O Lago Guaíba é um importante corpo d’água localizado na porção leste do estado do Rio Grande do Sul. É a principal fonte de abastecimento de água para a região metropolitana de Porto Alegre, além de exercer outras funções sociais primordiais, como de estocar água para usos futuros, abastecimento agrícola e industrial, navegação, entre outros. Com os recentes avanços na tecnologia de Sensoriamento Remoto, espectrorradiômetros com altíssima resolução espectral e radiométrica são cada vez mais utilizados na discriminação de diferentes elementos presentes na natureza. Paralelamente, estão os sensores orbitais que possibilitam, por meio de sua visão sinótica, ampliar a representatividade espacial dos elementos na superfície terrestre. Este trabalho tem como objetivo caracterizar as águas do Lago Guaíba, quanto as suas propriedades ópticas, a partir da integração de dados de sensoriamento remoto orbital e de espectrorradiometria de campo. Para tanto foram coletadas variáveis limnológicas (totais de sólidos em suspensão, clorofila-a, turbidez) e espectrais em 9 de fevereiro de 2015, utilizando uma rede de 25 estações de coleta sobre o Lago, e adquiridos dados complementares: precipitação pluviométrica e direção de ventos. Foi utilizada uma série temporal da banda 4, sensor OLI/Landsat-8, e estabelecida correlação entre precipitação e reflectância. Foram adquiridos espectros com o espectrorradiômetro e aplicadas técnicas de suavização, derivada e remoção do contínuo, buscando identificar os constituintes opticamente ativos que determinam as características da água. As variáveis limnológicas foram espacializadas e relacionadas com os dados espectrais por meio de correlações e modelos de dispersão. Uma imagem do sensor LISS-III/ResourceSat-2 foi utilizada para estimativa empírica dos parâmetros limnológicos. Os resultados mostraram que a precipitação de 16 dias anteriores à aquisição da imagem influência de forma significativa nas características ópticas da água em diferentes épocas do ano. A máxima reflectância da água foi na faixa espectral do verde (0,18%). As regiões onde se observou as maiores reflectâncias na série estão ligadas aos ambientes onde predominam condições de erosão ou não deposição de sedimentos finos. Regressões empíricas explicaram que 23% da reflectância em 708 nm é devida a presença de sólidos na água. A concentração de Chl-a não apresentou correlações significativas (α = 0,05) com a reflectância. A análise dos dados espectrais demonstrou que os dois métodos de derivada e remoção do contínuo apresentaram bons resultados. Observou-se o aumento das correlações após a derivação evidenciando que esta técnica aumenta o contraste espectral e assim a precisão das estimativas. A primeira derivada em 772 nm explicou 44% da variação devido ao totais de sólidos em suspensão. Já em 690 nm, a primeira derivada explicou 32% da variação na concentração de clorofila-a. Os melhores resultados foram observados nas variáveis turbidez e transparência. A partir da remoção do contínuo se verificou as maiores profundidades de bandas em comprimentos de onda mais longos. Correlações fortes foram encontradas para as variáveis turbidez e transparência (r = 0,86 e -0,86, respectivamente) na faixa de 690-750 nm. Devido à baixa concentração tanto de sólidos em suspensão quanto de clorofila-a, houve dificuldade no estabelecimento de relações fiáveis entre parâmetros espectrais e a qualidade da água do Lago Guaíba. As imagens LISS-III mostraram-se potenciais para mapear a composição da água do Lago Guaíba. / Guaíba Lake is an important body of water located in the east portion of Rio Grande do Sul. It is the main source of water supply to Porto Alegre metropolitan region, besides exercising other primary social functions such as storing water for future use, agricultural and industrial supply, shipping, among others. With the recent advancements in technology of Remote Sensing, spectroradiometers with the highest spectral and radiometric resolution are each time more used to the distinction of different elements presented in nature. In parallel, there are the orbital sensors, which allow, through it’s synoptic view, to amplify the spatial representativity of the elements on earth’s surface. This work aims to characterize the waters of Guaíba Lake- RS, in terms of its optical properties, from the data integration of remote orbital sensing and spectroradiometry of the area. To achieve this, limnologic (total of suspended solids, chlorophyll-a, and turbidity) and spectral variables were collected on February 9th 2015, by the use of a 25 station collection network