Análise das estimativas de umidade do solo dos satélites SMOS e SMAP com o NDVI e variáveis atmosféricas
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Fábio Soares de Oliveira
Anderson Luis Ruhoff
Évelyn Márcia Pôssa
Anderson Luis Ruhoff
Évelyn Márcia Pôssa
Resumo
O estudo avalia as estimativas de umidade do solo dos sensores passivos dos satélites SMOS
e SMAP com o NDVI do sensor MODIS, comparando suas médias mensais com dados de
precipitação e evapotranspiração, e analisa as características físicas e ambientais a partir
de um conjunto de pontos amostrais entre os biomas do Cerrado, Caatinga e Mata Atlântica,
considerando áreas herbáceas e arbustivas, florestas e áreas de cultivo. Há uma relação direta
entre o vigor da vegetação e a umidade do solo, tendo que considerar a zona raiz e o tempo
de atraso de resposta da vegetação em relação a disponibilidade de água no solo. Em síntese,
o conhecimento do regime da variação da umidade no solo fornece informações essenciais
para análise e manejo da irrigação, a escolha da época do plantio, e análise do consumo
de água pelas plantas, permitindo melhor gerenciamento dos recursos. O solo é tido como
um reservatório potencial de água e a umidade do solo como a variável fundamental do sistema
solo-planta-atmosfera. Há poucas unidades de monitoramento de umidade do solo no
Brasil e as estimativas de umidade do solo através de Sensoriamento Remoto se apresentam
como possível alternativa. Os produtos de umidade do solo obtidos por micro-ondas passivas
podem ser associados aos sensores ópticos, que detectam o vigor da vegetação que é intimamente
ligada à umidade do solo disponível. Neste estudo foi aplicada a técnica de correlação
cruzada para observar o tempo de atraso de resposta da vegetação em relação a umidade de
solo, porém os resultados variaram bastante em detrimento as características de cada ponto
analisado. As estimativas de umidade do solo e o NDVI estiveram bem correlacionados (0.5
a 0.75) em mais de 85% do conjunto de dados dos 36 pontos analisados. Os coeficientes
de regressão entre a umidade do solo, precipitação e evapotranspiração apresentaram valores
entre 0.5 e 0.94 para o mesmo conjunto em geral. Foi observado que a textura do solo, as
características do relevo e da vegetação são fatores que podem influenciar na relação entre
o vigor da vegetação e a umidade do solo, e que os efeitos da ação antrópica relacionada
ao manejo e uso da terra pode comprometer a relação das variáveis e a análise por séries
temporais. Quanto ao aspecto regional, a umidade do solo seguiu os efeitos sazonais das
taxas de precipitação e evapotranspiração, de acordo com o gradiente climático, sem grandes
oscilações. Foi concluído que as estimativas de umidade do solo dos satélites são bem
representativas em escala regional pois são bem correlacionadas com NDVI, precipitação e
evapotranspiração, e representam bem a dinâmica do sistema solo-planta-água-atmosfera.
Abstract
The study evaluates the soil moisture estimates of the passive sensors of the SMOS and SMAP
satellites with the NDVI of the MODIS sensor, comparing their monthly averages with
precipitation and evapotranspiration data, and analyzes the physical and environmental
characteristics from a set of sample points between the Cerrado, Caatinga and Atlantic Forest
biomes, considering herbaceous and shrubby areas, forests and cultivated areas. There is a direct
relationship between vegetation vigor and soil moisture, having to consider the root zone and
the delay time of vegetation response in relation to the availability of water in the soil. In
summary, knowledge of the soil moisture variation regime provides essential information for
the analysis and management of irrigation, the choice of planting time, and analysis of water
consumption by plants, allowing better management of resources. Soil is seen as a potential
reservoir of water and soil moisture as the fundamental variable of the soil-plant-atmosphere
system. There are few soil moisture monitoring units in Brazil and soil moisture estimates
through Remote Sensing are a possible alternative. Soil moisture products obtained by passive
microwaves can be associated with optical sensors, which detect vegetation vigor which is
closely linked to available soil moisture. In this study, the cross-correlation technique was
applied to observe the vegetation response delay time in relation to soil moisture, but the results
varied greatly to the detriment of the characteristics of each point analyzed. Soil moisture
estimates and the NDVI were well correlated (0.5 to 0.75) in more than 85% of the dataset of
the 36 points analyzed. The regression coefficients between soil moisture, precipitation and
evapotranspiration showed values between 0.5 and 0.94 for the same set in general. It was
observed that the texture of the soil, the characteristics of the relief and the vegetation are factors
that can influence the relationship between the vigor of the vegetation and the soil moisture,
and that the effects of anthropic action related to the management and use of the land can
compromise the relationship of variables and analysis by time series. As for the regional aspect,
soil moisture followed the seasonal effects of precipitation and evapotranspiration rates,
according to the climatic gradient, without major oscillations. It was concluded that the soil
moisture estimates from the satellites are very representative on a regional scale as they are well
correlated with NDVI, precipitation and evapotranspiration, and represent well the dynamics of
the soil-plant-water-atmosphere system.
Assunto
Solos – Umidade, Vegetação e clima – Brasil, Satélites artificiais
Palavras-chave
umidade do solo, vegetação, NDVI, SMAP, SMOS