ARTIGO COM APRESENTAÇÃO ORAL - GEOPROCESSAMENTO
UMA POSSÍVEL RELAÇÃO ENTRE ALTITUDES DE TERRENO E DENSIDADE DE RAIOS
JEHNNIANE OLIVEIRA BATISTA, RAFAELA ARAUJO BENJAMIN, ARTHUR DA COSTA ALMEIDA
A Topografia é uma ciência que descreve as características da superfície terrestre, utilizando-se a representação do relevo através das curvas de nível, com intuito de identificar os níveis de elevações de determinadas regiões. Sabese que o Brasil é um dos países com maiores índices de ocorrência de descargas atmosféricas e a região amazônica possui uma das maiores incidências de raios, com isso, utilizou-se o software R para manipular imagens de radares do SRTM e processar dados de densidades de raios de quatro cartas topográficas correspondentes ao estado do Pará, a fim de gerar mapas contendo informações derivadas dos dados originais e verificar através de analise visual as informações geradas para obter o resultado de uma possível correlação entre duas variáveis (altitudes de terreno e densidade de raios), analisando a localização de algumas cidades do estado do Pará por meio de coordenadas geográficas, sendo estudadas as mesmas regiões ao se analisar as duas variáveis. Verificou-se que não se pode afirmar que existe uma relação entre essas duas variáveis, por conta da pequena extensão de área estudada, no entanto, pode-se afirmar que os resultados indicaram que na área em estudo pode haver uma correlação entre as duas variáveis (maior altitude de terreno e maior índice de ocorrência de descargas atmosféricas).
Palavras – Chave: Topografia, Curvas de nível, descargas atmosféricas, software R.
1. INTRODUÇÃO
O relevo pode ser estudado com o auxilio da topografia, onde a palavra é originada do Grego “Topos Graphen”, significando Topos “lugar ou região” e Grafia “descrição”, ou seja, descrição de um lugar, conforme Júnior et al (2014) apud Espartel (1987), uma ciência que estuda as características do solo, descrevendo o lugar de estudo, através de pontos cotados, mas principalmente por meio de curvas de níveis, representando graficamente partes da superfície da Terra em uma superfície plana, indicando depressões e elevações. O que torna possível o estudo de uma grande extensão territorial são imagens captadas por sensoriamento remoto, utilizando-se de radares e satélites para captar dados da superfície, após processadas em softwares específicos são extraídos informações derivadas dos dados originais, gerando mapas analisados visualmente pelo pesquisador.
O trabalho torna-se possível com o processamento de dados de descargas atmosféricas, com a representação do relevo. Sabe-se que a região amazônica apresenta uma grande probabilidade de ocorrência de descargas atmosférica, segundo Muniz et al, 2012 “ A região Amazônica possui uma das maiores incidências de descargas atmosféricas do planeta, sendo o nível médio de corrente de pico superior ao de outras regiões do mundo”.
As descargas são formadas por nuvens de tempestades e na maioria das vezes causam grandes prejuízos materiais, com a analise da relação de informações de altitudes de terreno e dados meteorológicos, torna-se possível o estudo dessas duas variáveis a fim de verificar se estas se relacionam e se altitudes possuem influência na formação de raios.
2. OBJETIVO
2.1. Objetivo Geral:
O trabalho objetiva investigar a relação entre altitudes de terreno com a ocorrência de descargas atmosféricas em algumas regiões do estado do Pará.
2.2. Objetivos Específicos:
Descrever curvas de Nível nas cartas em estudo através do software R; Descrever os graus de altitudes de regiões existentes nas cartas;
Verificar através da programação no software R onde ocorrem os maiores índices de densidades de raios e níveis de altitudes nas cartas e cidades estudadas e
verificar se estão relacionados espacialmente.
