As imagens seleccionadas para analisar a influência da escala de medida na detecção das alterações do coberto florestal, bem como para o desenvolvimento de uma metodologia que detectasse estas alterações automaticamente, foram as imagens provenientes dos sensores MODIS. Estes sensores foram desenvolvidos pela NASA e encontram-se instalados a bordo dos satélites TERRA e AQUA.
O satélite TERRA, lançado em 18 de Dezembro de 1999, foi o primeiro satélite da missão EOS (Earth Observing System) da NASA, cujo principal objectivo é observar e perceber como todos os elementos constituintes do nosso planeta (atmosfera, criosfera, massa terrestre, oceanos) interagem. O TERRA é um satélite
não-geoestacionário, com uma órbita quase-polar, hélio-síncrona e que dista 705 Km da superfície terrestre (NASA, 2003c). O satélite AQUA, com características semelhantes ao TERRA, foi lançado em Maio de 2002. Enquanto o satélite TERRA faz a sua passagem no Equador às 10h30m locais, o satélite AQUA faz essa passagem às 13h30m locais.
Os sensores MODIS têm as seguintes características (NASA, 2003a; NASA, 2003b):
- Resolução temporal relativa – 1 a 2 dias. - Resolução temporal absoluta – 16 dias. - Resolução espacial –
1. 250 m (bandas 1 a 2); 2. 500 m (bandas 3 a 7); 3. 1000 m (bandas 8 a 36).
- Resolução espectral – 36 bandas, entre 0.4 µm e 14.4 µm. - Resolução radiométrica – 12 bits.
- Swath – 2330 km (largura) * 10km (comprimento).
Apesar deste tipo de sensor abranger 10 bandas no visível, 9 bandas no infravermelho reflectivo e 17 bandas no infravermelho térmico, para a realização do presente trabalho, apenas foram utilizadas as bandas 1 (0.62µm a 0.67µm) e 2 (0.841µm a 0.876µm) que compreendem, respectivamente, a região do vermelho (banda no visível) e infravermelho próximo (banda no infravermelho reflectivo), por estarem presentes nos três produtos utilizados e por permitirem calcular o índice de vegetação necessário à aplicação da metodologia. Os produtos provenientes das imagens destes sensores foram os seleccionados por serem disponibilizados com três resoluções espaciais distintas, permitindo elaborar um estudo multi-escala com imagens que continham as duas bandas requeridas e, principalmente, com a mesma gama espectral. O facto de as bandas utilizadas terem a mesma gama espectral, leva a que tipos de alterações do coberto florestal idênticos provoquem, nas diferentes imagens, o mesmo tipo de alterações espectrais. Assim, com a aplicação da mesma metodologia, a diferença de obtenção de informação não se deve à diferente gama espectral das bandas, mas sim à influência da resolução espacial.
De forma a tornar estas imagens operacionais, houve necessidade de realizar um pré-processamento. Este pré-processamento passou pela criação de um mosaico, alteração do tipo de ficheiros (de HDF5 para img) e uma transformação do sistema de coordenadas (do sistema WGS 84 para o sistema militar Português). A criação do mosaico deve-se ao facto de Portugal Continental ser abrangido por duas imagens MODIS (Figura 6.2.) que, sendo obtidas durante a mesma órbita, evitam, por exemplo, a aquisição com diferentes ângulos de visão.
Figura 6.2. Área de abrangência das imagens MODIS que cobrem Portugal Continental
Os factores fundamentais para a escolha destes produtos foram o facto de serem distribuídos gratuitamente e terem correcções radiométricas semelhantes.
Os produtos MODIS utilizados foram:
1. MODIS MOD09Q1 - MODIS 250
O produto MODIS MOD09Q1 é um compósito de imagens de 7 dias do satélite AQUA, com uma resolução espacial de 250 metros (Figura 6.3.); por este motivo, será designado, neste trabalho, por MODIS 250.
Este produto é uma estimativa da reflectância espectral da superfície terrestre, para cada banda, como se tivesse sido medida directamente no solo. Esta reflectância resulta da radiância captada pelo sensor, corrigida para factores atmosféricos como vapor de água, aerossóis, neblina e nuvens, através da utilização de uma série de outros produtos MODIS e informação auxiliar (por exemplo, modelos digitais de terreno e pressão atmosférica).
