopram ventos intensos e constantes doquadrante NE, ocorre o fenômeno da ressurgência. As águas de subsuperfície,mas frias e ricas em nutrientes, são bombeadas para níveis mais rasos,chegando a aflorar na superfície. A presença destas águas subsuperficiaispode ser facilmente notada na imagem da Figura 2 em tons azuis, com TSM’sabaixo de 19ºC. DSR/INPE 6-18 M.Kampel
  • 152. 3.1.3 VÓRTICES E FRENTESA Figura 3 apresenta uma imagem termal, processada, do satélite NOAA-14obtida em 8 de agosto de 2000 sobre o litoral norte do RJ. Os tons vermelhosna imagem, com valores de TSM acima de 23ºC estão associados à Correntedo Brasil, fluindo de nordeste para sudoeste.As águas sobre a plataforma continental, com TSM’s mais baixas (< 22ºC),ficam separadas das águas quentes da Corrente do Brasil por uma frentetermal, onde são observados intensos gradientes horizontais de temperatura.Nestas regiões oceânicas ocorrem agregações passivas de organismos compouca ou nenhuma capacidade natatória que servem de alimento para outrosconsumidores mais evoluídos. Daí seu interesse para a pesca oceânica depeixes pelágicos e outros recursos marinhos. A posição aproximada da frenteestá assinalada na Figura 3 por pequenas setas sucessivas.Entre as latitudes 22º-23ºS e as longitudes 40º-41ºW, e em torno da posição24ºS-42ºW, podemos notar a presença de dois vórtices ciclônicos, com rotaçãono sentido horário (ver indicação das setas mais largas na Figura 3). Estasestruturas de mesoescala provocam misturas verticais e horizontais de águascom características físicas e químicas diferentes. Desta forma, processosbiológicos nestas regiões acabam sendo influenciados por estes forçantesfísicos alterando temporariamente a estrutura e o funcionamento doecossistema. DSR/INPE 6-19 M.Kampel
  • 153. Figura 3 – Imagem termal processada do AVHRR/NOAA-14, de 08/08/2000, dolitoral norte do RJ. Os tons azuis representam temperaturas mais friasenquanto que os tons amarelos e vermelhos têm valores de TSM mais altos(ver tabela de cores na figura). As setas mais largas indicam o sentido horáriode rotação dos vórtices ciclônicos. As setas menores indicam a posição dafrente termal.3.2 COR DA ÁGUAA cor do oceano é resultante da energia solar retroespalhada pela superfíciemarinha e pela coluna d’água. O azul escuro do oceano profundo é típico deáguas com baixas concentrações de organismos fitoplanctônicos (algasunicelulares marinhas) ou outras substâncias opticamente ativas (materiais DSR/INPE 6-20 M.Kampel
  • 154. orgânico e inorgânico). A medida que se aproxima da costa, a entrada denutrientes no ambiente aquático geralmente aumenta, com conseqüentedesenvolvimento de maiores concentrações de fitoplâncton e mudança de cordo azul para o verde.O fitoplâncton altera as propriedades ópticas da água do mar (Yentsch, 1959;Clarke et al., 1970). Quanto mais próximo da costa, maior a contribuição desedimentos e material dissolvido provenientes do continente. A cor da águamuda para amarelo-marron chegando a vermelha em certas circunstâncias.Estas cores percebidas pelo olho humano podem ser quantificadas pormedidas da distribuição espectral da radiância ascendente da água realizadaspor sensores instalados em satélites.Avaliações quantitativas das propriedades bio-ópticas da água do marrequerem métodos precisos de correção atmosférica, visto que, cerca de 90%do sinal detectado pelos sensores orbitais provêm da atmosfera.Assumindo que a contribuição atmosférica ao sinal do satélite pode serestimada, resta interpretar a radiância ascendente ressurgente da água emtermos das características ópticas das camadas superiores do oceano (ou emtermos das variações nas concentrações e tipos de material dissolvido eparticulado que contribuem para variações nestas propriedades ópticas). Asequações utilizadas nestes procedimentos são coletivamente referidas comoalgoritmos bio-ópticos (Smith e Baker, 1978; Clark, 1981).Da irradiância que chega aos oceanos, 90% retorna à atmosfera e éproveniente da primeira profundidade óptica, ou seja, da profundidade até ondea irradiância é reduzida a 37% (1/e) do seu valor na superfície (Gordon eMcCluney, 1975). Por isso, a determinação da concentração de pigmentos,através do sensoriamento remoto orbital, é restrito a esta camada. DSR/INPE 6-21 M.Kampel
  • 155. Apesar destas limitações, aliadas à cobertura por nuvens, tem se desenvolvidodiversas aplicações oceanográficas com a utilização de dados orbitais da cordo oceano. Entre estas, podemos citar os estudos de processos dinâmicos decorrentes de maré, lançando mão da distribuição de sedimentos em suspensãocomo traçador. Estas imagens podem ainda ser utilizadas para monitorarplumas de sedimentos carreados por rios para a região costeira, servindo comoindicadores auxiliares no controle da poluição marinha. Da mesma forma,plumas de efluentes domésticos e/ou industriais também podem sermonitorados com esta tecnologia. A cor da água do mar é, algumas vezes,alterada pela presença de determinados tipos de poluentes.A obtenção rotineira de dados quantitativos das propriedades bio-ópticas dosoceanos permite ainda o exame dos fatores oceânicos que afetam asmudanças globais. Desta forma, torna-se possível avaliar o papel dos oceanosno ciclo global do carbono, assim como em outros ciclos biogeoquímicos,através de programas de pesquisa abrangentes.3.2.1 CONCENTRAÇÕES SUPERFICIAIS DE CLOROFILARotineiramente, os dados da cor do oceano obtidos por satélites sãoempregados para estimar as concentrações de clorofila na superfície do mar. Apartir de imagens da concentração superficial de pigmentos, como a clorofila-a,é possível observar sinopticamente feições biológicas de sistemas dinâmicoscomo os grandes giros subtropicais, frentes oceânicas, ressurgências evórtices de mesoescala (Peláez e McGowan, 1986; Biggs e Müller-Karger,1994; Santamaria-del-Angel et al., 1994; Monger et al., 1997; entre outros).Laurs e Brucks (1985) demonstraram a utilização dos mapas de concentraçãode pigmentos no estudo da distribuição de capturas de tunídeos.Segundo Hooker e McClain (2000), os mapas de concentrações de clorofila-aobtidos atualmente têm acurácia de ±30% no intervalo entre 0,05-50 mg.m-3. DSR/INPE 6-22 M.Kampel
  • 156. A Figura 4 apresentada a seguir mostra os campos superficiais deconcentração de clorofila-a obtidos pelo processamento da imagem SeaWiFSde 09/08/2000. Os tons azuis correspondem a baixas concentrações depigmentos, típicas das águas oligotróficas da Corrente do Brasil. Os tons deamarelo a vermelho correspondem a águas mais ricas em clorofila,normalmente localizadas mais próximo à costa. As setas pequenas na imagemindicam a presença de uma frente oceânica formada entre as águas pobres eoceânicas da Corrente do Brasil, e as águas mais ricas sobre a plataforma.Figura 4 – Imagem da concentração de clorofila-a superficial obtida a partir dosensor SeaWiFS em 09/08/2000 sobre a costa sudeste brasileira. Os tonsazuis correspondem a baixas concentrações de pigmentos. Os tons amarelo avermelhos indicam concentrações mais altas de clorofila (notar a tabelalogarítmica de cores na parte inferior da figura). As setas pequenas indicam apresença de uma frente oceânica. A seta mais larga indica o sentido de rotaçãodo vórtice ciclônico ao largo de S. Tomé. As isóbatas de 500, 1000, 2000 e3000 m de profundidade foram sobrepostas à imagem. DSR/INPE 6-23 M.Kampel
  • 157. A seta mais larga quase em frente a Cabo de São Tomé, indica o sentido derotação de um vórtice ciclônico presente na imagem. Feições oceanográficasde mesoescala também podem ser visualizadas em imagens da cor do oceano,da mesma forma como em imagens termais.3.2.2 PRODUTIVIDADE PRIMÁRIAA velocidade com que as concentrações de clorofila variam no tempo e/ouquanta fotossíntese está ocorrendo durante o dia é chamada de produtividadeprimária (primária porque é a fase inicial e crítica da teia alimentar). A análisede séries temporais de imagens da cor do oceano permite que se conheça amagnitude e a variabilidade das concentrações de clorofila e da produtividadeprimária em escala global. Com isso, pode-se tentar quantificar as relaçõesentre a física dos oceanos e os padrões de produtividade em grande emesoescala (McClain et al.,1992).A Figura 5 mostra um mapa médio da produtividade primária fitoplanctônicaintegrada na coluna d’água (g.C.m-2) para o mês de agosto de 1998. A tabelade cores aparece na parte inferior da figura. Os tons azuis, típicos de águasoceânicas pobres, correspondem aos menores valores de produtividade. Ostons de verde a vermelho, correspondentes a valores de produção primáriamais altos, são encontrados em regiões costeiras, de divergência equatorial eem áreas de ressurgência. É interessante notar a mais alta produtividade doOceano Atlântico Norte em relação ao Atlântico Sul, nesta época do ano.Este mapa foi obtido a partir de um algoritmo semi-analítico baseado nasrelação fundamental entre fotossíntese e luz. A produção primária é expressacomo função da biomassa fitoplanctônica e da irradiância disponível emdiferentes níveis de profundidades. A biomassa fitoplanctônica na camadasuperficial é determinada pela concentração de clorofila-a obtida por imagensda cor do oceano. A irradiância disponível na superfície do mar foi calculadapor modelos de transferência radiativa (Gregg e Carder, 1990), e a irradiância DSR/INPE 6-24 M.Kampel
  • 158. disponível abaixo da superfície do mar foi estimada por modelos de atenuaçãona coluna d’água (Sathyendranath e Platt, 1988).Figura 5 – Produtividade primária fitoplanctônica integrada média para o mêsde agosto de 1998 estimada a partir de imagens SeaWiFS. A tabela de corescorrespondentes aos valores de produtividade em g.C.m-2 encontra-se na parteinferior da figura.3.2.3 GERENCIAMENTO COSTEIROA Zona Costeira abriga um mosaico de ecossistemas de alta relevânciaambiental, cuja diversidade é marcada pela transição de ambientes terrestres emarinhos, com interações que lhe conferem um caráter de fragilidade. A maiorparte da população mundial vive em zonas costeiras, e há uma tendênciapermanente ao aumento da concentração demográfica nessas regiões. Emsíntese, pode-se dizer que a sustentabilidade das atividades humanas naszonas costeiras depende de um meio marinho saudável e vice-versa.Desta forma, a atividade de gerenciamento deste amplo universo de trabalhoimplica, fundamentalmente, na construção de um modelo cooperativo entre osdiversos níveis e setores do governo, e deste com a sociedade.O Zoneamento Ecológico-Econômico (ZEE) é um dos instrumentos doGerenciamento Costeiro que baliza o processo de ordenamento territorial DSR/INPE 6-25 M.Kampel
  • 159. necessário para a obtenção das condições de sustentabilidade ambiental dodesenvolvimento da Zona Costeira.A Figura 6 a seguir mostra a área do Baixo Rio Parnaíba, entrte os estados doPi, MA e CE, incluindo o seu delta. Incorporando a área marinha, até a isóbatade 20 m, à porção terrestre, tem-se uma área total de 16.744,25 km2. Estaregião é alvo de diferentes interesses que visam a alterar suas condições deuso e ocupação. O avanço da ocupação sobre a área e a intensificação dealguns usos têm aumentado as ameaças quanto à degradação ambiental e àdilapidação do patrimônio natural. Para garantir a sustentabilidade do seudesenvolvimento, foi elaborado um ZEE como um passo importante paraorientar planos de gestão.Figura 6 – Mosaico de imagens Landsat 7, sensor ETM+, composição colorida3B4G5R, do Baixo do Parnaíba (PI, MA e CE). DSR/INPE 6-26 M.Kampel
  • 160. 3.3 BÓIAS RASTREADAS POR SATÉLITESComo mencionado anteriormente, existem outros tipos de dados úteis aosestudos oceanográficos, que não na forma de imagens, mas que podem serobtidos com auxílio da tecnologia espacial.Bóias ancoradas e derivadores rastreados por satélites, têm sido desenvolvidose utilizados pelo INPE desde 1985, para estudos ambientais e oceanográficosnas regiões da Antártica, Oceano Atlântico Sudoeste, e Atlântico Tropical. Oíndice de aproveitamento utilizando a telemetria de dados por satélites, comopor exemplo, através do Sistema Argos, têm sido excelente, o que nos motiva acontinuar trabalhando desta forma.Atualmente temos em atividade 10 derivadores de baixo custo, padrão WOCE(Figura 7), na costa brasileira. Suas trajetórias, bem como os dados detemperatura da água e pressão ao nível do mar coletados por eles, podem seracessados pela internet em: http://www.dsr.inpe.br/pnboia/pnboia.htmlFigura 7 – (a) Esquema de um derivador de baixo custo, padrão WOCE,rastreado por satélite. A parte submersa encontra-se em tons de azul. (b)Fotografia de um derivador padrão WOCE construído pelo INPE. DSR/INPE 6-27 M.Kampel
  • 161. Pelo menos outros 50 derivadores do mesmo tipo foram lançados na nossacosta, nos últimos anos, estando atualmente inativos. O Programa Nacional deBóias, conduzido pelo INPE e pela Marinha do Brasil, pretende continuarlançando outros derivadores nos próximos anos.Os dados coletados por estes derivadores são utilizados em estudos dacirculação oceânica, transporte de calor, calibração de imagens orbitaistermais, previsões meteorológicas marinhas, entre outras aplicações.O Projeto Pirata (http://www4.cptec.inpe.br/pirata/) é uma iniciativainternacional, com participação do INPE que pretende estudar as interaçõesentre o oceano e a atmosfera na região do Atlântico Tropical que sejamrelevantes para os estudos sobre as mudanças climáticas. De um total de 12bóias fundeadas em atividade atualmente, 6 estão sob responsabilidade doBrasil. Os dados oceanográficos e meteorológicos adquiridos automaticamentepor estas bóias são transmitidos via Sistema ARGOS. Depois de processadas,todas as informações são disponibilizadas pela internet.4. CONSIDERAÇÕES FINAISAlém dos exemplos de aplicações apresentados acima, cabe mencionar quediversos outros parâmetros e variáveis de interesse oceanográfico também sãoobtidos com o emprego de tecnologia espacial. Como exemplo, podemos citar:a detecção de derrames de óleo no mar através de radares de aberturasintética, intensidade e direção dos ventos superficiais, altura e direção deondas, entre outros, através de altímetros e escaterômetros.Esperamos ter demonstrado, ainda que de forma sucinta, a capacidade dossatélites de pesquisa em medir parâmetros e/ou variáveis oceânicasimportantes para o clima, monitoramento ambiental, pesca, transportemarítimo, segurança nacional, etc. Mesmo com a tecnologia espacial DSR/INPE 6-28 M.Kampel
  • 162. atualmente disponível, ainda existe uma insuficiência de informações emmuitas regiões do nosso planeta.Diversos projetos de pesquisa que utilizam dados coletados por satélites têmampliado o nosso entendimento sobre o sistema oceano. Evidências desteprogresso são os novos programas que utilizam a tecnologia espacial paraaplicações em oceanografia.Atualmente, quase todos os ramos da Oceanografia consideram oSensoriamento Remoto como uma ferramenta de grande utilidade na aquisiçãode dados de interesse. O desafio àqueles que desenvolvem pesquisas emSensoriamento Remoto, mais especificamente na área de Oceanografia, é o deexplorar teorias e conceitos e desenvolver aplicações que não seconcretizariam somente com a utilização de métodos convencionais. Nestecontexto geral, são incluídos os estudos de processos oceanográficos querequerem uma resolução espacial sinóptica e uma capacidade de amostragempor longo período, características estas possíveis de serem obtidas com oemprego de satélites.As áreas mais promissoras são as que utilizam dados coletadosconvencionalmente - por bóias e navios, e por observações orbitais de formacomplementar, afim de se revelar uma perspectiva mais ampla para o estudo eentendimento de processos e fenômenos oceanográficos.Se desejamos acompanhar esta evolução, não devemos esquecer osprincípios básicos envolvidos na aquisição de dados por SensoriamentoRemoto, bem como não podemos deixar de conhecer os sistemas e ossensores em disponibilidade e suas técnicas de utilização, para nosbeneficiarmos da melhor forma possível, de mais esta conquista do Homem naprocura da compreensão do meio em que vive. DSR/INPE 6-29 M.Kampel
  • 163. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASBiggs, D.C.; Müller-Karger, F.E. Ship and satllite observations of chlorophyll stocks in interacting cyclone-anticyclone eddy pairs in the western Gulf of Mexico. Journal of Geophysical Research, 99:7371-7384. 1994Clark, D.K. Phytoplankton pigment algorithm for the NIMBUS-7 CZCS. In: Gower, J.R.F., Ed., Oceanography from Space, New York, Plenum Press, 227-237. 1981Clarke, G.L.; Ewing, G.C.; Lorenzen, C.J. Spectra of backscattered light from the sea obtained from aircraft as a measure of chlorophyll concentration. Science, 167:1119-1121. 1970Gordon, H.R.; McCluney, W.R. Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing. Appl. Optics, 140:413-416. 1975Gregg, W.W.; Carder, K.L. A simple spectral solar irradiance model for cloudless - maritime atmospheres. Limnol. Oceanogr., 35(8):1657-1675. 1990Hooker, S.B.; McClain, C.R. The calibration and validation of SeaWiFS data. Progress in Oceanography, 45:427-465. 2000Laurs, R.M.; Brucks, J.T. Living marine resources applications. In: Advances in Geophysics, V.27, Saltzman, B., Ed., Academic Press, New York, 419- 452pp. 1985McClain, C.; Esaias, W.E.; Barnes, W.; Guenther, B.; Endres, D.; Hooker, S.B.; Mitchell, B.G.; Barnes, R. SeaWiFS calibration and validation Plan: In: Hooker, S.B.; Firestone, E.R., eds., SeaWiFS Technical Report Series, V.3 (NASA Technical Memorandum 104566). NASA, Washington, DC, 43p. 1992. DSR/INPE 6-30 M.Kampel
