Submitted by Ana Carolina Campos Gomes (carol.campos01@hotmail.com) on 2018-04-20T17:35:54Z No. of bitstreams: 1 AnaCarolina.pdf: 2801427 bytes, checksum: 1809e31f1376c275f1b3a1c9eca5cf6f (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-04-20T19:06:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gomes_acc_me_prud.pdf: 2801427 bytes, checksum: 1809e31f1376c275f1b3a1c9eca5cf6f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T19:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gomes_acc_me_prud.pdf: 2801427 bytes, checksum: 1809e31f1376c275f1b3a1c9eca5cf6f (MD5) Previous issue date: 2018-03-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho teve como objetivo estimar as profundidades da zona eufótica (Zeu) e do disco de Secchi (ZSD) a partir do coeficiente de atenuação da luz (kd) utilizando dados do sensor Operational Land Imager (OLI)/Landsat-8 no reservatório de Bariri. Como importantes parâmetros de medida da claridade da água, kd, Zeu e ZSD são afetados pelas substâncias opticamente significativas (SOS). A caracterização óptica do reservatório foi realizada a partir de duas campanhas de campo realizadas no período seco, aqui nomeadas como BAR1 (agosto/2016) e BAR2 (junho/2017), que contaram com análises das propriedades ópticas inerentes (POIs), das SOS e da coleta de dados radiométricos para o cálculo da reflectância de sensoriamento remoto (Rsr). A localização do reservatório de Bariri como o segundo do Sistema de Reservatórios em Cascata (SRC) do Rio Tietê promove a heterogeneidade dos seus níveis de eutrofização na direção montante-jusante além de caracterizá-lo como altamente produtivo. As campanhas de campo foram marcadas por uma significativa diferença nos valores de concentração de clorofila-a ([Chl-a]) que apresentou variação média entre 7,99 e 119,76 μg L-1 com os maiores valores em BAR1, com decréscimo das SOS em BAR2 em relação a BAR1 e predomínio de material particulado orgânico (MPO) nas duas campanhas de campo; a turbidez variou entre 5,72 e 16,60 NTU. A absorção por matéria orgânica colorida dissolvida (aCDOM) foi predominante nas duas campanhas de campo, sendo mais expressiva em BAR2. Para as estimativas de kd, nove modelos empíricos e três modelos semi-analíticos baseados em dados radiométricos como razões entre as bandas azul/verde e azul/vermelho do sensor OLI/Landsat-8 e baseados em [Chl-a] foram avaliados. Considerando a propriedade óptica aparente (POA) do kd, um modelo semi-analítico baseado em POIs e na distribuição angular da luz apresentou os menores erros (erro médio percentual absoluto – MAPE) de 40% em relação aos modelos empíricos de [Chl-a] com 60% e de 80% para os modelos empíricos baseados em razões de bandas. A partir das estimativas de kd, modelos de estimativa de Zeu e ZSD foram avaliados. Para as estimativas de Zeu, cinco modelos empíricos, baseados na relação entre o coeficiente de atenuação da luz da radiação fotossinteticamente ativa [kd(PAR)] e de kd em 490 nm [kd(490)], e um modelo semi-analítico, baseado na equação de transferência radiativa, foram considerados; para as estimativas de ZSD, um modelo semi-analítico foi testado. Os resultados obtidos foram melhores para um modelo empírico (erro percentual absoluto – ε) de Zeu com 16% em relação ao modelo semi-analítico (ε 30%) e os erros nas estimativas de ZSD foram de 57%. Os erros nas estimativas de kd revelaram que a acurácia dos modelos empíricos foi comprometida devido à influência por CDOM e que o modelo semi-analítico, por considerar a natureza óptica de kd como uma POA, apresentou os melhores resultados. As estimativas de ZSD também foram afetadas pelas características ópticas de Bariri, não apresentando correlação com a matéria orgânica em BAR2, marcado pelo decréscimo de [Chl-a] e aumento dos valores de aCDOM. Zeu mostrou melhores resultados a partir de um modelo empírico calibrado com dados ópticos semelhantes aos do reservatório de Bariri em comparação ao modelo semi-analítico, desenvolvido para abranger as variações bio-ópticas sazonais e regionais. kd, Zeu e ZSD foram espacializados a partir de imagens do sensor OLI/Landsat-8 permitindo a avaliação espaçotemporal desses parâmetros que apresentaram um padrão sazonal quando analisados em relação aos dados de precipitação. kd apresentou variação entre 0,89 e 5,60 m-1 para o período analisado (2016) e Zeu e ZSD apresentaram variação entre 0,30 e 7,60 m e entre 0,32 e 2,95 m, respectivamente, para o período de 2014-2016. Pode-se concluir então, que apesar das estimativas de kd, Zeu e ZSD terem sido afetadas pela influência de CDOM no reservatório de Bariri, o esquema semi-analítico foi capaz de estimar kd com menor erro e permitiu as estimativas de Zeu e ZSD. / The objective of this present work was estimate the euphotic zone (Zeu) and Secchi disk (ZSD) depths from the light attenuation coefficient (kd) using the Operational Land Imager (OLI)/Landsat-8 data in Bariri