Baixe Espectroeletromagético e Análise de Imagens: Aplicação em Ecologia e outras Notas de estudo em PDF para Ecologia, somente na Docsity!
Fundamentos
1. INTRODUÇÃO
Desde 1969, o brasileiro coleta e analisa dados de Sensoriamento Remoto obtidos por sensores a bordo de aeronaves e/ou de plataformas orbitais, pesquisando, desenvolvendo e aplicando metodologias ao estudo dos recursos naturais do país. Quando o Brasil entrou na era espacial, já havia no mundo muita experiência acumulada a respeito dos ecossistemas temperados. Por essa razão, além de se iniciar em nova tecnologia, os pesquisadores brasileiros tiveram que calibrar as variáveis de nossos ambientes com relação aos produtos obtidos por sensores remotos. Esta tarefa se mostrou especialmente trabalhosa, em vista da biodiversidade e da diversidade de ambientes de um país tropical, com dimensões como as do Brasil. A cada passo adiante da tecnologia, novas calibrações tornam- se necessárias para se ter certeza de que as diferenças espectrais registradas pelos sensores remotos são devidas às propriedades dos alvos e não devidas a artefato de coleta ou de interpretação. Assim, registrou-se um longo período de coleta de dados primários nos diversos ecossistemas. Com a experiência acumulada nessas mais de três décadas, hoje é possível confiar nas várias informações obtidas por sensores remotos. Há, contudo, muito que se calibrar, seja porque o conhecimento ainda não se esgotou, seja porque os avanços tecnológicos não tendem a cessar. O objetivo desse trabalho é reunir o conhecimento acumulado pela autora desde 1981, em um produto capaz de conduzir o leitor ao uso correto e pleno do sensoriamento remoto e do geoprocessamento para medir algumas variáveis ecológicas. Visando alcançar este objetivo, alguns fundamentos serão relembrados, algumas aplicações serão sugeridas, ao mesmo tempo em que se alertará sobre as incongruências que podem ser ditas através do seu uso inadequado. O uso correcto e pleno do sensoriamento remoto passa pelo conhecimento de vários preceitos básicos. Passa também pelo conhecimento de suas limitações e de como superá-las. É importante lembrar que, ao longo do tempo, o modo como a energia interage com o alvo não mudou, mas a tecnologia para coletá-la e interpretá-la corretamente, sim. Como o obsoletismo dessas tecnologias é muito rápido, o enfoque maior será para aqueles itens que não mudam, tais como o comportamento espectral dos alvos, os efeitos atmosféricos e de condições ambientais, as leis físicas das interações alvo radiação e os processamentos mais aplicáveis a ecologia de ecossistemas terrestres e aquáticos.
1.1. O que é Ecologia?
Uma das mais antigas definições de que se tem registro data de 1870 (Ernst Haeckel), que disse ser a ecologia “o conjunto de conhecimentos voltados para a economia da natureza onde se investigam as relações do animal e seus
ambientes orgânicos e inorgânicos”. Ao longo do tempo, este termo sofreu várias interpretações: “a ciência da comunidade”, segundo Frederick Clements, em 1905; “a ciência do ambiente”, segundo Karl Friederichs, em 1958; “o estudo da estrutura e da função da natureza”, segundo Eugene Odum, em 1959; e “o estudo da estrutura e da função do ecossistema”, também segundo Eugene Odum, em 1962 (Kormondy & Brown, 1998). Chapmann & Reiss (1999) resumem dizendo que é o estudo de como os organismos vivem e como interagem com seu ambiente. O ambiente de um organismo, por sua vez, possui um componente abiótico e outro biótico.
- O abiótico se constitui de fatores basicamente “estáveis” (do ponto de vista das ciências biológicas), como a geomorfologia, envolvendo a geologia, a pedologia, a topografia e os causadores de todos os tipos de intemperismo de cada lugar, para a formação de diversos tipos de relevos e paisagens; e fatores variáveis, como o clima e disponibilidade de nutrientes.