  • 164. Monger, B.; McClain, C.; Murtuguude, R. Seasonal phytoplancton dynamics in the eastern tropical Atlantic. J. Geph. Res., 102:12389-12411. 1997Peláez, J.; McGowan, J.A. Phytoplancton pigment patterns in the California Current as determined by satellite. Limnol. Oceanogr., 31(5):927-950. 1986Robinson, I.S. Satellite oceanography: an introduction for oceanographers and remote sensing scientists. West Sussex, England, Ellis Horwood, 1985. 455p.Santamaria-del-Angel, E.; Alavarez-Borrego, S.; Müller-Karger, F.E. Gulf of California biogeographics regions based on coastal zone color scanner imagery. J. Geph. Res., 99:7411-7422. 1994Sathyendranath, S.; Platt, T. The spectral irradiance field at the surface and in the interior of the Ocean: a model for applications in Oceanography and Remote Sensing. J. Geoph. Res., 93:9270-9280. 1988Smith, R.C.; Baker, K.S. The bio-optica state of ocean waters and remote sensing. Limnol. Ocenogr., 23(2):247-259. 1978Yentsch, C.S. The influence of phytoplankton pigments on the color of seawater. Deep-Sea Res., 7:1-17. 1959 DSR/INPE 6-31 M.Kampel
  • 165. CAPÍTULO 7 S E N S O R I A M E NT O R E M O T O APLICADO AOS ESTUDOS GEOLÓGICOS Stélio Soares Tavares Júnior∗ INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE∗ e.mail : stelio@ltid.inpe.brDSR/INPE 7-1 S.S.Tavares Jr
  • 166. DSR/INPE 7-2 S.S.Tavares Jr
  • 167. ÍNDICE1. FATORES CONSIDERADOS, QUANDO IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO SÃO UTILIZADAS EM APLICAÇÕES GEOLÓGICAS .................... 7-42. INTEGRAÇÃO DE DADOS................................................................................ 7-73. FOTOINTERPRETAÇÃO GEOLÓGICA ........................................................... 7-74. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 7-8DSR/INPE 7-3 S.S.Tavares Jr
  • 168. SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO AOS ESTUDOS GEOLÓGICOS1. FATORES CONSIDERADOS, QUANDO IMAGENS DE SENSORIAMENTOREMOTO SÃO UTILIZADAS EM APLICAÇÕES GEOLÓGICAS: Características do sistema sensor Litologia (tipos de rochas) Fisiografia da região Influência das variações sazonais refletidas na cobertura vegetal Influência das variações sazonais refletidas nos ângulos solares de elevação e azimute- Características do sistema sensora) Sistemas Ópticos• Resolução Espacial – imagens com resoluções espaciais adequadas contribuemde forma significativa para detecção de feições menores, que por muitas vezestornam-se importantes para a fotointerpretação geológica. Ex: cursos de água deordens inferiores e formas menores de relevo como aquelas produzidas pelosprocessos erosivos atuais como voçorocas, ravinas e cicatrizes de deslizamentos.• Resolução Espectral – a posição, largura e quantidade de bandas de umdeterminado sensor constituem importantes fatores para detecção de característicasparticulares de uma dada região. Por exemplo, algumas razões de bandas como aentre as bandas 5 e 7 do Landsat 5 - TM podem mostrar feições associadas a zonasde alteração hidrotermal, as quais, por sua vez, podem estar relacionadas aprocessos de enriquecimento mineral.DSR/INPE 7-4 S.S.Tavares Jr
  • 169. • Resolução Radiométrica – as variações nos níveis de cinza resultado dasensibilidade com que o sistema registra as mudanças de comportamento dos alvos,podem auxiliar na interpretação da variabilidade litológica.b) Sistema RadarA existência de sensores SAR com características distintas de comprimento deonda, polarização, resolução espacial e geometria de iluminação favorece a seleçãode imagens mais adequadas às aplicações geológicas. Esta seleção também develevar em consideração aspectos morfológicos do terreno como: rugosidade (macro esuperficial), umidade e orientação estrutural. Estes aspectos influenciam diretamentena aparência da imagem, por conseguinte interferem na qualidade e confiabilidadeda interpretação. Entre essas características dos sensores, ressalta-se a importânciado comprimento de onda e da geometria de iluminação, a qual é composta peloângulo de incidência e azimute de visada, e cujo conhecimento é considerado umfator indispensável na interpretação dos dados SAR, pois são importantes para orealce topográfico. Ângulos de incidência menores são adequados para terrenosplanos, enquanto os elevados são para áreas de relevo movimentado. Em termosgeológicos as feições de maior destaque, geralmente o trend estrutural principal daárea, são mais realçadas quando o azimute de visada é ortogonal às suas direções.Quanto ao comprimento de onda, terrenos planos com vegetação rala podemconfigurar uma superfície lisa para determinadas faixas de freqüência como a dabanda L, ocasionando um fraco sinal de retorno da REM à antena, após contato como terreno. Desse modo na imagem resultante predominam tons de cinza maisescuros. Por outro lado, em áreas de vegetação densa e relevo movimentado osinal de retorno é mais forte, produzindo uma imagem com melhor variação tonal.- Influência da LitologiaO mapeamento geológico parte do princípio que diferentes tipos de rochas, ou seusderivados do intemperismo, possuem comportamentos espectrais próprios. Osprincipais minerais de rochas ígneas possuem curvas de reflectâncias lisas,permitindo apenas a diferenciação entre félsicos e máficos. Entre as rochas areflectância decresce dos termos ácidos (pegmatitos e granitos) para os básicos eDSR/INPE 7-5 S.S.Tavares Jr
  • 170. ultrabásicos. Entre as rochas parcialmente alteradas nota-se comportamentosemelhante, apenas com um aumento relativo dos valores de reflectância. Emrochas totalmente alteradas considera-se o comportamento dos solos derivados.- Influência das condições fisiográficas da áreaA escolha adequada da banda espectral é fundamental para a obtenção de bonsresultados no mapeamento dos tipos de cobertura, inclusive a vegetal. Em regiõesde floresta densa, a alta reflectância na banda 4 do TM (0.76-0.9 µm) e a erosãodiferencial contribuem para análise estrutural e a discriminação litológica, pois aparte superior da floresta tende a acompanhar os traços do relevo regional, que porsua vez refletem a organização estrutural.Nas áreas de savana, outros intervalos espectrais, como o da banda 5 do TM (1.55-1.75 µm), podem fornecer uma imagem com melhor variação tonal, a qual estádiretamente associada às respostas espectrais da litologia e ou do solo, devido aomenor porte e maior espaçamento da distribuição da vegetação.- Influência das variações sazonais na cobertura vegetalEste fator influencia na intensidade com que a cobertura vegetal reflete os grandestraços geológicos e contribui para associações geobotânicas. Dessa forma, avegetação pode servir como parâmetro auxiliar no mapeamento geológico.Épocas de estações chuvosas, quando a vegetação encontra-se no seu vigormáximo, favorecem tanto a fotointerpretação dos traços estruturais como a análiseda associações geobotânicas sobre imagens de sensoriamento remoto,principalmente daquelas na faixa espectral do infravermelho próximo, onde afolhagem apresenta alta reflectância.Nas imagens de áreas com cobertura vegetal tipo savana, desenvolvida sobre solosde baixa fertilidade, mesmo na estação chuvosa, ela aparece em tons de cinza maisescuros nas bandas espectrais do infravermelho próximo, em relação as doinfravermelho médio. Essa diferença torna-se mais evidente nas imagens obtidas emépocas de estiagem, quando a vegetação encontra-se sob estresse hídrico. Nessecaso, as respostas espectrais podem estar diretamente associadas a variabilidadelitológica e ou pedológica.DSR/INPE 7-6 S.S.Tavares Jr
  • 171. - Influência das variações sazonais decorrentes dos ângulos solares de elevação eazimuteMenores ângulos de elevação solar produzem maior realce do relevo e permitemcom maior facilidade a identificação de lineamentos estruturais, porém em regiõesequatoriais esse ângulo pouco varia com a sazonalidade. Desse modo outrosparâmetros, como o azimute de iluminação solar, devem ser considerados. Assimjustifica-se a necessidade de análises multitemporais, as quais visem a seleção decenas, cuja o azimute solar seja o mais ortogonal possível com as orientaçõesestruturais, a fim de melhor realça-las.2. INTEGRAÇÃO DE DADOSAs técnicas de fundir dados provenientes de fontes diferentes (multifontes) vêmsendo amplamente utilizadas com intuito de gerar um produto final de boa qualidadevisual, para as análises quantitativas e qualitativas e para os procedimentos deinterpretação visual em geral, além de colaborar na redução de custos despendidosem trabalhos de campo. Desse modo a utilização dessas técnicas alcançou umavasta variedade de aplicações dentro do conjunto de disciplinas das Ciências daTerra.Em geral nas aplicações geológicas procura-se integrar dados de alta resoluçãoespacial que realcem aspectos morfológicos do terreno, como é o caso das imagensSAR, com dados que denotem aspectos do comportamento espectral dos materiaisconstituintes, ou seja, que estejam relacionados com a variação litológica, como é ocaso das imagens geofísicas de gamaespectrometria. Dentro das várias técnicasutilizadas destaca-se o método baseado na transformação para o espaço IHS.3. FOTOINTERPRETAÇÃO GEOLÓGICAO primeiro passo seguido na etapa de interpretação geológica consiste noreconhecimento na imagem dos elementos naturais da paisagem (drenagem erelevo). Esses desempenham papel fundamental no desenho da paisagem naturalda superfície terrestre, bem como suas disposições refletem a organizaçãoestrutural, a qual de uma forma geral exerce controle nas acumulações minerais. ADSR/INPE 7-7 S.S.Tavares Jr
  • 172. variação tonal é um outro elemento de imagem que merece destaque, por sercondicionada à reflectância dos alvos da superfície terrestre. Para os produtosintegrados multifontes considera-se a variação de matiz, a qual reflete ascaracterísticas (variação litológica) dos dados utilizados na fusão com o SAR ou comum produto derivado das imagens multiespectrais .O passo seguinte consiste em um exame cuidadoso do padrão de organizaçãodesses elementos, através da análise das propriedades de suas formas. A partirdesse exame individualiza-se na imagem vários setores com propriedades de texturae estrutura similares, os quais constituem as zonas homólogas. Os limites entreessas zonas podem ser bem definidos e corresponderem a contatos litológicos, istoocorre quando é marcado por uma quebra negativa de relevo, porém o mais comumé a passagem gradual ou difusa das propriedades dos elementos texturais.Caracterizadas as diversas formas de arranjo dos elementos texturais de drenageme relevo juntamente com o exame da variação tonal e ou de matiz, no caso deprodutos multifontes, é possível avaliar os significados geológicos, bem como definirunidades fotolitológicas e associa-las às litologias descritas em trabalhos anteriores.4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASAlmeida Filho, R. Elementos de análise e interpretação de imagens de sensoriamento remoto. [online]. http://www.inpe.br/obt/dsr/geologia. Ago. 2001.Santos, A. R.; Veneziani, P.; Paradella, W. R.; Morais, M. C. Radar aplicado ao mapeamento geológico e prospecção mineral: aplicações. São José dos Campos: INPE/ADIMB, 2000b. 103p.Veneziani, P. & Anjos, C. E. Metodologia de interpretação de dados de Sensoriamento Remoto e aplicações em Geologia. São José dos Campos: INPE, 1982. 54p. (INPE-2227-MD/014).DSR/INPE 7-8 S.S.Tavares Jr
  • 173. CAPÍTULO 8 SENSORIAMENTO REMOTO NO E S T U D O D A V E G E T A Ç Ã O: DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA F l á v i o J o r g e P o n z o n i1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE1 flavio@ltid.inpe.br
  • 174. DSR/INPE 8-2 F.J.Ponzoni
  • 175. ÍNDICELISTA DE FIGURAS ........................................................................................... 8.51. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 8-72. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA E A VEGETAÇÃO ............................ 8-83. INTERAÇÃO DA REM COM OS DOSSÉIS VEGETAIS .............................. 8-124. PARTICULARIDADES SOBRE A APARÊNCIA DA VEGETAÇÃO EM IMAGENS ORBITAIS .................................................................................. 8-155. DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICA ................................................ 8-176. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 8-27DSR/INPE 8-3 F.J.Ponzoni
  • 176. DSR/INPE 8-4 F.J.Ponzoni
  • 177. LISTA DE FIGURAS1 – SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA FOLHA MOSTRANDO OS POSSÍVEIS CAMINHOS DA LUZ INCIDENTE ............................................................... 8-102 – CURVA DE REFLECTÂNCIA TÍPICA DE UMA FOLHA VERDE ............. 8-113 – DOMÍNIO DA MATA ATLÂNTICA ............................................................ 8-194 – “OVERLAY” SOBRE A IMAGEM E O MAPA PRELIMINAR RESULTANTE DA INTERPRETAÇÃO............................................................................. 8.225 – CONTORNO DAS CARTA TOPOGRÁFICAS NA ESCALA 1:250.000 SOBRE O DOMÍNIO DA MATA ATLÂNTICA .......................................... 8-236 – COMPOSIÇÕES COLORIDAS UTILIZADAS NOS MAPEAMENTOS DE 1985-90 (A) E 1990-95 (B) ........................................................................ 8-25DSR/INPE 8-5 F.J.Ponzoni
  • 178. DSR/INPE 8-6 F.J.Ponzoni
  • 179. 1. INTRODUÇÃOComo foi apresentado nos capítulos anteriores, as técnicas de SensoriamentoRemoto se fundamentam em um processo de interação entre a RadiaçãoEletromagnética e os diferentes objetos que se pretende estudar. A aplicaçãodessas técnicas é viabilizada através do cumprimento de diversas etapas queincluem a interação em si, caracterizada principalmente pelo fenômeno dereflexão da radiação, a coleta de dados e seu registro através de um sensor e aanálise desses dados com o objetivo de extrair as informações pretendidas de umdado objeto.Assim como para o estudo da maioria dos recursos naturais, a aplicação dastécnicas de sensoriamento remoto para o estudo da vegetação têm quatrodiferentes níveis possíveis de coleta de dados: em laboratório, em campo, nonível de aeronave e no nível orbital. Em laboratório, utilizam-se radiômetros aosquais podem ser acoplados acessórios que permitem a coleta e o registro daradiação refletida de folhas e demais órgãos das plantas, bem como de conjuntosde plantas visando identificar possíveis alterações na forma como esses órgãosinteragem com a radiação eletromagnética. Em campo, novamente radiômetrossão utilizados, os quais são normalmente posicionados a alguns metros acima deum plantio agrícola ou do topo de um dossel florestal com objetivo semelhanteàquele mencionado para a análise dos dados coletados em laboratório. No nívelde aeronave, diferentes sensores podem ser utilizados concomitantemente nageração de curvas espectrais ou de imagens. Finalmente no nível orbital é que seconcentram as aplicações mais comumente divulgadas na comunidade em geral,as quais incluem a geração e utilização de imagens pictóricas na elaboração demapas temáticos e/ou na avaliação espectral da cobertura vegetal de extensasáreas da superfície terrestre.Neste capítulo abordamos os princípios que fundamentam os estudos davegetação através da aplicação de técnicas de sensoriamento remoto.Adicionalmente apresentamos um exemplo de mapeamento da vegetação nodomínio da Mata Atlântica, que vem sendo realizado com bastante sucesso.DSR/INPE 8-7 F.J.Ponzoni
  • 180. 2. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA E A VEGETAÇÃONo nível de coleta de dados em laboratório comumente são consideradas asfolhas, partes de plantas ou até alguns arranjos de plantas, dos quais sãocoletados dados radiométricos com o objetivo de caracterizar espectralmentefenômenos e/ou aspectos relacionados ao processo de interação entre a radiaçãoeletromagnética (REM) e a vegetação. Em campo, os dados podem ser coletadosdiretamente das folhas ou através de dispositivos como plataformas (móveis oufixas), teleféricos, etc; que permitem a colocação dos sensores imediatamenteacima dos dosséis vegetais segundo as mais diferentes disposições. Na coleta dedados em aeronave, estão incluídas as máquinas fotográficas, os radiômetros eos sensores eletro-ópticos, assim como no nível orbital.A principal motivação dos estudos em vegetação envolvendo a aplicação dastécnicas de sensoriamento remoto, fundamenta-se na compreensão da“aparência” que uma dada cobertura vegetal assume em um determinado produtode sensoriamento remoto, a qual é fruto de um processo complexo que envolvemuitos parâmetros e fatores ambientais. Há de se considerar que um dossel éconstituído por muitos elementos da própria vegetação, como folhas, galhos,frutos, flores, etc. Um fluxo de radiação incidente sobre qualquer um desteselementos estará sujeito a dois processos: espalhamento e absorção. O processode espalhamento, por sua vez, pode ser dividido em dois sub-processos: reflexãoe transmissão através do elemento. O destino do fluxo radiante incidente sobreum destes elementos é então dependente das características do fluxo(comprimentos de onda, ângulo de incidência e polarização) e das característicasfísico-químicas destes mesmos elementos.De todos os elementos constituintes da vegetação, a folha constitui o principaldeles quando se considera o processo de interação descrito. Para uma melhorcompreensão das características de reflectância da REM incidente sobre umafolha é necessário o conhecimento de sua composição química, principalmentetipo e quantidade de pigmentos fotossintetizantes, e de sua morfologia interna(distribuição e quantidade de tecidos, espaços intercelulares, etc). Uma folhatípica é constituída de três tecidos básicos que são: epiderme, mesófiloDSR/INPE 8-8 F.J.Ponzoni
