An´ alise comparativa dos dados de Pedras de Maria da Cruz

A an´alise das FOs foi feita a partir da sele¸c˜ao de quatro pontos dos ciclos 17, 32, 68 e 71 da EV de Pedras de Maria da Cruz. A escolha dos ciclos foi feita de modo a selecionar aqueles que possu´ıam sobreposi¸c˜ao, devido a chance das respostas terem como origem as mesmas superf´ıcies (Figura 5.9).

(a) (b)

Figura 5.9: Formas de onda para os ciclos 17 (Junho-2003), 32 (Dezembro-2004), 68 (Abril-2008) e 71 (Agosto-2008) na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com uso dos dados do sat´elite Envisat.

Para o ponto 1 (Pt. 1) existem dois picos para o ciclo 17, sendo o primeiro deles mais alto, com amplitude de cerca de 4.000, j´a no ciclo 32 ocorrem trˆes picos mais fortes e alguns picos relativamente mais baixos. Dessa forma constata-se que pontos sobrepostos ou muito pr´oximos, de ciclos distintos, podem conter pequenas diferen¸cas. Isso ocorre devido `a varia¸c˜ao das caracter´ısticas da regi˜ao em fun¸c˜ao da esta¸c˜ao do ano, que pode resultar em uma vegeta¸c˜ao com maior ou menor quantidade de ´agua, por exemplo. Outra raz˜ao para isso pode estar na pequena diferen¸ca de localiza¸c˜ao dos pontos entre os ciclos, consequentemente o sat´elite recebe respostas de superf´ıcies ligeiramente diferentes.

No ciclo 68 a FO tem forma diferente da dos outros dois ciclos, com um pico ´unico e muito forte, registrado no bin ≈ 85, com valor de amplitude de 17.500. No ´ultimo ciclo ilustrado (71) trˆes picos s˜ao registrados, contudo possuem uma intensidade mais baixa e uma maior proximidade com o bin nominal para o pico mais forte, o que seria esperado em uma FO que contivesse ´agua no ponto nadir. A raz˜ao para que este primeiro ponto n˜ao tenha um padr˜ao definido est´a relacionado principalmente com a distˆancia em rela¸c˜ao ao rio e com as varia¸c˜oes topogr´aficas das superf´ıcie.

Para o ponto 6 (Pt. 6) a situa¸c˜ao ´e semelhante `a ocorrida no Pt. 1, por´em h´a uma maior similaridade entre as FOs dos ciclos 17, 32 e 68, apesar dos picos estarem localizados em posi¸c˜oes relativamente diferentes para os trˆes ciclos. A distˆancia do Pt. 6 at´e a ´agua ´e de aproximadamente trˆes quilˆometros, o que favorece o surgimento de um padr˜ao nas FOs entre os pontos de diferentes ciclos. Este fato est´a relacionado aos tipos dos sensores, que foram desenvolvidos para captar as respostas vindas da ´agua e n˜ao de outras superf´ıcies. Desse modo, identifica-se uma rela¸c˜ao entre a manuten¸c˜ao de um padr˜ao entre os ciclos e a distˆancia em rela¸c˜ao `a ´agua.

Os outros dois pontos extra´ıdos (Pt. 14 e Pt. 16) est˜ao sobrepostos `a ´agua, nestes percebe-se uma maior similaridade tanto inter-ciclo quanto entre os ciclos. O Pt. 14 est´a sobre o rio e pr´oximo `a ilha fluvial, assim a ´agua ´e detectada pr´oxima ao nadir do sensor altim´etrico, o que favorece a identifica¸c˜ao visual de um pico ´unico. Esse tipo de situa¸c˜ao favorece FOs que mantˆem um padr˜ao entre um ciclo e outro. Essa situa¸c˜ao pode ser vista nos gr´aficos dos quatro ciclos extra´ıdos. A diferen¸ca mais marcante est´a relacionada com a posi¸c˜ao do pico dentro da FO, que ocorre antes do bin 40 para os ciclos 17 e 68 e pr´oximo ao bin nominal (46) nos ciclos 32 e 68.