- O biótico envolve as interações entre organismos em que se incluem ações antrópicas, como aquelas causadas pelas modificações na biodiversidade e na riqueza.
1.1.1. Fatores do Ambiente Abiótico ou físico:
Para efeito do que temos em vista, podemos sintetizá-los em:
⇒ Geomorfológicos – Essa ciência estuda, de forma ampla e sintética, outras ciências para encontrar a totalidade de fatores que compõem a formação das diferentes formas de relevo e paisagens em suas resistências e fragilidades. Assim, para seguir o modelo de Chapman & Reiss (1999), autores do esquema que será apresentado posteriormente, com o objetivo de integrar os fatores bióticos e abióticos, nos concentraremos em três das ciências que compõem a abordagem geomorfológica: Ö Geologia, oferecendo as características dos diversos tipos de rochas; Ö Pedologia, oferecendo as características dos diversos tipos de solos; e Ö Topografia, indicando as diversas altitudes de cada paisagem.
⇒ Climatológicos – Aqui temos tudo o que é relacionado aos diferentes tipos de micro, meso e macro climas existentes em todas as escalas de nosso planeta. Não podemos esquecer também da importantíssima inter-relação entre os dois fatores básicos aqui citados, bióticos e abióticos, resultando em diversos tipos de intemperismo.
1.1.2. Fatores do Ambiente Biótico:
O ambiente biótico envolve interações dos organismos e incluem aspectos de competicão, predação, herbivoria, reprodução e dispersão, as chamadas
Figura 1.1 - Esquema das relações possíveis entre organismos e os componentes bióticos e abióticos. (Adaptado de Chapmann & Reiss, 1999).
De uma maneira ou de outra, tanto os fatores bióticos quanto os abióticos afetam a distribuição e a abundância dos organismos vivos, ora favorecendo uma espécie, ora desfavorecendo outra. Mesmo as interações aparentemente abióticas acabam interferindo no componente biótico.
fatores abióticos fatores bióticos geologia
topografia
solos
clima (e microclima)
ORGANISMOS
doenças
alimentos predadores
inter-relações efeito direto^ efeito indireto
Geologia Æ pedologia
Os compostos inorgânicos do solo resultam do intemperismo das rochas. Assim, é muito importante saber que tipo de rocha está disponível em um dado ambiente. Grandes variações de temperaturas contribuem para o intemperismo mecânico, proporcionando a quebra das rochas em pedaços e facilitando a ação da água. As rochas também podem ser quebradas por intemperismo químico. O dióxido de carbono é dissolvido pelas águas da chuva, formando um meio ácido. Esta acidez reage com as rochas: calcário formando carbonatos de cálcio; o feldspato de rochas ígneas, como o granito, formando argila e carbonato de potássio. Este, por sua vez, ao se acumular na estrutura coloidal das argilas e na matéria orgânica, fica disponível para o uso das plantas. Vários outros minerais como ferro, magnésio, alumínio são produtos do intemperismo de vários tipos de rochas. O quartzo, por sua vez, é muito resistente ao intemperismo, permanecendo na forma de seixos e de areia. Geralmente, os produtos de intemperismo permanecem próximos do local de formação, por isso é muito importante conhecer a geologia local quando se estuda um ambiente. Outros processos importantes na formação dos solos são a erosão (de vários tipos) e a sedimentação.
Topografia
A altitude e a forma do relevo têm um papel muito importante na distribuição e na abundância dos organismos. A temperatura decresce com o aumento da altitude, selecionando as espécies que ali se instalam. Do mesmo modo, a presença de escarpas requer habilidades específicas para uma espécie viver ali. Dependendo do índice de inclinação, há risco de deslizamentos. A orientação das vertentes também pode selecionar espécies com habilidades específicas (C 3 e C 4 ). A topografia também condiciona a disponibilidade de água, seja para as plantas, seja para os animais. A topografia dos mares e lagos (ou batimetria) é muito importante para os organismos aquáticos. A água absorve a luz prontamente, em especial a luz visível (do azul ao vermelho do espectro eletromagnético). A luz vermelha pode ser absorvida até cerca de 30 metros. A luz verde, assim como a azul, penetra mais fundo até cerca de 140 metros, até onde se podem encontrar algas verdes.
