Variabilidade das propriedades óticas aparentes de águas continentais por meio de sensores hiperespectrais para o monitoramento da qualidade das águas

Abstract

O monitoramento da qualidade da água é importante para avaliar e compreender as consequências das atividades humanas nos ecossistemas aquáticos. Nesse contexto, o sensoriamento remoto está sendo uma fonte de dados para o monitoramento de parâmetros de qualidade da água em rios e lagos. O objetivo deste trabalho é compreender a variabilidade das propriedades ópticas da água em diferentes corpos d’água e avaliar a possibilidade da existência de um modelo de inversão universal para estimar a concentração de sedimentos em suspensão (CSS) a partir de dados de reflectância de sensoriamento remoto (Rrs) em bacias hidrográficas em contextos hidroclimáticos contrastados, cinco da América do Sul (incluindo os rios Amazonas, Maroni Madeira, Solimões, Purus, Paranoá, Paranapanema, São Francisco e Açudes do Nordeste) e uma da África ( Lago Bagré). Para tal, foi realizado o adensamento de dados de campo e laboratório em uma base de dados (radiométricos e de sólido em suspensão), seguida da padronização, organização e armazenamento dos dados e, posteriormente, análises de regressão para diversos comprimentos de onda. Foram analisados um total de 723 pontos, sendo que 476 apresentaram CSS de 0 a 100mg/L e 247 pontos de 100 a 500mg/L. Para estes pontos foram testados os modelos linear e de potência para oito comprimentos de onda (500nm, 650nm, 740nm, 783nm, 800nm, 865nm, 900nm, 940nm) e quatro razões de bandas (865/650nm, 800/650nm, 940/650nm, 940/865nm), escolhidos com base no comportamento espectral da água e na faixa central de bandas dos sensores SENTINEL-2, MODIS E LANDSAT-8, a fim de avaliar qual é o melhor comprimento de onda e modelo para obter CSS a partir de dados de reflectância de sensoriamento remoto. Com base nos testes de normalidade, observou-se que o modelo linear é o mais indicado para avaliar CSS e reflectância para CSS<100mg/L, enquanto que o modelo de potência é mais indicado para CSS>100mg/L. A partir disso, os modelos foram aplicados por meio do software R gerando gráficos de dispersão, coeficientes dos modelos (lineares e angulares) e valores da Raiz do Erro Médio Quadrático (RMSE% - considerado aceitável quando inferior a 30%). Com base nos valores de RMSE% e nos coeficientes lineares e angulares gerados pelos modelos, observou-se que para CSS<100mg/L a utilização de modelos lineares específicos para cada corpo d’água utilizando bandas no infravermelho (em geral, 865nm) são mais adequados, ao passo que para CSS>100mg/L um modelo de potência global para a razão de bandas entre infravermelho/vermelho (em geral, 865/650nm), pode ser aplicado em qualquer um dos corpos d’água com CSS>100mg/L de maneira eficiente. Após a seleção dos melhores comprimentos de onda, com base nos valores de RMSE%, foi possível avaliar a potencialidade dos sensores SENTINEL-2, MODIS E LANDSAT-8. Verificou-se que para CSS<100mg/L o uso dos três sensores é adequado para a recuperação de CSS. Entretanto, para CSS>100mg/L o SENTINEL-2 e o LANDSAT-8, demonstram maior potencial que o MODIS. Devido às suas altas resoluções (espectral, radiométrica, temporal e espacial), o SENTINEL-2 apresenta maior potencial para a obtenção de CSS frente ao MODIS e LANDSAT-8, em ambos os casos.