Aplicações da multiescala espacial no sensoriamento remoto da cor do oceano em águas costeiras
Autor: Ana Paula Piazza Forgiarini (Currículo Lattes)
Resumo
A presente tese busca avaliar o uso de múltiplos sensores e resoluções espaciais no sensoriamento remoto da cor do oceano em regiões costeiras, bem como mostrar e discutir as vantagens e desvantagens derivadas do uso destes sensores de alta e altíssima resolução espacial. Um dos tópicos abordados na tese é a validação e a avaliação da acurácia de medidas de reflectância da superfície da água obtidas através de sensores multiespectrais a bordo de veículos aéreos não tripulados (VANTs), que até o presente momento são fabricados para atender as demandas de aplicações terrestres, como agricultura de precisão. Todavia, na oceanografia, estes sensores são ótimos intermediários entre medidas in situ e imagens de satélites, uma vez que apresentam resoluções espaciais altíssimas (<10 cm), podendo cobrir áreas significativas e possibilitando o sensoriamento da alta heterogeneidade presente na zona costeira, a um custo relativamente baixo. Nessa investigação, mostra-se como medidas que visam corrigir problemas comuns do sensoriamento remoto, como a presença de glint nas imagens, ainda não são bem estabelecidas para aplicações aquáticas. Quando comparadas as medidas feitas por um sensor multiespectral a bordo de um VANT com medidas de radiometria in situ sobre a água, foram encontradas diferenças relativas com valores entre 133% para os comprimentos de onda do verde e 360% para o infravermelho próximo. Considerando isso, um fator de correção foi proposto garantindo a acurácia necessária para as medidas de reflectância coletadas com esses instrumentos. Após a correção, o mesmo sensor foi utilizado para a validação de reflectâncias de imagens de satélite e seleção do melhor modelo de correção atmosférica, bem como para a escolha do melhor algoritmo bio-óptico para a obtenção de material particulado em suspensão (MPS) no estuário da Lagoa dos Patos, Rio Grande do Sul (Brasil). Nesta região, e considerando a importância da banda do vermelho para MPS, o modelo de correção atmosférica C2RCC apresentou a melhor performance dentre os analisados (bias = -0.044, MAE = 0.007, RPD = 0.74%, e r² = 0.714). Ao mesmo tempo, dentre os algoritmos testados para obtenção de MPS, o modelo semi-analítico testado [Nechad et al., 2010] obteve um melhor desempenho do que um algoritmo empírico regional [Sartorato, 2020]. Esses resultados demonstram o potencial de uso destes sensores como alternativa na aquisição de medidas de reflectância de referência e estimativas de MPS. Adicionalmente, neste trabalho foram avaliadas as escalas espaciais de sensores de alta resolução a bordo de satélites atualmente em operação quanto a suas adequações para observar feições de pequena escala. Para isso, foram analisadas imagens do MSI Sentinel-2 nas águas costeiras do Estreito da Georgia (BC, Canadá), as quais foram inicialmente submetidas à validação de diferentes modelos de correção atmosférica para a região para uma melhor estimativa da reflectância de superfície. Similarmente aos resultados encontrados no Estuário da Lagoa dos Patos (Brasil), os modelos Polymer e C2RCC apresentaram melhor desempenho (bias entre -0.00003 e -0.00125, MAE entre 0.007 e 0.0015, RPD entre 6% e 22% e r² > 0.95). Após a validação das reflectâncias, os pixels da imagem usada foram degradados para resoluções de 20 m, 30 m e 60 m, a fim de comparar a perda de informações sobre ondas internas originadas a partir da pluma do Rio Fraser, em diferentes resoluções espaciais. A resolução original dos pixels (10 m) da imagem e os dados do radiômetro (13 m) usado para a validação das reflectâncias também foram usados nesta análise. Através disso, mostra-se que o sensor MSI a bordo do Sentinel-2 possui resolução espacial adequada para as investigações na zona costeira, porém a baixa resolução temporal, e a falta de um número maior de sensores com resoluções adequadas, ainda é um problema para as investigações da cor do oceano, para a região costeira.