O Pt. 16 tem comportamento semelhante ao do Pt. 14, mas os picos s˜ao ainda mais evidentes quando comparados ao restante da FO, em virtude da ´agua estar muito pr´oxima do ponto nadir do sensor. Outra observa¸c˜ao ´e que h´a uma grande similaridade entre as repostas registradas nas FOs dos pontos 14 e 16. Apesar destes n˜ao estarem sobrepostos, a influˆencia da ´agua em suas respostas tem uma caracter´ıstica marcante que ´e o pico ´unico resultante da forte reflex˜ao dos pulsos no nadir. Esse tipo de

observa¸c˜ao permite dizer que os picos em pontos consecutivos ou em FOs de ciclos diferentes indicam a presen¸ca de ´agua no ponto nadir, o que pode facilitar a sele¸c˜ao de pontos a serem utilizados na estimativa do n´ıvel d’´agua.

Os resultados obtidos nas medi¸c˜oes de n´ıvel em Pedras de Maria da Cruz com o uso do Envisat tiveram EMQR de 0,46 m, com erros em medi¸c˜oes individuais que variaram de 0,007 m a 1,87 m (Tabela 5.1). A manuten¸c˜ao do padr˜ao das FOs em distˆancias inferiores a trˆes quilˆometros favorecem a obten¸c˜ao do n´ıvel de ´agua com erros relativamente baixos, como os estimados no Cap´ıtulo 4 para a esta¸c˜ao de Pedras de Maria da Cruz.

Tabela 5.1: Diferen¸ca entre o n´ıvel in situ e o obtido por altimetria radar na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com o uso do sat´elite Envisat. Os erros variam de 0,007 m a 1,87 m, com erro m´edio quadr´atico relativo de 0,46 m.

Ano Dia Track Ciclo Diferen¸ca

in situ x virtual 2002 287 377 10 -0,007 2003 97 377 15 -0,039 2003 167 377 17 -0,2577 2003 202 377 18 0,3688 2003 237 377 19 -0,1208 2003 272 377 20 -0,3546 2004 12 377 23 0,2802 2004 117 377 26 -0,2563 2004 152 377 27 -0,5497 2004 222 377 29 0,4777 2004 257 377 30 1,026 2004 292 377 31 0,285 2004 327 377 32 -0,1385 2005 101 377 36 -0,2545 2005 136 377 37 -0,6259 2005 171 377 38 -0,3691 2005 206 377 39 -0,2626 2005 241 377 40 0,9533 2005 276 377 41 0,1875 2006 16 377 44 -1,878 2006 51 377 45 -0,3027 2006 86 377 46 -0,7756 2006 121 377 47 -0,2828

Ano Dia Track Ciclo Diferen¸ca

in situ x virtual 2006 156 377 48 -0,6764 2006 191 377 49 -0,20 2006 226 377 50 -0,2463 2007 106 377 57 -0,0501 2007 141 377 58 -0,305 2007 176 377 59 -0,5876 2007 211 377 60 -0,2027 2007 246 377 61 1,4242 2007 281 377 62 -0,5181 2007 316 377 63 -0,2303 2007 351 377 64 -0,6116 2008 21 377 65 -0,5891 2008 56 377 66 -0,3896 2008 91 377 67 -0,1344 2009 250 377 82 -0,4605 2009 285 377 83 1,3195 2009 320 377 84 0,3782 2010 25 377 86 -0,5122 2010 60 377 87 -0,594 2010 130 377 89 -0,4702 2010 165 377 90 -0,3865 2010 200 377 91 0,9905 2010 235 377 92 -0,2216

Na EV de Pedras de Maria da Cruz tamb´em foram extra´ıdas as FOs a partir dos dados do Saral. Neste caso, apenas dois ciclos possuem seus pontos localizados pr´oximos uns dos outros, os quais foram utilizados para realizar o mesmo tipo de extra¸c˜ao e an´alise aplicado para o Envisat (Figura 5.10).