Latitude
O sol é a principal fonte de luz da terra e, conseqüentemente, de calor. O comprimento dos dias e a intensidade luminosa são fatores decisivos na inclusão ou exclusão de um ser vivo num dado local. É a rotação da terra em torno do seu eixo que cria o dia e a noite. A inclinação do eixo da terra juntamente com a translação fazem variar a face da terra voltada para o sol ao longo do ano, criando, assim, as estações. No equador, o comprimento do dia e da noite é praticamente igual. Já nas altas latitudes, nos pólos, isso pode significar até dias
ditos como sendo locais. Em ambientes com milhões de habitantes, os efeitos podem chegar a níveis regionais. Entretanto, há casos de ações individuais que causaram danos regionais, como o derramamento de óleo no mar, por exemplo.
1.2. Como combinar estes elementos?
A pergunta que leva à compreensão total sobre um organismo é onde ele vive. Definindo-se o meio (se aquático ou terrestre), resta apenas saber o taxon a que ele pertence (animal, vegetal ou outros) para se ter uma radiografia do organismo em questão. Sabendo onde ele vive e lembrando que a organização dos seres vivos tem a seguinte seqüência: organismo Æ população Æ comunidade Æ ecossistema Æ bioma, podemos identificar o ecossistema do qual ele faz parte, ampliando assim o conhecimento sobre o organismo. O “onde vive” está associado ao ambiente abiótico e o “ele” (indivíduo), juntamente com os demais organismos com quem interage, está associado ao ambiente biótico. Das interações abióticas e bióticas resultam os habitats, promovendo a instalação de populações, formando comunidades, levando à formação de ecossistemas e, conseqüentemente, de biomas. Um exemplo dessa interação é o fato de que fatores físicos como pH, temperatura, disponibilidade de água e luz podem afetar o crescimento de uma dada população, alterando sua habilidade de competição e alterando a sua abundância. Para estudar uma população (conjunto de indivíduos de mesma espécie), um dos caminhos é identificar o habitat. Este, contudo, nem sempre caracteriza uma espécie completamente, em vista de o mesmo espaço físico ser ocupado simultaneamente por diversos organismos distintos. Somente quando se conhece muito bem o comportamento de uma dada espécie é que se costuma utilizar o seu habitat como unidade de estudo. Por exemplo, supondo que o meio onde uma dada espécie vive é águas continentais. Nesse caso, ao identificar os corpos d’água de uma dada região, estamos automaticamente identificando os locais da provável ocorrência do seu habitat. Contudo, existe a possibilidade de alguns desses corpos d’água não serem doces. Nesse caso, é preciso buscar outros indicativos de água doce, como a presença de macrófitas. A Comunidade, por sua vez, constitui-se de grupos integrados de populações que ocorrem juntos em um habitat ou ambiente comum. Assim, identificando apenas o habitat, não há garantias de que se identificou uma comunidade. O Ecossistema, que corresponde ao conjunto de comunidades vivendo em diferentes compartimentos de um mesmo ambiente, é o nível de organização mais fácil de ser identificado por sensores remotos, pois a resposta obtida é função direta da sua estrutura. Conhecendo a estrutura de um ecossistema, pode se chegar ao seu estado de conservação e até ao seu tamanho. As avaliações de padrões de estrutura e função de ecossistemas estão relacionadas com a distribuição espacial de certos parâmetros, em uma escala de tempo. Conhecendo o estado dos
ecossistemas, pode se chegar a respostas sobre os recursos disponíveis, informação imprescindível ao tão desejado desenvolvimento sustentado. Para quantificar estas informações no tempo e no espaço, fez-se necessário lançar mão de tecnologias já conhecidas por outros especialistas ligados às ciências da terra. Dentre estas tecnologias, destacou-se o sensoriamento remoto em geral. O sensoriamento remoto^1 tornou-se muito popular entre os ecólogos interessados na distribuição espacial e na estrutura de vários ecossistemas. A introdução das plataformas orbitais, com seus sistemas imageadores (produzindo imagens), tornou-o ainda mais