  • 181. fotossintético e tecido vascular. A folha é então coberta por uma camada decélulas protetoras epidérmicas, na qual muitas vezes desenvolve-se uma fina erelativamente impermeável superfície externa. Abaixo da epiderme encontra-se omesófilo fotossintético, o qual por sua vez é freqüentemente subdividido numacamada ou em camadas de células paliçádicas alongadas, arranjadasperpendicularmente à superfície da folha, que formam o parênquima. As célulasdo parênquima são ocupadas por seiva e protoplasma.Esparsos através do mesófilo estão os espaços intercelulares cheios de ar, osquais se abrem para fora através dos estômatos. Esta rede de passagens de arconstitui a via de acesso pela qual o CO2 alcança as células fotossintéticas e o O2liberado na fotossíntese retorna à atmosfera externa. Uma terceira característicaestrutural da folha é o tecido vascular. A rede de tecidos do sistema vascular nãoserve somente para suprir a folha com água e nutrientes do solo, mas tambémconstitui a passagem pela qual fluem os produtos da fotossíntese que sãoproduzidos na folha, para as demais partes da planta. As estruturas das célulasque compõem os três tecidos das folhas são muito variáveis, dependendo daespécie e das condições ambientais.O comportamento espectral de uma folha é função de sua composição,morfologia e estrutura interna. Desde que as características da folha sãogeneticamente controladas, existirão portanto diferenças no comportamentoespectral entre grupos geneticamente distintos.Levando em consideração o conceito da reflectância interna numa folha e osconhecimentos do espectro de absorção da clorofila, Willstatter e Stoll (1918),desenvolveram uma teoria sobre a trajetória da REM dentro de uma folha, a qualé válida até hoje. Os autores basearam sua teoria na estrutura interna das folhase na reflectância potencial das superfícies. Segundo eles, a trajetória da REM sedaria ao longo de vários meios, sendo estes compostos pela água, ar,membranas celulares, etc. Um mesmo feixe de radiação poderia passar, porexemplo, através de uma camada de água, que possui um índice de refração de1,33, e em seguida atravessar um espaço preenchido com ar, que possui umíndice de refração igual a 1. Além desta variação nos índices de refração dosDSR/INPE 8-9 F.J.Ponzoni
  • 182. diversos meios a serem atravessados, foi considerado que as células dos tecidosfoliares, principalmente do mesófilo esponjoso, possuem uma estrutura irregular,sendo orientada espacialmente sob diversos ângulos. Willstatter e Stoll (1918)imaginaram as possíveis trajetórias da REM dentro de uma folha, como mostra aFigura 1.Uma pequena quantidade de luz é refletida das células da camada superficial. Amaior parte é transmitida para o mesófilo esponjoso, onde os raios incidemfreqüentemente nas paredes celulares, sendo refletidos se os ângulos deincidência forem suficientemente grandes. Esta reflexão múltipla éessencialmente um processo aleatório no qual os raios mudam de direção dentroda folha. Dado o grande número de paredes celulares dentro da folha, algunsraios são refletidos de volta, enquanto outros são transmitidos através da folha. Aespessura da folha é fator importante no caminho da REM, já que geralmente atransmitância é maior do que a reflectância para folhas finas, mas o inversoacontece com folhas grossas. Fig. 1-Seção transversal de uma folha mostrando os possíveis caminhos da luz incidente. Fonte: Gates et al . (1965)DSR/INPE 8-10 F.J.Ponzoni
  • 183. A curva de reflectância característica de uma folha verde sadia é mostrada naFigura 2. Os comprimentos de onda relativos ao ultravioleta não foramconsiderados, porque uma grande quantidade dessa energia é absorvida pelaatmosfera e a vegetação não faz uso dela. Fig. 2-Curva de reflectância típica de uma folha verde. Fonte: Novo (1989)A região compreendida entre 400 nm a 2600 nm pode ser dividida em três áreas: 5. região do visível (400 nm a 700 nm); b) região do infravermelho próximo (700 nm a 1300 nm); c) região do infravermelho médio (1300 nm a 2600 nm).Os principais aspectos relacionados ao comportamento espectral da folha, emcada uma destas regiões são: 5. região do visível: Nesta região os pigmentos existentes nas folhas dominam a reflectância espectral. Estes pigmentos, geralmente encontrados nos cloroplastos são: clorofila (65%), carotenos (6%), e xantofilas (29%). Os valores percentuais destes pigmentos existentes nas folhas podem variar grandemente de espécie para espécie. A energia radiante interage com a estrutura foliar por absorção e por espalhamento. A energia é absorvida seletivamente pela clorofila e é convertida em calor ou fluorescência, e também convertida fotoquimicamente em energia estocada na forma de componentes orgânicos através da fotossíntese;DSR/INPE 8-11 F.J.Ponzoni
  • 184. b) região do infravermelho próximo: Nesta região existe uma absorçãopequena da REM e considerável espalhamento interno na folha. A absorção daágua é geralmente baixa nessa região. A reflectância espectral é quase constantenessa região. Gates et al. (1965) determinam que a reflectância espectral defolhas nessa região do espectro eletromagnético é o resultado da interação daenergia incidente com a estrutura do mesófilo. Fatores externos à folha, comodisponibilidade de água por exemplo, podem causar alterações na relação água-ar no mesófilo, podendo alterar a reflectância de uma folha nesta região. Demaneira geral, quanto mais lacunosa for a estrutura interna foliar, maior será oespalhamento interno da radiação incidente, e consequentemente, maior serátambém a reflectância; c) região do infravermelho médio: A absorção devido à água líquidapredomina na reflectância espectral das folhas na região do infravermelhopróximo. Considerando a água líquida, esta apresenta na região em torno de2000 nm, uma reflectância geralmente pequena, sendo menor do que 10% paraum ângulo de incidência de 65o e menor do que 5% para um ângulo de incidênciade 20º A água absorve consideravelmente a REM incidente na região espectralcompreendida entre 1300 nm a 2000 nm. Em termos mais pontuais, a absorçãoda água se dá em 1100 nm; 1450 nm; 1950 nm; 2700 nm e 6300 nm.3. INTERAÇÃO DA REM COM OS DOSSÉIS VEGETAISTodas as discussões apresentadas até o momento referiram-se ao estudo daspropriedades espectrais de folhas isoladas, mas a aplicação das técnicas desensoriamento remoto no estudo da vegetação, inclui a necessidade decompreender o processo de interação entre a REM e os diversos tiposfisionômicos de dosséis (florestas, culturas agrícolas, formações de porteherbáceo, etc).Uma vez que a folha é o principal elemento da vegetação sob o ponto de vista doprocesso de interação com a REM, espera-se que muito do que foi expostoreferente às características de reflectância das folhas, também seja válido para osdosséis. De fato, quando comparadas as curvas de reflectância de uma folhaDSR/INPE 8-12 F.J.Ponzoni
  • 185. verde sadia com as medições espectrais de dosséis, estas apresentam formasmuito semelhantes. Essa semelhança permite que os padrões de reflectânciaapresentados pelos dosséis vegetais em imagens multiespectrais possam serprevistos. Assim, por exemplo, espera-se que em imagens referentes à região dovisível os dosséis apresentem tonalidade escura devido à baixa reflectância daREM, em função da ação dos pigmentos fotossintetizantes; em imagens da regiãodo infravermelho próximo, estes mesmos dosséis deverão apresentar-se comtonalidade clara e em imagens do infravermelho médio espera-se tons de cinzaintermediários entre o escuro das imagens do visível e o claro daquelas doinfravermelho próximo.A distribuição espacial dos elementos da vegetação, bem como a suasdensidades e orientações, definem a arquitetura da vegetação. A distribuiçãoespacial depende de como foram arranjadas as sementes no plantio (no caso devegetação cultivada), do tipo de vegetação existente e do estágio dedesenvolvimento das plantas. Em vários modelos de reflectância da vegetaçãoum dossel é considerado como sendo composto por vários sub-dosséis,arranjados regularmente no solo (plantios em fileiras, por exemplo) ou arranjadosaleatoriamente, segundo uma distribuição específica. Para um dossel ou sub-dossel homogêneo, assume-se que a densidade dos elementos da vegetação éuniforme, o que é caracterizado pelo Índice de Área Foliar (IAF), que representa arazão entre a área do elemento e a área no terreno. O IAF é um dos principaisparâmetros da vegetação e é requerido em modelos de crescimento vegetal e deevapotranspiração; é ainda relacionado à biomassa.Outro parâmetro que define a arquitetura do dossel é a Distribuição Angular Foliar(DAF). É caracterizada por uma função de densidade de distribuição f(θl, ϕ l), ondeθl e ϕl são a inclinação e o azimute da folha, respectivamente. Por conseguinte f(θl,ϕ l) dθl dϕl é a fração de área foliar sujeita aos ângulos de inclinação θl e θl +dθl, e osângulos azimutais ϕl e ϕl +dϕl. A DAF varia consideravelmente entre os tipos devegetação. Os dosséis são normalmente descritos por um dos seguintes seistipos de distribuições: planófila, erectófila, plagiófila, extremófila, uniforme eesférica.DSR/INPE 8-13 F.J.Ponzoni
  • 186. Estes parâmetros arquitetônicos afetam qualitativamente a reflectância davegetação. Na região do visível, uma vez que muito da energia incidente sobreuma folha é absorvida, com o aumento do número de folhas, isto é, com oaumento do IAF, mais e mais energia será absorvida pela vegetação. Assim que oIAF atingir um determinado valor (aproximadamente compreendido entre 2 e 3),muito da radiação incidente é interceptada e absorvida pelas folhas e umpermanente aumento do IAF não influenciará a reflectância da vegetação. Porconseguinte, a reflectância na região do visível decresce quase queexponencialmente com o aumento do IAF até atingir um valor próximo de 0,quando o IAF assume valores entre 2 e 3. Na região do infravermelho próximo,uma vez que a absorção é mínima, o aumento do IAF implica no aumento doespalhamento e no conseqüente aumento da reflectância da vegetação, até que oIAF atinja valores compreendidos entre 6 e 8.Um dos efeitos da DAF sobre a reflectância da vegetação refere-se à suainfluência na probabilidade de falhas através do dossel como uma função dosângulos zenital solar e de visada.A orientação das fileiras de uma cultura agrícola, por exemplo, exerce menosinfluência na região do infravermelho do que na região do visível devido ao menorefeito das sombras, uma vez que as folhas são praticamente transparentes nestaregião espectral.Um outro efeito da arquitetura do dossel sobre sua reflectância ocorre quando oselementos da vegetação não se encontram uniformemente distribuídos. Supondoque ao invés de estarem uniformemente distribuídas no dossel, as folhasestivessem agrupadas, este agrupamento apresentaria dois efeitos principais: eleaumentaria a probabilidade de ocorrência de lacunas através de toda a extensãodo dossel, que por sua vez, aumentaria a influência do espalhamento doselementos deste mesmo dossel, localizados nas camadas mais próximas ao solo.DSR/INPE 8-14 F.J.Ponzoni
  • 187. 4. PARTICULARIDADES SOBRE A APARÊNCIA DA VEGETAÇÃO EM IMAGENS ORBITAISUm dossel vegetal apresenta valores de reflectância relativamente baixos naregião do visível, devido à ação dos pigmentos fotossintetizantes que absorvem aREM para a realização da fotossíntese. Isto é evidenciado pela tonalidade escuranas imagens obtidas nesta região. Nas imagens da região do infravermelhopróximo verifica-se que estes valores apresentam-se elevados devido aoespalhamento interno sofrido pela REM em função da disposição da estruturamorfológica da folha, aliado ainda ao espalhamento múltiplo entre as diferentescamadas de folhas. Finalmente, no infravermelho médio tem-se uma nova quedadestes valores, devido a presença de água no interior da folha. De fato, estesfatores influentes não atuam isoladamente. Em cada uma das regiões espectraistodos os fatores exercem sua influência concomitantemente. Assim, por exemplo,os níveis baixos de reflectância na região do visível, esperados para umacobertura vegetal, não se devem exclusivamente à absorção dos pigmentosexistentes nas folhas, mas também às sombras que se projetam entre as folhas,as quais são dependentes da geometria de iluminação, da Distribuição Angulardas Folhas (DAF) e da rugosidade do dossel em sua camada superior (topo dodossel). Sobre esses efeitos discorreremos oportunamente.Vale salientar que o que é efetivamente medido pelo sensor colocado em órbitaterrestre é a radiância espectral. Como cada sensor de cada banda espetral, naqual tal sensor é apto a coletar a REM refletida pelos objetos possui sua própriasensibilidade, isso implica num “desbalanceamento” entre as radiânciasespectrais medidas. Esse desbalanceamento pode ocasionar diferenças de brilhode um mesmo objeto entre as bandas, ora subestimando-o, ora superestimando-ºIsso pode explicar, por exemplo, que apesar da queda da reflectância davegetação verificada na região espectral do infravermelho médio não ser muitoacentuada em relação à região do infravermelho próximo, no caso da coberturavegetal, a tonalidade escura numa imagem do infravermelho médiofreqüentemente é mais intensa do que aquela verificada em uma imagem dovisível. Alia-se a este fato a maior interferência da atmosfera nas regiões doDSR/INPE 8-15 F.J.Ponzoni
  • 188. visível em relação ao infravermelho que tende a deixar ligeiramente “mais claros”os dosséis vegetais nas imagens do visível.Mesmo ciente destas influências, é comum o intérprete de imagens orbitaisinteressado em extrair informações sobre a cobertura vegetal, procurar associaros padrões apresentados por esta diretamente com suas característicasestruturais (parâmetros biofísicos). De fato, como foi apresentado nos itensanteriores, essa associação é possível, mas existem algumas particularidadesque devem ser consideradas. Por exemplo: é esperado que à medida que umadeterminada cobertura vegetal aumenta sua densidade, os valores de reflectânciaespectral referentes à região do visível apresentem uma diminuição quaseexponencial, enquanto que para a região do infravermelho próximo estesapresentam aumento também quase exponencial, até que sejam atingidos seusrespectivos pontos de saturação (IAF=2 ou 3 para a região do visível e IAF=6 ou8, para a região do infravermelho próximo).Dependendo da arquitetura (forma e distribuição espacial dos indivíduosconstituintes do dossel) assumida em cada uma das fases de desenvolvimentodessa cobertura vegetal, esse efeito pode ou não ser constatado, podendo ser“mascarado” pelo efeito de outros fatores/parâmetros, principalmente participaçãodo solo e sombreamento entre os próprios elementos da vegetação (folhas,galhos e troncos, principalmente). Assim, em uma imagem do infravermelhopróximo, uma floresta perenifólia, bem densa, com um IAF muito elevado, poderáassumir um brilho mais escuro do que um plantio jovem de Eucalyptus spp., quepossuiria um IAF bem menos elevado. Em tal floresta, a existência de diferentesestratos (camadas) horizontais, com os indivíduos dominantes projetando suascopas acima de uma cota média do dossel, poderia acarretar o sombreamentodaqueles que se posicionariam imediatamente abaixo, o que implicaria nadiminuição da irradiância nos estratos inferiores e, conseqüentemente, nadiminuição da radiância medida pelo sensor orbital, o que por sua vez implicariano “escurecimento” do dossel da floresta em relação ao de Eucalyptus spp, quenão possuiria estratos e portanto o sombreamento entre seus elementosconstituintes seria bem menor. Evidentemente que esse efeito será tanto maiorDSR/INPE 8-16 F.J.Ponzoni
  • 189. quanto maior for o ângulo de incidência solar, uma vez que o sombreamento éproporcional a esse ângulo.Para o caso do solo, sua participação também é dependente do ângulo deiluminação e desta vez de maneira inversa, ou seja, quanto maior for o ângulo deincidência, é esperada uma menor participação do solo.Cada dossel, em particular, possui suas características próprias e desenvolve-seem diferentes tipos de solos sob diferentes condições ambientais. Não há comoprever todas as possibilidades, tentar elencá-las, relacionando-as a possíveispadrões em imagens orbitais. Assim como acontece com qualquer outro objeto deestudo à luz das técnicas de sensoriamento remoto, são inerentes as chamadasambigüidades nas quais efeitos de diferentes fatores/ parâmetros podem assumirvalores iguais de radiância, o que implicará em uma “mesma” aparência nasimagens, mesmo em se tratando de diferentes coberturas vegetais. Cabe aointérprete estar preparado para conviver com estas limitações e extrair dosprodutos de sensoriamento remoto o máximo de informação confiável.5. DIAGNOSTICANDO A MATA ATLÂNTICAVaga no inconsciente e até no consciente das pessoas, a noção de que osrecursos naturais vêm se tornando escassos e que a humanidade precisaaprender rapidamente a utilizar com racionalidade esses recursos, sob pena decomprometer a sobrevivência das gerações futuras. Contudo, nem sempre essanoção é fruto da análise racional conduzida sobre dados concretos, gerados apartir da aplicação de metodologias cientificamente fundamentadas.A partir de meados da década de 80, iniciou-se no país uma intensa mobilizaçãoda sociedade civil pela preservação da Mata Atlântica. O movimentoambientalista, no entanto, contava com poucas informações consistentes sobre aárea original, a dimensão, a distribuição espacial, a estrutura e a situação dosremanescentes florestais do bioma. Com o objetivo de suprir essas lacunas, semo que não seria possível traçar ações efetivas de conservação, a Fundação SOSMata Atlântica e o INPE, em parceria com o Instituto Brasileiro de Meio Ambientee dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), concluíram o "Atlas dosDSR/INPE 8-17 F.J.Ponzoni