on the lake, and acquired complementary data: rain fall and wind direction. One temporal series of band 4 and sensor OLI/Landsat 8 were used, and the correlation between rain falls and reflectance was established. Spectra were acquired with the spectroradiometer and smoothing, derivation and continuum removal techniques were applied in order to identify the optically active constituents which determine the characteristics of the water. The limnologic variables were spatialized and related to the spectral data by correlations and dispersion models. An image of the sensor LISS-III/ResourceSat-2 was used for the empirical estimation of the limnologic parameters. The results showed that the 16 days rain falls previous to the image acquisition influenced in a significant way in the optical characteristics of the water in different seasons of the year. The maximum reflectance of water was in the green spectral range (0, 18%). The regions where the highest reflectance in the series was observed are connected to the environments where prevail the erosion conditions or nondeposition of fine sediments. Empirical regressions explained that 23% of the reflectance in 708 nm is due to the presence of solids in the water. The concentration of Chl-a did not present significant correlations (α = 0, 05) with the reflectance. The analysis of spectral data showed that the two methods of derivation and continuum removal presented positive results. The increase of correlations after the derivation was observed, highlighting the fact that this technique increases the spectral contrast and so the estimation accuracy. The first derivation in 772 nm explained 44% of the variation in the concentration of chlorophyll-a. The best results were observed in the variables TUR and DS. From the removal of the continuum, the highest band depth was verified in longer wavelength. Strong correlations were found to the turbidity and transparency variables (r = 0,86 and -0,86, respectively) in the range of 690-750 nm. Due to low concentration of suspended solids as much as chlorophyll-a, there was difficulty in the establishment of reliable relations between the spectral parameters and the quality of water in Guaíba River. The images LISS-III showed themselves to be potentials to map Guaíba River’s composition.

O Lago Guaíba é um importante corpo d’água localizado na porção leste do estado do Rio Grande do Sul. É a principal fonte de abastecimento de água para a região metropolitana de Porto Alegre, além de exercer outras funções sociais primordiais, como de estocar água para usos futuros, abastecimento agrícola e industrial, navegação, entre outros. Com os recentes avanços na tecnologia de Sensoriamento Remoto, espectrorradiômetros com altíssima resolução espectral e radiométrica são cada vez mais utilizados na discriminação de diferentes elementos presentes na natureza. Paralelamente, estão os sensores orbitais que possibilitam, por meio de sua visão sinótica, ampliar a representatividade espacial dos elementos na superfície terrestre. Este trabalho tem como objetivo caracterizar as águas do Lago Guaíba, quanto as suas propriedades ópticas, a partir da integração de dados de sensoriamento remoto orbital e de espectrorradiometria de campo. Para tanto foram coletadas variáveis limnológicas (totais de sólidos em suspensão, clorofila-a, turbidez) e espectrais em 9 de fevereiro de 2015, utilizando uma rede de 25 estações de coleta sobre o Lago, e adquiridos dados complementares: precipitação pluviométrica e direção de ventos. Foi utilizada uma série temporal da banda 4, sensor OLI/Landsat-8, e estabelecida correlação entre precipitação e reflectância. Foram adquiridos espectros com o espectrorradiômetro e aplicadas técnicas de suavização, derivada e remoção do contínuo, buscando identificar os constituintes opticamente ativos que determinam as características da água. As variáveis limnológicas foram espacializadas e relacionadas com os dados espectrais por meio de correlações e modelos de dispersão. Uma imagem do sensor LISS-III/ResourceSat-2 foi utilizada para estimativa empírica dos parâmetros limnológicos. Os resultados mostraram que a precipitação de 16 dias anteriores à aquisição da imagem influência de forma significativa nas características ópticas da água em diferentes épocas do ano. A máxima reflectância da água foi na faixa espectral do verde (0,18%). As regiões onde se observou as maiores reflectâncias na série estão ligadas aos ambientes onde predominam condições de erosão ou não deposição de sedimentos finos. Regressões empíricas explicaram que 23% da reflectância em 708 