Análise dos valores de temperatura de superfície do perímetro urbano do
município de Ituiutaba – MG, gerados a partir de imagens dos sensores TIRs do
Landsat 8
Urban perimeter’s analysis of the surface temperature values in the city of Ituiutaba - MG, generated from images of IRRs sensors Landsat 8
Lucas Rafael Tiago Silva1 Matheus Francier Ximango Silva2 Luiz Antônio de Oliveira3
Resumo:
O sensoriamento remoto é a tecnologia de obtenção de informações, imagens e outros tipos de dados da superfície da Terra sendo um objeto ou um alvo, por meio de captação de registros da energia refletida ou emitida da superfície.De acordo com Jin (1996), estimada a partir de plataformas de sensoriamento remoto, a Temperatura da Superfície Terrestre (LST) é uma variável chave em estudos climatológicos e ambientais, relacionada ao balanço de energia dia superfície e do estado térmico integrado da atmosfera dentro da camada limite planetária. Este trabalho tem como objetivo principal analisar os valores de temperatura de superfície dos sensores TIRS referentes a banda 10 do Landsat – 8, dos meses de junho e setembro. Constatou-se com os resultados que o mês de junho apresenta temperaturas mais amenas e em setembro temperaturas mais elevadas. Contudo nota-se que a temperatura no mês de junho variou de 18,5 ºC a 30,0º e no mês de setembro variou de 23,5 ºC a 37,5 ºC. Os resultados do trabalho foram satisfatórios, uma vez que atingiram o objetivo proposto. Os dados resultantes das aplicações dos algoritmos possibilitaram a espacialização dos intervalos de temperatura dentro da área analisada.
Palavras-chave: Ituiutaba, sensoriamento remoto, temperatura de superfície.
Abstract:
Remote sensing is the acquisition of information technology, images and other types of Earth's surface data being an object or a target through energy harvesting records reflected or emitted from the surface. According to Jin (1996), estimated from remote sensing platforms, the Land Surface Temperature (LST) is a key variable in climatological and environmental studies related to the surface’s daily energy balance and the atmosphere’s integrated thermal state inside the planetary boundary layer. This work aims to analyze the surface temperature values of TIRS sensors regarding the band 10 Landsat - 8, from the month of June to September. It was found with the results that the month of June has milder temperatures and higher temperatures in September. However it is noted that the temperature in June ranged from 18.5 ° C to 30,0º and in September ranged from 23.5 ° C to 37.5 ° C. Our results were
1 Graduando em geografia pela Universidade Federal de Uberlândia, Estagiário do Laboratório de climatologia e recursos hidrícos, Estágiario de Iniciação Cientifica FAPEMIG. Autor correspondente: lucasrafaelts@hotmail.com
2 Graduando em Geografia pela Universidade Federal de Uberlândia; Estagiário do Laboratório de Climatologia e Recursos Hídricos; Estágiário do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação a Docência.
3 Graduado em Geografia, Mestre e Doutor em Geologia; Professor Adjunto do Curso de Gestão em Saúde Ambiental da Universidade Federal de Uberlândia; Coordenador do Laboratório de Cllimatologia e Recursos Hidricos do Instituto de Geografia.
I Simpósio Internacional de Águas, Solos e Geotecnologias - SASGEO - 2015
satisfactory since it reached the proposed objective. The data resulting from application of the algorithms allowed the spatial distribution of temperature ranges within the analyzed area.
Keywords:Ituiutaba, Remote Sensing, Surface Temperature.
Introdução:
O sensoriamento remoto é a tecnologia de obtenção de informações, imagens e outros tipos de dados da superfície da Terra sendo um objeto ou um alvo, por meio de captação de registros da energia refletida ou emitida da superfície. Como qualquer tecnologia ou material tecnológico requer uso de energia para seus processos, a energia utilizada no sensoriamento remoto é a radiação eletromagnética (REM) ou energia radiante que é definida que se move a velocidade da luz (300.000 km/s) sendo em forma de ondas eletromagnéticas ou de partículas eletromagnéticas (Fótons) por fontes naturais como a Terra e o Sol, ou por fontes artificiais como o Radar.
De acordo com Jin (1996), estimada a partir de plataformas de sensoriamento remoto, a Temperatura da Superfície Terrestre (LST) é uma variável chave em estudos climatológicos e ambientais, relacionada ao balanço de energia da superfície e do estado térmico integrado da atmosfera dentro da camada limite planetária.
Sobrinho et al. (2008) explica sobre a Lei de Plank, onde a quantidade de radiação eletromagnética de um objeto depende de sua temperatura superficial, ou seja, o cálculo da emissividade da superfície da terra (ε) é utilizada para estimar a eficiência de transmissão de energia térmica da superfície para a atmosfera. Para esse cálculo é necessário que os valores de radiação estejam precisos bem como o da temperatura da superfície da terra - LST, ou seja, a temperatura deve estar acima de 0°K (-273° C).