útil por conta da previsibilidade acrescida à visão sinóptica já tão útil. Com estes sistemas (orbital ou aéreo), a distribuição espacial de alguns ecossistemas pode ser obtida, monitorada e quantificada, até certo ponto. Ao indicar as coleções hídricas em uma imagem, por exemplo, os parâmetros “local e proporção” contribuirão para definir vários parâmetros da estrutura do ecossistema, bem como algumas de suas funções. A habilidade de distinguir coleções hídricas, vegetais e rochosas tem feito com que o sensoriamento remoto seja utilizado por todos os biólogos preocupados com o meio ambiente, de meso a macro escalas. Com o advento do geoprocessamento^2 , imagens ganham propriedades cartográficas ( coordenadas geográficas ) tornando-se possível transformar a proporção, acima mencionada, em medidas de áreas, perímetros e distâncias, permitindo o mapeamento de temas diversos. Desse modo, parâmetros bióticos e abióticos passaram a ser extraídos de imagens e de seu processamento digital, aumentando a compreensão do ambiente e incorporando informações não dantes incorporáveis. Desse modo, mapas temáticos com classes de orientação de vertentes, declividade, altitude, distribuição de ocorrência, uso e ocupação, limites políticos, limites geomorfológicos passaram a ser gerados, possibilitando novas análises. Com estas informações, foi ampliada em muito, a compreensão da estrutura e da função de um ecossistema. Mais adiante, na escala de tempo, surgiram os sistemas de informações geográficas, ou SIGs, no qual estes mapas temáticos passaram a ser combinados com outros, oriundos de outras fontes e mesmo de outras escalas, ampliando ainda mais o espectro de análise do meio ambiente. Através de operações algébricas convenientes, é possível mesclar temas de interesse, gerando mapas síntese ainda mais complexos. Com os SIGs tornou-se possível:
- estocar e manipular dados estruturais com eficiência;
- agregar e desagregar dados de regiões, de paisagens e de pontos;
- identificar áreas semelhantes;
- fazer avaliações geo-estatísticas;
- melhorar informações oriundas de sensores remotos diversos; e
(^1) É a ciência que estuda os alvos sem ter contato físico com os mesmos baseando-se somente na interação
destes alvos com a radiação eletromagnética. (^2) Área do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para tratar os processos que
ocorrem no espaço geográfico.
receber o tal “pacote”. Quando a energia é transferida de um sistema para outro, diz-se que houve absorção. Quando a energia entra em contato com o material, mas foi repelida, diz-se que houve reflexão e, quando não há interação alguma, diz-se que houve transmissão da energia. No mundo real, os três processos ocorrem simultaneamente. O registro dessa interação é que depende de detectores específicos para cada faixa espectral. Não há um detector capaz de detectar todas as faixas pois a interação depende do comprimento de onda e da estrutura do alvo.
Imageamento:
O imageamento consiste em armazenar em celas um número relacionado com a energia refletida ou emitida por frações da superfície da Terra. Para tanto, coletores de energia foram desenvolvidos (lentes, espelhos, orifícios e calhas) e sistemas degradadores de energia, como o prisma, foram colocados no trajeto entre o coletor e o sistema sensor, de modo que a energia coletada seja degradada em faixas espectrais de interesse. Os imageadores podem ser de varredura ou não. No primeiro caso, a coleta de energia é amplificada, permitindo que o elemento de resolução no terreno (pixel) possa ser menor do que aquele imposto pela altura do sistema em relação ao alvo. No segundo caso, o produto é uma tabela de dados.
Se a plataforma for avião, as imagens são coletadas em películas fotográficas. Se a plataforma for orbital, a energia registrada é enviada à terra segundo um padrão radiométrico previamente estipulado (no formato de bits). Assim, a “granulação” da imagem gerada dependerá do tamanho dos pixels (resolução espacial), do número de sensores espectrais (resolução espectral) e do número de bits com que a energia foi armazenada (resolução radiométrica).