  • 190. Remanescentes Florestais do Domínio da Mata Atlântica" em 1990. Primeiromapeamento da Mata Atlântica realizado no País a partir da análise de imagensde satélite, incluiu, além das fisionomias florestais, os ecossistemas associados,na escala 1:1.000.000, determinando sua área original e estabelecendo umareferência inicial para o desenvolvimento de novos estudos. A escala adotadaneste primeiro trabalho apresentou limitações para estudos mais detalhados, poisalgumas unidades de pequena extensão não puderam ser mapeadas e polígonosde remanescentes descontínuos foram agrupados. Em função dessas limitaçõese motivados em adquirir informações mais precisas, a Fundação SOS MataAtlântica e o INPE iniciaram um novo mapeamento em 1990 que originou o “Atlasda Evolução dos Remanescentes Florestais e Ecossistemas Associados noDomínio da Mata Atlântica - Período 1985-1990”, o trabalho foi concluído em 1993e permitiu avaliar a dinâmica dos remanescentes florestais e de ecossistemasassociados da Mata Atlântica em 10 Estados, da Bahia ao Rio Grande do Sul.Foram utilizadas técnicas de interpretação visual de imagens TM/Landsat, naescala 1:250.000, levantamentos de campo e análise por especialistas paraaferição dos dados.Diante dos resultados obtidos, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaramuma nova atualização de dados, analisando a dinâmica do bioma entre 1990-1995. Esta etapa abrangeu todos os Estados da fase anterior, com exceção daBahia devido a não disponibilidade de imagens livres de nuvens, e váriosaprimoramentos foram incorporados, graças ao avanço tecnológico verificado, oque permitiu uma melhor visualização das classes mapeadas e deu,conseqüentemente, uma maior confiabilidade aos dados gerados. Outroaperfeiçoamento importante foi a inclusão de uma avaliação estatística,supervisionada pelo INPE, que apontou o índice de exatidão global domapeamento dos Estados do Espírito Santo e de Santa Catarina.Além dos aprimoramentos anteriormente citados, o Instituto Socioambiental, como qual a Fundação SOS Mata Atlântica assinou convênio em 1995, digitalizou oslimites das fisionomias vegetais que compõem o Domínio da Mata Atlântica(Figura 3), segundo a terminologia e os critérios estabelecidos pela FundaçãoInstituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e os limites de algumasDSR/INPE 8-18 F.J.Ponzoni
  • 191. Unidades de Conservação federais e estaduais. Com base nestes dados, foipossível avaliar a dinâmica da Mata Atlântica de forma mais precisa e localizada,permitindo a definição de políticas de conservação mais objetivas e coerentescom cada situação. Este aperfeiçoamento permitiu, ainda, que os dados sobre asformações florestais da Mata Atlântica fossem separados dos dados de outrosbiomas, principalmente savana e estepe, que na etapa anterior estavam incluídosno cômputo geral. Figura 3 – Domínio da Mata AtlânticaEm meados de 1999, a SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram a concepção deum novo mapeamento, agora referente ao período 1995-2000, no qual foramincluídas várias inovações metodológicas, fruto do aprimoramento de máquinas ede aplicativos disponíveis.DSR/INPE 8-19 F.J.Ponzoni
  • 192. Mas afinal, como esses mapeamentos são feitos? Em que critérios sefundamentam e que tipo de produtos são utilizados? O que se pode afirmar sobrea sua confiabilidade?Antes de aprofundarmos mais sobre as questões metodológicas, é necessáriocompreender primeiramente o papel de cada instituição envolvida. A FundaçãoSOS Mata Atlântica age como uma espécie de cliente que tem necessidades epara atendê-las, procura outra instituição que julga ter alguma competênciaespecífica. Para o caso de sua relação com o INPE, a Fundação SOS MataAtlântica espera obter toda a orientação técnico-científica que garanta aosresultados dos mapeamentos o máximo de confiabilidade possível. Nessesentido, o INPE assume a coordenação técnica dos trabalhos, estabelecendoentão todos os procedimentos metodológicos a serem conduzidos, porém nãopode, devido às suas diretrizes institucionais, elaborar os mapeamentospropriamente ditos, cabendo estes a empresas do setor aeroespacial que foramescolhidas mediante licitações. Mesmo assim, o INPE acompanha passo a passotodos os processos envolvidos nos mapeamentos, interferindo quandonecessário.Mesmo para aqueles pouco familiarizados com mapeamentos de grandesextensões da superfície terrestre, deve ser suficientemente fácil compreender queestes não são elaborados sem a utilização de alguma ferramenta que possibilite aobservação instantânea de uma dada porção dessa superfície, como acontece,por exemplo com fotografias aéreas ou imagens de satélite. Nessesmapeamentos específicos que estamos tratando, foram utilizadas imagens dosensor Thematic Mapper do satélite Landsat 5, as quais podem serdisponibilizadas em duas formas básicas: a analógica e a digital. Na analógica aimagem é materializada em papel, assumindo a aparência de uma grandefotografia, cujo tamanho é dependente da escala de trabalho. Por exemplo: se aescala de trabalho fosse definida como 1:100.000, essas imagens ficariammaterializadas em papel fotográfico de aproximadamente 1,20 x 1,20m, enquantose a escala fosse de 1:250.000, essas dimensões passariam paraaproximadamente 90 x 90 cm. Na forma digital, a imagem é disponibilizadaeletronicamente através de diferentes meios, sendo o mais usual atualmente oDSR/INPE 8-20 F.J.Ponzoni
  • 193. CDROM. Mas os primeiros mapeamentos não contavam com as imagens emformato digital, nem com aplicativos que permitissem maior facilidade namanipulação dos dados. Então, todo o trabalho era feito sobre as imagens emformato analógico. Vamos aqui descrever os procedimentos adotados nos trêsúltimos mapeamentos realizados, uma vez que foram neles que se verificaram osmaiores aprimoramentos metodológicos.O mapeamento que se seguiu àquele desenvolvido na escala 1:1.000.000, foirealizado no início da década de 90 sobre imagens orbitais datadas do final dedécada de 80 disponibilizadas na escala 1:250.000 (imagens analógicas). Alegenda desse mapeamento foi assim definida: Remanescentes Florestais,Remanescentes de Restinga, Remanescentes de Mangue. Em RemanescentesFlorestais estariam incluídas todas as formações florestais, mesmo aquelas queapresentariam baixos índices de degradação e outras em estágios sucessionaisavançados (capoeiras), excluindo somente os reflorestamentos (jovens e adultos).Remanescentes de Restinga seriam todas as formações florestais acorrentespróximas ao mar e preferencialmente abaixo da cota topográfica de 20m. Valesalientar que nem todo o Estado da Federação trata o termo Restinga comosendo uma formação florestal. Dessa forma, procurou-se adequar osmapeamentos para cada Estado, procurando não ferir os critérios regionaisexistentes. Remanescentes de Mangue foram consideradas aquelas formaçõesarbóreo-arbustivas localizadas em canais de drenagem sob influência marítima.Uma vez definida essa legenda, a qual é perfeitamente compatível com a escala1:250.000, restava ainda definir quais imagens utilizar, ou seja, quais, entre asdiversas imagens geradas pelo sensor Thematic Mapper serviriam para identificaros itens da legenda estabelecida. Para tanto, foi considerado o processo deinteração entre a radiação eletromagnética e a vegetação descrito anteriormente(Figura 1).A alternância de tons claros e escuros da aparência da vegetação nas diferentesimagens torna possível a elaboração das chamadas composições coloridas, quenada mais são do que superposições de três diferentes imagens (provenientes deregiões espectrais diferentes, mas da mesma porção da superfície terrestre)DSR/INPE 8-21 F.J.Ponzoni
  • 194. sobre as quais são aplicados filtros coloridos com as cores primárias (vermelho,verde e azul) para cada imagem. Como resultado, a paisagem analisada assumecores dando uma aparência como de uma fotografia colorida.No mapeamento em questão, foram utilizadas imagens da região do vermelho(visível), do infravermelho próximo e do infravermelho médio, sendo que cadauma delas recebeu os filtros azul, verde e vermelho, respectivamente. Essadistribuição de imagens e filtros permitiu que a vegetação assumisse tonalidadesesverdeadas nas composições coloridas, o que facilitou e muito o trabalho dosintérpretes, que naquela época não estavam familiarizados em observar avegetação em outra cor senão aquela que quotidianamente estavamacostumados a observar (verde).Mas quantas composições foram elaboradas? Foram elaboradas pelo INPE 104composições coloridas de forma a abranger todo o Domínio da Mata Atlântica, asquais eram distribuídas para empresas do setor privado que se incumbiam deelaborar o mapeamento. Já nessas empresas então, sobre cada uma dessas 104composições coloridas era colocado o que chamamos de “overlay” que é umpapel polyester, relativamente transparente sobre o qual o intérprete procede ainterpretação propriamente dita (Figura 4). Figura 4 – “Overlay” sobre a imagem e o mapa preliminar resultante da interpretação. FONTE:http://sputnik.dpi.inpe.br:1910/col/dpi.inpe.br/banon/2000/09.12.17.24/doc/amz1998_1999/pagina6. htmDSR/INPE 8-22 F.J.Ponzoni
  • 195. Nesse “overlay” eram demarcados também os limites das cartas topográficas naescala 1:250.000, que em última análise são consideradas as unidades demapeamento (Figura 5) que totalizavam 114 cartas topográficas e também eramdemarcados os pontos de controle, que eram cruzamentos de estradas ou riosque podiam ser facilmente visualizados nas cartas topográficas e nas imagens eserviriam para posicionar geograficamente o mapa gerado mediante a utilizaçãode algoritmos específicos implementados em computadores. Nessa escala demapeamento, 25 ha foi definido como área mínima de mapeamento.Figura 5 – Contorno das carta topográficas na escala 1:250.000 sobre o Domínio da Mata Atlântica.Era constituída então uma equipe de três a quatro intérpretes, liderados por outrocom maior experiência que se incumbia de efetuar a homogeneização dasinterpretações, ou seja, cuidava para que houvesse um mínimo de diferençasentre as interpretações, uma vez que a interpretação propriamente dita é umaDSR/INPE 8-23 F.J.Ponzoni
  • 196. atividade puramente intuitiva e de caracter subjetivo. Como conseqüência, cadaintérprete tem seus próprios critérios no momento da definição da natureza deuma dado polígono mapeado, bem como de seus limites. No caso de dúvidas, umtécnico do INPE era chamado para que este tomasse uma decisão específica,assumindo então todas as conseqüências dessa decisão. Uma vez concluídaessa etapa de interpretação, os “overlays” eram novamente analisadosprocurando identificar inconsistências de interpretação e em seguida estes eramdigitalizados e introduzidos em um Sistema de Informação Geográfica (SIG). Eraimpressa uma prova de cada uma das 114 cartas topográficas, agora contendosomente o conteúdo temático (mapa contendo os polígonos fruto dainterpretação) para uma nova averiguação de inconsistências. Essas provas eramenviadas a consultores em cada Estado para que estes procedessem a umaanálise crítica do mapeamento realizado. Esses consultores eram basicamenteprofissionais do mundo acadêmico ou não, com comprovada experiência noestudo da Mata Atlântica e de seus ecossistemas associados.Depois da intervenção dos consultores, cada carta era novamente analisada,procurando corrigir possíveis erros de interpretação e procedia-se a elaboraçãodos mapas finais. A partir dessa etapa, as áreas de cada tema da legenda eramdeterminadas através de funções específicas do SIG utilizado. Todo esseprocesso descrito para o primeiro mapeamento na escala 1:250.000 consumiu emmédia 2 anos para ser concluído.A atualização do atlas gerado nesse mapeamento foi elaborada em meados dadécada de 90, segundo uma metodologia muito semelhante àquela descrita,diferenciando-se somente na utilização de composições coloridas ligeiramentediferentes. A diferença verificou-se na substituição dos filtros coloridos vermelho everde que passaram a ser atribuídos às imagens do infravermelho próximo emédio, respectivamente e na aplicação de contrastes lineares às imagens, o queimplicou em uma melhor discriminação visual de feições da superfície terrestrenas composições geradas. Nesse mapeamento, a escala de 1:250.000 foimantida, bem como todos os procedimentos e critérios utilizados na interpretação.A Figura 6 mostra um exemplo de uma mesma cena, referente às cercanias daDSR/INPE 8-24 F.J.Ponzoni
  • 197. Baia da Guanabara, observada em composições coloridas como aquelasutilizadas em ambos os mapeamentos. a bFigura 6 – Composições coloridas utilizadas nos mapeamentos de 1985-90 (a) e 1990-95 (b).Outra implementação importante foi a estimativa de Exatidão de MapeamentoGlobal, que é fundamentada no confronto entre os mapas gerados e informaçõesprovenientes do campo. Para tanto, são sorteados aleatoriamente um certonúmero de pontos a serem visitados em campo. Esses pontos recaem sobre omapa sobre polígonos cujas naturezas e posicionamento espacial foramestabelecidos pelos intérpretes. Uma equipe responsável pelo trabalho de campovisita cada um dos pontos selecionados e averigua se de fato a decisão dointérprete sobre a natureza do polígono interpretado foi correta. Os resultados sãoorganizados de tal forma a permitir o cálculo de um valor percentual que expressaa confiabilidade dos mapas gerados. Por exemplo: se encontramos um valor deExatidão de Mapeamento de 80%, isso significa que temos 80% de chance deque um polígono identificado como Remanescente Florestal no mapa, sejarealmente esse tema em campo. Essa iniciativa foi muito bem recebida pelacomunidade científica que anteriormente a ela, não dispunha de qualquerinformação sobre a qualidade dos mapas gerados. Essa atualização consumiutambém aproximadamente 2 anos para ser concluída.DSR/INPE 8-25 F.J.Ponzoni
  • 198. No início do ano 2000, a Fundação SOS Mata Atlântica e o INPE iniciaram aatualização desse segundo atlas, agora para o período 95-2000. Nessemapeamento foram verificados vários aprimoramentos metodológicos queincluíram o georreferenciamento prévio das imagens que então foramdisponibilizadas em formato digital. Esse georreferenciamento possibilitou aeliminação de uma das etapas mais demoradas que era a digitalização dos“overlays”, os quais foram então eliminados do processo. A interpretação visualdas imagens passou a ser feita diretamente em tela de computador, com aimagem já georreferenciada, o que possibilitou ainda a ampliação da escala demapeamento para 1:50.000 e conseqüentemente a redução da área mínima demapeamento para 10 ha. Mais uma vez foi adotada a composição de uma equipede 3 a 4 intérpretes, liderados por outro de maior experiência, seguindo todas asetapas de verificação e auditoria por parte de consultores identificados em cadaEstado.Esse aprimoramento implicou na impossibilidade de comparar diretamente osdados gerados no mapeamento anterior (na escala 1:250.000 e sobre imagensanalógicas) com aqueles gerados na escala 1:50.000. Assim, todo o mapeamentodo período 90-95 foi refeito, agora na escala 1:50.000, segundo a novametodologia estabelecida de forma a permitir a quantificação de possíveisalterações verificadas no polígonos mapeados. A atualização desse “novo” atlasestá em andamento e em aproximadamente 1 ano, já foi possível concluir aanálise dos dados do Rio de Janeiro (divulgado em 03.04.01), Paraná (divulgadoem 27.04.01), Rio Grande do Sul, Santa Catarina e São Paulo (com divulgaçõesagendadas para os próximos meses).Além desse aprimoramento, os dados passaram a ser disponibilizados pormunicípio e para algumas unidades de conservação, de forma a permitir a cadacidadão o conhecimento da situação da cobertura vegetal do seu município deinteresse. O acesso a esses dados e de todos os relatórios gerados, os quaiscontém uma descrição detalhada das metodologias empregadas nessesmapeamentos, está sendo viabilizado através da Internet no endereçohttp://www.sosmatatlantica.org.br/.DSR/INPE 8-26 F.J.Ponzoni
  • 199. A participação do INPE nesse ambicioso projeto de diagnóstico periódico da MataAtlântica e de seus ecossistemas associados caracterizou-se pela busca desoluções técnico-científicas que garantissem confiabilidade aos dados gerados. Aidéia para ao mapeamentos futuros é dar um passo ainda maior que transcende oaprimoramento restrito às metodologias de mapeamento e de manipulação dosdados, como também valorizar a banco de dados já disponível sobre a MataAtlântica visando o Zoneamento Econômico Ecológico em nível municipal. Paratanto, vários especialistas do INPE e de diferentes universidades, estarão semobilizando para avaliar os critérios que nortearão tal zoneamento. Trata-se demais um desafio a ser vencido por todos os envolvidos, entendendo que nãobasta somente diagnosticar o efeito nocivo do homem, mas as informações até omomento adquiridas devem contribuir efetivamente para a conservação daquiloque restou desse importante bioma.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASGates, D.M.; Keegan, H.J.; Schleter, J.C.; Weidner, V.R. Spectral properties of plants. Applied Optics, 4(1): 11-20, 1965.Novo, E.M. de M. Sensoriamento remoto: principios e aplicações. São Paulo. Edgard Blucher. 1989. 308p.Willstatter, R.; Stooll, A. Untersuchungen uber die assimilation der kohlensaure. Springer, Berlin, 1918.DSR/INPE 8-27 F.J.Ponzoni
  • 200. C A P Í T U L O 10 ENSINANDO CARTOGRAFIA P a u l o C é s a r G u r g e l d e A l b u q u e r q u e1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE1 E-mail: gurgel@ltid.inpe.brDSR/INPE 10 - -1 P.C.G.Albuquerque
  • 201. DSR/INPE 10 - -2 P.C.G.Albuquerque
  • 202. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 10-42. ATRIBUTOS DA CARTOGRAFIA .......................................................... 10-43. DOCUMENTOS CARTOGRÁFICOS ...................................................... 10-54. TIPOS DE MAPAS .................................................................................. 10-55. ESCALA .................................................................................................. 10-66. PROJEÇÃO .............................................................................................10-67. ENSINANDO CARTOGRAFIA NO ENSINO FUNDAMENTAL E MÉDIO .................................................................................................... 10-88. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES ................................................. 10-14DSR/INPE 10 - -3 P.C.G.Albuquerque