nm é devida a presença de sólidos na água. A concentração de Chl-a não apresentou correlações significativas (α = 0,05) com a reflectância. A análise dos dados espectrais demonstrou que os dois métodos de derivada e remoção do contínuo apresentaram bons resultados. Observou-se o aumento das correlações após a derivação evidenciando que esta técnica aumenta o contraste espectral e assim a precisão das estimativas. A primeira derivada em 772 nm explicou 44% da variação devido ao totais de sólidos em suspensão. Já em 690 nm, a primeira derivada explicou 32% da variação na concentração de clorofila-a. Os melhores resultados foram observados nas variáveis turbidez e transparência. A partir da remoção do contínuo se verificou as maiores profundidades de bandas em comprimentos de onda mais longos. Correlações fortes foram encontradas para as variáveis turbidez e transparência (r = 0,86 e -0,86, respectivamente) na faixa de 690-750 nm. Devido à baixa concentração tanto de sólidos em suspensão quanto de clorofila-a, houve dificuldade no estabelecimento de relações fiáveis entre parâmetros espectrais e a qualidade da água do Lago Guaíba. As imagens LISS-III mostraram-se potenciais para mapear a composição da água do Lago Guaíba. / Guaíba Lake is an important body of water located in the east portion of Rio Grande do Sul. It is the main source of water supply to Porto Alegre metropolitan region, besides exercising other primary social functions such as storing water for future use, agricultural and industrial supply, shipping, among others. With the recent advancements in technology of Remote Sensing, spectroradiometers with the highest spectral and radiometric resolution are each time more used to the distinction of different elements presented in nature. In parallel, there are the orbital sensors, which allow, through it’s synoptic view, to amplify the spatial representativity of the elements on earth’s surface. This work aims to characterize the waters of Guaíba Lake- RS, in terms of its optical properties, from the data integration of remote orbital sensing and spectroradiometry of the area. To achieve this, limnologic (total of suspended solids, chlorophyll-a, and turbidity) and spectral variables were collected on February 9th 2015, by the use of a 25 station collection network on the lake, and acquired complementary data: rain fall and wind direction. One temporal series of band 4 and sensor OLI/Landsat 8 were used, and the correlation between rain falls and reflectance was established. Spectra were acquired with the spectroradiometer and smoothing, derivation and continuum removal techniques were applied in order to identify the optically active constituents which determine the characteristics of the water. The limnologic variables were spatialized and related to the spectral data by correlations and dispersion models. An image of the sensor LISS-III/ResourceSat-2 was used for the empirical estimation of the limnologic parameters. The results showed that the 16 days rain falls previous to the image acquisition influenced in a significant way in the optical characteristics of the water in different seasons of the year. The maximum reflectance of water was in the green spectral range (0, 18%). The regions where the highest reflectance in the series was observed are connected to the environments where prevail the erosion conditions or nondeposition of fine sediments. Empirical regressions explained that 23% of the reflectance in 708 nm is due to the presence of solids in the water. The concentration of Chl-a did not present significant correlations (α = 0, 05) with the reflectance. The analysis of spectral data showed that the two methods of derivation and continuum removal presented positive results. The increase of correlations after the derivation was observed, highlighting the fact that this technique increases the spectral contrast and so the estimation accuracy. The first derivation in 772 nm explained 44% of the variation in the concentration of chlorophyll-a. The best results were observed in the variables TUR and DS. From the removal of the continuum, the highest band depth was verified in longer wavelength. Strong correlations were found to the turbidity and transparency variables (r = 0,86 and -0,86, respectively) in the range of 690-750 nm. Due to low concentration of suspended solids as much as chlorophyll-a, there was difficulty in the establishment of reliable relations between the spectral parameters and the quality of water in Guaíba River. The images LISS-III showed themselves to be potentials to map Guaíba River’s composition.