Estas resoluções têm variado com a evolução tecnológica. Nestes 30 anos de sensoriamento remoto, aumentaram a resolução espectral (maior número de faixas), a resolução espacial (diminuindo o tamanho do pixel) e a resolução radiométrica (maior número de bits).
No Brasil, o INPE é o órgão responsável pela recepção de dados, processamento, pesquisa, calibração, ensino e desenvolvimento tecnológico relativo ao sensoriamento remoto. Durante muitos anos, era o único na América do Sul responsável pela distribuição e comercialização de imagens, graças a sua antena receptora situada em Cuiabá. A história do INPE é absolutamente necessária para que as gerações futuras saibam como tudo começou, uma vez que o sensoriamento remoto nasceu com fins militares e que, somente depois de obsoletas para tal fim, estas tecnologias foram colocadas à disponibilizadas para fins civis. Quadro 1.
Quadro 1
HISTÓRIA DO INPE
Segundo a página Web do INPE (http://www.inpe.br), “ o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) nasceu da vontade de alguns brasileiros de fazer com que o país participasse da conquista do espaço iniciado nos anos 50. O Brasil começou a trilhar este caminho ao mesmo tempo em que as nações desenvolvidas lançavam os primeiros satélites artificiais da Terra .”
- 1961: houve um decreto criando o Grupo de Organização da Comissão Nacional de Atividades Espaciais (GOCNAE);
- 1971: No dia 22 de abril foi criado o embrião do atual Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), subordinado ao CNPq;
- 1972: foi criado o curso de Mestrado em Sensoriamento Remoto;
- 1990: No dia 17 de outubro é aprovada a Estrutura Regimental da SCT, passando o INPE a integrá-la na qualidade de órgão singular, como também a ser denominado Instituto "Nacional" de Pesquisas Espaciais, único Instituto de Pesquisa Espacial em âmbito nacional;
- 1993: é colocado em órbita o primeiro satélite brasileiro, o SCD-1, demonstrando a capacidade brasileira no desenvolvimento e operação de sistemas espaciais;
- 1998: o SCD-2 é também lançado com sucesso, operando com melhor desempenho do que o primeiro, devido às inovações tecnológicas;
- 1998: criação do Programa de Doutorado em Sensoriamento Remoto;
- 1999: é lançado o CBERS-1, satélite sino brasileiro de recursos terrestres, fruto da cooperação entre os governos Brasileiro e Chinês. O CBERS-2 está previsto para 2002.
O reconhecimento da capacidade do INPE no desenvolvimento de tecnologia espacial e também de aplicações reflete-se na participação brasileira na construção da Estação Espacial Internacional (International Space Station – ISS), o maior empreendimento do mundo no setor, reunindo 16 países. Desde 1969, o INPE coleta e analisa dados de Sensoriamento Remoto obtidos por aeronaves (câmaras fotográficas, imageadores, radares, etc.) e/ou plataformas orbitais (LANDSAT, SPOT, SPACE SHUTTLE, NOAA, ERS, JERS, RADARSAT, etc.), pesquisando, desenvolvendo e aplicando metodologias ao estudo dos recursos naturais do País.
O embasamento teórico que está por trás do uso de sensoriamento remoto para monitorar e quantificar recursos naturais passa por algumas áreas da física. Recordar estes conceitos e fundamentos é absolutamente necessário para que se faça bom uso desta tecnologia. A correta interpretação dos dados sensoriados
Infravermelho : grande importância para o Sensoriamento Remoto. Engloba radiação com comprimentos de onda de 0,75μm a 2,5 μm, que é facilmente absorvida pela maioria das substâncias (causando aquecimento).
Visível: é definida como a radiação capaz de produzir a sensação de visão para o olho humano normal. Pequena variação de comprimento de onda (380 a 750 nm). Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlação com a experiência visual do intérprete.