As temperaturas da superfície "Ts", conhecidas como cinética e aerodinâmica são administradas pelas leis da termodinâmica e equivalem a verdadeira temperatura do objeto, apesar do sensoriamento captar apenas a LST, as temperaturas estimadas podem chegar perto da temperatura verdadeira da superfície Ts.
Em uma visão geral, os estudos equivalentes de LST eram direcionados para compreensão da média de temperatura na superfície e na faixa de transição entre o ar e o mesmo, sendo essa, a variável analisada somente por termômetros convencionais que fazem parte de todas as estações meteorológicas do mundo. Com o aparecimento de satélites imageadores, o levantamento por sensores espectrais, de
outra forma de temperatura da superfície, nomeada de temperatura radiativa da superfície que estão disponíveis globalmente.
Além da emissividade, a absorção e reflexão também influenciam nas medidas de LST.Lucca e Bastos (2001) definem sistema imageador infravermelho termal como um dispositivo com a função de coletar, detectar e traduzir a radiação infravermelho termal emitida pelos objetos, sob a superfície no qual está instalado e gerar uma imagem correspondente. Ainda segundo os autores, estes imageadores dividem-se em dois grupos: os imageadores de varredura de linha, conhecidos como “linescanners”, ou IRLS (“Infrared Linescanner”) e os de visada frontal, normalmente chamados de FLIR ("Forward
Looking Infrared").
Resultados obtidos em pesquisas apontam que áreas comerciais podem apresentar durante o dia temperaturas mais altas e já as mais baixas podem ficar restritas aos corpos d’águas, vegetação e terras de uso agrícola. Já as áreas residenciais podem apresentar temperaturas intermediárias pela composição de casas, grama e coberturas arbóreas.
A partir do referencial teórico levantado, este trabalho tem como objetivo principal analisar os valores de temperatura de superfície dos sensores TIRS referentes a banda 10 do Landsat – 8, dos meses de junho e setembro.
O município de Ituiutaba se encontra situado na Mesorregião do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba, no estado de Minas Gerais, tendo seu limite demográfico delimitado pelas coordenadas geográficas 49°52’W/ 49º10’W e 18°36’/ 19º21’S. Sua área é de 2.598 km² e segundo IBGE (2010), possuí uma população estimada de 97.171 habitantes.
I Simpósio Internacional de Águas, Solos e Geotecnologias - SASGEO - 2015 Figura 1: Localização do perímetro urbano do município de Ituiutaba – MG.
Materiais e Métodos:
Para elaboração do trabalho primeiramente fez-se o levantamento de referencial teórico a respeito do tema proposto. As imagens de satélite utilizadas foram adquiridas no portal eletrônico do
United States Geological Survey(USGS), processando-se a banda 10 do infravermelho termal
localizada entre na faixa espectral que varia de 10,60µm a 11,19µm do satélite Landsat 8. Tendo como identificação a imagem do mês de junho “LC82220732014172LGN00”, órbita 222 e linha 73, com passagem em 21 de junho de 2014 as 13h:21min:09s e a imagem do mês de setembro “LC82220732014252LGN00”, órbita 222 e linha 73, com passagem em 09 de setembro de 2014 as 13h:21min:34s.
Para o tratamento das imagens de satélite referidas acima e posterior resultado das LSTs, primeiramente foi efetuada a correção radiométrica em relação aos valores obtidos no topo da
atmosfera (TOA). Este cálculo foi efetuado a partir do algoritmo de processamento, descrito na equação 1:
𝐿𝜆 = 𝑀𝐿𝑄𝑐𝑎𝑙+ 𝐴𝐿 (1) Onde:
𝐿𝜆= valor da radiância espectral no topo da atmosfera - TOA, medida em Watts /m2 * srad * µm.
𝑀𝐿= fator multiplicativo escalonado específico constante no arquivo de metadado
(RADIANCE_MULT_BAND_x, onde x é o número da banda).
𝑄𝑐𝑎𝑙 = produto padrão quantificado e calibrado por valores de pixel (DN). Este valor é referente a cada banda da imagem.
𝐴𝐿= fator aditivo escalonado específico constante no arquivo de metadado (RADIANCE_ADD_BAND_x, onde x é o número da banda).
A segunda etapa consiste em converter as cenas do sensor TIRs de radiância espectral para temperatura de brilho em graus Kelvin (k). A constante térmica usada para fazer a conversão é disponizada no arquivo metadados da imagem. Esta conversão é descrita pelo algoritmo referente a equação 2:
𝑇𝐾 = 𝐾2 / 𝑙𝑛(𝑘1
𝐿𝜆+ 1) (2)
Onde:
𝑇𝐾 = temperatura de brilho aparente em graus kelvin (K).
𝐿𝜆 = reflectância no topo da atmosfera (Watts/( m2 * srad* μm)).
𝑘1 = constante de conversão K1 específica para cada banda, também denominada de constante térmica,
disponível no arquivo de metadato (K1_CONSTANT_BAND_x, onde x é o número da banda, 10 ou 11).