3. METODOLOGIA
3.1 SRTM
Sensoriamento remoto capta imagem bidimensional obtendo dados de diversos componentes da superfície terrestre, sem contato físico com a mesma, conforme Florenzano (2008,pg1): “Sensoriamento remoto é a tecnologia que permite obter imagens e outros tipos de dados, da superfície terrestre, através da captação e do registro da energia refletida ou emitida pela superfície”. O SRTM – Missão Topográfica Radar Shuttle, originada de uma missão espacial realizada pela NASA, com intuito de mapear e coletar dados da superfície terrestre e oceânica, após manipulação das informações podem gerar MDE (Modelo Digital de Elevação).
Com os dados contidos nesse mapeamento, tornando-se possível o estudo topográfico por meio de representação de relevo, utilizando-se da extração de escala de altitudes e Curvas de Nível, conforme Stewart (2007) “As curvas de nível de uma função f de duas variáveis são aquelas com equação f(x,y)= k, onde k é uma constante (na imagem f)”, representando então o terreno através de suas altitudes.
3.2 STARNET
Sferics Timing And Ranging NETwork (STARNET), apresenta uma rede de detecção de raios de longa distância e ondas de raios que se propagam por quilômetros, onde a intersecção das curvas representa a localização de descargas atmosféricas, seus Sferics são
os ruídos de rádio emitidos por descargas atmosféricas dentro de uma grande faixa do espectro eletromagnético”. A descarga que a STARNET detecta com mais facilidade é a nuvem-solo, onde o software é capaz de detectar 130 sferics por segundo.
De acordo com Dente(2013), a faixa de frequência (7-15 khz) é centrada no pico do espectro de energia emitido pela descarga de retorno das descargas NS (Nuvem-solo) (Chronis et al., 2003). Portanto os sensores são mais sensíveis ás descargas atmosféricas de tipo NS.
Os sensores VLF encontram-se instalados em Bethlehem (Africa do Sul), Guadeloupe (Caribe), Fortaleza (Brasil), São Paulo (Brasil), Campo Grande (Brasil), São Martinho da Serra (Brasil), Curitiba (Brasil), Manaus (Brasil). Addis
Ababa (Etiopia) e Dar es Salaam (Tanzânia)”.
Figura 1: Localização dos sensores de VLF
Fonte: http://www.zeus.iag.usp.br/sites.ph
3.3 Software R
O R pode processar programas armazenados em arquivos, sendo um conjunto formado de ferramentas capazes de manipular e analisar dados, é constituído por pacotes, sendo que alguns já vêm distribuídos e instalados, chamados de pacotes recomendados, enquanto outros necessitam ser instalados, são os pacotes contribuídos ou pacotes adicionais (packages).
De acordo com Silva et al:
O R é também altamente expansível com o uso dos pacotes, que são bibliotecas para funções específicas ou áreas de estudo específicas. Um conjunto de pacotes é incluído com a instalação do software, mas muitos outros estão disponíveis na rede de distribuição do R (em inglês CRAN).( Silva et al, ano,2009,pg.7).
A instalação dos pacotes raster, rgdal, rcpp,sp, disponíveis na rede de distribuição foram fundamentais para o processo do trabalho, possibilitando a manipulação das imagens.
O R possui muitas funções, segundo Filho:
...modelos lineares, modelos lineares generalizados, modelos de regressão não linear, análises de séries temporais, testes estatísticos clássicos paramétricos e não paramétricos, métodos da estatística multivariada como análise de cluster, componentes principais, analise fatorial, etc... Possui uma grande quantidade de funções para desenvolvimento de ambiente gráfico e criação de diversos tipos de apresentação de dados.(FILHO, 2006, São Paulo, pg. 3)
As informações extraídas do sensoriamento remoto, ao serem geoprocessadas passam a serem tratados com técnicas matemáticas e computacionais, aperfeiçoando sua coleta de informações com mais precisão.
3.4 AREA DE ESTUDO
O Estado do Pará está localizado na região Norte do Brasil, seu território ocupa a segunda colocação em extensão no País, possuindo 143 municípios. A região em estudo abrange as cartas topográficas SA-23-V-C-I, SA – 23 – V- D, SA – 23 – Y- A e SA – 23 – Y- B, no qual, apresentam as localizações de alguns municípios do estado, como: Castanhal, São Miguel do Guamá, São Domingos do Capim, Irituia, Bragança, Augusto Correa, Garrafão do Norte, Piriá, Ipixuna, Paragominas e Capitão Poço, os municípios em questão localizam-se no nordeste paraense.