Ultravioleta: extensa faixa do espectro (10 nm a 400 nm). Películas fotográficas são mais sensíveis à radiação ultravioleta do que à luz visível. Utilizado na detecção de minerais com luminescência, bem como na deteção de poluição marinha. Uma forte atenuação atmosférica nesta faixa apresenta-se como um grande obstáculo na sua utilização.
Raios X : Faixa de 1 ângstrom a 10 nm. São gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de elétrons de alta energia. Por se constituir de fótons de alta energia, os raios-X são altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa sobre a estrutura da matéria.
Raios-GAMA : são os raios mais penetrantes das emissões de substâncias radioativas. Não existe, em princípio, limite superior para a freqüência das radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqüência para a radiação conhecida como raios cósmicos.
(χ) A faixa mais usada em Sensoriamento Remoto está entre 0,3 μm e 2,5 μm (conhecida como espectro óptico), pois nesta faixa os componentes ópticos de reflexão e refração, tais como lentes, espelhos, prismas, etc são utilizados para reorientar e coletar a radiação.
** Nanômetro = nm igual a metro x 10- Micrômetro = μm igual a metro x10- Ângstrom = metro x 10-
FONTES DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
As fontes de radiação eletromagnética (REM) podem ser divididas em naturais (Sol, Terra, substâncias radioativas) e artificiais (Radar, Laser, etc...).
O Sol é a mais importante fonte natural, pois sua energia, ao interagir com as diversas substâncias da superfície da Terra, origina uma série de fenômenos (reflexão, absorção, transmissão, luminescência, aquecimento, etc..) investigados
pelo Sensoriamento Remoto. A Terra é a segunda fonte natural que emite energia na faixa do termal ou infravermelho distante.
Qualquer fonte de energia eletromagnética é caracterizada pelo seu espectro de emissão, o qual pode ser contínuo ou distribuído em faixas discretas. O Sol, por exemplo, emite radiação distribuída continuamente numa faixa que vai dos raios-X até a região de microondas, embora concentrado no intervalo de 0, μm – 2,5 μm.
Toda substância com temperatura superior a zero absoluto (0o^ K ou –273o C) emite radiação eletromagnética, como resultado de suas oscilações atômicas e moleculares. Essa radiação emitida pode incidir sobre a superfície de outra substância, podendo ser refletida, absorvida ou transmitida. No caso da absorção, a energia é geralmente reemitida, normalmente com diferentes comprimentos de onda.
Na prática, os quatro processos emissão, absorção, reflexão e transmissão ocorrem simultaneamente e suas intensidades relativas caracterizam a substância em investigação. Dependendo das características físicas e químicas da mesma, aqueles quatro processos ocorrem com intensidades diferentes em diferentes regiões do espectro. Esse comportamento espectral das diversas substâncias é denominado assinatura espectral e é utilizado em Sensoriamento Remoto para distinguir diversos materiais entre si.
EFEITOS ATMOSFÉRICOS NA PROPAGAÇÃO DA REM
Quando se coleta um dado através de um sensor remoto, seja no nível do satélite ou da aeronave, o sinal coletado, na maioria das vezes, é a radiação proveniente do Sol, que interage com a atmosfera até atingir o alvo e retorna ao sensor interagindo novamente com a atmosfera. Mesmo que o sinal medido seja a radiação emitida pelo alvo, ela interage com a atmosfera até atingir o sensor.
Existem regiões de espectro eletromagnético para as quais a atmosfera é opaca, ou seja, não permite a passagem da radiação eletromagnética. Estas regiões definem as “bandas de absorção da atmosfera”. As regiões do espectro eletromagnético em que a atmosfera é transparente a radiação eletromagnética proveniente do Sol são conhecidas como “janelas atmosféricas”.
Assim, devemos sempre considerar os seguintes fatores associados à atmosfera, os quais interferem no Sensoriamento Remoto: absorção, efeitos de massa de ar, espalhamentos devido a moléculas gasosas ou partículas em suspensão, refração, turbulências, emissão de radiação pelos constituintes atmosféricos, entre outros.