  • 203. DSR/INPE 10 - -4 P.C.G.Albuquerque
  • 204. 1. INTRODUÇÃOA cartografia como atividade já aparece nas descobertas Pré-Históricas, antesmesmo da invenção da escrita. Como vocábulo, Cartografia foi criado pelohistoriador português Visconde de Santarém em carta de 8 de dezembro de1839, escrita em Paris e dirigida ao historiador brasileiro Adolfo de Varnhagem.Antes da consagração deste termo o vocábulo usado era cosmografia.As informações cartográficas constituem as bases sobre as quais se tomamdecisões e encontram soluções para os problemas sócio-econômicos etécnicos existentes.A Cartografia foi a principal ferramenta usada pela humanidade para ampliar osespaços territoriais e organizar sua ocupação. Hoje ela está presente nocotidiano da sociedade, levando soluções para problemas urbanos, desegurança, saúde pública, turismo e auxiliando as navegações.Conceitualmente pode-se dizer que a Cartografia é uma atividade meio. Seuuso é abrangente, servindo de suporte à diversas ciências e tecnologias, acartografia constrói seu produto conforme as necessidades apresentadas e oentrega na forma de mapas, único instrumento capaz de representar emescala, com o grau de exatidão requerido, informações quantitativas etemáticas necessárias ao planejamento.O produto cartográfico está associado a uma necessidade de apresentação eexpressão de resultados. Este produto, elaborado com o objetivo de expressarum conjunto de informações, deve ser ajustado às necessidades deapresentação impostas por essas informações, por meio de procedimentos enormas técnicas capazes de assegurar que o mapa elaborado satisfaça asexigência de um projeto.DSR/INPE 10 - -5 P.C.G.Albuquerque
  • 205. 2. ATRIBUTOS DA CARTOGRAFIAA Cartografia deve assegurar que o mapa responda às seguintes questões: Espaciais: - Onde ocorre o fato - Qual a forma - Quais são as dimensões Temporal: - Quando ele ocorre Temático: - Qual o tipo de ocorrência3. DOCUMENTOS CARTOGRÁFICOSO produto cartográfico atende a uma necessidade quando o documentocartográfico elaborado garantir características que vão ao encontro danecessidade que o originou. Escala Público alvo Projeção Custo Exatidão Tempo Representação Tipo de produto Apresentação do produto (mídia)Para que uma região possa ser mapeada questões devem ser respondidas. Éimportante indagar sobre os objetivos do mapa, os modelos de projeção quepodem ser utilizados, processos e meios que a Cartografia utilizará paraproduzir esses documentos. Para tal faz-se necessário que o interessadoconheça os elementos de um mapa e dos processos utilizados na elaboraçãodos mapas de forma a poder encontrar a melhor solução para a necessidadeapresentada.DSR/INPE 10 - -6 P.C.G.Albuquerque
  • 206. 4. TIPOS DE MAPASOs mapas, são divididos em 3 tipos de documentos: topográficos; temáticos eespeciais, como indicado a seguir: Cartas Topográficas MR=Mapa Base ou mapa de referência. Cartas ou mapas temáticos MT=MR+Tema Cartas ou mapas especiais MT=MR+TemaO mapa topográfico é considerado básico pois nele assentam-se informaçõesde temas específicos, tais como vegetação, geologia, sistemas ferroviáriosetc....5. ESCALANúmero adimensional utilizado para indicar de quanto está reduzida adimensão de uma região para que ela possa ser representada sobre uma folhade papel. Ex: 1/1000 Esta notação nos informa que o mapa apresenta uma região que tevesuas dimensões reduzidas 1000 vezes. Assim, podemos dizer que 1mm nomapa corresponde a 1000 mm no terreno, que 1cm, 1000cm no terreno etc... As escalas podem ser representadas numericamente, por exemplo1:25.000, ou graficamente. Neste caso, a relação que indica a escala étransformada em uma régua onde as distâncias são lidas diretamente, comomostrado a seguir: 1000 750 500 250 0 m 1000 2000 3000 Representação gráfica de uma escalaDSR/INPE 10 - -7 P.C.G.Albuquerque
  • 207. 6. PROJEÇÃORefere-se a modelos geométricos ou analíticos adotados para representar emum plano horizontal, a superfície, total ou parcial da Terra. As projeçõescartográficas possuem características que garantem a elaboração de mapaspara todos os tipos de uso e aplicação.Quanto ao modelo de desenvolvimento, podem ser: Cilíndricas Normais Transversas Oblíquas Cônicas e ou Policônicas Normais Transversas Planas Polares Equatoriais OblíquasQuanto aos atributos: Eqüidistantes distância sobre um meridiano medido no mapa = distância medida no terreno distância sobre um paralelo medido no mapa = distância medido no terreno Equivalentes área no mapa=área do terreno Conformes forma no mapa = forma do terreno Azimutais direção azimutal no mapa = direção azimutal no terrenoDSR/INPE 10 - -8 P.C.G.Albuquerque
  • 208. A escolha do modelo de desenvolvimento e dos atributos de uma projeção éfunção, do uso que será dado ao mapa, da dimensão, da forma e posiçãogeográfica da área e do alvo a ser mapeado.A projeção, face à forma da Terra, é também responsável pelas deformaçõesem escala que os mapas apresentam.- Forma da TerraQuando pretende-se representar um objeto segundo uma determinadaprojeção, é importante que se conheça a forma e as dimensões do objeto. Nacartografia a forma da Terra é um fator importante que deve ser considerado,uma vez que os modelos de projeção a serem adotados deverão se ajustarperfeitamente a essa superfície.A Terra em uma primeira aproximação pode ser considerada uma esfera deraio R, entretanto quando se deseja representá-la com mais detalhe e exatidãofaz-se necessário conhecer sua forma e dimensões, assunto que é estudadopela Geodésia. A forma real da Terra, conhecida como geóide, é irregular. Asoperações cartográficas exigem uma superfície regular, definida comoelipsóide. Este modelo é definido segundo o sistema geodésico de cada país.No Brasil o sistema geodésico adotado está assim especificado:Origem:Datum horizontal SAD69 Datum verticalElipsóide de referência Imbituba, SCElipsóide de ReferênciaInternacional 1967Semi-eixo maior: 6.378.160,00mAchatamento: 1/298.25DSR/INPE 10 - -9 P.C.G.Albuquerque
  • 209. 7. ENSINANDO CARTOGRAFIA NO ENSINO FUNDAMENTAL E MÉDIOAtualmente observa-se que muitos profissionais voltados ao ensino daCartografia, estão desenvolvendo modelos para que alunos do ensinofundamental aprendam o que é uma escala, como é feita a representação dorelevo, o que é uma projeção cartográfica etc. Entretanto, sem se preocuparcom o exercício da própria cartografia no cotidiano da escola, quando doensino de outras disciplinas como geografia, história, sociologia, dentre outrasque podem utilizar essa ferramenta e seus produtos no seu aprendizado.Então como ensinar Cartografia? Inicialmente o que deve ser feito é despertaro interesse do aluno para as aplicações cartográficas, conduzindo-o a exercitá-la sem que isto configure um tópico de uma disciplina ou ela própria. Afinal porque aprender cartografia?Este despertar para a cartografia pode se iniciar com o aluno ainda na préinfância, através de informações elaboradas pela própria escola na forma demapas, a respeito de sua vizinhança, acesso, meios transporte, segurançapública, etc...pelos pais e depois o próprio aluno passará a elaborar seus“mapas”, independentemente de saber o que é escala, projeção ou qualquertécnica cartográfica.Trata-se do exercício natural dessa ferramenta, que ocorre com o crescimentodo conhecimento adquirido nas diversas disciplinas, das necessidades e dointeresse do próprio aluno.Outras perguntas podem ser formuladas, por exemplo: Por que o interesse deensinar cartografia nas escolas? A partir da resposta dada, outras questõespodem ser também levantadas, cabe então ao educador, procurar a respostaque vá ao encontro da formação do cidadão e não de outros interesses.Entende-se que essas respostas devem convergir para o seguintes objetivos:- auxiliar no aprendizado da geografia, história e de outras disciplinas;- apoiar as atividades cotidianas do aluno e a formação de sua cidadania;DSR/INPE - 10-10 P.C.G.Albuquerque
  • 210. Respostas que contemplem outras tendências, tais como:- disseminação das aplicações cartográficas e de seus produtos no país;- utilização de novas tecnologias etc.;Ensinar Cartografia, segundo proposto, está associado a 5 fases de trabalhoque, respeitadas as suas prioridades definem o conjunto de ações que devemser desenvolvidas pelo professor e aluno no âmbito da escola, bairro eresidência do educando. As fases são as seguintes:-Fase-1: Expressar todas as informações pertinentes à localização da escola,acessos, sítios de interesse tais como: papelarias; farmácias; pontos de ônibus;etc...por meio de mapas ou croquís.-Fase-2: Treinamento de professores em Cartografia.-Fase-3: Utilização e aplicação freqüente de mapas nas aulas e na elaboraçãodos exercícios propostos aos alunos pelo professor.-Fase-4: Treinamento específico em Cartografia para os alunos do ensinofundamental, a partir da 6a série. Este treinamento deverá sempre estarassociado às disciplinas que estão sendo ministradas nesse período.Fase-5: Curso profissionalizante para formação de técnicos de nível médio emcartografia.Observa-se que não é exigido professores com conhecimentos especializadosem Cartografia até a fase-4. Os professores das disciplinas de geografia,matemática, ciências e artes plásticas, treinados para conhecer as bases naqual se assenta a Cartografia serão os orientadores e disseminadores do uso eaplicação da cartografia para este momento.A fase-5, dedicada à formação de profissionais para a Cartografia, serátrabalhada por especialistas conforme os curricula aprovados.DSR/INPE - 10-11 P.C.G.Albuquerque
  • 211. Duração Processo inicial Processo instalada Indicadores e fases 1 ano ---- Anual 01 Familiarização com Aplicar em toda a escola mapas 02 Professores Entendimento do que selecionados pela Manutenção são mapas, leitura e escola dando uso desses preferência àqueles documentos em que lecionam em diversas escalas todas as séries 03 Compreensão dos problemas sóciais, econômicos e Aplicar em todas as séries ambientais apresentados na história, geografia.... 04 Compreensão dos a Para alunos a partir da 6 problemas ----- série geométricos que existem nos mapas 05 Só para formação profissional Profissionais formadosDevido ao desconhecimento dos objetivos da Cartografia e a falta de cultura nautilização de seus produtos pela sociedade, o trabalho que está sendoapresentado visa despertar e incentivar o uso sistemático da Cartografia, juntocom outras disciplinas, como ferramenta para compreensão dos problemasfísicos, humanos e culturais e ao cotidiano do educando.-RequisitosA consecução dos objetivos desta proposta para o ensino da cartografia, pauta-se nos recursos humanos e materiais básicos existentes na escola, destacadosa seguir. Recursos básicosDSR/INPE - 10-12 P.C.G.Albuquerque
  • 212. 1-Humanos CaracterísticasDiretores InteresseCoordenadores pedagógicos ComprometimentoProfessores de geografia, história, Interessematemática, ciências, artes plásticas .... Comprometimento Conhecimento básico sobre leitura e manuseio de mapas (documentos cartográficos)Alunos Motivação com a escola2-Materiais Especificações2.1-Documentos CartográficosMapas Mundi Geral, Físico e PolíticoMapas das AmericasMapas do Brasil Geral, Físico, Político, Populacional,Mapa da Região Ecológico,Mapa do EstadoMapa do Município Geral, Físico UrbanoCartas-imagens Conforme disponibilidadeAtlas Escolar2.2-Equipamentos e consumoRégua, esquadro, compasso etransferidorLápis preto e branco e coloridosBorrachasGloboBússolaObserva-se que esses materiais integram o acervo de qualquer escola e dosmateriais que os alunos costumam trazer para as aulas.Os materiais suplementares, indicados a seguir, são utilizados para auxiliarneste trabalho e enriquecer o aprendizado do aluno. Entretanto, é importanteque os professores dominem esse conjunto de facilidades e possamdisponibilizá-los para todos os alunos.DSR/INPE - 10-13 P.C.G.Albuquerque
  • 213. Recursos suplementaresComputadorPlotter ou impressoraScannerAplicativos para cartografia e CoreoDRAW,sensoriamento remotoGPS De mão para operações estáticasCartas imagens ou imagens Colorida, abrangendo o município e aFotografias aéreas cidade, escala maior ou igual a 1/50.000. Cópia papel Cópia digitalMateriais disponíveis no mercado Cartas-imagens, jogos, quebra cabeças, livros didáticos.Outra característica desta proposta é permitir que o professor continue criandoatividades em sala de aula e no campo com seus alunos, valendo-se do acervobásico e de sua própria imaginação. Visando auxiliar os professores quepoderão se envolver com este trabalho, apresentamos a seguir uma relação deatividades que podem ajudar na compreensão e conhecimento dos objetivos etécnicas cartográficas.a-Passeio em trilhasb-Caça ao tesouro;c-Conhecer o bairro onde mora, para identificação dos locais mais poluídos,sujos, perigosos etc.d-Corridas de orientação;e-Enduro ambiental;f-Desenhar no mapa as trajetórias das naus de Cabral e Colombo;g-Identificar no mapa do Brasil o local onde foram torpedeados os naviosbrasileiros durante a 2a guerra mundial, etc...DSR/INPE - 10-14 P.C.G.Albuquerque
  • 214. 8. CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕESA concepção desta proposta foi desenvolvida a partir dos princípios básicosque norteiam as técnicas de ensino, de observações, reflexões, e deexperiências vividas anteriormente junto as escolas do ensino fundamental.O ensino da Cartografia deve-se iniciar da mesma maneira que os mapasapareceram, “partindo de necessidades,” independente do conhecimentomatemático do que seja escala, projeção etc...Nas séries mais avançadas professores e alunos poderão lançar mão debibliografias específicas a respeito do tema, iniciando assim junto às disciplinasde desenho e matemática conceitos de escala, projeção forma da Terra, etc...Finalmente recomenda-se que a cartografia não seja nem disciplina nem tópicode disciplina mas uma nova forma de linguagem para abordar e apresentartemas ambientais, sociais, históricos e biológicos que são contemplados nasdisciplinas curriculares do ensino fundamental e médio.DSR/INPE - 10-15 P.C.G.Albuquerque
  • 215. C A P Í T U L O 11 Geoprocessamento J o s é C a r l o s M o r e i r a1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE1 moreira@dpi.inpe.br
  • 216. DSR/INPE 11-2 J.C.Moreira
  • 217. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO AO SPRING ............................................................................ 11-52. QUAIS PLATAFORMAS E PERIFÉRICOS SÃO SUPORTADOS? ........... 11-73. QUAIS OS MÓDULOS DISPONÍVEIS? ...................................................... 11-84. FUNÇÕES DO SPRING................................................................................... 11-9DSR/INPE 11-3 J.C.Moreira
  • 218. DSR/INPE 11-4 J.C.Moreira
  • 219. 1. Introdução ao SPRINGO que é SPRING? • Banco de dados geográfico de 2º geração, para ambientes UNIX e Windows. Os sistemas desta geração são concebidos para uso em conjunto com ambientes cliente-servidor, geralmente acoplados a gerenciadores de bancos de dados relacionais, operando como um banco de dados geográfico.O que é Banco de Dados Geográfico? • Banco de dados não-convencional onde cada dado tratado possui atributos descritivos e uma representação geométrica no espaço geográfico. Os dados disponíveis no banco podem ser manipulados por métodos de processamento de imagens e de análise geográfica.Quais são as características principais? • Opera como um banco de dados geográfico sem fronteiras e suporta grande volume de dados sem limitações de escala, projeção e fuso, mantendo a identidade dos objetos geográficos ao longo de todo banco. • Administra tanto dados vetoriais como dados matriciais ("raster") e realiza a integração de dados de Sensoriamento Remoto num Sistema de Informações Geográficas. Aprimora a integração de dados geográficos, com a introdução explícita do conceito de objetos geográficos (entidades individuais), de mapas cadastrais, mapas de redes e campos. • Provê um ambiente de trabalho amigável e poderoso, através da combinação de menus e janelas com uma linguagem espacial facilmente programável pelo usuário (LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica baseada em Álgebra), fornecendo ao usuário um ambiente interativo para visualizar, manipular e editar imagens e dados geográficos.DSR/INPE 11-5 J.C.Moreira
  • 220. • Consegue escalonabilidade completa, isto é, é capaz de operar com toda sua funcionalidade em ambientes variando de microcomputadores a estações de trabalho RISC de alto desempenho. • Sistema inovador, projetado inicialmente para redes de estações de trabalho baseadas na arquitetura RISC e ambiente operacional UNIX. Desenvolvido usando técnicas avançadas de programação, utilizando modelo de dados orientado-a-objetos, que melhor reflete a metodologia de trabalho de estudos ambientais e cadastrais. A interface interativa utiliza o "X Window System" e padrão de apresentação OSF/MOTIF em ambientes UNIX e "Windows" em ambientes PC-Windows. • Adaptado a complexidade dos problemas ambientais, que requerem uma forte capacidade de integração de dados entre imagens de satélite, mapas temáticos e cadastrais e modelos numéricos de terreno. Adicionalmente, muitos dos sistemas disponíveis no mercado apresentam alta complexidade de uso e demandam tempo de aprendizado muito longo, ao contrário do SPRING. • Preserva o investimento dos usuários dos sistemas SITIM e SGI, uma vez que todos os dados gerados nestes sistemas podem ser totalmente aproveitados (inclusive com topologia) no novo ambiente.Quais são as vantagens do SPRING? • Contém algoritmos inovadores, como os utilizados para indexação espacial, segmentação de imagens, classificação por regiões e geração de grades triangulares com restrições, garantem o desempenho adequado para as mais variadas aplicações, complementando os métodos tradicionais de processamento de imagens e análise geográfica. • Base de dados é única, isto é, a estrutura de dados é a mesma quando o usuário trabalha em um microcomputador na versão Windows e em uma máquina RISC (Estações de Trabalho UNIX), não havendo necessidade deDSR/INPE 11-6 J.C.Moreira