Para o primeiro ponto (Pt.1) a FO do ciclo nove apresenta quatro picos mais fortes, sendo que o de maior amplitude est´a distante do bin nominal. Esse tipo de situa¸c˜ao pode ter rela¸c˜ao com respostas vindas de superf´ıcies inclinadas ou de ´areas alagadas

e que s˜ao registradas em tempo inferior `aquelas vindas do curso d’´agua. O ciclo 11 apresenta dois picos de maior amplitude, mas neste caso o retorno de maior intensidade est´a mais pr´oximo do bin 51. Em ambos os casos a FO n˜ao apresenta caracter´ısticas para que possam ser submetidas ao algoritmo de retracking, por´em estes pontos est˜ao a cerca de cinco quilˆometros do rio. Como o footprint deste sat´elite tem em m´edia dois quilˆometros de raio, as respostas retornadas podem n˜ao ter nenhuma rela¸c˜ao com a ´

agua.

Outro fator observado ´e que a amplitude representada no eixo y ´e muito baixa, o que indica ausˆencia de respostas vindas da ´agua no ponto nadir. Para o ponto 18 (Pt. 18) n˜ao h´a uma repeti¸c˜ao de padr˜ao entre os ciclos nove e onze. Para o ciclo nove s˜ao registrados v´arios picos e a FO apresenta muitas oscila¸c˜oes, j´a para o onze ´e registrado um pico ´unico, com retorno relativamente mais alto, mas que est´a distante do bin nominal. Neste ´ultimo caso, o atraso temporal da resposta vinda da ´agua est´a relacionado `a distˆancia entre o ponto e o rio, que ´e de cerca aproximadamente 2,5 quilˆometros. Assim, a resposta vinda da ´agua est´a no anel mais distante do ponto central e n˜ao tem origem no ponto nadir.

O ponto 27 (Pt. 27) est´a bem pr´oximo da ´agua e tem FO bastante irregular e a amplitude dos retornos ´e muito baixa para os ciclos nove e onze. Esse tipo de FO n˜ao contribui para a obten¸c˜ao do n´ıvel de ´agua, apesar de ser identificado um padr˜ao entre as respostas em diferentes ciclos. O ´ultimo ponto inserido na Figura 5.10 est´a sobre a ´

agua, com alta amplitude do retorno, como se espera neste tipo de situa¸c˜ao. Contudo, o padr˜ao da FO ´e muito irregular, o que tamb´em prejudica a aplica¸c˜ao do retracker para a obten¸c˜ao do n´ıvel d’´agua.

(a) (b)

Figura 5.10: Formas de onda para os ciclos nove (Janeiro-2014) e onze (Mar¸co-2014) na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com uso dos dados do sat´elite Saral.

Na EV de Pedras de Maria da Cruz n˜ao foi poss´ıvel estimar a altitude a partir do ICE-1 com os dados do Saral. Isso se deveu a falta de padr˜ao das FOs nesta EV. Contudo, foi utilizado um algoritmo customizado para estimar a altitude da superf´ıcie de ´agua, baseado no OCOG (Apˆendice H). O c´alculo das medi¸c˜oes individuais dos erros para cada ciclo variaram de ≈ 48 m (ciclo 6) a 0,16 m (ciclo 10). Ao eliminar os outliers o resultado do EMQR foi de 1,04 m (Tabela 5.1).

Tabela 5.2: Diferen¸ca entre o n´ıvel in situ e o obtido por altimetria radar na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com o uso do sat´elite Saral para cada um dos ciclos dispon´ıveis.