Desse modo, concluímos que a atenuação da radiação se dá por:
2.2. Sensoriamento Remoto e a Ecologia
Para se extraírem informações ecológicas corretas a partir dos produtos de sensoriamento remoto, faz-se absolutamente necessário conhecer:
- os componentes de interesse (biológico, ecológico, físico e/ou químico);
- de que modo estes componentes interagem com a radiação eletromagnética (REM) das diversas faixas conhecidas (ultravioleta, visível, infravermelho óptico, infravermelho termal e microondas);
- os sistemas sensores disponíveis (ópticos e não ópticos), suas características e suas limitações;
- os sistemas imageadores e seus produtos; e
- os métodos disponíveis de interpretação destes produtos.
Seja qual for o componente, é possível espacializar com precisão cartográfica e identificar e quantificar vários parâmetros e variáveis, através de SR aéreo ou orbital.
Como já foi dito anteriormente, não há um único sensor capaz de sensoriar todas as faixas do espectro eletromagnético, uma vez que o sensor é um material que interage com a radiação de um certo comprimento de onda ou uma certa freqüência. O ideal é sensoriar no maior número possível de faixas espectrais, pois cada uma delas tem suas peculiaridades na forma de interagir com a REM, denotando assim características diversas de um mesmo alvo.
Nos primeiros sistemas sensores (as câmeras fotográficas), somente as faixas do visível eram registradas nas películas fotográficas. Durante a II Guerra Mundial, foi desenvolvida uma película também sensível ao infravermelho próximo ampliando, assim, o espectro de observação por fotografias aéreas.
Hoje existem sistemas multisensores capazes de sensoriar, por exemplo, o visível, o infravermelho óptico e o não óptico, como é o caso do sistema TM- LANDSAT. Em 1999, o Brasil (INPE), em parceria com a China, lançou com sucesso o CBERS-1, com três sistemas, com resoluções espacial, espectral e radiométrica complementares. Há também sistemas orbitais ativos de microondas que contam, até o momento, com quatro (S, L, C e P) faixas espectrais. Em 2003, deveremos ter em órbita o sistema japonês ALOS que combinará sensores do visível, do infravermelho óptico e das microondas, ampliando ainda mais o espectro de observação dos alvos terrestres.
Prosseguindo com este raciocínio, resta saber: Que componentes da superfície terrestre podem ser sensoriados remotamente?
- Os componentes vegetais;
- Os componentes hídricos;
- Os componentes rochosos.
A superfície terrestre está coberta basicamente por água e rochas. Estas podem estar cobertas ou não por vegetação. A cobertura vegetal pode variar de densa até ausente. Tomando os padrões da natureza como referência, pode-se inferir se estes componentes foram mexidos ou não, denotando assim a ação antrópica. Leitura complementar no Quadro 2.
Quadro 2
A vegetação e temperatura da Terra
A energia do visível e dos infravermelhos próximo e médio, proveniente do sol, é absorvida pelos alvos da Terra de modo diferenciado. A energia não utilizada é liberada e/ou transformada em outras formas de energia, entre elas, a térmica. Alguns alvos absorvem mais que outros, como é o caso da água que tende a absorver quase totalmente a radiação recebida dessas faixas. Devido ao seu alto calor específico, a água guarda-o mais tempo do que os demais alvos. As rochas transformam as energias recebidas em calor, mas perdem-no rapidamente quando o sol se recolhe. A vegetação absorve a radiação desde o azul até o vermelho (visível), utiliza-a no processo fotoquímico e emite o restante para a atmosfera em comprimento de onda maior (termal e microondas). Na faixa do infravermelho próximo (IVP) a radiação é fortemente refletida pela vegetação, sendo que quanto mais folhas verdeshá, mais reflete. Este processo é responsável pelo balanço térmico da Terra, pois, ao refletir, impede a entrada destas energias no sistema. Os infravermelhos próximo e médio têm a propriedade de aquecer fortemente os corpos d’água. Como a vegetação pode refletir até 85% da radiação do IVP recebida, a Terra se aquece menos do que seria de se esperar frente à exposição solar observada.