  • 221. conversão de dados. O mesmo ocorre com a interface, que é exatamente a mesma, de maneira que não existe diferença no modo de operar o SPRING.2. Quais plataformas e periféricos são suportados? • Plataforma PC o Software: Microsoft Windows-95 ou Windows-NT versão 3.51, ou Solaris-X86 versão 2.4 ou posterior, ou Linux versão 1.2.13. o Plataforma mínima de hardware: Processador 486 DX2 100 Mhz, Memória RAM de 16 Mbytes, Disco rígido de 1 Gbytes, Monitor de vídeo colorido SVGA, 14" NI, dp 0.28 mm, Drive de 31/2", 1.44 Mbytes e Unidade de CD-ROM (caso desejar trabalhar com imagens de satélite fornecidas pelo INPE). • Estações RISC-UNIX o Estações SUN de arquitetura SPARC utilizando sistema operacional Solaris 2.4 ou posterior, ou o Estações IBM RISC/6000, com sistema operacional AIX 3.2.5, ou o Estações Silicon Graphics, series IRIS 4D, com sistema IRIX 4.0, ou o Estações Hewlett-Packard, series HP-700, com sistema HP-UX 9.0. • Hardware mínimo para estações RISC-UNIX o 32 Mbytes de memória principal. o 50 Mbytes de espaço em disco para instalação mínima do SPRING. o 100 Mbytes de espaço em disco para os bancos de dados a serem criados pelo usuário.DSR/INPE 11-7 J.C.Moreira
  • 222. • O SPRING 2.0 conta com um programa automático para instalação do sistema. Este programa carrega seletivamente os arquivos da fita para o disco, em função de parâmetros fornecidos pelo usuário. • Periféricos como mesa digitalizadora, traçadores gráficos compatível com HPGL e impressoras coloridas compatível com PostScript também são suportados e podem ser integrados no sistema.3. Quais os módulos disponíveis? • 3 módulos, IMPIMA, SPRING e SCARTA, com o objetivo de facilitar seu uso, compartimentando as funções de manipulação de dados geocodificados. • IMPIMA o Executa leitura de imagens digitais de satélite, gravadas pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), através dos dispositivos CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory ), CCT (Computer Compatible Tapes), "streamer" (60 ou 150 megabytes) e DAT (Digital Audio Tape - 4 ou 8mm) adquiridas a partir dos sensores TM/LANDSAT-5, HRV/SPOT e AVHRR/NOAA. Converte as imagens dos formatos BSQ, Fast Format, BIL e 1B para o formato GRIB (Gridded Binary). • SPRING o É o módulo principal de entrada, manipulação e transformação de dados geográficos, executando as funções relacionadas à criação, manipulação de consulta ao banco de dados, funções de entrada de dados, processamento digital de imagens, modelagem numérica de terreno e análise geográfica de dados. o As funções da janela principal, na barra de menus, estão divididas em: Arquivo, Editar, Exibir, Imagem, Temático, Numérico Cadastral,DSR/INPE 11-8 J.C.Moreira
  • 223. Rede, Objetos e Utilitários. Para cada opção há um menu (janela de diálogo) associado com as operações específicas. • SCARTA o Edita uma carta e gera arquivo para impressão a partir de resultados gerados no módulo principal SPRING, permitindo a apresentação na forma de um documento cartográfico. o Permite editar textos, símbolos, legendas, linhas, quadros e grades em coordenadas planas ou geográficas. Permite exibir mapas em várias escalas, no formato varredura ou vector, através do recurso "O que você vê é o que você tem" (What You See Is What You Get, Wysiwyg).4. Funções do SPRINGO SPRING apresenta um conjunto de novos algoritmos e procedimentosinovadores, resultantes dos projetos de pesquisa do INPE e seus parceiros.As funções indicadas em "negrito" passam a fazer parte do release 3.6. o Ambiente unificado para os diferentes tipos de dados geográficos e suas representações; Interface com o o Menus sensíveis ao contexto; Usuário o Linguagem de Álgebra de Mapas LEGAL; o Disponível nos seguintes idiomas: Português, Inglês e Espanhol. o Leitura de Imagens LANDSAT, SPOT, ERS-1 e NOAA/AVHRR;Processamento de o Registro e Correção Geométrica; Imagens o Mosaico de Imagens com equalização dos níveis de cinza;DSR/INPE 11-9 J.C.Moreira
  • 224. o Realce por manipulação de histograma; o Filtragem espacial; o Transformações IHS e componentes principais; o Operações aritméticas; o Leitura de valores de pixel; o Classificadores estatísticos pixel-a-pixel; o Segmentação de Imagens e Classificadores por Regiões (supervisionado e não-supervisionado); o Restauração de imagens LANDSAT e SPOT; o Filtros morfológicos para imagens; o Modelos de Mistura; o Técnicas markovianas para pós-classificação de imagens; o Processamento de Imagens de Radar; o Digitalização, edição e geração de topologia; o Conversão matriz de/para vetor de mapas temáticos; o Mosaico; o Mapas de distância; o Tabulação cruzada; o Linguagem de Análise Geográfica LEGAL:Análise Geográfica Reclassificação, Ponderação, Fatiamento, Operações Boolaenas, Classificação Contínua e Operadores Zonais; o Estatística espacial com análise univariada de pontos; o Estimador de Densidade por Kernel; o Critério de Decisão AHP; o Geoestatísica - Krigeagem; DSR/INPE 11-10J.C.Moreira
  • 225. o Análise de Localização pelo método da p-mediana. o Cruzamento Vetorial de PIs. o Digitalização de amostras e isolinhas; o Geração de grades regulares; o Geração de grades triangulares (TIN), com a inclusão de restrições.; o Plotagem de contornos; o Cálculo de mapas de declividade e exposição de vertentes; o Geração de mapas hipsométricos; o Produção de imagens sintéticas; o Cálculos de volume e perfis;Modelagem Digital o Visualização 3D; de Terreno o Linguagem de Análise Geográfica LEGAL: Operações Matemáticas; o Suavização de Linhas; o Extração de Topos de Morros; o Modelos Hidrológicos; Geração de Grades; Rede de Drenagem; Mancha de Inundação - Com colaboração da CH2MHILL do Brasil. o Digitalização de linhas e nós de uma rede; o Modelagem da rede - Associação com objetos e Modelagem de definição de impedâncias e demandas; REDES o Cálculo do custo mínimo o Alocação de Recursos; o Análise de Localização - P-Mediana; DSR/INPE 11-11J.C.Moreira
  • 226. Com colaboração do Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada - LAC-INPE e Universidade Estadual Paulista - UNESP/FEG - Faculdade de Engenharia, Departamento de Matemática . o Geocodificação de Endereços; Apresenta uma nova interface de consulta espacial, semelhante aos sistemas de "desktop mapping", que permite: o Definição e apresentação do conteúdo de tabelas de atributos dos geo-objetos em BD relacionais; o Consulta por atributos espaciais e apresentação dos resultados;Consulta a Bancos o Agrupamento de objetos geográficos por atributos; de Dados o Geração de gráficos com distribuição de valores de Relacionais atributos; (Mapas o Apresentar o conteúdo de uma tabela relacional Cadastrais) com atributos dos geo-objetos; o Relacionar o conteúdo da tabela com a localização espacial dos objetos; o Gerar gráficos com a distrubuição relativa de dois atributos; o Suporte aos padrões xBASE, ACCESS e ORACLE nativos; o Ambiente interativo (WYSIWYG) com controle do posicionamento dos mapas, símbolos, legenda eGeração de Cartas texto; o Biblioteca de Símbolos em formato DXF-R12 ou BMP; DSR/INPE 11-12J.C.Moreira
  • 227. o Configuração de folhas A0, A1, A2, A3 e A4; o Suporte para dispositivos HPGL/2 e Postscript; o Importadores Vetores : ARC/INFO (ungenerate), ASCII- SPRING, DXF-R12, ShapeFile Grades Numéricas : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING Matriz Temática : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING Imagens : RAW, TIFF, SITIM, JPEG e GeoTIFF Tabelas : ASCII-SPRING e DBF o Conversores para ASCII-SPRING Intercâmbio de MID/MIF (Mapinfo), ShapFile (ArcView) e E00 Dados (ArcInfo) o Exportadores Vetores : ARC/INFO (ungenerate), ASCII- SPRING, DXF-R12, ShapeFile e E00 Grades Numéricas : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING Matriz Temática : ARC/INFO (ungenerate) e ASCII-SPRING Imagens : RAW, TIFF, JPEG e GeoTIFF Tabelas : SPACESTAT e ASCII-SPRING o Suporte para 14 Projeções Cartográficas; o Mosaico de Dados Vetoriais e Imagens;Gerenciamento de o Conversão de Dados entre Projeções; Mapas o Edição de toponímia (textos) em todos modelos de dados; o Registro vetorial. DSR/INPE 11-13J.C.Moreira
  • 228. o Limpar Vetores - elimina linhas duplicadas, polígonos e elementos menores que uma dimensão fornecida pelo usuário, e quebra automática de interseção de linhas; o Geração de Pontos - conversão de mapas temáticos (pontos e polígonos) ou cadastrais (pontos e polígonos com atributos) para mapas de pontos temáticos (pontos 2D) ou numéricos (amostras 3D). o Ajuda em formato HTML - necessário o navegador Internet Explorer; Ajuda On-line o Roteiro de "Como Iniciar ?" para iniciantes; o Roteiro em 10 aulas para utilização das principais funções; DSR/INPE 11-14J.C.Moreira
  • 229. C A P Í T U L O 12 USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO COMO RECURSO DIDÁTICO PEDAGÓGIC O NO ESTUDO DO MEIO AMBIENTE V â n i a M a r i a N u n e s d o s S a n t o s1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE Divisão de Sensoriamento Remoto1 e-mail: vania@ltid.inpe.brDSR/INPE 12-1 V.M.N.Santos
  • 230. DSR/INPE 12-2 V.M.N.Santos
  • 231. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 12-52. O SENSORIAMENTO REMOTO E SUAS POSSIBILIDADES NO ESTUDO DAS DISCIPLINAS ESCOLARES ........................................ 12-63. O SENSORIAMENTO REMOTO E O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE NA ESCOLA ........................................................................................... 12-84. CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTO .............................................................................................. 12-115. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 12-14DSR/INPE 12-3 V.M.N.Santos
  • 232. DSR/INPE 12-4 V.M.N.Santos
  • 233. 1. INTRODUÇÃOCom o desenvolvimento das modernas tecnologias espaciais, dentre as quaisse incluem os satélites artificiais, tornou-se possível “(re)conhecer” a Terra,através da coleta de diferentes dados e da aquisição de imagens da suasuperfície, por meio de sensores remotos.Os dados gerados pelos diversos sensores remotos, sobretudo os orbitais (abordo de satélites), tem servido como base para o desenvolvimento erealização de projetos associados às atividades humanas, no mundo inteiro eem diversas escalas, bem como auxiliado no diagnóstico sobre as implicaçõesambientais, econômicas, sociais, políticas e culturais desses projetos comrelação a ocupação dos espaços geográficos, favorecendo na realização doplanejamento sócio econômico ambiental sustentável.Dada a sua importância para o mundo moderno, entendemos que oconhecimento produzido e acumulado sobre o potencial de utilização dastecnologias espaciais, sobretudo do sensoriamento remoto, movido pela crençade “ir ao espaço buscar soluções para os problemas da Terra”, deve serconhecido por toda nossa sociedade, pela qualificação que pode promover nodesempenho dos agentes sociais, para a melhoria das condições de vida, oque justifica o compromisso de divulgar ciência.A escola, concebida como agência de comunicação social que tem no sabersua matéria prima, é o espaço privilegiado capaz de receber e processar taisinformações transformando-as em conhecimento, e por meio desse processo,desenvolver a função social de formar cidadãos preparados para participaçõessociais consistentes e construtivas.Com o processo de mudanças desencadeado a partir da nova Lei de Diretrizese Bases da Educação (9394/96), resultante em parte da evolução e ampliaçãodo conhecimento sistematizado, vem sendo assinalada a necessidade daeducação escolar trabalhar com conteúdos e recursos que qualifiquem oDSR/INPE 12-5 V.M.N.Santos
  • 234. cidadão para a vida na sociedade moderna tecnológica. Em consonância coma Lei, os Parâmetros Curriculares Nacionais e as Diretrizes para o EnsinoMédio, destacam a importância do trabalho com o conhecimento científico etecnológico no ensino fundamental e médio, respectivamente.Este contexto favorece a introdução da tecnologia de sensoriamento remoto naescola, enquanto conteúdo e recurso didático inovador no processo de ensinoe aprendizagem, frente as atuais exigências de reformulação da educaçãoescolar impostas pela conjuntura de nossa sociedade de final de milênio.2. O SENSORIAMENTO REMOTO E SUAS POSSIBILIDADES NO ESTUDO DAS DISCIPLINAS ESCOLARESO trabalho que temos realizado com sensoriamento remoto nas escolas, temse constituído numa oportunidade de aproveitar seu vasto potencial de uso eaplicações para a compreensão da dinâmica do processo deintervenção/repercussão das relações sociais no equilíbrio/desequilíbrio domeio ambiente, permitindo ultrapassar uma perspectiva de abordagem restritaàs ciências da natureza, comum na abordagem desta questão, e avançar naperspectiva das ciências sociais e da pedagogia da comunicação.O uso escolar dos produtos e técnicas de sensoriamento remoto apresentam-se como recurso para o processo de discussão/construção de conceitos pelosalunos, e como conteúdo em si mesmas.Podemos verificar suas possibilidades de uso em diferentes disciplinas taiscomo: Geografia, História, Ciências, Matemática, Educação Artística, dentreoutras, principalmente em abordagens interdisciplinares, como por exemplo nafocalização do tema Meio Ambiente.No ensino da Geografia, a utilização de imagens de satélite, por exemplo,permite identificar e relacionar elementos naturais e sócio econômicospresentes na paisagem tais como serras, planícies, rios, bacias hidrográficas,DSR/INPE 12-6 V.M.N.Santos
  • 235. matas, áreas agricultáveis, industriais, cidades.., bem como acompanharresultados da dinâmica do seu uso, servindo portanto como um importantesubsídio à compreensão das relações entre os homens e de suasconseqüências no uso e ocupação dos espaços e nas implicações com anatureza.No ensino da História, com imagens de um mesmo local produzidas emperíodos/anos diferentes, é possível apreender a temporalidade dos fatos emsua dinâmica e fazer a reconstituição do processo de uso, ocupação edesenvolvimento de uma região, enquanto um movimento em suasregularidades e alternâncias, permanências e mudanças, mostrando astransformações no perfil econômico e as possibilidades de construção deplanos administrativos e condutas sociais participativas que se abrem a partirdesse conhecimento.Como as imagens de satélite estão associadas aos fenômenos físicos deabsorção e reflexão da luz, estas podem ser analisadas e compreendidas porintermédio do ensino de Ciências, de tal forma a se constituírem no próprioconteúdo a ser compreendido, enquanto elemento cultural componente dassociedades tecnológicas, ao mesmo tempo em que propiciam compreensão deconceitos físicos a elas associados.Outros estudos voltados ao ensino de Ciências ainda podem encontrar nasimagens uma referência para a sua compreensão, tais como o processosaúde/doença relacionado a vetores naturais como por exemplo a água e ascondições em que se apresenta no meio ambiente, evidenciadas pelosensoriamento remoto.No ensino de Matemática, as imagens de satélite e fotografias aéreas podemser utilizadas como recurso para a compreensão de conceitos, como os deárea, proporção e formas geométricas, através da análise e compreensão entreos elementos constitutivos de uma paisagem tais como plantações, estradas,serras, rios e cidades. Os produtos de sensoriamento remoto podem serDSR/INPE 12-7 V.M.N.Santos
  • 236. utilizados como recurso à compreensão e resolução de problemasreais/concretos, como por exemplo calcular a área desmatada de uma florestae a proporção deste impacto para a população local e circunvizinha, utilizandodiferentes escalas. Esses recursos podem auxiliar o aluno a perceber “otamanho real” do problema e consequentemente a importância de aprender amanipular conceitos matemáticos para compreendê-los, construindo o próprioconhecimento.Em Educação Artística, é possível elaborar maquetes a partir de imagens desatélite, fotografias aéreas e mapas (cartas topográficas), mostrando emdiferentes escalas serras, vales, rios, represas, estradas, ferrovias, cidades,etc., “construindo” a região na sua tridimensionalidade, além de possibilitar aelaboração de outros textos artísticos, literários e plásticos a partir daspercepções propiciadas pela leitura das imagens e pela experiência estética darelação com elas. O contato, sobretudo com as cores e formas característicasdas imagens de satélite e sua decodificação, encaminha os alunos aosdesdobramentos de leituras objetivas e subjetivas do espaço geográfico,propícias ao desenvolvimento de experimentos plásticos originais.Esses são apenas alguns exemplos dos possíveis usos didáticos dos produtose técnicas de sensoriamento remoto no tratamento de conteúdos curriculares.Embora estes exemplos apresentem possibilidades multidisciplinares deutilização escolar do sensoriamento remoto, é possível também desenvolverestudos interdisciplinares a partir da definição de um tema específico paraestudo, onde as contribuições disciplinares se tecem na sua análise, como porexemplo o tema meio ambiente.3. O SENSORIAMENTO REMOTO E O ESTUDO DO MEIO AMBIENTE NA ESCOLAAs características dos produtos do sensoriamento remoto, sobretudo dasimagens de satélite, tais como repetitividade de cobertura; justaposição deDSR/INPE 12-8 V.M.N.Santos