O Lago Guaíba é um importante corpo d’água localizado na porção leste do estado do Rio Grande do Sul. É a principal fonte de abastecimento de água para a região metropolitana de Porto Alegre, além de exercer outras funções sociais primordiais, como de estocar água para usos futuros, abastecimento agrícola e industrial, navegação, entre outros. Com os recentes avanços na tecnologia de Sensoriamento Remoto, espectrorradiômetros com altíssima resolução espectral e radiométrica são cada vez mais utilizados na discriminação de diferentes elementos presentes na natureza. Paralelamente, estão os sensores orbitais que possibilitam, por meio de sua visão sinótica, ampliar a representatividade espacial dos elementos na superfície terrestre. Este trabalho tem como objetivo caracterizar as águas do Lago Guaíba, quanto as suas propriedades ópticas, a partir da integração de dados de sensoriamento remoto orbital e de espectrorradiometria de campo. Para tanto foram coletadas variáveis limnológicas (totais de sólidos em suspensão, clorofila-a, turbidez) e espectrais em 9 de fevereiro de 2015, utilizando uma rede de 25 estações de coleta sobre o Lago, e adquiridos dados complementares: precipitação pluviométrica e direção de ventos. Foi utilizada uma série temporal da banda 4, sensor OLI/Landsat-8, e estabelecida correlação entre precipitação e reflectância. Foram adquiridos espectros com o espectrorradiômetro e aplicadas técnicas de suavização, derivada e remoção do contínuo, buscando identificar os constituintes opticamente ativos que determinam as características da água. As variáveis limnológicas foram espacializadas e relacionadas com os dados espectrais por meio de correlações e modelos de dispersão. Uma imagem do sensor LISS-III/ResourceSat-2 foi utilizada para estimativa empírica dos parâmetros limnológicos. Os resultados mostraram que a precipitação de 16 dias anteriores à aquisição da imagem influência de forma significativa nas características ópticas da água em diferentes épocas do ano. A máxima reflectância da água foi na faixa espectral do verde (0,18%). As regiões onde se observou as maiores reflectâncias na série estão ligadas aos ambientes onde predominam condições de erosão ou não deposição de sedimentos finos. Regressões empíricas explicaram que 23% da reflectância em 708 nm é devida a presença de sólidos na água. A concentração de Chl-a não apresentou correlações significativas (α = 0,05) com a reflectância. A análise dos dados espectrais demonstrou que os dois métodos de derivada e remoção do contínuo apresentaram bons resultados. Observou-se o aumento das correlações após a derivação evidenciando que esta técnica aumenta o contraste espectral e assim a precisão das estimativas. A primeira derivada em 772 nm explicou 44% da variação devido ao totais de sólidos em suspensão. Já em 690 nm, a primeira derivada explicou 32% da variação na concentração de clorofila-a. Os melhores resultados foram observados nas variáveis turbidez e transparência. A partir da remoção do contínuo se verificou as maiores profundidades de bandas em comprimentos de onda mais longos. Correlações fortes foram encontradas para as variáveis turbidez e transparência (r = 0,86 e -0,86, respectivamente) na faixa de 690-750 nm. Devido à baixa concentração tanto de sólidos em suspensão quanto de clorofila-a, houve dificuldade no estabelecimento de relações fiáveis entre parâmetros espectrais e a qualidade da água do Lago Guaíba. As imagens LISS-III mostraram-se potenciais para mapear a composição da água do Lago Guaíba. / Guaíba Lake is an important body of water located in the east portion of Rio Grande do Sul. It is the main source of water supply to Porto Alegre metropolitan region, besides exercising other primary social functions such as storing water for future use, agricultural and industrial supply, shipping, among others. With the recent advancements in technology of Remote Sensing, spectroradiometers with the highest spectral and radiometric resolution are each time more used to the distinction of different elements presented in nature. In parallel, there are the orbital sensors, which allow, through it’s synoptic view, to amplify the spatial representativity of the elements on earth’s surface. This work aims to characterize the waters of Guaíba Lake- RS, in terms of its optical properties, from the data integration of remote orbital sensing and spectroradiometry of the area. To achieve this, limnologic (total of suspended solids, chlorophyll-a, and turbidity) and spectral variables were collected on February 