De um modo geral:
- A radiação no termal indica a relação entre a energia irradiada (que chega) e a emitida (absorvida e convertida em energia térmica) que resulta de suas propriedades físicas e químicas.
- As radiações nas microondas interagem com a textura da superfície e sua condutividade elétrica.
- As faixas do visível e dos infravermelho próximo e médio interagem de modo diferenciado com as três grandes coleções (vegetal, hídrica e rochosa) de alvos da superfície da Terra.
Os principais indicadores da ação humana sobre a superfície terrestre são as marcas deixadas na vegetação. O segundo indicador é a água. As rochas aparecem quando a vegetação é removida.
b) elementos em suspensão interagem com a radiação disponível na zona eufótica, resultando em uma radiação emergente do corpo d’água que pode ser quatificado por SR.
As radiações no visível interagem com os pigmentos presentes no plâncton (zoo e fito); os particulados minerais em suspensão ou no fundo refletem principalmente a radiação na faixa do vermelho. Assim, alguns parâmetros da qualidade da água, como turbidez e presença fitoplanctônica, podem ser quatificados por SR.
As coleções hídricas podem ser lênticas ou lóticas, naturais ou artificiais. Os corpos d’água lênticos podem estar recobertos por vegetação emersa flutuante, bem como vegetação submersa. Nos corpos lóticos, isso não ocorre em função da velocidade do curso d’água.
A ação antrópica é notada pelo formato das coleções hídricas, presença de macrófitas, desvios de cursos d’água naturais, alagamentos, etc.
2.2.3. Coleções Rochosas
Estas só aparecem quando não há nem água nem vegetação – rocha viva, derivados de rochas e solos. A ação da natureza deve ser levada em consideração, embora o grande modificador do ambiente seja o homem (lavouras, minerações, edificações).
O que se “vê” através de SR são os componentes físicos e químicos das rochas que interagem com as radiações no visível, indicando a presença de argila, silte, areia, matéria orgânica e umidade. A energia do infravermelho médio interage com os radicais de hidroxila que algumas rochas apresentam.
Para dar uma pequena amostra de como o sensoriamento remoto se relaciona com a ecologia, a Figura 2.1 é apresentada a seguir, juntamente com uma explanação. A porção do espectro eletromagnético aqui apresentado restringe-se ao visível e aos infravermelho próximo e médio, por terem as energias mais relacionadas com a vida na Terra.
Figura 2.1 – Comportamento espectral médio dos três principais alvos da Terra – água, solo e vegetação, nas duas variações mais comuns de cada alvo. (Adaptado de Lillesand & Kiefer, 1994)
O gráfico da Figura 2.1 , que apresenta no eixo do X comprimento de onda (μm) e eixo do Y porcentagem de reflectância, apresenta também as curvas de comportamento espectral das águas turva e limpa em amarelo e azul claro, respectivamente. Apresenta, também, os solos argiloso e arenoso, em roxo e marrom, respectivamente. As vegetações herbácea e arbórea aparecem em azul- marinho e magenta, respectivamente.
A variação espectral nas águas resulta de diferentes tipos e concentrações de particulado em suspensão: particulado orgânico (plânton) e particulado inorgânico (silte e argila). Estas variações no campo representam alguns dos parâmetros ecológicos indicadores de qualidade da água. A presença de macrófitas submersas também pode influenciar o comportamento espectral da coluna d’água com uma resposta semelhante a do fitoplâncton.
A variação espectral nos solos resulta de diferentes propriedades granulométricas responsáveis pela fertilidade do solo em questão, que condicionam qual tipo de vegetação natural o povoará, assim como que tipo de cultura pode ser cultivada nesses lugares. Além disso, aquelas edificações feitas com derivados de rochas (telhas, cimento, pedras) também apresentarão comportamento espectral semelhante aos solos.
A variação espectral nas coberturas vegetais resulta de estruturas com distintas formas de vida, dando origem a diferentes funções. O turgor e o estado fenológico também influenciam o comportamento espectral. O padrão de