  • 237. informações; abrangência espacial; cores e formas, apresentam importantecontribuição para os estudos ambientais na escola, revelando a dinâmica doprocesso de construção do espaço geográfico.A abrangência espacial e o caráter temporal das imagens de satélite, quepossibilitam uma visão de conjunto da paisagem em tempos diferentes,seqüenciais e simultâneos, podem auxiliar nos estudos do meio ambiente,mostrando, por exemplo, as relações entre o crescimento desordenado dascidades e a presença de rios/córregos poluídos, favorecendo na localização depossíveis fontes poluidoras, tais como indústrias ou loteamentos irregulares,bem como subsidiar na análise dos processos de uso e ocupação dos espaços,enriquecendo estudos históricos e geográficos.A possibilidade de associarmos, ao uso escolar do sensoriamento remoto,atividades de campo voltadas à verificação da verdade terrestre e acontextualização das informações obtidas a partir das imagens de satélite efotografias aéreas, através do estudo do meio ambiente local, tem norteado odesenvolvimento de projetos de educação ambiental em escolas, sob acoordenação desta autora1.Convém lembrar que entendemos a educação ambiental como um importanteinstrumento para a compreensão e conscientização de questões/problemas darealidade sócio ambiental, cujo desenvolvimento, sobretudo nas escolas, seconstitui em uma das mais sérias exigências educacionais contemporâneaspara o exercício/construção da cidadania, e conseqüente melhoria daqualidade de vida.1 O referido trabalho, voltado à capacitação de professores e alunos, com referência em questões sócio ambientais, foidesenvolvidos em escolas públicas e particulares do ensino fundamental e médio nos seguintes municípios: São Josédos Campos, Jacareí, Lorena, Cachoeira Paulista, Monteiro Lobato e Santo André, com a participação das Prefeituraslocais, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e da Petrobrás. Os resultados obtidos fundamentaram adissertação de mestrado desta autora, intitulada: “Escola, Cidadania e Novas Tecnologias: experiências de ensinocom o uso de sensoriamento remoto”, defendida na Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, em1999.DSR/INPE 12-9 V.M.N.Santos
  • 238. Dessa forma, explorar com recursos de sensoriamento remoto, inicialmente,regiões conhecidas do aluno favorece a descrição dos elementos presentes napaisagem, familiarizando-o com esta forma de representação do espaço.Deixar que o aluno observe uma imagem durante o tempo que for necessáriopara localizar sozinho seus principais elementos, sobretudo os constitutivos dasua cidade, permite que este “se encontre” nesta paisagem.Contudo, convém lembrar que fotografias aéreas e imagens de satélites sãoinstrumentos, recursos que, ante ao estudo em questão ou a suacomplexidade, não dispensa, mas ao contrário, cria a necessidade de acesso aoutras fontes de informação, coleta de dados, etc., ou seja, exige odesenvolvimento de atividades correlacionadas para o estudo do meioambiente.A realização de um estudo sobre os problemas sócio ambientais de umacidade/região e suas implicações com a qualidade de vida da população,constitui-se em exemplo interessante do que consideramos acima.Se selecionarmos o recurso hídrico como vetor, a partir do qual iniciaremos oestudo em questão, não podemos deixar de investigar o comprometimento deum simples córrego urbano poluído, que deságua no rio principal de uma baciahidrográfica, com o meio ambiente regional, segundo uma visão local eposteriormente por uma ótica integrada com toda região atingida direta ouindiretamente por este manancial.Quando se analisa o córrego poluído em questão utilizando apenaslevantamentos restritos, é possível que escape à vista as implicaçõesdegradantes que o mesmo possa estar provocando em outros locais, àquilômetros de distância da área estudada.A utilização de recursos de sensoriamento remoto possibilita aos alunos umaapreensão sistêmica da área de estudo, favorecendo à análise do meioambiente e ecossistemas associados, considerando não apenas um únicoDSR/INPE 12-10 V.M.N.Santos
  • 239. aspecto/variável, mas sim a multiplicidade de aspectos/variáveis que possamestar contribuindo para a degradação da qualidade das águas, estabelecendorelações entre o impacto local e suas repercussões espaciais e revelando,consequentemente, suas implicações para o declínio da qualidade de vida dapopulação atendida direta ou indiretamente por este manancial.Nos projetos educacionais desenvolvidos, voltados ao uso escolar dosensoriamento remoto no estudo do meio ambiente, com referência nosrecursos hídricos, professores de diferentes disciplinas orientaram seus alunosna realização de atividades em sala de aula e trabalhos de campo, incluindo:leitura e interpretação de imagens de satélite e fotografias aéreas; leitura demapas, em diferentes escalas; estudo do meio, com referência na coleta deamostras d’água nos rios/córregos para posterior análise; realização de roteirosambientais; entrevistas na comunidade; elaboração de mapeamento sócioambiental do bairro/região de estudo, visando discussões sobre os problemassócio ambientais locais (bairro/município), e suas repercussõesregionais/globais, bem como suas implicações sociais, econômicas, políticas eculturais no cotidiano da sociedade.A utilização dos recursos de sensoriamento remoto, associados aodesenvolvimento de diferentes atividades, como as citadas acima, tempropiciado aos alunos condições de compreender o meio ambiente local eregional; refletir sobre a realidade sócio ambiental em estudo; propor soluçõespara os problemas identificados, bem como exercitarem a sua cidadaniaatravés de ações/intervenções escolares voltadas para a melhoria da qualidadede vida.4. CONSIDERAÇÕES SOBRE O USO ESCOLAR DO SENSORIAMENTO REMOTONossa proposta de trabalho com os recursos de sensoriamento remoto naescola não se limita a uma mera transferência mecânica de informações. NãoDSR/INPE 12-11 V.M.N.Santos
  • 240. se trata de proceder apenas à divulgação de suas características epotencialidades, mas sobretudo de refletir sobre elas e trabalhar suas relaçõescom a prática pedagógica e com o tratamento dos conteúdos curriculares emsuas relações com a vida, visando a construção do conhecimento porprofessores e alunos.Como afirma o educador Gutierrez2 (1979), “o mero fato de interpretar ouapropriar-se de um saber não é suficiente para que, com propriedade determos, possamos falar de aprendizagem ‘autêntica’.Somente pode chamar-se autêntico o conhecimento que em si mesmo e por simesmo seja produtivo e transformador, o que requer do preceptor que ele otransforme em conhecimento seu e reestruture à sua maneira tal informação”.Tal restruturação requer um trabalho ativo-reflexivo com a informação, porparte do aprendiz, orientado pelo docente, que o levará a utilizá-la enquantoferramenta de: decodificação, compreensão da realidade imediata em que estáinserido e de outras realidades semelhantes a esta; enquanto ferramenta parao estabelecimento de relações com realidades distintas da sua, mas a elaconectadas por diferentes relações, que é preciso aprender a captar eestabelecer, já que não são evidentes por si mesmas, enquanto repercussõesà distância de fenômenos, e que facilmente passam por desapercebidas aolhares menos desavisados.O uso escolar do sensoriamento remoto recomenda o desenvolvimento daPedagogia da Comunicação no tratamento dos conteúdos curriculares,considerando a análise da realidade concreta e as reflexões possíveis deserem desenvolvidas sobre ela, propiciadoras do exercício de operaçõesmentais implementadoras do desenvolvimento do raciocínio crítico e daprodução do conhecimento.2 Gutierrez, F. Linguagem total : uma pedagogia dos meios de comunicação. São Paulo : SUMMUS, 1979. p. 110DSR/INPE 12-12 V.M.N.Santos
  • 241. Por em prática a Pedagogia da Comunicação significa por em prática iniciativaspedagógicas transformadoras. Tais iniciativas implicam:• Considerar a realidade social em que o educando existe e na qual a tecnologia espacial, em especial o sensoriamento remoto, tem uma presença relevante;• Lidar com o meio ambiente do educando, sua realidade imediata, circundante, e a compreensão que o aluno tem dela, como ponto de partida;• Alcançar como ponto de chegada do processo de ensino a reelaboração da compreensão inicial que o aluno tem do meio ambiente;• Recorrer como caminho, como método, à utilização do sensoriamento remoto; à observação da realidade focalizada; ao diálogo entre diferentes tipos de saber, para a construção do conhecimento mais elaborado e mais crítico do educando.Isto pressupõe propiciar ao aluno condições de compreender a vida humananuma dimensão de totalidade, pela apreensão das relações recíprocas entre oseu meio imediato e o mais amplo; pela apreensão da ressonância dasatuações individuais e das organizadas de maneira coletiva e colaborativa, naimplementação de planos administrativos que visem a qualificação epreservação do meio ambiente.O uso escolar do sensoriamento remoto, como recurso didático pedagógico noprocesso de ensino aprendizagem, permite desmistificar a idéia que umatecnologia de ponta é algo distante da escola, bem como esclarece queprofessores podem promover ou proceder à socialização da ciênciarequalificando a relação do ensino com o conhecimento e com a vida, quando oseu uso está voltado para o estudo de questões importantes da atualidade esignificativa para os alunos.DSR/INPE 12-13 V.M.N.Santos
  • 242. Elaborar projetos escolares com as pretensões didáticas aqui assumidas,implica no desenvolvimento de ações capazes de propiciar: o questionamentosobre o significado de meio ambiente; a investigação e reflexão sobre arealidade sócio ambiental imediata, e com a sua representação em diferentesescalas; a percepção de suas relações; a compreensão da contribuição datecnologia de sensoriamento remoto na apreensão de problemas ambientais ena elaboração de sua superação; o estabelecimento da relação teórico/práticacapaz de promover o desenvolvimento de experiências escolares com osensoriamento remoto; o desenvolvimento do raciocínio crítico construtivo,responsável por comportamentos organizados de intervenção social, voltados àconscientização de problemas sócio ambientais vividos e às possíveisatuações de superação, de responsabilidade individual e coletiva, civil eadministrativa.Nesta perspectiva, entendemos que o uso escolar do sensoriamento remotopode contribuir para o desenvolvimento da função da escola na atualidade, deformar cidadãos preparados para participações sociais consistentes econstrutivas através dos recursos da ciência presentes na sociedade,oportunizando a escola, e a partir dela a comunidade, o acesso aoconhecimento da função social desta tecnologia.5. BIBLIOGRAFIA:Santos, Vânia M. N. Escola, cidadania e novas tecnologias: investigação sobre experiências de ensino com o uso de sensoriamento remoto. São Paulo. 150p. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, 1999.Santos, Vânia M. N. O uso escolar das imagens de satélite: socialização da ciência e tecnologia espacial. In: Penteado, Heloísa D. Pedagogia da comunicação. São Paulo: Cortez, 1998.DSR/INPE 12-14 V.M.N.Santos
  • 243. Penteado, Heloísa D. Metodologia do ensino de geografia e história. São Paulo, Cortez, 1991.Penteado, Heloísa D. Meio Ambiente e formação de professores. São Paulo, Cortez, 2000.DSR/INPE 12-15 V.M.N.Santos
  • 244. C A P Í T U L O 13 PROJETO EDUCA Educa SeReIII ELABORAÇÃO DE CARTA IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO Utilização de Cartas Imagens-CBERS como recurso didático em sala de aula T a n i a M a r i a S a u s e n1 INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS-INPE1 tania@ltid.inpe.brDSR/INPE 13-1 T.M.SAUSEN
  • 245. DSR/INPE 13-2 T.M.SAUSEN
  • 246. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12-71.1 OS SATÉLITES DE SENSORIAMENTO ................................................................. 12-71.2 O INPE ....................................................................................................................... 12-81.3 OS PARÂMETROS CURRICULARES NACIONAIS .............................................. 12-91.4 CARTA-IMAGEM ..................................................................................................... 12-102. O DOCUMENTO DE CAMBORIÚ ........................................................................... 12-103. O PROGRAMA EDUCA SERE ................................................................................ 12-124. PROJETO EDUCA SERE III-ELABORAÇÃO DE CARTA-IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO ......................................................... 12-13SITES ÚTEIS .............................................................................................................. 12-19DSR/INPE 13-3 T.M.SAUSEN
  • 247. DSR/INPE 13-4 T.M.SAUSEN
  • 248. LISTA DE FIGURAS1 - CARTA IMAGEM DE PORTO ALEGRE – RS .................................................... 13-19DSR/INPE 13-5 T.M.SAUSEN
  • 249. DSR/INPE 13-6 T.M.SAUSEN
  • 250. PROJETO EDUCA Educa SeReIII ELABORAÇÃO DE CARTA IMAGEM PARA O ENSINO DE SENSORIAMENTO REMOTO Utilização de Cartas Imagens-CBERS como recurso didático em sala de aula Tania Maria Sausen Ministério da Ciência e Tecnologia Instituto Nacional de Pesquisas EspaciaisAtividades de treinamento e Difusão de Conhecimento em Ciência e Tecnologia Espacial tania@ltid.inpe.br http://www.inpe.br/unidades/cep/atividadescep1-Introdução:1.1) Os satélites de sensoriamento:Em junho de 1972 foi lançado pelos norte-americanos, o primeiro satélite desensoriamento remoto, o LANDSAT.Em junho de 1973 entrou em operação a antena derastreamento de satélites do Brasil, que está localizada em Cuiabá, centro geográfico daAmérica do Sul. Esta foi a terceira antena a entrar em operação no mundo.Desde esta época já foram lançados vários satélites de sensoriamento remoto, tais comoo francês SPOT, o europeu ERS, o canadense RADARSAT, os norte-americanosIKONOS, ORVIEW e o sino-brasileiro CBERS.As imagens geradas pelos satélites de sensoriamento remoto são uma ferramentapoderosa para serem utilizadas como recurso didático em sala de aula, por apresentaremuma visão sinótica da área abrangida por cada uma delas, por permitirem a coleta dedados temporais de uma mesma área e por coletarem informações sobre feições nasuperfície terrestre em várias faixas do espectro eletromagnético. Estas característicasproporcionam uma série de informações sobre os recursos naturais e ações antrópicas,informações estas, importantes, no estudo do espaço geográfico e do meio-ambiente.Paralelamente, estas imagens são pictoricamente agradáveis, o que chama atenção doaluno, facilitando assim o ensino e a compreensão da geografia, da ciência e da história.DSR/INPE 13-7 T.M.SAUSEN
  • 251. O professor em sala de aula, seguramente terá um grande aliado, no uso das imagens desensoriamento remoto.Nos últimos cinco anos, vários organismos internacionais, agências espaciais eeducadores, tem observado e comprovado que é necessário estender-se o processo dedisseminação da tecnologia de sensoriamento remoto para alunos dos ensinosfundamental e médio, pois é desta comunidade de estudantes que surgirá o cidadão dofuturo, que deverá entender o relacionamento entre meio-ambiente e sociedade, paraproteger e preservar a terra. É nesta fase também que estes estudantes estão escolhendoa sua futura profissão sendo, pois, o momento adequado para motivá-los a trabalhar comsensoriamento remoto.1.2) O INPEDesde o lançamento do primeiro satélite de sensoriamento remoto, em 1972, o INPE,através da Atividade de Treinamento e Difusão de Conhecimentos em Ciência eTecnologia Espaciais-ATDCCTE e da sua Divisão de Sensoriamento Remoto-DSR, temse preocupado com a disseminação e transferência desta tecnologia para usuários finais.Apesar de todas as atividades desenvolvidas pelo Instituto, esta tecnologia ainda não éamplamente utilizada pelo público em geral e poucos professores fazem uso das imagensde satélite como recurso didático. É bem verdade que este panorama vem mudando nosúltimos anos, em consonância com uma tendência observada em todo o mundo eincentivada pela Divisão de Espaço Exterior da ONU e pela UNESCO.As imagens de satélites, quando são utilizadas em sala de aula, restringe-se aprofessores universitários, quase sempre oriundos do programa de mestrado emsensoriamento remoto do INPE.Isto ocorre principalmente pela falta de capacitação de alguns professores, o alto custodas imagens de satélite e a falta de material didático dedicado exclusivamente ao ensinode sensoriamento remoto.DSR/INPE 13-8 T.M.SAUSEN
  • 252. 1.3) Os Parâmetros Curriculares NacionaisOs Parâmetros Curriculares Nacionais-PCN foram criados pelo Ministério da Educação doBrasil, com base na Lei de Diretrizes e Bases da Educação. Estes Parâmetros atendem atodas as áreas dos ensinos fundamental e médio e dão as linhas de ação de cada umadas disciplinas, com relação ao programa a ser desenvolvido em sala de aula, em cadauma das séries, ao longo do período letivo.Eles servem de instrumento no apoio às discussões pedagógicas na escola, naelaboração de projetos educativos, no planejamento das aulas, na reflexão sobre práticaeducativa e na análise do material didático.De acordo com os PCNs o objetivo da Geografia “é explicar e compreender as relaçõesentre a sociedade e a natureza, e como ocorre a apropriação desta por aquela”. AGeografia tem que trabalhar com diferentes noções espaciais e temporais, bem comocom os fenômenos sociais, culturais e naturais que são característicos de cada paisagem,para permitir uma compreensão processual e dinâmica de sua constituição.È mencionado nos PCNs que “o ensino da Geografia deve fazer uso de leituras deimagens, de dados e de documentos de diferentes fontes de informação, de modo ainterpretar, analisar e relacionar informações sobre o espaço geográfico e as diferentespaisagens”.Diante disto, as imagens de satélite, em suas diferentes resoluções espaciais, temporais eespectrais constituem-se em poderosa ferramenta em sala de aula, sendo um materialdidático rico, útil e interessante no ensino da geografia. É um material didático demúltiplas finalidades para os professores do ensino fundamental (1° a 8° séries-7 a 14anos) e médio (1° a 3° séries-15 a 17anos).Atualmente as escolas brasileiras estão buscando novos recursos didáticos e novasformas de ensinar geografia, bem como ciências, história, artes, etc. para seus alunos,formas que aproximem o aluno da realidade, que permitam que tenham um conhecimentomais detalhado do local onde eles vivem, da sua cidade, do seu estado, do seu país e doseu continente.DSR/INPE 13-9 T.M.SAUSEN
