Emprego do Surface Energy Balance Algorithm for Land na Análise dos Impactos das Mudanças no Uso e Cobertura da Terra sobre a Variabilidade de Parâmetros Biofísicos na Bacia Hidrográfica do Rio Sorocabuçu (Ibiúna - SP)
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Data
2020-10-16
Autores
Orientador
Lourenço, Roberto Wagner 
Coorientador
Pós-graduação
Ciências Ambientais - Sorocaba
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As mudanças climáticas derivam não apenas do aumento na concentração dos gases do efeito estufa na atmosfera, mas, também, das modificações nas características biofísicas da superfície terrestre. Esta pesquisa circunscreve-se à Bacia Hidrográfica do Rio Sorocabuçu (Ibiúna - SP), inserida no interior da Área de Proteção Ambiental da represa de Itupararanga, espaço que abriga o maior remanescente vegetal da Bacia do Rio Sorocaba e Médio Tietê. Pretende demonstrar a relação entre as alterações no uso/cobertura da terra e a variabilidade espacial, temporal e estatística dos parâmetros biofísicos albedo, saldo de radiação, fluxo de calor no solo e temperatura da superfície, entre os anos de 2008 e 2018. A hipótese é que esses parâmetros possuem potencialidades e limitações distintas, no âmbito dos estudos que visam identificar as mudanças ocorridas no uso/cobertura da terra e os impactos climáticos derivados. Inicialmente, o trabalho detalha o trânsito de radiação e calor no sistema Terra-atmosfera, ressaltando o papel do Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento na análise dos fluxos de energia na superfície, além de destacar as características da modelagem desses fenômenos através do algoritmo SEBAL. Em seguida, apresenta os dados usados como insumo, referentes a imagens dos satélites Landsat 5 e 8, obtidas na plataforma Earth Explorer; bem como a registros de temperatura do ar e precipitação, oriundos de estações mantidas pelos órgãos CIIAGRO e DAEE. O programa ArcGIS Desktop 10.6 foi empregado tanto na implementação da série de equações que compõem o SEBAL, quanto na classificação das categorias de uso e cobertura da terra. A variabilidade espaço-temporal dos parâmetros biofísicos foi avaliada em função das mudanças nas dimensões dessas categorias, cotejando-as com o comportamento das variáveis estatísticas e histogramas das imagens de cada parâmetro. No caso do albedo, foi possível realizar a operação de subtração “pixel a pixel” entre imagens de diferentes datas. Os resultados indicaram que a ligeira retração da cobertura vegetal, decorrente da expansão das pastagens e áreas urbanas, implicou na elevação dos coeficientes de variação médios dos parâmetros biofísicos, assim como no incremento da dispersão e assimetria dos histogramas de suas imagens. O albedo mostrou-se como o parâmetro mais eficiente na identificação dos impactos climáticos associados às modificações no uso e cobertura, em virtude de ser inerte às oscilações na temperatura do ar. Os dados de fluxo de calor no solo demonstraram incorporar a maior quantidade de informação a respeito das características da superfície, o que foi atestado pelo fato de ter sido o único parâmetro a apresentar histogramas bimodais. Todavia, os valores de fluxo de calor no solo são afetados pelas flutuações na temperatura do ar, tal como, também, os valores de saldo de radiação e temperatura da superfície. As imagens de temperatura da superfície possuem um empecilho adicional, relativo à sua menor resolução espacial original, responsável por restringir a detecção dos valores extremos desse parâmetro. De todo modo, mesmo que com diferentes graus de contribuição, todos os parâmetros biofísicos estudados provaram-se úteis como indicadores dos impactos climáticos derivados das alterações ocorridas no uso e cobertura da terra.
Resumo (inglês)
Climate changes not only derives from an increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere, but also emerges from modifications in the biophysical characteristics of the Earth's surface. This study encompasses the Sorocabuçu River Basin (Ibiúna - SP), located inside the Environmental Protection Area of the Itupararanga dam, an area which is home to the largest vegetal remnant of the Sorocaba and the Middle Tietê River Basin. It aims to demonstrate the relationship between alterations in land use/cover and the spatial, temporal and statistical variability of biophysical parameters albedo, net radiation, soil heat flux and surface temperature, between the years 2008 and 2018. Its hypothesis is that these parameters have distinct potentials and limitations, within the scope of studies that aim to identify the changes occurred in land use/cover and the resulting climate impacts. Initially, it details the transit of radiation and heat in the Earth-atmosphere system, emphasizing the role of Remote Sensing and Geoprocessing in the analysis of energy fluxes on the surface, as well as highlighting the characteristics of the modeling of these phenomena through the SEBAL algorithm. Afterwards, it presents the data used as input, referring to images of the Landsat 5 and 8 satellites, obtained in the Earth Explorer platform; and to records of air temperature and precipitation, coming from stations maintained by CIIAGRO and DAEE. The ArcGIS Desktop 10.6 program was used both in the implementation of the series of equations which comprise SEBAL, and in the classification of land use and coverage categories. The spatiotemporal variability of the biophysical parameters was evaluated according to the changes in the dimensions of these categories, comparing them with the behavior of the statistical variables and histograms of the images of each parameter. Regarding the albedo, it was possible to perform the “pixel-by-pixel” subtraction operation between images of different dates. The results indicated that the slight retraction of the vegetation cover, caused by the expansion of pasture and urban areas, led to the rise of the average coefficients of variation of the biophysical parameters, as well as to the increase of the dispersion and asymmetry of the histograms of its images. Albedo proved to be the most efficient parameter when it comes to the identification of climate impacts associated with changes in use and coverage, due to its being inert to fluctuations in air temperature. The data related to the soil heat flux demonstrated having the largest amount of information regarding the characteristics of the surface, which was attested by the fact that it was the only parameter to present bimodal histograms. Nonetheless, the values of soil heat flux are affected by fluctuations in air temperature, as well as the values of the net radiation and surface temperature. The surface temperature images pose an additional drawback, due to their lower original spatial resolution, responsible for restricting the detection of the extreme values of this parameter. Despite that, even with different degrees of contribution, all the biophysical parameters analyzed proved to be useful as indicators of climate impacts derived from changes in land use and coverage.
Descrição
Idioma
Português