9th 2015, by the use of a 25 station collection network on the lake, and acquired complementary data: rain fall and wind direction. One temporal series of band 4 and sensor OLI/Landsat 8 were used, and the correlation between rain falls and reflectance was established. Spectra were acquired with the spectroradiometer and smoothing, derivation and continuum removal techniques were applied in order to identify the optically active constituents which determine the characteristics of the water. The limnologic variables were spatialized and related to the spectral data by correlations and dispersion models. An image of the sensor LISS-III/ResourceSat-2 was used for the empirical estimation of the limnologic parameters. The results showed that the 16 days rain falls previous to the image acquisition influenced in a significant way in the optical characteristics of the water in different seasons of the year. The maximum reflectance of water was in the green spectral range (0, 18%). The regions where the highest reflectance in the series was observed are connected to the environments where prevail the erosion conditions or nondeposition of fine sediments. Empirical regressions explained that 23% of the reflectance in 708 nm is due to the presence of solids in the water. The concentration of Chl-a did not present significant correlations (α = 0, 05) with the reflectance. The analysis of spectral data showed that the two methods of derivation and continuum removal presented positive results. The increase of correlations after the derivation was observed, highlighting the fact that this technique increases the spectral contrast and so the estimation accuracy. The first derivation in 772 nm explained 44% of the variation in the concentration of chlorophyll-a. The best results were observed in the variables TUR and DS. From the removal of the continuum, the highest band depth was verified in longer wavelength. Strong correlations were found to the turbidity and transparency variables (r = 0,86 and -0,86, respectively) in the range of 690-750 nm. Due to low concentration of suspended solids as much as chlorophyll-a, there was difficulty in the establishment of reliable relations between the spectral parameters and the quality of water in Guaíba River. The images LISS-III showed themselves to be potentials to map Guaíba River’s composition.

Shallow lakes are an important ecological and socio-economic resource. However, the impact of human pressures, both at the lake and catchment scale, has precipitated a decline in the ecological status of many shallow lakes, both in the UK, and throughout Europe. There is now, as direct consequence, unprecedented interest in the assessment and monitoring of ecological status and trajectory in shallow lakes, not least in response to the European Union Water Framework Directive (2000/60/EC). In this context, the spatially-resolving and panoramic data provided by remote sensing platforms may be of immense value in the construction of effective and efficient strategies for the assessment and monitoring of ecological status in shallow lakes and, moreover, in providing new, spatially-explicit, insights into the function of these ecosystems and how they respond to change. This thesis examined the use of remote sensing data for the assessment of (i) phytoplankton abundance and species composition and (ii) aquatic vegetation distribution and ecophysiological status in shallow lakes with a view to establishing the credence of such an approach and its value in limnological research and monitoring activities. High resolution in-situ and airborne remote sensing data was collected during a 2-year sampling campaign in the shallow lakes of the Norfolk Broads. It was demonstrated that semi-empirical algorithms could be formulated and used to provide accurate and robust estimations of the concentration of chlorophyll-a, even in these optically-complex waters. It was further shown that it was possible to differentiate and quantify the abundance of cyanobacteria using the biomarker pigment C-phycocyanin. The subsequent calibration of the imagery obtained from the airborne reconnaissance missions permitted the construction of diurnal and seasonal regional-scale time-series of phytoplankton dynamics in the Norfolk Broads. This approach was able to deliver unique spatial insights into the migratory behaviour of a potentially-toxic cyanobacterial bloom. It was further shown that remote sensing can be used to map the distribution of aquatic plants in shallow lakes, importantly including the