reservoir. The kd, Zeu and ZSD are important water clarity parameters and are influenced by the optically significant substances (OSS). The optical characterization was carried out with data collected in two field campaigns in the dry period, here called BAR1 (august/2016) and BAR2 (june/2017), that included analysis of the inherent optical properties (IOPs), of the OSS and radiometric data to calculate the remote sensing reflectance (Rrs). The location of Bariri reservoir as the second of the Cascading Reservoir System (CRS) of Tietê River promotes the heterogeneity of the eutrophication levels from upstream to downstream besides characterizes the reservoir as highly productive. The field campaigns presented a significant difference in chlorophyll-a concentrations ([Chl-a]) with mean variation between 7.99 and 119.76 μg L-1 with the highest values in BAR1, with reduce of the OSS in BAR2 in relation to BAR1 and predominance of organic particulate matter (OPM) in both field campaigns and variation in turbidity from 5.72 to 16.60 NTU. The absorption of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) was dominant in both field campaigns and more expressive in BAR2. For the kd estimates, nine empirical models and three semi-analytical models based on radiometric data such as ratios of blue-green and blue-red bands of (OLI)/Landsat 8 sensor and based on [Chl-a] were evaluated. Considering the apparent optical property (AOP) of kd, a semi-analytical model based on IOPs and the light angular distribution presented the lowest errors (mean absolute percentage error – MAPE) of 40% in relation to the empirical models of [Chl-a] with 60% and of 80% for the empirical models based on the band ratios. Through the kd estimates, models to derive Zeu and ZSD were evaluated. For the Zeu estimates, five empirical models were considered based on the relation between the attenuation coefficient of the photosynthetically active radiation [kd(PAR)] and the kd at 490 nm [kd(490)], and one semi-analytical model, based on the radiative transfer equation; for the ZSD estimates, one semi-analytical model was tested. The empirical model of Zeu showed the better results with the (unbiased absolute percentage error – ε) 16% in relation to the semi-analytical model (ε 30%) and the estimates errors of ZSD were 57%. The errors in kd estimates revealed that the accuracy of the empirical models was affected by the CDOM influence in Bariri reservoir and the semi-analytical model presented a better performance when considering the optical nature of kd as an AOP. The ZSD estimates were also affected by the optical characteristics of Bariri with no correlation to the SPM in BAR2, where the [Chl-a] decreased and the aCDOM increased. Zeu showed better results from an empirical model calibrated with similar optical data to Bariri reservoir in relation to the semi-analytical model developed to be applied in a wide range of bio-optical seasonal and regional variations. The kd, Zeu and ZSD were spatially distributed through OLI/Landsat-8 images allowing the temporal-spatial assessment of theses parameters, which presented a seasonal pattern when analyzed in relation to rainfall data. kd presented variation from 0.89 to 5.60 m-1 to the analyzed period (2016) and Zeu and ZSD presented variations between 0.30 and 7.60 m and between 0.32 and 2.95 m, respectively, for 2014-2016 period. It can be concluded, therefore, that despite of the CDOM have affected the kd, Zeu and ZSD retrievals in Bariri reservoir, the semi-analytical scheme was able to estimate kd with lowest error and enable the Zeu and ZSD estimates. / CNPq: 131737/2016-3 / FAPESP: 2012/19821-1 e 2015/21586-9

A maneira mais direta de detectar as anomalias da densidade é pelo estudo do potencial gravitacional e de suas derivadas. A disponibilidade global e a boa resolução dos dados do satélite GOCE, aliadas à disponibilidade de dados de gravimetria terrestre, são ideais para a comparação e classificação das bacias de larga escala, como as bacias sedimentares do Solimões e do Amazonas dentro do Craton amazônico. Foram processados um conjunto de dados, produtos GOCE EGG_TRF_2 Level 2, ao longo das trajetórias do satélite para remover o ruído (shift/drift) nos gradientes da gravidade a partir da técnica crossover (XO). Calculamos a redução das massas topográfica a fim de obter os componentes do gradiente da gravidade e anomalia da gravidade usando modelagem direta com prismas esféricos a partir do modelo de elevação digital, ETOPO1. Desta maneira, a comparação dos dados somente do satélite GOCE com as reduções das massas topográficas referentes aos componentes do gradiente da gravidade permitiram estimar quantidades invariantes que trouxeram uma melhoria na interpretação dos dados do tensor de gravidade. Além disso, comparamos dados terrestres do campo de gravidade com dados do campo de gravidade dos modelos geopotenciais EGM2008 e