Monitoramento da superfície do solo usando indicadores ambientais provenientes de dados de satélite em órbita geoestacionária

Carlos Roberto Silveira Jr; Laerte Guimarães Ferreira Jr; Bernardo Barbosa Silva

doi:10.26848/rbgf.v13.6.p2944-2962

Autores

Carlos Roberto Silveira Jr Instituto Federal de Goiás https://orcid.org/0000-0003-2891-929X
Laerte Guimarães Ferreira Jr Universidade Federal de Goiás https://orcid.org/0000-0002-0489-1141
Bernardo Barbosa Silva Universidade Federal de Campina Grande https://orcid.org/0000-0003-2500-1547

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v13.6.p2944-2962

Palavras-chave:

NDVI, NDWI, Meteosat-10, Sensoriamento Remoto

Resumo

O satélite de órbita geoestacionária Meteosat-10 fornece indicadores ambientais com alta resolução temporal e baixa resolução espacial, permitindo o monitoramento da fenologia da paisagem. Porém, devido ao alto ângulo de visada do Meteosat-10, pouco tem sido utilizado para o Brasil. Indicadores como NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), eficiente para o monitoramento da vegetação devido à simplicidade e estreita relação com a produtividade da vegetação, e o NDWI (Normalized Difference Water Index), que indica a umidade da superfície do solo combinando o solo e a vegetação expostos, ajudam a compreender a sazonalidade ambiental e ocupação das bacias hidrográficas. Esse artigo tem como objetivo avaliar a capacidade de indicadores biofísicos, provindos do satélite de órbita geoestacionária Meteosat-10, para o monitoramento ambiental da superfície do solo, tendo como área de estudo bacias hidrográficas, Ottobacias nível 5, do estado de Goiás, incluindo o Distrito Federal, no período 2013 a 2015. Para tanto, foram avaliados o NDVI, NDWI e a precipitação com resolução temporal de 12 dias e mensal. Fez-se o cálculo dos indicadores normalizados SPI (Standard Precipitation Index), SVI (Standard Vegetation Index) e SWI (Standard Water Index) para comparações entre os anos e obtenção da tendência de cada indicador. Como resultado pode-se identificar e compreender padrões sazonais das bacias hidrográficas em diferentes regiões e classes de uso, demonstrando o potencial de indicadores de vegetação provenientes de satélites geoestacionários, para o monitoramento da cobertura do solo em bacias hidrográficas, bem como identificar a maior sensibilidade do NDWI para o monitoramento de mudanças ocorridas na superfície.

Monitoring of soil surface using environmental indicators satellite data monitor from geostationary orbit

A B S T R A C T

The geostationary orbit satellite Meteosat-10, has spectral bands that allow create that provides environmental indicators with high temporal resolution and low spatial resolution, allowing the monitoring of landscape phenology. However, for Brazil little has been used due to the high viewing angle of Meteosat-10 (45 a 80º). Indicators like NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), efficient for monitoring vegetation due to the simplicity and close relationship with the productivity of the vegetation, and the NDWI (Normalized Difference Water Index), which indicates the moisture of the soil surface combining the soil and the exposed vegetation, help to understand the environmental seasonality and occupation of watersheds. This article aims to evaluate the capacity of biophysical indicators, coming from the geostationary orbit satellite Meteosat-10, for the environmental monitoring of the soil surface, with hydrographic basins, Ottobasin level 5, from the state of Goiás, as the study area. Distrito Federal, from 2013 to 2015. For this purpose, NDVI, NDWI and precipitation with 12-day and monthly resolution were evaluated. Standardized indicators SPI (Standard Precipitation Index), SVI (Standard Vegetation Index) and SWI (Standard Water Index) were calculated for comparisons between years and obtaining the trend of each indicator. As a result, it is possible to identify and understand seasonal patterns of hydrographic basins in different regions and classes of use, demonstrating the potential of vegetation indicators from geostationary satellites, for monitoring soil cover in hydrographic basins, as well identify the highest sensitivity NDWI for monitoring surface changes.

Keywords: NDVI, NDWI, Meteosat-10, environmental monitoring.