O compósito temporal é realizado através da atribuição de prioridade às imagens diárias; é seleccionada a imagem com melhor qualidade geral dos
pixels e menor valor da banda 3 (azul) (Vermote e Vermeulen, 1999).
O produto utilizado para a elaboração deste trabalho corresponde ao compósito com imagens adquiridas entre os dias 6 a 13 de Setembro dos anos de 2002 e 2003.
As designações das imagens utilizadas para o ano de 2002 são as seguintes: − MYD09Q1.A2002249.h17v04.004.2004038081731. − MYD09Q1.A2002249.h17v05.004.2004038224033. As designações das imagens utilizadas para o ano de 2003 são as seguintes:
− MYD09Q1.A2003249.h17v05.004.2004161015837. − MYD09Q1.A2003249.h17v04.004.2004161011757.
2. MODIS MOD09A1 – MODIS 500
O produto MODIS MOD09A1 é um compósito de imagens de 7 dias do satélite AQUA, com uma resolução espacial de 500 metros, e a sua génese é idêntica à do produto MOD09Q1 (Vermote e Vermeulen, 1999) (Figura 6.3.); atendendo ao valor da sua resolução espacial, será designado, neste trabalho, por MODIS 500.
O produto utilizado para a elaboração deste trabalho corresponde ao compósito com imagens adquiridas entre os dias 6 a 13 de Setembro dos anos de 2002 e 2003.
As designações das imagens utilizadas para o ano de 2002 são as seguintes: − MYD09A1.A2002249.h17v05.004.2004038224034. − MYD09A1.A2002249.h17v04.004.2004038081732. As designações das imagens utilizadas para o ano de 2003 são as seguintes:
− MYD09A1.A2003249.h17v05.004.2004161015837. − MYD09A1.A2003249.h17v04.004.2004161011758.
3. MODIS MOD43B4 – MODIS 1000
O produto MODIS MOD43B4 é um compósito de imagens de 16 dias, proveniente dos sensores MODIS dos satélites TERRA e AQUA, e tem uma resolução espacial de, aproximadamente, 1000 metros (Figura 6.3.); por este motivo, será designado, neste trabalho, por MODIS 1000.
Este produto encontra-se corrigido para factores atmosféricos como vapor de água, aerossóis, neblina e nuvens. O seu factor mais importante é a sua correcção através da função de distribuição bidireccional da reflectância (BRDF – Bidirectional Reflectance Distribution Function), i.e., a reflectância espectral ajustada à média do ângulo zenital, através da qual se corrige o efeito de diferentes ângulos de iluminação (Gonçalves, 2004; Strahler e Muller, 1999). Para a sua elaboração, além de dados de reflectância espectral corrigida atmosfericamente, são utilizados dados do sensor MISR (Multi-angle imaging
Spectro-radiometer).
O compósito temporal deste produto é realizado através da atribuição de uma prioridade a dados adquiridos com os menores ângulos de aquisição15, menores quantidades de resíduos atmosféricos e que estejam livres de nuvens. Assim, após o afastamento de pixels com cobertura nebulosa, realiza-se o cálculo do NDVI; posteriormente, comparam-se os dois pixels com os valores mais elevados e selecciona-se o que tiver menor ângulo de inclinação (Strahler e Muller, 1999).
O produto utilizado para a elaboração deste trabalho corresponde ao compósito com imagens adquiridas entre os dias 14 a 29 de Setembro dos anos de 2002 e 2003.
As designações das imagens utilizadas para o ano de 2002 são as seguintes: − MCD43B4.A2002273.h17v05.004.2004206213448. − MCD43B4.A2002273.h17v04.004.2004206200459. As designações das imagens utilizadas para o ano de 2003 são as seguintes:
− MCD43B4.A2003257.h17v04.004.2004354012734. − MCD43B4.A2003257.h17v05.004.2004354015133.
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Esta forma de criação de compósitos minimiza a utilização de imagens com diferentes ângulos de aquisição e, consequentemente, iluminação. As distorções causadas pelo sistema cross-track scanning, em que, à medida que o ângulo de aquisição aumenta, há um aumento do tamanho do pixel, são, também, eliminadas com esta forma de criação de compósitos.
Figura 6.3. NDVI do ano de 2003, referentes aos diferentes produtos MODIS utilizados