DETERMINAÇÃO DA VARIABILIDADE ESPAÇO-TEMPORAL DE...
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DETERMINAÇÃO DA VARIABILIDADE ESPAÇO-TEMPORAL DE DEMANDA HÍDRICA E PRODUTIVIDADE DA ÁGUA EM ESCALA REGIONAL POR MEIO DE TÉCNICAS DE
SENSORIAMENTO REMOTO AGRÍCOLA, ASSOCIADAS À MODELAGEM, GEOPROCESSAMENTO E DADOS AGROMETEOROLÓGICOS
Reinaldo Lúcio GomideEmbrapa Milho e Sorgo
III Reunião Técnica do CEMADEN - 2 e 3 de abril de 2012 - Auditório do Palácio da Abolição, Fortaleza-CE
Tema: Extremos Climáticos e Colapso de Produção Agrícola - Painel III: Sistemas de Apoio à Decisão
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ANTECEDENTES E JUSTIFICATIVAS
• Aquisição e acesso de assinaturas espectrais do SOLO+ÁGUA+ PLANTAS+ATMOSFERA (SR), visando estudos do status hídrico (Água), da biomassa e de nutrientes (N) de sistemas de produção agrícola (grãos-cereais e leguminosas, fruteiras) irrigados e de sequeiro.
• Caracterização do Ambiente: Cultura, Solo, Água: Precipitação e Irrigação, Ts, Vento vel. e dir., UR ar, DPV ar, Rn, LAI, N (residual, adubação) e umidade do solo.
• Determinação, Caracterização e Mapeamento de ETc x N x Biomassa x EHC x Produtividade das culturas x Produtividade de Água x WUE.
• Calibração c/ controle de regime hídrico e níveis de N em parcelas experimentais.
• Boa correlação entre reflectância das folhas das culturas+solo e ETc x Biomassa x N x Produtividade das culturas e estresse hídrico da cultura (EHC).
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Satélites que podem ser usados neste tipo de estudo (que incluem a banda termal):
Landsat5 sensor TM Landsat7 sensor ETM+ Satélites NOAA sensor AVHRR Satélite TERRA sensores ASTER e MODIS Satélite AQUA sensor MODIS Satélite GOES
Hipóteses:
Assinaturas espectrais (imagens) e temperaturas de superfície (do dossel de
culturas e solos), adquiridas e processadas em porções do espectro visível (RGB),
NIR e Termal, podem detectar, caracterizar e mapear a variabilidade espaço-
temporal de DEMANDA HÍDRICA E PRODUTIVIDADE, até mesmo EHC (função
resolução)
Possíveis satélites de alta resolução, que podem ser utilizados para a calibração do Modelo (SEBAL):
• Rapid Eye• Ikonos• Quick Bird
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Estresses Pré-visual
• Estresses de uma superfície coberta por vegetação (dossel) podem ser detectados logo no inicio por meio de medidas de assinaturas espectrais (imagens e temperaturas -coletadas c/ sensores multiespectrais digitais de alta resolução), tendo em vista que a reflectância nas bandas do RGB, NIR e TIR reduz quando a estrutura interna das células das folhas inicia o seu processo de destruição (“colapso”) devido ao estresse natural ou induzido resultante da redução do conteúdo de água no solo.
• Este efeito pode ser detectado pelos sensores bem antes da manifestação visual do sintoma no campo, ou seja, mudança visual de arquitetura e coloração das folhas associada com produção de clorofila, que reduz bem mais tarde quando as plantas começam a parar de produzir (“shut down”) fisiologicamente devido ao estresse de água ou N.
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Calibração: Área experimental com os sistemas de aquisição automática de imagens e temperatura das folhas das culturas e dos sensores do balanço de energia e de clima
Satélite
Dirigível
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Montagem, Calibração e Teste do Módulo de Aquisição de Imagens
Câmera digital de alta resolução RGB & CIR (Duncan Tech 3100) acoplada em um braço de estrutura de metal preso a uma camionete ranger
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Sistema modular de aquisição de imagens de superfície: Câmera multispectral MS-4100, Placa de aquisição de vídeo NI (PCI-1428) conectada a notebook, Plataformas de elevação fixa com hidráulico (27 m), Clorofilog CFL 1030 acoplado a GPS Garmin (Fotos: R L Gomide, Embrapa Milho e Sorgo, Sete Lagoas, MG, 2008).