Biografia do Autor

Carlos Roberto Silveira Jr, Instituto Federal de Goiás

Professor titular do IFG câmpus Goiânia, Goiás. Graduado em Engenharia de Computação pela Universidade Federal de Goiás (2003) e mestre em Engenharia Elétrica e de Computação pela Universidade Federal de Goiás (2006). Iniciou (2014) doutorado no Programa de Pós-graduação de Ciências Ambientais da Universidade Federal de Goiás na área de Sensoriamento Remoto. Atua principalmente nas áreas de informática na educação, inteligência computacional, sensoriamento remoto, automação e robótica. Participa do Núcleo de Pesquisa Interdisciplinar do câmpus Inhumas (NEPEInter) desenvolvendo projetos interdisciplinares com professores da área de artes, línguas, história, geografia, pedagogia e psicologia, produzindo resultados que foram publicados em revistas científicas e em eventos nacionais e internacionais. Participou (2011 a 2013) do projeto ROBOCETI(Robótica Como Instrumento de Capacitação dos Institutos Federais em Ciência, Educação, Tecnologia e Inovação), financiado pela SETEC/MEC, que promoveu a pesquisa sobre robótica em diversos Institutos Federais através de núcleos de trabalhos de vários estados do Brasil. Orientou projeto de pesquisa que recebeu o 11º Prêmio Destaque Nacional do CNPq (2013), categoria bolsista de Iniciação Tecnológica. Atualmente estuda no programa de Doutorado em Ciências Ambientais da Universidade Federal de Goiás, com foco em Sensoriamento Remoto.

Laerte Guimarães Ferreira Jr, Universidade Federal de Goiás

Graduado em Geologia pela Universidade de Brasília (1990), especialista em sensoriamento remoto pela UNESP / Rio Claro (1990), mestre em Geologia Econômica pela Universidade de Brasília (1993), doutor em Ciência do Solo / Sensoriamento Remoto pela University of Arizona (2001). Em 2011, durante período sabático, foi cientista visitante junto ao Center for Space Research / University of Texas at Austin. É professor titular da Universidade Federal de Goiás (UFG), onde participa, na condição de membro permanente, do Programa de Pós-Graduação em Geografia (CAPES nota 5) e do Programa Multidisciplinar em Ciências Ambientais (CAPES nota 6). Entre 1994 e 2017, criou e coordenou o Laboratório de Processamento de Imagens e Geoprocessamento da Universidade Federal de Goiás (LAPIG \ www.lapig.iesa.ufg.br), uma das principais referências no país quanto ao processamento, análise e distribuição de dados satelitários de resolução espacial moderada aplicados ao monitoramento biofísico-ambiental e governança territorial. Entre setembro de 2009 e setembro de 2012 integrou o comitê científico do Painel Brasileiro de Mudanças Climáticas e entre outubro 2016 e dezembro 2018 fez parte do Grupo Assessor Especial (GAE) da Diretoria de Relações Internacionais da CAPES. Atualmente integra o Conselho Superior da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (CONSUP / FAPEG) e é membro do Comitê Assessor de Geociências do CNPq. Também participa do Comitê de Coordenação Institucional do projeto "Desenvolvimento de sistemas de prevenção de incêndios florestais e monitoramento da cobertura vegetal no cerrado brasileiro" (FIP Cerrado / MCTIC / BIRD) e do Comitê de Coordenação da iniciativa MapBiomas (mapbiomas.org). Foi membro (2012 - 2015) do Conselho Deliberativo da Fundação de Apoio à Pesquisa da Universidade Federal de Goiás (do qual foi presidente, durante o ano de 2013), Em 2010, recebeu da Assembleia Legislativa do Estado de Goiás a Comenda Araguaia, pela contribuição à causa da preservação do meio ambiente no Estado de Goiás. É atualmente Pró-Reitor de Pós-Graduação da Universidade Federal de Goiás.

Bernardo Barbosa Silva, Universidade Federal de Campina Grande

Doutorado em Engenharia Civil - Área de Concentração Recursos Hídricos, pela Universidade Federal da Paraíba (1994), Pós-doutorado em Agrometeorologia na Universidade do Arizona, Estados Unidos (1996-1997), bacharelado (1979) e mestrado (1985) em Meteorologia (UFPB). Atualmente é professor Adjunto II da UFCG, bolsista de Produtividade em Pesquisa do CNPq e membro efetivo do Programa de Pós-graduação em Meteorologia da UFCG. Colabora, ainda, com o Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental da UFRPE. Foi vice-presidente da Sociedade Brasileira de Agrometeorologia (1994-1995) e da Sociedade Brasileira de Meteorologia (2007-2008). Publicou mais de 128 artigos em periódicos especializados (nacionais e internacionais), 2 livros técnicos, 10 capítulos de livro e tem participado como conferencista em vários simpósios científicos nacionais e internacionais. Concluiu a orientação de 32 doutores, 50 mestres e 5 trabalhos de iniciação científica e é consultor da FINEP, CNPq e fundações estaduais de amparo à pesquisa, além de participar em projetos de pesquisa com instituições nacionais e internacionais. Atua em Agrometeorologia, Meteorologia, Climatologia e Sensoriamento Remoto Aplicado, com ênfase em balanços de radiação, energia, evapotranspiração e fixação de carbono na vegetação por sensoriamento remoto. Editor Associado da Revista Brasileira de Meteorologia (2009 a 2012), da Revista Brasileira de Agrometeorologia (2010 a 2012) e da Revista Brasileira de Geografia Física (2011 - 2015).

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