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Doutorado em Ciências Ambientais (CIAMB / UFG) Sensoriamento Remoto Aplicado à Ciência Ambiental Princípios Físicos Dr. Laerte Guimarães Ferreira

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Apresentação em tema: "Doutorado em Ciências Ambientais (CIAMB / UFG) Sensoriamento Remoto Aplicado à Ciência Ambiental Princípios Físicos Dr. Laerte Guimarães Ferreira"— Transcrição da apresentação:

1 Doutorado em Ciências Ambientais (CIAMB / UFG) Sensoriamento Remoto Aplicado à Ciência Ambiental Princípios Físicos Dr. Laerte Guimarães Ferreira

2 Sensoriamento Remoto Radiaçao Incidente Radiaçao Refletida Radiaçao Emitida

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4 Sensoriamento Remoto: Desenvolvimento dos Sistemas Sensores

5 Usuários TradicionaisNovos Usuários Planejamento civil (mapeamento, zoneamento, etc), forças armadas, serviços de inteligência, centros de pesquisa, "governos" Media eletrônica e impressa Organizações multinacionais (ex. ONU)ONG´s (política ambiental, conflitos regionais, etc) Negócios (extração e gerenciamento de recursos naturais) Academia & Organizações de Pesquisa (ex. estudos em transporte, arqueologia, etc) Academia & Organizações de Pesquisa (depart. de Geologia e Geografia, programas de sens. Remoto, estudos ambientais) Negócios (ex. empresas de seguros, telecomunicações, agricultura de precisão, etc) Remote Sensing Business (empresas aero- fotogramétricas, fornecedores de imagens, empresas de geoprocessamento) "Clientes" (Imobiliárias, "indivíduos") Sensoriamento Remoto: Perfil dos Usuários

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7 Sensoriamento Remoto: Aplicações

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10 Espectro Eletromagnético - REM

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12 Comportamento Espectral de Alvos

13 Radiação Eletromagnética Janelas Atmosféricas

14 Radiação Eletromagnética Janelas Atmosféricas

15 Interações Energia - Alvo

16 Espectro Eletromagnético - REM

17 Radiação Eletro-Magnética: Propriedades Teoria Eletro-Magnética da Luz

18 Período (T): tempo entre 2 cristas Frequência: 1/T = # cristas / seg. (f = 1/T) C = f f = C/ Q = hf Q = hC/ (joules) Radiação Eletro-Magnética: Propriedades

19 Radiação Eletro-Magnética: Unidades de Medidas

20 Radiação Eletro-Magnética: Leis fundamentais

21 Radiação Eletro-Magnética: Relações Radiométricas

22 Radiação Eletro-Magnética: Interações com a Superfície

23 Radiação Eletro-Magnética: Medidas Radiométricas

24 Comprimento de Onda (nm) Reflectância Solo Veg. Vermelho NIR SWIR Comportamento Espectral de Alvos

25 BRDF Especular Espalhamento volumétrico Reflectância de folha - veg Superfície rugosa (água) sunglint Vazios - sombras Bi-Directional Reflectance Distribution Function (BRDF)

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29 ï Ângulo de visada do sensor varia +/- 55 o ï Ângulo zenital solar pode variar até 20 o ao longo da imagem ï Ângulo zenital solar varia com a latitude e dia do ano Considerações Angulares…

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31 Aerosol, gases, moléculas Substrato Dossel Atmosfera Nuvens Sensoriamento Remoto: Problemas...

32 Superfície 20 km 2-3 km 8 km O 2, CO 2, Gases Traços Moléculas (Espalhamento Rayleigh) H 2 O, Aerossóls Troposféricos Ozone, Aerossóls Estratosféricos

33 Poeira do Sahara sobre as Ilhas Canárias SeaWiFS (Março, 1998)

34 Plumas de Fumaça no Mexico SeaWiFS (Junho, 1998)

35 A distribuição da energia solar na superfície terrestre é influenciada por: espalhamento atmosférico por moléculas e particulados, absorção gasosa ( 7 gases na região de 0.4 a 2.5 µm) –Vapor dágua (H2O), –Dióxido de carbono (CO2), –Ozônio (O3), –Óxido nitroso (N2O), –Monóxido de carbono (CO), –Metano (CH4), e –Oxigênio (O2) Efeitos Atmosféricos

36 Absorção por Vapor D´água Fortes bandas de absorção em 1.45 e 1.95 µm completamente atenuam a energia solar e faz com estes comprimentos de ondas não tenham utilidade para estudos da superfície terrestre a partir do espaço. Absorções por vapor d´água também causam um impacto significativo no infra-vermelho próximo. –O sensor AVHRR é o mais severamente afetado por vapor d´água devido à uma banda no intervalo de a 1.1 µm. –Os sensores Landsat TM e o SPOT-HRV, os quais possuem bandas em µm e µm, respectivamente, minimizam substancialmente os problemas relacionados às absorções secundárias próximas à 0.7 e 0.9 µm. O sensor MODIS consegue evitar completamente os problemas com vapor d´água em função da banda NIR estar posicionada na região de a µm (evitando até mesmo pequenas feições de absorção em µm).

