Sensor MODIS

A NASA (National Aeronautics and Space Administration) mantém um programa de longa duração de observação da superfície terrestre, de oceanos e da atmosfera ESE (Earth Science Enterprises), que tem por objetivo compreender a dinâmica do planeta Terra e determinar quais mudanças estão acontecendo e quais suas consequências. O ESE apresenta alguns satélites de observação da Terra (Earth Observing System- EOS), dentre eles o TERRA (EOS-AM) e o AQUA (EOS-PM), (MODIS, 2012).

O satélite Terra foi lançado em dezembro de 1999 e começou a coletar dados em fevereiro de 2000; o AQUA foi lançado em maio de 2002 e começou a coletar dados a partir de julho do mesmo ano. Dentre os sensores que estes satélites carregam a bordo,

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encontra-se o sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). O sensor MODIS, principal instrumento a bordo dos satélites Terra e Acqua, possui alta resolução radiométrica (12 bits) em 36 bandas espectrais (Tabela 4), as duas primeiras bandas possuem resolução espacial de 250m, as bandas 3 a 7 de 500 m e as demais de 1 km (MODIS, 2012).

Tabela 4. Características do sensor MODIS abordo dos satélites Terra/Aqua.

Fonte: Johann (2012); Adaptado da NASA (2009)

A partir das 36 bandas, são gerados 44 produtos MODIS, dentre eles, é possível obter diversos índices de vegetação, como por exemplo o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), que segundo D’Arco et al. (2005), permite descrever bem a trajetória espectro-temporal de culturas agrícolas, traduzindo as condições da vegetação ao longo de seu ciclo. Existem mais de 50 índices de vegetação e dentre os quais o NDVI é mais comumente utilizado (Moreira e Shimabukuro, 2004).

Segundo Jackson e Huete (1991), um IV ideal deve ser capaz de responder a pequenas variações no desenvolvimento fenológico da vegetação e não pode ser muito influenciado por variações de tipo de solo, do ângulo de visada do sensor, do ângulo solar e das condições atmosféricas. Para Huete et al. (2002), o NDVI vem sendo

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utilizado em muitos estudos e em aplicações de várias áreas, tais como: agricultura, floresta, saúde, epidemiologia, monitoramento das condições ambientais e desmatamento.

O NDVI é uma relação entre as refletâncias (ρ) das bandas do infravermelho próximo (IVP) e do vermelho (V) e visa eliminar diferenças sazonais do ângulo de elevação solar e minimizar os efeitos da atmosfera.

em que:





O NDVI, em geral, apresenta relação com algumas variáveis agronômicas como altura de planta, índice de área foliar, matéria seca, grau de cobertura do solo e interceptação de radiação solar global, entre outros (Baret e Guyot, 1991; Fonseca, 2000). Em geral, a utilização do índice de vegetação integrado em um determinado período do desenvolvimento das culturas, ou ainda, em todo o seu ciclo apresenta relações com parâmetros agronômicos, como a estimativa da produção de culturas anuais, como exemplo os trabalhos de Rizzi (2004), Rojas (2007) e Johann (2012).

Quando uma cultura agrícola é instalada, o padrão espectral da superfície se assemelha à assinatura espectral do solo, à medida em que a cultura cresce e a porcentagem de cobertura vegetal aumenta, a influência do solo diminui e o comportamento da superfície tende a se ajustar ao comportamento das plantas verdes. Afirma Esquerdo, (2007) e Johann (2012), que ao entrar na fase de senescência, o vigor vegetal e o porte das plantas diminuem, reduzindo a porcentagem de cobertura e alterando o padrão espectral da superfície, que volta ao padrão do solo. A Figura 6 ilustra um exemplo do perfil espectro-temporal da cultura da soja com suas fases fenológicas.

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Figura 6. Perfil temporal do NDVI no município de Assis Chateaubriand - PR, na safra 03/04.

FONTE: Johann (2012) adaptado de Esquerdo (2007)

De acordo com Tucker et al. (1979) e Adami (2010) após o plantio da cultura da soja, inicia-se o processo de germinação, entre 5 e 15 dias, o padrão espectral inicial que é de solo ou palhada, vai sendo substituído pelo da cultura, dando início à fase vegetativa. Na medida em que ocorre o crescimento da cultura, espera-se um aumento significativo no índice de vegetação (IV) até a fase reprodutiva, momento em que os valores do IV atingem um máximo. Após esta fase, a translocação de nutrientes é maior da folha para a semente, o que provoca um leve declínio dos valores do IV até a fase R7, quando tem início o processo de maturação. Na maturação, há um rápido decaimento dos valores do IV, que indica que a cultura pode ser colhida.

Entre os produtos MODIS, também se destaca o produto MOD11, por ser umas das variáveis chaves necessárias para descrever os processos da superfície terrestre, sendo extremamente requisitados para diversos estudos climáticos, hidrológicos,

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ecológicos e biológicos (Running et al., 1994). Cita-se, como exemplo desses processos, a evapotranspiração, que é altamente sensível às flutuações da temperatura de superfície.

O produto MOD11 é estimado com base do algoritmo “generalizedsplit-window”, pela NASA, o qual assume um conhecimento a priori da emissividade (Wan e Dozier, 1996). Com isso, mapas de emissividade das bandas 31 e 32 são obtidos com base em classificação, no qual o pixel da imagem é classificado de acordo com 14 classes de uso da terra pré-definidas e com os valores correspondentes de emissividade (Snyder et al., 1998). A partir do conhecimento a priori da emissividade, a estimativa da temperatura de superfície torna-se mais fácil, e o método “generalizedSplitwindow” simplesmente realiza a correção atmosférica com base na absorção diferencial entre as duas bandas termais do MODIS (Liang, 2004).

Segundo Warren et al. (2012), atualmente, a única forma factível e disponível para o monitoramento da temperatura da superfície continental em grandes extensões, com resolução temporal e espacial adequadas para grande parte das aplicações de modelagem, é por meio de técnicas de sensoriamento remoto no infravermelho termal. Ainda segundo o autor, a utilização do sensor MODIS é atrativa, pois duas cenas são adquiridas por dia e diferentes produtos de temperatura da superfície são processados e distribuídos gratuitamente.

Os produtos MODIS são disponibilizados em forma de tiles ou quadrantes (Figura 7) que tomam como base uma grade de projeção sinusoidal com uma área de 10° de latitude por 10° de longitude (aproximadamente 1200 km por 1200 km na linha do Equador). O sistema de coordenadas começa no tile (0,0) (horizontal, vertical) no canto superior esquerdo e termina no tile (35,17) no canto inferior direito. A Figura 5 ilustra o tile “h11v10” e os tiles utilizados para monitoramento na América do Sul.

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Figura 7. Representação do Tile h11v10 e dos Tiles da América do Sul. Fonte: Johann (2012); Adaptado da NASA (2009)

Segundo Johann (2012), os IV têm permitido o monitoramento de culturas agrícolas e apresentam ainda a vantagem dos dados terem distribuição gratuita na web, permitindo maior monitoramento das safras das culturas agrícolas em escala regional.