extent of submerged vegetation, which is central to the assessment of ecological status. This research theme was subsequently extended in an exploration of the use of remote sensing for assessing the ecophysiological response of wetland plants to nutrient enrichment. It was shown that remote sensing metrics could be constructed for the quantification of plant vigour. The extrapolation of these techniques enabled spatial heterogeneity in the ecophysiological response of Phragmites australis to lake nutrient enrichment to be characterised and assisted the formulation of a mechanistic explanation for the variation in reedswamp performance in these shallow lakes. It is therefore argued that the spatially synoptic data provided by remote sensing has much to offer the assessment, monitoring and policing of ecological status in shallow lakes and, in particular, for facilitating the development of pan-European scale lake surveillance capabilities for the Water Framework Directive (2000/60/EC). It is also suggested that remote sensing can make a valuable contribution to furthering ecological understanding and, most significantly, in enabling ecosystem processes and functions to be examined at the lake-scale.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-28Bitstream added on 2014-06-13T19:00:45Z : No. of bitstreams: 1 pereira_acf_dr_prud.pdf: 5065860 bytes, checksum: cf34424bad6a80c07230f80a12e3567a (MD5) / Na sociedade atual, discussões relacionadas à água potável tem ocupado um espaço importante, principalmente no meio científico, onde, através de pesquisas voltadas à disponibilidade e qualidade das águas é possível preparar diagnósticos e apontar soluções para planejadores e tomadores de decisões. Nesse contexto, o objetivo geral do trabalho foi desenvolver um método para inferência de variáveis limnológicas que indicam a qualidade da água e estejam associadas à sua característica espectral, em um reservatório de uso múltiplo e avaliar sua correlação com dados espectrais tomados “in situ” e extraídos de imagens orbitais de satélites de alta resolução espacial. Para tanto, uma imagem multiespectral do satélite Ikonos II foi adquirida, quase simultaneamente a coleta de dados limnológicos e espectrais “in situ”, em pontos amostrados adequadamente no corpo d’água, e posicionados com GPS. Devido à heterogeneidade das condições do tempo no levantamento de campo, uma nova abordagem amostral foi necessária, que se deu pela divisão da amostra em quatro conjuntos, quais foram: conjunto 1 (céu aberto e vento fraco), conjunto 2 (céu aberto e vento de médio a forte), conjunto 3 (céu nublado e vento fraco) e conjunto 4 (céu nublado e vento de médio a forte)... / In current society, drinkable water has been the subject of innumerable debates, mainly in scientific groups, in which, through researches focused on the availability and water quality, it is possible to prepare diagnoses and point out solutions to planners and decision makers. In this context, the general aim of the research was to develop a method for the inference of physical limnological variables that indicate the quality of the water and that are associated to its spectral characteristic, in a multiple use reservoir and evaluate its correlation to spectral data collected in situ and extracted from orbital images of high definition space sattelites. In order to achieve that, a multispectral image of the satellite Ikonos II was acquired, almost simultaneously to the gathering of limnological and spectral data “in situ”, in points sampled adequately in the water surveyed, and positioned by means of GPS. Due to the heterogeneous weather conditions when taking the ground samples, a new sampling approach was necessary, and it occurred with the division of the sample in four settings, which were: setting 1 (clear sky and mildly windy), setting 2 (clear sky and windy), setting 3 (overcast sky and mildly windy) and setting 4 (overcast sky and windy)... (Complete abstract click electronic access below)

