Sensoriamento remoto de aerossóis em alta resolução espacial na região amazônica

• Main Author: Lucca, Silvia de
• Other Authors: Artaxo Netto, Paulo Eduardo
• Format: Master Thesis
• Language: Portuguese
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2009
• Subjects: Aerosol; Aerossóis; Amazonia; Amazônia; Climate change; Mudanças climáticas; Remote sensing; Sensoriamento remoto; Alta; Aerosol Robotic Network
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-06052010-115020/

O significativo processo de desmatamento na Amazônia acarreta a emissão atmosférica de altas quantidades de aerossóis e gases. É necessário o desenvolvimento de ferramentas que melhor quantifiquem essa carga de aerossóis e conseqüentemente o impacto gerado no clima regional, incluindo alterações no balanço radiativo terrestre e nos mecanismos de formação e desenvolvimento de nuvens. Foram analisadas as propriedades ópticas dos aerossóis, por meio de medidas obtidas pelo fotômetro da rede AERONET (Aerosol Robotic Network) operada pela NASA, localizado na região de Ji-Paraná Rondônia. Dois modelos ópticos de aerossol, representativos da região, foram definidos, em função do albedo simples (0), a partir do índice de refração real e imaginário e da distribuição de tamanho dos aerossóis. No comprimento de onda de 676 nm, os modelos ópticos possuem valores de 0 entre 0,88 e 0,94. Adaptou-se a metodologia para a obtenção da profundidade óptica dos aerossóis com alta resolução espacial a partir de observações de radiância obtidas com o sensor MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer). Aumentou-se a resolução espacial de 10 km x 10 km (produto operacional da NASA para profundidade óptica de aerossóis AOD) para 1,5x1,5 km, com bons resultados. O algoritmo adaptado utiliza a propriedade de refletância crítica para determinar o modelo óptico de aerossol a ser empregado, de forma dinâmica e interativa, reduzindo a incerteza na determinação da profundidade óptica dos aerossóis com alta resolução espacial. Os resultados de validação revelaram que os resultados de AOD obtidos com alta resolução espacial e os obtidos operacionalmente pela NASA, quando comparado com as medidas de referência obtidas com radiômetro da rede AERONET apresentaram resultados satisfatórios. O método em alta resolução utilizado neste trabalho teve índice de acerto melhor em 40% dos casos, melhorando assim consideravelmente uma importante fonte de incerteza na obtenção de AOD por sensoriamento remoto, que é a escolha de um modelo óptico mais adequado ao tipo de aerossol sendo determinado. A validação realizada por meio da comparação do valor médio de AOD pelo MODIS comparado com o fotômetro mostrou uma equação de regressão y= (1,09±0,03)x+ (0,03±0,02), com R²=0,80. A contaminação das imagens por nuvens é sensivelmente melhorada em alta resolução, mas ainda é um problema que requer atenção científica no desenvolvimento de melhores algoritmos. The significant deforestation process in Amazonia results in high levels of aerosols and trace gases emitted to the atmosphere. It is necessary the development of tool that allows a better quantification of the atmospheric aerosol loading and consequently the impact on regional climate, including changes in the regional radiation balance and the mechanisms of cloud formation and development. Aerosol optical properties were investigated through the analysis of the sun-photometer that is part of the Aerosol Robotic Network (AERONET) located in Ji-Paraná (RO, Brazil). Two aerosol optical models, representative of that specific region were defined as a function of the single scattering albedo (0), through the analysis of the real and imaginary refractive indexes and the aerosol size distribution. Taking into account the 676nm wavelength, both models returned single scattering albedo values of 0(1)=0.88 and 0(2)=0.94. A well-established methodology used for urban aerosol studies through the analysis of MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) data was adapted to Amazonia. It has obtained aerosol optical depth (AOD) for the Amazon region, improving the standard spatial resolution of 10 km x 10 km to 1.5 km x 1.5 km with good results. The adapted algorithm takes into account the critical reflectance to provide the appropriate aerosol optical model to be used, in an interactive and dynamical way, reducing the uncertainty in the aerosol optical depth determination with high spatial resolution. The results of the validation analysis showed that the AOD obtained with high spatial resolution and those obtained from the NASA operational product when compared with AERONET data shows very satisfactory results. The high-resolution method developed in this work had a very good agreement compared with the single aerosol optical model for 40% of the analyzed cases. This shows that an important source of uncertainty, the choice of a more appropriate optical model was reduced. The validation of the results done with sun-photometer measurements showed very good agreement, with a regression equation: y= (1,09±0,03)x+(0,03±0,02), with R²=0,80. The cloud contamination issue is reduced with the high-resolution method, but is still an important issue that requires further investigation.