  • 253. O ensino da geografia visa também tornar o aluno um futuro cidadão consciente sobre omeio-ambiente e os recursos naturais que o cercam. Para esta tarefa as imagens desensoriamento remoto são úteis e possibilitam a identificação de vários aspectos dapaisagem, bem como caracterizar a interação do homem com ela e os impactosprovocados por ele.Assim, levando-se em consideração os PCNs e os livros didáticos de geografia, sugere-se: • O uso de imagens de satélite com diferentes resoluções espaciais para o estudo dos continentes, países, estados, regiões e municípios; • O uso de dados temporais para caracterizar a ação do homem sobre o meio ambiente; • O uso de imagens de alta resolução para estudos locais (cidades e bairros); • A integração de dados obtidos de cartas geográficas, fotografias, mapas temáticos, cartas rodoviárias e visitas ao campo, para que o aluno possa aprender e caracterizar o local onde vive e como deve interagir com a paisagem ao seu redor.1.4) Carta-ImagemDo ponto de vista cartográfico, CARTA é a representação dos aspectos naturais ouartificiais da Terra destinada a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliaçãoprecisa de distâncias, direções e a localização geográfica de pontos, áreas e detalhes. ACARTA-IMAGEM é a carta elaborada a partir de uma imagem de satélite.Cada carta-imagem apresenta informações sobre áreas urbanas e os principaiselementos da paisagem, tais como a rede hidrográfica, a cobertura vegetal, o uso do solo,as áreas agrícolas, além de informações cartográficas tais como rodovias, ferrovias,nomes de rios, córregos, arroios, cidades, coordenadas geográficas, geodésicas e escalade trabalho.2 - O Documento de CamboriúDurante a I Jornada de Educação em Sensoriamento Remoto no Âmbito do Mercosul,realizada no Balneário Camboriú, no período de 20 a 23 de maio de 1997, um dos temasDSR/INPE 13-10 T.M.SAUSEN
  • 254. mais discutidos foi à carência de material didático voltado especificamente ao ensino desensoriamento remoto, em todos os níveis. Este é um problema que não ocorre somenteno Brasil, mas de modo geral em todos os países do Mercosul.No Documento de Camboriú é mencionado que:1) A informação proveniente de dados de sensoriamento remoto pode ser utilizada nos distintos níveis formais de ensino (fundamental, médio, superior e pós-graduação);2) Podem ser considerados como material didático em sensoriamento remoto livro texto; cadernos pedagógicos; atlas geográficos compostos por imagens de satélite; carta imagem; CD ROM com imagens de satélite; vídeos e slides com imagens de satélite, tutoriais disponíveis na Internet, etc;3) Com relação a disponibilidade de material didático em sensoriamento remoto observou-se que: • há uma carência de material didático com ênfase em exemplos ou estudos realizados na região do Mercosul; • há pouco material didático gerado por autores e nos idiomas da região do Mercosul e os mesmos já estão desatualizados; • o material didático existente em geral se constitui de esforços isolados ou mesmo anotações pessoais dos professores que ministram os cursos e disciplinas de sensoriamento remoto; • há total falta de interesse das editoras pela publicação de livros técnicos e material didático em sensoriamento remoto devido a atual relação custo/demanda; • falta de apoio institucional e financeiro à confecção de material didáticoPara sanar os problemas referentes a carência de material didático são sugeridas ações,tais como: • promover junto aos organismos financiadores a difusão do sensoriamento remoto de tal forma que motive estes organismos a financiarem a geração de material didático; • solicitar a cooperação e o apoio dos distribuidores de dados espaciais a baixo custo para atividades de ensino; • favorecer ações de vinculação com o setor privado que fomentem a geração e distribuição de material didático;DSR/INPE 13-11 T.M.SAUSEN
  • 255. • motivar as autoridades de educação e pesquisadores a elaborar material didático para apoiar o ensino de sensoriamento remoto; • incentivar as universidades que possuem centros de publicação a gerar material didático e fazerem a sua divulgação através de sociedades científicas.3 - O Programa Educa SeReConsiderando-se, pois, os tópicos mencionados, foi criado no INPE, em 1998, pelaresponsável da Atividade de Treinamento e Difusão de Conhecimento em Ciência eTecnologia Espaciais, o Programa Educa SeRe. Este programa tem por objetivo gerarmaterial didático, a baixo custo, dedicado ao ensino de sensoriamento remoto nos níveisfundamental, médio e superior, de tal forma que dissemine e torne acessível estatecnologia a todas as camadas da sociedade.Os objetivos específicos do programa são: • Promover a criação de uma massa crítica sobre o uso e as aplicações da tecnologia de sensoriamento remoto no país e na região do Mercosul, através da disseminação e comercialização de material didático de baixo custo; • difundir, no meio docente e discente, diferentes produtos adquiridos por satélites de sensoriamento remoto existentes na atualidade, de tal forma que eles sejam amplamente divulgados; • socializar os conhecimentos de sensoriamento remoto para fomentar novos projetos de pesquisas e aplicações na área de recursos naturais; • motivar instituições de ensino, tais como universidades, a tomarem parte na elaboração de material didático para o ensino de sensoriamento remoto; • motivar empresas privadas a colaborarem na confecção de material didático voltado para o ensino de sensoriamento remoto.Este programa está dividido em quatro módulos, cada um deles constituindo-se em umprojeto, estando todos voltados para a elaboração de material didático para o ensino desensoriamento remoto, a saber:• PROJETO EDUCA SeRe I - Cadernos Didáticos no Ensino de Sensoriamento Remoto;• PROJETO EDUCA SeRe II - CD ROM para o Ensino de Sensoriamento RemotoDSR/INPE 13-12 T.M.SAUSEN
  • 256. • PROJETO EDUCA SeRe III - Elaboração de Cartas-Imagem para o Ensino de Sensoriamento Remoto• PROJETO EDUCA SeRe IV- Homepages para o Ensino de Sensoriamento RemotoCada um destes módulos já gerou pelo menos um material didático4 - Projeto Educa Sere III-Elaboração de Carta-Imagem para o Ensino deSensoriamento RemotoO Projeto Educa SeRe III-– Elaboração de Carta-Imagem para o Ensino deSensoriamento Remoto, teve início em 1998, um ano após a realização da I Jornada deEducação em Sensoriamento Remoto no Âmbito do Mercosul, realizada em Camboriú-SC. Ele é parte do Programa Educa SeRe desenvolvido pelo INPE.Tem objetivo criar séries de cartas-imagem, abordando várias aplicações desensoriamento remoto na área de recursos naturais, de tal forma que formem umacoleção, para serem utilizadas como material didático. Estas cartas estão sendoproduzidas separadamente, de forma seriada.Os objetivos específicos deste projeto são: • Disponibilizar, a baixo custo, para a comunidade em geral, dados de sensoriamento remoto dedicado à área de recursos naturais; • difundir o uso de dados de sensoriamento remoto como recurso didático, nas disciplinas de ciência e geografia; • tornar acessível, de forma ampla e a baixo custo, material didático para o ensino de sensoriamento remoto e de recursos naturais.As primeiras cartas-imagem foram apresentadas no IX Simpósio Brasileiro deSensoriamento Remoto, realizado em Santos, SP, em setembro de 1998. Foram feitas 3mil cópias, em parceria com a SELPER e distribuídas durante o Simpósio eposteriormente para todos os interessados em vários estados brasileiros e mesmo para oexterior.No contexto deste projeto já foram desenvolvidas as seguintes cartas-imagem:DSR/INPE 13-13 T.M.SAUSEN
  • 257. a) Série Cidades Brasileiras: • Carta-Imagem n° 1–Santos, escala 1:50.000, utilizando a imagem do satélite LANDSAT/TM, canais 2, 3 e 4, órbita 219 ponto 76, passagem de 20 de agosto de 1997; • Carta-Imagem n° 2 – Santos, escala 1:50.000, utilizando a imagem de satélite ERS-1 e 2, sensor SAR, de 08 de maio de 1996 e 04 de abril de 1996, respectivamente, elaborada em parceria com a Agência Espacial Européia – ESA; • Carta-Imagem n° 3 – São José dos Campos, utilizando a imagem de satélite LANDSAT/TM, com o apoio da Prefeitura Municipal de São José dos Campos. 2000 exemplares impressos foram distribuídos para todas as escolas do ensino fundamental e médio de São José dos Campos;Posteriormente ao lançamento o INPE assumiu o compromisso de treinar os professoresda rede de ensino (municipal, estadual e privada), na utilização da carta imagem comorecurso didático em sala de aula. Assim foram treinados 121 professores da redemunicipal, 64 da rede estadual e 23 da rede privada num total de 208. • Mosaico do Vale do Paraíba, Litoral Norte e Serra da Mantiqueira, escala 1:350.000, gerado a partir de duas imagens LANDSAT/TM, passagens de 26 de julho e 20 de agosto de 1997, órbita 21, pontos 75 e 76, publicado em parceria com o Jornal Vale Paraibano de São José dos Campos, na edição do dia 21 de agosto de 1999, em toda a região abrangida pelo Jornal Valeparaibano (41 municípios).Estas cartas-imagem tiveram um grande sucesso, sendo bem recebidas, não apenaspelos professores do ensino fundamental e médio, bem como por vários segmentos dasociedade tais como imobiliárias, professores e estudantes universitários, distribuidorasde leite, energia elétrica, construtores de rodovias, ONGs, jornalistas, redes de televisão,promotores públicos, advogados, planejadores, arquitetos, etc.Com o lançamento do satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres-CBERS esteprojeto passou a dedicar-se a criação de cartas-imagens usando exclusivamente imagensda Câmara CCD deste satélite, dando início assim ao Projeto Educa Sere III—Elaboração de carta imagem para o ensino de sensoriamento remoto-Utilização decartas-Imagem-CBERS como Recurso Didático.DSR/INPE 13-14 T.M.SAUSEN
  • 258. Os objetivos específicos deste projeto são: • disseminar a tecnologia de sensoriamento remoto na educação escolar; • incentivar o desenvolvimento de novas metodologias de ensino; • tornar acessível, de forma ampla e a baixo custo, material didático para o ensino de sensoriamento remoto e de recursos naturais; • disseminar os produtos de sensoriamento remoto gerados pela Satélite Sino- Brasileiro de Recursos Terrestres; • incentivar os docentes dos ensinos fundamental e médio a formarem cidadãos conscientes da importância da preservação dos recursos naturais e como os dados de sensoriamento remoto podem auxiliar nesta tarefa.Com a finalidade de capacitar professores dos ensinos fundamental e médio no uso dascartas-imagens como recurso didático foi criado o Curso sobre “O Uso deSensoriamento Remoto como Recurso Didático nos Ensinos Fundamental e Médio”.O primeiro curso e o lançamento da primeira carta-imagem CBERS foi realizado durante oX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 19-21 de abril de 2001, em Foz doIguaçu, Paraná. Posteriormente, de 17 a 22 de junho de 2002, foi realizado um curso paraprofessores do município de Manaus, em parceria com a Universidade de Manaus, com aconseqüente geração da carta-imagem de Manaus. No período de 3 a 5 de abril de 2003,foi realizado o terceiro curso, em Belo Horizonte, em parceria com a Secretaria Municipalde Educação, como parte das atividades do XI Simpósio Brasileiro de SensoriamentoRemoto. Para este curso foi gerada a carta-imagem de Belo HorizonteO objetivo deste curso é a capacitação de professores dos ensinos fundamental e médio,no uso de imagens de sensoriamento remoto, levando em consideração as diretrizes eorientações presentes nos PCNs, para o ensino de geografia. Assim, foram levados emconta os objetivos e metas propostas para o ensino de geografia para cada um dos ciclosdos ensinos fundamental e médio, e proposto como e quais dados de sensoriamentoremoto os professores podem estar utilizando em sala de aula.Os objetivos específicos deste curso são: • Despertar interesse na comunidade docente para a potencialidade e a utilização de dados de sensoriamento remoto como recurso didático, em geografia, em sala de aula;DSR/INPE 13-15 T.M.SAUSEN
  • 259. • Disseminar para a comunidade docente e discente os benefícios gerados pela tecnologia de sensoriamento remoto no conhecimento do espaço geográfico, dos aspectos sócio-econômicos e na preservação dos recursos naturais do país; • Encorajar os estudantes do ensino fundamental e médio a se interessarem por profissões relacionadas à tecnologia de sensoriamento remoto, tendo como objetivo a busca de novos talentos; • Difundir junto à comunidade docente e discente as atividades realizadas pelo INPE na área de sensoriamento remoto;As metas a serem atingidas são: • Capacitar docentes de geografia dos ensinos fundamental e médio para desenvolverem atividades, em sala de aula, referentes ao uso de dados de sensoriamento remoto; • Por meio dos docentes, capacitar os alunos dos ensinos fundamental e médio a desenvolverem atividades, em sala de aula, referentes ao uso de dados de sensoriamento remoto em geografia; • Com o auxílio dos docentes participantes do projeto, buscar novas formas de utilização de dados de sensoriamento remoto em sala de aula; • Por meio das atividades em sala de aula, referentes ao projeto, encorajar os estudantes interessados em geografia e ciências, a elegerem carreiras relacionadas à tecnologia de sensoriamento remoto; • Com o auxílio dos professores e estudantes, envolvidos no projeto, tornar acessível à comunidade em geral os benefícios gerados à comunidade pelas atividades de sensoriamento remoto desenvolvidas pelo INPE.Espera-se que ao final do curso os docentes estejam familiarizados com os inúmerosrecursos didáticos oferecidos pelas imagens de sensoriamento remoto, que passem autilizá-las em sala de aula e que possam eles próprios criar novos materiais didáticos apartir dos conhecimentos adquiridos no curso.Os professores treinados têm utilizado as cartas-imagem para desenvolver projetos sobremeio-ambiente e preservação de recursos naturais em sala de aula, educação ambiental,ensino de geografia, matemática, ciências, cartografia, física e artes.DSR/INPE 13-16 T.M.SAUSEN
  • 260. Elas têm despertado interesse também de docentes na Argentina e Uruguai. Este é oúnico projeto do gênero na América do Sul.Dentro do contexto deste projeto já foram desenvolvidas as seguintes cartas-imagem:a) Capitais Brasileiras: • Carta-imagem de Brasília; • Carta-imagem de Cuiabá; • Carta-imagem de Manaus; • Carta-imagem de Belo Horizonte.Estão em fase de elaboração as cartas-imagem de Porto Alegre e Natal.b) Cidades Brasileiras: • Carta-imagem de Foz do Iguaçu, PR • Carta-Imagem de Cachoeira Paulista, SPEstas cartas-imagem estão disponíveis na homepage do projeto:http://www.inpe.br/unidades/cep/atividadescep/educasereResultados esperados neste projeto são: • Criar uma massa critica entre os professores de geografia do ensino fundamental e médio no uso de dados de sensoriamento remoto como recurso didático em sala de aula; • Buscar parcerias entre o INPE e instituições públicas e privadas no sentido de ampliar este projeto bem como na realização de futuros projetos na área de educação espacial; • Ter uma ampla difusão das atividades de educação e sensoriamento remoto desenvolvidas pelo INPE na comunidade docente e estudantil;Formas de utilização de cartas-imagem CBERS em sala de aula:DSR/INPE 13-17 T.M.SAUSEN
  • 261. Segue abaixo alguns exemplos de situações em que o material didático comsensoriamento remoto pode ser utilizado em sala de aula: Traçado de áreas urbanas e rede viária que comunica a cidade com o entorno imediato; Aspectos morfológicos da paisagem urbana; Formas de crescimento das áreas urbanas e progressiva invasão do espaço agrícola; Estudo geográfico do espaço imediato ao aluno; Correlacionar o tipo de ocupação humana com os aspectos físicos, econômicos e sociais da região onde o aluno vive; Distribuição do uso do solo no tempo e no espaço e sua relação com os aspectos econômicos da região onde o aluno vive; Explicar aspectos mais complexos como grandes complexos de relevo, bacias de drenagem, correntes oceânicas, uso do solo e áreas agrícolas de uma região, aspectos de inundações, etc; Identificar áreas de preservação de mananciais e sua forma de ocupação; Complementar a cartografia na compreensão de aspectos gerais como a distribuição de mares e terras, a forma dos continentes, as grandes artérias hidrográficas do mundo; Os limites e as barreiras urbanas, tanto as que provem do meio natural (rios, serras, florestas) como as artificiais (estradas, complexos urbanos) criadas pelo homem; Impactos ambientais causados pelo a ocupação humana; Caracterização de áreas de preservação, tais como áreas alagadas, planícies fluviais, áreas costeiras, áreas de mangue, florestas naturais; Visão sinóptica do local onde o aluno vive e sua relação com o contexto ao redor; Reconstituição histórica do espaço geográfico em que o aluno vive;DSR/INPE 13-18 T.M.SAUSEN
  • 262. Sites úteis:Homepage da “Atividades de Treinamento e Difusão de Conhecimentos em Ciência eTencologia Espaciais” do INPEhttp://www.inpe.br/unidades/cep/atividadescepHomepage da EMBRAPA com imagens de satélite de todos os estados brasileiros. Cliquesobre a imagem com o mouse para obter imagens mais detalhadas da área de interesse.http://www.cdbrasil.cnpm.embrapa.brHomepage da SATMIDIA-galeria de imagens de satélitehttp://www.satmídia.com.brDSR/INPE 13-19 T.M.SAUSEN

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