Ano Dia Track Ciclo Diferen¸ca in situ x virtual

2013 121 377 2 1,5514 2013 226 377 5 0,144 2013 261 377 6 -48,5578 2013 296 377 7 -1,3407 2013 331 377 8 1,2465 2014 1 377 9 -1,8372 2014 36 377 10 0,161 2014 71 377 11 -5,0269 2015 301 377 28 -3,5495 2015 336 377 29 1,5883

O Sentinel-3A tamb´em forneceu dados para a EV de Pedras de Maria da Cruz. A expectativa era a de que este sensor gerasse valores mais acurados que aqueles obtidos pelo Envisat e pelo Saral e suas FOs tivessem um padr˜ao mais bem definido. Entre- tanto, assim como no Saral, o algoritmo de retracker n˜ao gerou valores consistentes do n´ıvel d’´agua. Ao analisar as FOs de ciclos sobrepostos percebe-se que n˜ao h´a um padr˜ao de FO entre um ciclo e outro (Figura 5.11).

O Pt. 1 do ciclo 11, apesar de alinhado com os obtidos em outras datas, est´a mais pr´oximo da ´agua. Na FO deste ponto ocorrem dois picos bem definidos e o mais forte deles est´a pr´oximo ao bin nominal (46). A resposta mais forte tem probabilidade de ter como origem a ´agua, uma vez que o Pt. 1 est´a a cerca de dois quilˆometros do centro do rio. Para o ciclo seis, o Pt. 1 apresentou um pico bem definido, mas a distˆancia em rela¸c˜ao ao bin 46 ´e grande. J´a no ciclo oito existem ao menos trˆes picos bem definidos e que n˜ao est˜ao pr´oximos do bin nominal. Para o ciclo 16 a FO ´e irregular no Pt. 1, o que torna dif´ıcil a estimativa do n´ıvel d’´agua.

Para o ponto seis (Pt. 6), dos ciclos seis, oito e onze, a FO apresenta uma maior similaridade inter-ciclos, com um pico bem definido apesar deste aparecer em posi¸c˜oes diferentes em rela¸c˜ao ao bin nominal. No ciclo seis, o Pt. 6 est´a mais distante da ´agua e por isso o retorno mais forte ´e registrado tardiamente na FO.

ser mais bem definidas e apresentam um padr˜ao. O Pt. 11 ´e o que tem FOs com maior similaridade entre um ciclo e outro, mas os retornos aparecem de forma bem atrasada em rela¸c˜ao ao bin nominal, o que pode prejudicar a estimativa da altitude. J´a para o ciclo 16 os pontos nove e onze n˜ao produziram FOs devido a falhas do sat´elite. Isso est´a relacionado `a perda do sinal radar devido `as falhas de estimativa do tracker.

(a) (b)

Figura 5.11: Formas de onda para os ciclos 6 (Junho-2016), 8 (Maio-2016), 11 (Novembro-2016) e 16 (Abril-2017) na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com uso dos dados do sat´elite Sentinel-3A.

Na Tabela 5.3 est˜ao apresentadas as diferen¸cas de medi¸c˜ao entre o valor in situ e os valores obtidos pelo sensor do Sentinel-3A. Conforme pode ser visto, os erros variaram entre ≈ 44 m e ≈ 1,86 m, valores estes considerados muito altos pra a altimetria radar por sat´elite. Os erros est˜ao diretamente relacionados `as formas de onda que s˜ao irregulares e n˜ao apresentam um padr˜ao bem definido. Para a regi˜ao de Pedras de Maria da Cruz o Sentinel-3A n˜ao pode ser utilizado, mesmo com a aplica¸c˜ao do algoritmo customizado com base no OCOG (Apˆendice H).

Tabela 5.3: Diferen¸ca entre o n´ıvel in situ e o obtido por altimetria radar na esta¸c˜ao virtual de Pedras de Maria da Cruz com o uso do sat´elite Sentinel-3A.

Ano Dia Track Ciclo Diferen¸ca in situ x virtual

2016 189 116 6 4,58055 2016 216 116 7 -44,47335 2016 243 116 8 1,86545 2016 270 116 9 8,66115 2016 324 116 11 -45,73045 2016 351 116 12 -5,15545 2017 93 116 16 6,90915 2017 147 116 18 -46,44935 2017 201 116 20 14,22935 2017 255 116 22 -46,71905