4. RESULTADOS
4.1 ESTADO DO PARÁ COM AS CARTAS DA ÁREA DE ESTUDO
Utilizando-se o software QGIS um software de geoprocessamento, sendo um Sistema de Informação Geográfica, tornou-se possível a manipulação das Cartas sobrepondo-as ao Estado do Pará, delimitando a localização das cartas em estudo verificou-se que estas verificou-se localizam no estado do Pará e também no Estado do Maranhão.
Figura 2: Mapa do estado do Pará com as cartas em estudo
Fonte: A autora
4.2 MAPAS DAS REGIÕES EM ESTUDO E LOCALIZAÇÃO DAS CIDADES
O mapa gerado no QGIS identifica as regiões em estudo. O estudo das cartas se dá pela classificação do relevo (da tonalidade vermelha até o verde escuro) por meio das escalas de altitudes (geradas em metros) sendo possível distinguir os pontos baixos e elevados do terreno variando entre 0 á 250 metros, onde a região mais elevada varia de 200 a 250 metros, através das coordenadas geográficas obtém-se a localização das onze
cidades paraenses estudadas, com esses dados é possível verificar que as cidades Piriá, Ipixuna e Paragominas localizam-se no terreno mais elevado.
Figura 3: Altitudes de terreno com a localização das Cidades
Fonte: A autora
4.3 ALTITUDES DO RELEVO
A união das quatro cartas no R proporcionou melhor manipulação dos dados originais, obtendo-se informações de altitudes de terreno, de acordo com as escalas de altitudes as elevações variaram de 0 á 250 metros estando localizadas nas coordenadas: latitude (-3,0 á -1,0) e longitude (-48 á -45), sendo 0 a localização do nível do mar e 250 metros o nível mais alto do terreno.
As curvas de nível representam o relevo através de suas altitudes, Junior et al (2014, pg. 139) aponta algumas características das curvas de níveis: “Quanto mais afastadas uma das outras significa que o relevo é mais plano. Ao contrário, quanto mais juntas significa que aquele relevo é mais íngreme”, no mapa apresenta maiores quantidades de curvas das áreas que apresentam a escala de altitudes de 150 a 250 metros.
Figura 4: Curvas de Nível: Níveis de altitudes
Fonte: A autora
Através da manipulação no R das coordenadas geográficas, com informações de latitudes e longitudes tornou-se possível a localização das cidades: Castanhal, São Miguel do Guamá, Garrafão do Norte, São Domingos do Capim, Bragança, Augusto Correa, Irituia, Capitão Poço, Paragominas, Ipixuna e Piriá. Constata-se que a região mais elevada localiza-se entre 100 a 250 metros e
que esse terreno apresenta maiores quantidades de curvas de nível, sendo que as cidades: Ipixuna, Piriá e Paragominas encontram-se nessa região, as demais cidades: Castanhal, São Miguel do Guamá, Garrafão do Norte, São Domingos do Capim, Bragança, Augusto Correa, Irituia, Capitão Poço, localizam-se nas regiões entre 0 a 100 metros, com menores quantidades de curvas de nível, apresentando os níveis mais baixos de elevação.
Fonte: A autora
4.5 DENSIDADES DOS RAIOS
A densidade de raios é o índice de raios que atinge a Terra anualmente em unidades por quilômetros quadrado, os dados manipulados no R gerou o mapa contendo informações das localizações das densidades de descargas atmosféricas na carta em estudo variando de 0 a 11 raios, onde possuiu maiores ocorrências localiza-se na área verde e de acordo com a escala de densidade de raios e curvas de nível de densidades de raios a região que apresenta maiores densidades de descargas atmosfericas está localizada
aproximadamente na longitude: -48 a -46,5 e latitude : -3,0 a -2,0, sendo o índice de raios nessa região entre 6 a 11 raios por quilômetro quadrado por ano.