GOCE, uma vez que os dados terrestres podem ser afetados por erros em longos comprimentos de onda devido a erros de nivelamento, diferentes referenciais de altitudes, e aos problemas em interligar diferentes campanhas de medidas da gravidade. Portanto, estimamos uma melhora e uma nova representação dos mapas das anomalias de gravidade e do tensor gradiente da gravidade nas áreas inacessíveis do Craton Amazônico. As observações forneceram novas entradas para determinar campos regionais a partir dados brutos pre-processados (gradiente de gravidade EGG_TRF_2 L2), bem como a partir de um modelo geopotencial mais recente até grau e ordem 250 dos harmonicos esféricos derivados de dados somente do satélite GOCE para a representação do campo de gravidade como geóide, anomalias da gravidade e os componentes tensor da gravidade, os quais foram quantidades importantes para interpretação, modelagem e estudo dessas estruturas. Finalmente, obtivemos um modelo isostático considerando a estrutura de densidade litosférica estudada através de uma modelagem direta 3D da distribuição de densidade por prismas esféricos usando a geometria do embasamento e descontinuidade do Moho. Além do que, constatamos através da modelagem direta das soleiras de diabásios dentro dos sedimentos mostramos que somente as soleiras dentro da Bacia do Amazonas não são as únicas responsáveis pela anomalia de gravidade positiva que coincide aproximadamente com as espessuras máximas dos sedimentos da Bacia. Talvez, isso possa ser também um resultado de movimentos relativos do Escudo das Guianas situado ao norte da Bacia, e o Escudo Brasileiro situado ao sul. Embora isso seja apenas uma evidência adicional preliminar, não podemos confirmá-las a partir das estimativas do campo da gravidade. Portanto, é necessário outros tipos de dados geofísicos, como por exemplo, evidências mais claras advindas do paleomagnetismo. / The most direct way to detect density anomalies is the study of the gravity potential field and its derivatives. The global availability and good resolution of the GOCE mission coupled with the availability of terrestrial gravity data are ideal for the scope of intercomparison and classification of the two large-scale Amazon and Solimoes sedimentary basins into area of the Amazon Craton. The GOCE data set obtained in satellite tracks were processed from EGG_TRF_2 Level 2 Products generated with the correction needed to remove the noise (shift/drift), and so, to recover the individual components of the gravity gradient tensor using the crossover (XO) points technique. We calculated the topographic masses reductions in order to obtain the gravity gradient components and gravity anomaly (vertical component) using forward modelling from tesseroids from Digital Elevation Model, ETOPO1. Thus, the comparison of the only-satellite GOCE data with the reductions of the topographic masses for the gradient components allowed to estimate invariants quantities for bring an improvement in the interpretation of the gravity tensor data. Furthermore, we compared the terrestrial data gravity field with EGM2008 and GOCE-deduced gravity field because the terrestrial fields may be affected by errors at long wavelengths due to errors in leveling, different height references, and problems in connecting different measurement campaigns. However, we have estimated an improvement and new representations of the gravity anomalies maps and gravity gradient tensor components primary in inaccessible areas of the Amazon Craton. GOCE observations provide new inputs to determine the regional fields from the preprocessed raw data (EGG_TRF_2 L2 gravity gradients), as well from the most recent global geopotential model available up to degree and order 250 developed in spherical harmonics derived only-satellite GOCE data for representing of geoid and others gravity field as gravity anomaly and gravity gradient tensor components, which are important quantities for modelling and studying these structures. Finally, we obtained the isostatic model considering the lithospheric density structure studied through a 3D direct modelling of density distribution using the geometry of basement and Moho discontinuity, assumed to be known as initial constraint. In addition, we found through direct modeling sills and sediment has shown that the diabase sills are not the only ones responsible for positive gravity anomaly map that transects the Amazon Basin, roughly coincident with the maximum thickness of sedimentary rocks or the trough of the basin. Maybe, this could be the result of the relative movements of the Guiana Shield, situated at the north of the Amazon basin, and the Brazilian Shield, situated at the south. Although this is only a preliminary additional evidence, we cannot confirm it only from the data of gravity. It is necessary others types of geophysical data, for example, more clear evidences obtained from paleomagnetism.