Resumo: Na sociedade atual, discussões relacionadas à água potável tem ocupado um espaço importante, principalmente no meio científico, onde, através de pesquisas voltadas à disponibilidade e qualidade das águas é possível preparar diagnósticos e apontar soluções para planejadores e tomadores de decisões. Nesse contexto, o objetivo geral do trabalho foi desenvolver um método para inferência de variáveis limnológicas que indicam a qualidade da água e estejam associadas à sua característica espectral, em um reservatório de uso múltiplo e avaliar sua correlação com dados espectrais tomados "in situ" e extraídos de imagens orbitais de satélites de alta resolução espacial. Para tanto, uma imagem multiespectral do satélite Ikonos II foi adquirida, quase simultaneamente a coleta de dados limnológicos e espectrais "in situ", em pontos amostrados adequadamente no corpo d'água, e posicionados com GPS. Devido à heterogeneidade das condições do tempo no levantamento de campo, uma nova abordagem amostral foi necessária, que se deu pela divisão da amostra em quatro conjuntos, quais foram: conjunto 1 (céu aberto e vento fraco), conjunto 2 (céu aberto e vento de médio a forte), conjunto 3 (céu nublado e vento fraco) e conjunto 4 (céu nublado e vento de médio a forte)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In current society, drinkable water has been the subject of innumerable debates, mainly in scientific groups, in which, through researches focused on the availability and water quality, it is possible to prepare diagnoses and point out solutions to planners and decision makers. In this context, the general aim of the research was to develop a method for the inference of physical limnological variables that indicate the quality of the water and that are associated to its spectral characteristic, in a multiple use reservoir and evaluate its correlation to spectral data collected "in situ" and extracted from orbital images of high definition space sattelites. In order to achieve that, a multispectral image of the satellite Ikonos II was acquired, almost simultaneously to the gathering of limnological and spectral data "in situ", in points sampled adequately in the water surveyed, and positioned by means of GPS. Due to the heterogeneous weather conditions when taking the ground samples, a new sampling approach was necessary, and it occurred with the division of the sample in four settings, which were: setting 1 (clear sky and mildly windy), setting 2 (clear sky and windy), setting 3 (overcast sky and mildly windy) and setting 4 (overcast sky and windy)... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Maria de Lourdes Bueno Trindade Galo / Coorientador: Edivaldo Domingues Velin / Banca: Cláudio Clemente Faria Barbosa / Banca: Waterloo Pereira Filho / Banca: Renata Ribeiro de Araújo / Banca: Vilma Mayumi Tachibana / Doutor

Submitted by THANAN WALESZA PEQUENO RODRIGUES null (twalesza@gmail.com) on 2017-04-18T13:46:33Z No. of bitstreams: 1 Tese_Final2017.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T19:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigues_twp_dr_prud.pdf: 5871584 bytes, checksum: 622c90a26db9966bfc3a2c9aaf97e829 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho teve como objetivo realizar um levantamento detalhado das características bio-ópticas nos reservatórios de Barra Bonita (BB) e Nova Avanhandava (Nav) com o intuito de avaliar o desempenho de uma única abordagem voltada para a estimativa das propriedades ópticas inerentes (POIs), assim como, a concentração de totais sólidos suspensos (TSS). A investigação foi realizada utilizando dados coletados no campo entre 2014 e 2016, incluindo, as POIs, componentes opticamente significativos (COSs) e reflectância de sensoriamento remoto (R_rs). Os dados apresentados dos COSs confirmaram que BB é um ambiente mais túrbido que Nav por apresentar maior produção fitoplanctônica em função do recebimento de altas cargas de nutrientes provenientes da bacia de drenagem. Por outro lado, Nav é um ambiente mais transparente e com maior influência de material inorgânico, o que favorece o surgimento de macrófitas submersas. A concentração de clorofila-a (Chl-a) em BB alcançou máximo de 797.8 µg l-1 em outubro/2014, enquanto Nav apresentou máximo de 38.6 µg l-1 em maio/2016. A variabilidade nos COS esteve altamente vinculada a frequência de chuvas, sendo que no ano de 2014, ocorreu um evento extremo de seca alterando as características biogeoquímicas dos ambientes. BB reagiu de forma mais abrupta que Nav por apresentar um sistema de operação do tipo acumulação e por estar mais próxima das regiões potencialmente poluidoras, diferente de Nav que apresenta um sistema fio-d’água em que não há acumulação e sim fluxo constante da água. Além disso, no âmbito óptico, a absorção em Nav apresentou maior influência do particulado não-algal (NAP) enquanto que em BB, a absorção foi dominada por fitoplâncton. Com base nesses resultados pode-se concluir que os dois ambientes apresentam não só diferenças na qualidade da água, mas também nas propriedades ópticas, o que leva a afirmação de que