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ÁREAS DE ESTUDO
Dois Polos de Desenvolvimento da (a) Bacia do Rio São Francisco:
Uso de Imagens de satélites em conjunto com dados de Clima de
duas Redes de estações agrometeorológicas automáticas (b) Rede já
em funcionamento em Petrolina/Juazeiro; (c) Rede a ser instalada no
Norte de Minas.
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Rede de Estações AgroMeteorológicas Automáticas no Norte de MG
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MATERIAIS E MÉTODOS
Dados meteorológicos necessários: Ta e UR do ar, Veloc. Vento (2 m), Rs e/ou Rn
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Saldo de Radiação (Rn)
Balanço de Radiação na superfície (adaptado de Allen et al, 2002)
O algoritmo SEBAL
A Evapotranspiração é obtida como resíduo da equação clássica do balanço de energia à superfície:
ℷLE = Rn – H – G
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Fluxograma: Esquema representativo das etapas computacionais para obtenção do saldo de radiação (Rn), utilizando-se o SEBAL
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Fluxograma: Esquema representativo do processo iterativo para obtenção do fluxo de calor sensível (H)
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Módulo Model Maker do Software ERDAS 10.0 foi usado para implementar os algoritmos dos fluxogramas para calculo de Rn e H
$n4_Custom_Float + ($n5_Custom_Float -$n4_Custom_Float) * $n20_memory / 255
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Obtenção da ET com o resíduo da equação clássica do Balanço de Energia
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Cálculo do Fluxo de Calor Latente – SEBAL (Evapotranspiração Horária e Diária)Modelo Gerado com o Model Maker do ERDAS 2011
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RESULTADOS Modelo SEBAL Aplicado no Perímetro Irrigado de Gorutuba- MG
Imagem disponibilizada pelo INPE, órbita 218/ ponto 71, dia da passagem 17/08/2010
Saldo de Radiação W/m2 Fluxo de Calor no Solo W/m2
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Imagem disponibilizada pelo INPE, órbita 218/ ponto 71, dia da passagem 17/08/2010
Fluxo de Calor Sensível W/m2 Fluxo de Calor Latente W/m2
5.39 - 5.88
5.88 - 6.17
6.17 - 6.31
6.31 - 6.48
6.48 -7.12
7.12 -7.54
mm/d mm/h
0.22 - 0.24
0.24 - 0.25
0.25 -0.26
0.26 -0.27
0.27 -0.29
0.29 -0.31
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Evapotranspiração de Referência- PM mm/h Evapotranspiração Fracionada mm/h
ETrF=ET (mm/h)/ETr (mm/h)
Evapotranspiração 24 H mm/d
ET24= ETrF*ETr
Imagem disponibilizada pelo INPE, órbita 218/ ponto 71, dia da passagem 17/08/2010
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CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos com as técnicas de sensoriamento remoto via aquisição e
obtenção de imagens orbitais (satélites) e suborbitais (Plataformas de superfície), associadas
à dados climáticos de superfície, ao modelo SEBAL e ao geoprocessamento vão permitir:
Originar mapas temáticos em escala regional de demanda hídrica de culturas (ETc),
produtividade da água, biomassa (índices de vegetação), índice de área foliar (IAF) e
produtividade de sistemas de produção agrícola (frutas e grãos, etc), tanto os irrigados como
os de sequeiro;
Suporte ao zoneamento climático, à previsões de safras de culturas e à gestão e
gerenciamento das áreas de produção agrícolas (irrigadas e de sequeiro) ;
Detecção de mudanças nas áreas de produção agrícola, compondo um quadro
comparativo que se destina a subsidiar a gestão ambiental, principalmente nos locais de
maior fragilidade do meio ambiente.
Treinamento e capacitação de técnicos, alguns produtores, lideranças e estudantes de
graduação e pós-graduação de regiões envolvidas .