A maneira mais direta de detectar as anomalias da densidade é pelo estudo do potencial gravitacional e de suas derivadas. A disponibilidade global e a boa resolução dos dados do satélite GOCE, aliadas à disponibilidade de dados de gravimetria terrestre, são ideais para a comparação e classificação das bacias de larga escala, como as bacias sedimentares do Solimões e do Amazonas dentro do Craton amazônico. Foram processados um conjunto de dados, produtos GOCE EGG_TRF_2 Level 2, ao longo das trajetórias do satélite para remover o ruído (shift/drift) nos gradientes da gravidade a partir da técnica crossover (XO). Calculamos a redução das massas topográfica a fim de obter os componentes do gradiente da gravidade e anomalia da gravidade usando modelagem direta com prismas esféricos a partir do modelo de elevação digital, ETOPO1. Desta maneira, a comparação dos dados somente do satélite GOCE com as reduções das massas topográficas referentes aos componentes do gradiente da gravidade permitiram estimar quantidades invariantes que trouxeram uma melhoria na interpretação dos dados do tensor de gravidade. Além disso, comparamos dados terrestres do campo de gravidade com dados do campo de gravidade dos modelos geopotenciais EGM2008 e GOCE, uma vez que os dados terrestres podem ser afetados por erros em longos comprimentos de onda devido a erros de nivelamento, diferentes referenciais de altitudes, e aos problemas em interligar diferentes campanhas de medidas da gravidade. Portanto, estimamos uma melhora e uma nova representação dos mapas das anomalias de gravidade e do tensor gradiente da gravidade nas áreas inacessíveis do Craton Amazônico. As observações forneceram novas entradas para determinar campos regionais a partir dados brutos pre-processados (gradiente de gravidade EGG_TRF_2 L2), bem como a partir de um modelo geopotencial mais recente até grau e ordem 250 dos harmonicos esféricos derivados de dados somente do satélite GOCE para a representação do campo de gravidade como geóide, anomalias da gravidade e os componentes tensor da gravidade, os quais foram quantidades importantes para interpretação, modelagem e estudo dessas estruturas. Finalmente, obtivemos um modelo isostático considerando a estrutura de densidade litosférica estudada através de uma modelagem direta 3D da distribuição de densidade por prismas esféricos usando a geometria do embasamento e descontinuidade do Moho. Além do que, constatamos através da modelagem direta das soleiras de diabásios dentro dos sedimentos mostramos que somente as soleiras dentro da Bacia do Amazonas não são as únicas responsáveis pela anomalia de gravidade positiva que coincide aproximadamente com as espessuras máximas dos sedimentos da Bacia. Talvez, isso possa ser também um resultado de movimentos relativos do Escudo das Guianas situado ao norte da Bacia, e o Escudo Brasileiro situado ao sul. Embora isso seja apenas uma evidência adicional preliminar, não podemos confirmá-las a partir das estimativas do campo da gravidade. Portanto, é necessário outros tipos de dados geofísicos, como por exemplo, evidências mais claras advindas do paleomagnetismo. / The most direct way to detect density anomalies is the study of the gravity potential field and its derivatives. The global availability and good resolution of the GOCE mission coupled with the availability of terrestrial gravity data are ideal for the scope of intercomparison and classification of the two large-scale Amazon and Solimoes sedimentary basins into area of the Amazon Craton. The GOCE data set obtained in satellite tracks were processed from EGG_TRF_2 Level 2 Products generated with the correction needed to remove the noise (shift/drift), and so, to recover the individual components of the gravity gradient tensor using the crossover (XO) points technique. We calculated the topographic masses reductions in order to obtain the gravity gradient components and gravity anomaly (vertical component) using forward modelling from tesseroids from Digital Elevation Model, ETOPO1. Thus, the comparison of the only-satellite GOCE data with the reductions of the topographic masses for the gradient components allowed to estimate invariants quantities for bring an improvement in the interpretation of the gravity tensor data. Furthermore, we compared the terrestrial data gravity field with EGM2008 and GOCE-deduced gravity field because the terrestrial fields may be affected by errors at long wavelengths due to errors in leveling, different height references, and problems in connecting different measurement campaigns. However, we have estimated an improvement and new representations of the gravity anomalies maps and gravity gradient tensor components primary in inaccessible areas of the Amazon Craton. GOCE observations provide new inputs to determine the regional fields from the preprocessed raw data (EGG_TRF_2 L2 gravity gradients), as well from the most recent global geopotential model available up to degree and order 250 developed in spherical harmonics derived only-satellite GOCE data for representing of geoid and others gravity field as gravity anomaly and gravity gradient tensor components, which are important quantities for modelling and studying these structures. Finally, we obtained the isostatic model considering the lithospheric density structure studied through a 3D direct modelling of density distribution using the geometry of basement and Moho discontinuity, assumed to be known as initial constraint. In addition, we found through direct modeling sills and sediment has shown that the diabase sills are not the only ones responsible for positive gravity anomaly map that transects the Amazon Basin, roughly coincident with the maximum thickness of sedimentary rocks or the trough of the basin. Maybe, this could be the result of the relative movements of the Guiana Shield, situated at the north of the Amazon basin, and the Brazilian Shield, situated at the south. Although this is only a preliminary additional evidence, we cannot confirm it only from the data of gravity. It is necessary others types of geophysical data, for example, more clear evidences obtained from paleomagnetism.