𝐾2 = constante de conversão K2 específica para cada banda, também denominada de constante térmica, disponível no arquivo de metadato (K2_CONSTANT_BAND_x, onde x é o número da banda, 10 ou 11).
A última etapa deste processo consiste em converter a temperatura que está em graus Kelvin (k) para graus Celsius (°C), conforme indica a equação 3:
I Simpósio Internacional de Águas, Solos e Geotecnologias - SASGEO - 2015 Onde:
𝑇𝐶 = temperatura de brilho aparente em graus Celsius (°C). 𝑇𝐾 = temperatura de brilho aparente em graus kelvin (K).
Resultados e Discussão:
As Figuras 2 e 3, representam a espacialização dos dados de temperatura do perímetro urbano do município de Ituiutaba – MG.
Seguindo a metodologia citada para elaboração da figura 2, mapa de temperatura da superfície, constatou que a temperatura mínima e máxima no perímetro urbano de Ituiutaba é respectivamente de 18,5 Cº e 28,5 ºC. As temperaturas mínimas situadas entre o intervalo de classes de 18,5 ºC a 20,5 ºC representadas no mapa pela cor verde escuro, ocupam pequenas áreas em pontos isolados do perímetro no setor Norte e Nordeste correspondendo a corredores ao longo dos cursos d`água e ainda faixas de vegetação arbórea. As temperaturas máximas situadas entre o intervalo de 26,5 ºC a 28,5 ºC representadas no mapa pela cor laranja, localizados na parte oeste do perímetro correspondem a solo exposto.O perímetro urbano do município de Ituiutaba está quase todo inserido no intervalo de classes de 22,6 ºC a 24,5 ºC representada no mapa pela cor verde claro.
Figura 2: Temperatura de superfície do dia 21 de junho de 2014, referente ao município de Ituiutaba - MG.
A figura 3 corresponde ao tratamento da imagem de satélite do dia 09 de setembro de 2014. O mês de setembro é tradicionalmente um dos meses do ano onde se registra as maiores temperaturas anuais. A temperatura mínima e máxima encontradas no perímetro urbano foi respectivamente de 23,5 ºC e 37, 5º. As temperaturas mínimas situadas no intervalo de 23,5 ºC a 25,8 ºC representadas no mapa pela cor verde escuro, estão localizadas em pontos isolados na parte Sudoeste e Nordeste e são correspondentes a áreas de maior arborização nas margens dos cursos d’água. Enquanto que as temperaturas mais elevadas, situadas no intervalo de 35,1 ºC a 37,5 ºC representadas no mapa pela cor vermelha, estão localizadas em um ponto isolado na parte Leste do perímetro, e corresponde aos solos expostos. As temperaturas que mais são observadas estão situadas no intervalo de 30,5 ºC a 32,7 ºC representadas no mapa pela cor amarela e ocupam quase todo o perímetro urbano.
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Figura 3: Temperatura de superfície do dia 09 de setembro de 2014, referente ao perímetro urbano do município de Ituiutaba – MG.
Considerações Finais:
Salienta-se que os valores de temperatura obtidos referem-se à superfície dos materiais da superfície, deste modo, pode ocorrer variações se comparadas às temperaturas do ar registradas em termômetros de estações meteorológicas.
Entende-se que trabalhos como este, que se pauta no uso de imagens orbitais para determinação de valores de temperaturas possam ampliar o conhecimento sobre o comportamento térmico em áreas extensas que não possuam outro meio de obtenção de dados. Ressalta-se ainda a viabilidade de realização de pesquisas utilizando imagens Landsat8, uma vez que estas são distribuídas de forma gratuita.
Os resultados do trabalho foram satisfatórios, uma vez que atingiram o objetivo proposto. Os dados resultantes das aplicações dos algoritmos possibilitaram a espacialização dos intervalos de temperatura dentro da área analisada.
Referências:
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em:
http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?codmun=313420.
LUCCA, Eduardo Viegas Dalle; BASTOS, Antonio Frederico. Sistema Imageador Infravermelho Termal: Características, Descrição e Resultados. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 2001, Foz do Iguaçu. Anais. Foz do Iguaçu: SBSR, 2001. p. 1433 -
1440. Disponível em:
http://marte.sid.inpe.br/col/dpi.inpe.br/lise/2001/09.24.08.40/doc/1433.1440.279.pdf. Acesso em: 30 set. 2015.
SOBRINHO, José A.; JUAN, Jiménez-Muñoz; SORAI, Guillem; ROMAGUERRA, Mireia; GUANTER, Luis; MORENO, José. Land Surface Emissivity Retrieval From Different VNIR and TIR Sensors. IEEE transiction on geoscience and remote sensing, Cáceres, v.46, n. 2, p.316-327, 2008. Disponível em: http://uv.es/ucg/articulos/2008/Publications_2008_9.pdf. Acesso em: 27 set 2015. USGS – Science For a Changing World. Disponível em: http://earthexplorer.usgs.gov/. Acessado em 25 set 2015.