um modelo único baseado nos dois ambientes pode não ter um bom resultado quando se pretende utilizar uma abordagem empírica. Um algoritmo quase-analítico (QAA) parametrizado para as condições de Nav (QAAOMR) apresentou resultados significativos com erros (erro médio percentual absoluto – MAPE) inferiores a 17% para o coeficiente de absorção total (a_t), 19% para o coeficiente de absorção orgânico detrital (a_CDM) e 47% para o coeficiente de absorção do fitoplâncton (a_ϕ). O respectivo modelo foi utilizado para verificar seu desempenho em um ambiente eutrofizado como BB e a versão parametrizada por Watanabe et al. (2016) e denominada QAABBHR foi aplicada aos dados de Nav. Como resultado, observamos que as duas versões foram adequadas para estimar a_t com erros inferiores a 40%, no entanto, existe ainda a necessidade de melhorar as etapas para estimativa de a_CDM e a_ϕ. No caso de se aplicar um modelo empírico de única abordagem para estimar concentração de TSS para ambos os reservatórios, observamos que essa abordagem não apresentou resultados satisfatórios, portanto, modelos específicos baseados na banda do vermelho do MODIS foram utilizados para mapear TSS em cada um dos reservatórios. Pode-se concluir então, que o conhecimento acerca das propriedades ópticas da água se mostrou determinante para a modelagem bio-óptica, principalmente no que diz respeito aos ambientes altamente contrastantes como BB e Nav. / The objective of the present work was to perform a detailed survey of the bio-optical characteristics of the reservoirs of Barra Bonita (BB) and Nova Avanhandava (Nav) in order to evaluate the performance of a single approach aimed at estimating the inherent optical properties (IOPs), as well as the concentration of total suspended solids (TSS). The research was carried out using data collected in the field between 2014 and 2016, including the IOPs, optically significant components (OSCs) and remote sensing reflectance (R_rs). The data presented from the OSCs confirmed that BB is more turbid than Nav because it presents higher phytoplankton production due to the input of high nutrient loads from the drainage basin. On the other hand, Nav is more transparent with greater influence of inorganic matter, which favors the appearance of submerged macrophytes. The concentration of chlorophyll-a (Chl-a) in BB reached a maximum of 797.8 μg l-1 in October/2014, while Nav presented a maximum of 38.6 μg l-1 in May/2016. The variability in the COS was highly related to the frequency of rainfall, in the year 2014, an extreme drought event occurred, altering the biogeochemical characteristics. BB reacted more abruptly than Nav because it presented an accumulation type operation system and because it is closer to the potentially polluting region. Nav presents a water system in which there is no accumulation but constant flow of water. In addition, in the optical context, the absorption in Nav presented greater influence of the non-algal particulate (NAP) while in BB, the absorption was dominated by phytoplankton. Based on these results, it can be concluded that the two environments present not only differences in water quality but also in optical properties, which leads to the assertion that a single model based on the two environments may not have a good result when it is intended to use empirical approach. A quasi-analytical algorithm (QAA) parameterized for Nav conditions (QAAOMR) presented significant results with errors (mean absolute percentage error - MAPE) lower than 17% for the total absorption coefficient (a_t), 19% for the carbon detrital matter absorption coefficient (a_CDM) and 47% for the absorption coefficient of phytoplankton (a_ϕ). The respective model was used to verify its performance in a eutrophic environment such as BB and the version parameterized by Watanabe et al. (2016) and named QAABBHR was applied to the Nav data. Thus, we note that the two versions were suitable for estimating a_t with errors (MAPE) less than 40%, however, improvements must be carried out for estimating a_CDM and a_ϕ. In the case of applying a single empirical model to estimate TSS concentration for both reservoirs, we observed that it did not present satisfactory results, so specific models based on the MODIS red band were used to map TSS in each of the reservoirs. It can be concluded, therefore, that knowledge about the optical properties of water has proved to be determinant for the bio-optical modeling, especially with respect to highly contrasting environments such as BB and Nav. / CNPq: 200152/2015-7