3. Material e métodos
3.5. Imagens MODIS
3.5.1. Aquisição e processamento das imagens MODIS
As imagens do sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer) - radiâncias não calibradas em nível 1A, com 1 km de resolução
espacial - foram adquiridas via FTP, diretamente do DAAC/GSFC/NASA, através da homepage http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/, e manipuladas com o programa SeaDAS (SeaWiFS Data Analysis System), obtido gratuitamente na página http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/. Foram adquiridas imagens referentes aos mesmos períodos dos cruzeiros de hidrografia, de 19 e 26 de setembro de 2005 e entre 12 e 17 de
março de 2006, e de radiometria, de 12 e 15 de outubro de 2005 e entre 23 e 26 de março.
3.5.2. Processamento das imagens: nível 1 (L1) para nível 2 (L2)
As imagens nível 1A (L1A) foram processadas para o nível 2 (L2) utilizando o programa e arquivos de georeferenciamento, correspondentes a cada imagem, e que contém além das coordenadas geodésicas de cada pixel, dados sobre a elevação do terreno, ângulos solar e zenital do satélite e ângulo azimutal para os mesmos. O processamento para nível 2 segue o passo intermediário para nível 1B (L1B), que corresponde às radiâncias calibradas e geolocalizadas (unidade: W m-2.m-1.sr-1). A partir do nível 1B, a refletância da superfície do mar foi obtida para as bandas refletivas (bandas de 8 a 16, de interesse em cor do oceano) além de outros produtos L2:
o Refletâncias da superfície do mar (412, 443, 488, 531, 551, 667, 678, 748 e 869 nm) em sr-1;
o Clorofila da superfície do mar (mg m-3) utilizando o algoritmo OC3;
o Coeficiente de atenuação difusa da água - K488 (m-1);
o Material em Suspensão Total (MST) (mg l-1), segundo Clark (1999);
Correção atmosférica
Uma vez que estamos tratando de águas sobre plataforma continental, optamos por verificar a correção atmosférica aplicada às imagens, sendo testados dois diferentes métodos: o modelo padrão para correção de imagens SeaWiFS, que utiliza as bandas do IVP para calcular a refletância dos aerossóis em cada pixel da imagem (Gordon & Wang, 1994) e o modelo para águas túrbidas, o MUMM, proposto por Ruddick et al. (2000; 2006), ambos implementados no Seadas 5.2. Enquanto o método padrão do Seadas assume um valor nulo de radiância ascendente nas faixas próximas ao infravermelho próximo (IVP) do espectro eletromagnético (e.g., Gordon & Wang, 1994; Wang, 2006), o método MUMM, como visto anteriormente no item 2.2, assume que a variabilidade do tipo de aerossol é espacialmente limitada (aproximadamente 200 km) e a variabilidade do espalhamento pelo particulado é espectralmente limitada no IVP e dominada pela absorção da água. Então, a refletância dos aerossóis é estimada para um pixel de água clara e aplicada a toda imagem. A razão, α, entre o espalhamento pelos aerossóis nas bandas do IVP (748, 869) é um parâmetro a ser calculado para cada
imagem, entretanto, um valor considerado universal, igual a 1,945 foi calculado por Rudick et al. (2006) para os dados do sensor MODIS, e utilizado no processamento das imagens do nível 1A para nível 2.
Como parâmetro para comparação, utilizou-se o coeficiente de atenuação difusa da água em 488 nm (correspondente ao K490 do SeaWiFS) estimado utilizando os dois modelos de correção atmosférica. O K488 indica a turbidez da coluna de água, ou seja, como a luz visível na região azul/verde do espectro eletromagnético penetra na água, estando diretamente relacionado com o espalhamento por partículas na coluna de água (NASA, 2009d).
O coeficiente de atenuação difusa da água obtido in situ através do disco de Secchi (veja eq. 3.4) foi utilizado como variável para a comparação, por ser uma medida confiável e bem correlacionada com o obtido através das imagens. Apesar de incluir todo o espectro do visível, nas imagens, o coeficiente de atenuação difusa em 488 nm (K488) é estimado através de uma relação entre as bandas centradas em 488 e 551 nm (Eq. 3.13), que são afetadas pelo método de correção atmosférica utilizado (Wang et al., 2007). B w w w
L
L
A
K
K
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
=
)
551
(
)
488
(
)
488
(
)
488
(
, (3.13)O modelo que obteve o produto (K488) com menor erro (EMQ – Erro Médio Quadrado) em relação aos dados in situ foi adotado no processamento de todas as imagens.
Imagens L1B (Radiâncias calibradas e geolocalizadas Geolocation Imagens L2 (Produtos: Rsr, K488, Cl-a, MST, TSM) Correção atmosférica MUMM Aquisição do geolocation Imagens L1A (radiâncias não calibradas)
Quadro 1 – Fluxograma das etapas do processamento das imagens do nível 1A (L1A) para o nível 2 (L2).
3.5.3. Extração das informações
Os dados dos produtos L2 das imagens (refletância espectral, concentração de clorofila, K488 e material em suspensão total) foram extraídos para cada estação de coleta in situ em janelas espaciais de 3 x 3 pixels centradas nas coordenadas das estações realizadas in situ. Foram consideradas passagens “simultâneas” aos dados in
situ, aquelas que aconteceram em janela temporal de 24 horas centrada no horário da
coleta. Para extração destes dados, para todos os produtos e todas as datas foi utilizada uma rotina em MATLAB.
Os produtos obtidos, utilizando algoritmos globais para clorofila, material em suspensão, coeficiente de atenuação difusa da água e temperatura, foram comparados àqueles obtidos in situ, através de análises de regressão, a fim de avaliar o desempenho dos algoritmos globais.
3.5.4 Análise dos algoritmos regionais aplicados às imagens MODIS
Os valores de refletância das imagens para cada estação foram aplicados nos algoritmos empíricos regionais obtidos na etapa anterior, com a finalidade de se avaliar o desempenho destes na estimativa de clorofila-a. As concentrações de clorofila-a estimadas pelos algoritmos regionais e pelo algoritmo global OC3 foram comparadas às obtidas in situ, através de análises de regressão e avaliação do EMQ. Também foram analisados os desvios de estimativa da clorofila-a em relação às demais variáveis opticamente ativas na água, como a MODC, os carotenóides, MST, MSO e MSI, através de diagramas de dispersão e comparação dos coeficientes de correlação e regressão obtidos.
3.5.5. Aquisição de imagens de TSM - MODIS
Foram adquiridas imagens de TSM médias semanais (8 dias) do sensor MODIS referentes à (aproximadamente) a semana de coleta dos cruzeiros de hidrografia (setembro de 2005 e março de 2006) e para as duas semanas que as antecederam. Essas imagens foram recortadas para uma região mais ampla que a área de estudo, com o objetivo de se analisar as condições de contorno no período das coletas e semanas anteriores, para melhor entendimento da condição oceanográfica verificada através dos dados in situ obtidos.