Figura 6: Densidade de raios e curvas de densidade
Fonte: A autora
4.6 LOCALIZAÇÕES DAS CIDADES COM AS CURVAS DE DENSIDADES DE RAIOS
Ao adicionar as localizações das cidades, observa-se que a região que apresenta maiores índices de densidades de raios está nas coordenadas: longitude: -48 á -46,5 e latitude: -3,0 á -1,0, constata-se que a região com maiores descargas localiza-se entre 6 a 11 raios que caem anualmente por quilômetro quadrado e nesse terreno apresenta maiores quantidades de curvas de densidades, sendo que as cidades Ipixuna, Piriá e
Paragominas encontram-se nessa região com maiores índices de densidades, as demais cidades: Castanhal, São Miguel do Guamá, Garrafão do Norte, São Domingos do Capim, Bragança, Augusto Correa, Irituia, Capitão Poço, localizam-se nas regiões entre 0 á 6 raios, com menores quantidades de curvas de nível, apresentando os níveis mas baixos de descargas.
Figura 7: Localização das Cidades com as curvas de densidades
Fonte: A autora
5. CONCLUSÃO
Na pesquisa realizada trabalhou-se com dados de duas variáveis (altitude de relevo e índice de ocorrência de descargas atmosféricas). A manipulação dos dados no software QGIS foi com o intuito de comparar os resultados adquiridos com o software R, observou-se que os elementos observou-se asobservou-semelharam. Através das informações geradas a partir da
manipulação dos dados originais no software R, tornou-se possível a confecção de mapas com informações de altitudes de terreno e densidade de descargas atmosféricas, observa-se que a região estudada para essas duas variáveis são as mesmas com coordenadas: longitude: -48 a -45 e latitude: -3,0 a -1,0. Após analise visual dos mapas, verificou-se os resultados: os terrenos com maiores elevações estão aproximadamente nas coordenadas: longitude: -47,5 a -46 e latitude: -3,0 a -2,0 e a incidência de descargas atmosféricas estão aproximadamente nas coordenadas: longitude: -48 a -46,5 e latitude: -3,0 a -2,0, com isso as incidências de densidades de descargas atmosféricas entre 6 a 11 raios anualmente por quilômetros quadrados estão concentradas nos níveis mais elevados do terreno entre 100 a 250 metros de altitudes e as cidades que estão localizadas sobre influência dessa correlação são Ipixuna, Piriá e Paragominas.
Após análise dos resultados não se pode afirmar que existe uma relação entre essas duas variáveis, por conta da pequena extensão de área estudada, no entanto, pode-se afirmar que os resultados indicaram que na área em estudo pode haver uma correlação entre as duas variáveis (maior altitude de terreno e maior índice de ocorrência de descargas atmosféricas).
REFERÊNCIAS
DENTEL, Laure Madeleine, Modelagem de Sistemas de Detecção de Descargas
Atmosféricas da Amazônia, Belém 2013 Disponível em: <repositorioufpa.br/jspui/bitstream/.../Tese_ModelagemSistemasDeteccao.pdf> acesso em: 15/09/2015 ás 10:45.
FILHO, Júlio de Mesquita; Introdução ao Ambiente Computacional R, São Paulo, 2006.
FLORENZANO, T. G. Imagens de satélites para estudos ambientais, INPE, Oficina de textos, 2002.
SILVA, Bruno Fontana; DINIZ, Jean; BORTOLUZZI, Matias Américo; Minicurso de Estatística Básica: Introdução ao Software R, Santa Maria, abril de 2009.
<www.uft.edu.br/engambiental/prof/catalunha/arquivos/r/r_bruno.pdf> acesso em: 20 de julho de 2015, 18:37.
STEWART, James, Calculo, volume 2/ James Stewart; tradução Antonio Carlos Maretti, Antonio Carlos Gilli Martins – São Paulo: Thomson Leorning, 2007.