37 Espalhamento Atmosférico Espalhamento molecular (Rayleigh) é fortemente dependente do comprimento de onda: –Mais forte quanto menor o comprimento de onda, –Responsável pela radiância difusa da atmosfera. –Quanto mais névoa (atmosfera turbida), mais forte será o componente difuso (sky illumination component). O espalhamento na atmosfera cria um 'path radiance' que aumenta o sinal que chega até o sensor. O espalhamento é função do tamanho das partículas em relação ao comprimento de onda: Onde r é o raio dos elementos espalhantes.

38 Tipos de Espalhamento –Se q<1, espalhamento Rayleigh. –Se 1 < q < 2, há uma transição do espalhamento Rayleigh para o Mie. –Quanto maior o comprimento de onda, menor será o efeito do espalhamento atmosférico. Espalhamento Rayleigh envolve moléculas com diâmetros muito menores que a radiação incidente. Variações são causadas principalmente por flutuações de densidade na atmosfera (moléculas). (Predomínio do azul no céu limpo e do laranja e vermelho ao entardecer). Espalhamento Mie envolve partículas com diâmetros próximos aos comprimentos de onda da radiação solar incidente (pequenas gotas de água e poeira). Tipo de espalhamento encontrado quando o céu está ligeiramente nublado. Influencia comprimentos de onda mais longos. Espalhamento não-seletivo envolve partículas com diâmetros algumas vezes maiores que os comprimentos de onda da radiação incidente (grandes gotas de água, nuvens e neblina). Tal espalhamento faz com que comprimentos de onda do visível e infra-vermelho sejam espalhados com a mesma eficiência, resultando assim na cor esbranquiçada do céu.

39 Atenuação Atenuação se refere tanto aos processos de absorção quanto espalhamento da atmosfera. O efeito é uma redução geral nas propriedades transmissivas da atmosfera. Coeficiente de extinção ( ext ) : relaciona-se com a transmitânicia ( ) através: Assim, uma unidade de optical thickness corresponde à uma transmitância de ~0.37.

40 O efeito da atmosfera na resposta Visível e NIR para alvos da superfície depende da influência (contribuição) relativa da atenuação e "path radiance". Para cada comprimento de onda há uma "reflectância crítica" que parece não ser influenciada pela atmosfera… A atmosfera tende a tornar superfícies escuras mais brilhantes e superfícies claras mais escuras. Efeitos Combinados da Atmosfera…

41 A atmosfera simultaneamente reduz o sinal refletido pela superfície através de uma função de atenuação dependente do comprimento de onda (atenuação), e adiciona um sinal atmosférico, conhecido como 'upward path' (sky) radiance. Dependendo do comprimento de onda e do brilho da superfície, bem como da turbidez atmosférica, o sinal que chega até o sensor pode ser menor, maior ou sem alteração em relação ao sinal da superfície. Para uma superfície escura, a atenuação atmosférica será mínima, mas a contribuição do path radiance pode exceder em muito o sinal da superfície (principalmente para comprimentos de onda menores).

42 Correções para Gases e Moléculas O efeito do espalhamento molecular sobre o upward path radiance pode ser corrigido bastante facilmente, haja vista que as concentrações moleculares variam com a altitude. Absorções gasosas também podem ser corrigidas com relativa facilidade (água e ozônio), principalmente se o sensor não tiver bandas coincidentes com as principais zonas de absorção.

43 Correção para Aerossóis A correção para os efeitos de aerossóis é bastante complexa devido à alta variabilidade na reflectância da superfície e a dificuldade em se distinguir entre a reflexão da radiação solar pela superfície e o retro- espalhamento causado pela camada de aerosol. Correção para aerossol necessita: (1) aerosol optical thickness, (2) phase function, e (3) single scattering albedo. Métodos de correção são normalmente baseados na obtenção de um parâmetro a partir de dados orbitais (optical thickness ou path radiance) e computação de outros parâmetros com base em modelos empíricos.

44 Nuvens Objetivo: mascarar a contaminação de nuvens na determinação de propriedades da superfície. No caso de nuvens de grandes dimensões, a distinção entre cenas limpas e contaminadas por nuvens é bastante simples. No caso de nuvens finas (ex. cirrus) e subpixel nuvens, a distinção é difícil. Dois limiares usados para separar nuvens de cenas limpas: brilho e emitância em ondas longas (ou combinação de ambos). Há também a comparação com dados das semanas anteriores (mais escuros e quentes). A acuidade e sensibilidade dos algorítimos para detecção de nuvens são dependentes da resolução espacial do sensor.

45 False Color (NIR, R, G) Blue (0.469 m) Red (0.645 m) NIR (0.858 m) MIR1 (1.64 m) MIR2 (2.13 m)

46 Correção Total (Rayleigh + Aerossols)

47 Red NIR MIR Aumento Na fumaça Espectro Vegetação Densa (Rayleigh/O 3 )

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