Esse trabalho utilizou sensores remotos, em escala local e regional, para caracterizar o padrão espectral da canola e propor metodologias de criação de máscaras de cultivo, através da classificação de imagens de satélite, e de geração de estimativas de variáveis biofísicas, a partir de índices de vegetação medidos ao longo do ciclo. As medições das variáveis biofísicas foram realizadas em parcelas experimentais, na Embrapa-Trigo no município de Coxilha, e em lavouras monitoradas nas mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul, para as safras 2013 e 2014. As variáveis biofísicas medidas foram altura de plantas, matéria seca das folhas, da haste e das síliquas e, também, foi estimado o índice de área foliar. Os dados espectrais para as parcelas experimentais foram obtidos através de um espectrorradiômetro. Para as lavouras monitoradas, os dados espectrais foram obtidos dos produtos MCD43B4 e MOD09A1, medidos pelo sensor MODIS (satélites Terra/Aqua), e de imagens do sensor OLI (satélite Landsat 8). A partir destes foi realizada a caracterização espectral da canola ao longo do seu ciclo de desenvolvimento, gerando perfis completos e perfis das bandas espectrais. Os índices de vegetação foram utilizados para caracterizar o padrão espectral e para a criação de modelos de estimativas das variáveis biofísicas, os quais foram calculados usando as bandas espectrais simuladas. Os índices de vegetação foram utilizados para classificar as áreas cultivadas com canola para as mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul e, posteriormente, aplicados os modelos de estimativas de variáveis biofísicas. A caracterização do padrão espectral da canola foi consistente entre os dois anos avaliados e para todos os sensores, com variação temporal semelhante a outras culturas agrícolas, exceto pela redução nos índices de vegetação durante a floração da cultura. Os modelos de estimativa das variáveis biofísicas, apresentaram coeficientes de determinação elevados, com exceção das variáveis matéria seca das folhas e índice de área foliar. A classificação da área cultivada com canola, utilizando os produtos MODIS, apresentou resultados coerentes com o esperado de acordo com dados de série histórica, apresentados pela CONAB. As estimativas de variáveis biofísicas mostraram coerência com os obtidos pelas medições nas lavouras monitoradas. Os resultados obtidos nesse estudo demonstram, portanto, o potencial da utilização de dados espectrais multisensor para o mapeamento de lavouras e realização de estimativas de variáveis biofísicas da cultura da canola. / This study used remote sensors, at local and regional levels, in order to characterize the spectral pattern of canola and propose methodologies to create crop masks, through satellite image classification, and generation of estimates of biophysical variables, from vegetation indices measured along the cycle. The measurements of biophysical variables were performed on experimental plots at Embrapa Trigo in Coxilha, and in crop sites monitored in the mesoregions Northeast and Northwest of Rio Grande do Sul, in 2013 and 2014. The biophysical variables measured were plant height, dry matter of the leaves, stem and pods and also, the leaf area index was estimated. The spectral data for the experimental plots were obtained using a spectroradiometer. For monitored crop fields, spectral data were obtained from the products MCD43B4 and MOD09A1, measured by MODIS (Terra / Aqua satellite) sensor, and images from the OLI sensor (Landsat 8). These data were used to perform the spectral characterization of canola along its development cycle, generating full spectral profiles and spectral bands profiles. The vegetation indices were used to characterize the spectral pattern and creating models to estimate the biophysical variables, which have been calculated using the simulated spectral bands. The vegetation indices were used to classify the areas planted with canola for the mesoregions Northeast and Northwest and then applied to the models for estimates of biophysical variables. The characterization of the canola's spectral pattern was consistent between the two years and for all sensors with temporal variation similar to other agricultural crops, except for the reduction in the vegetation indices during the flowering phase of culture. The biophysical variables estimation models showed high correlation coefficients, except for the variables dry matter of leaves and leaf area index. The canola classification using MODIS products, showed results consistent with the expected according to historical data series presented by CONAB. Estimates of biophysical variables were consistent with those obtained by measurements in the monitored fields. The results of this study show, therefore, the potential of using multi-sensor data for the spectral mapping of canola the estimation of biophysical variables.

O propósito geral desta tese foi modelar a dinâmica do retroespalhamento SAR-X ao longo de um pacote superficial de neve seca através do uso de uma ferramenta computacional de modelagem de micro-ondas (RF Module®, PDETOOL®, MATLAB®), baseado na física da interação entre o feixe de micro–ondas e este pacote de neve, e executar a aplicação de métodos estatísticos para geração de relações entre variáveis estratigráficas desse pacote de neve e o respectivo retroespalhamento SAR-X observado. Para tanto, o presente trabalho buscou avançar na organização de um modelo analítico para o processo de interação entre um feixe de micro–ondas na banda X e o pacote de neve superficial, aplicando ferramentas computacionais para a resolução dos equacionamentos que compõem esse problema. Como área de estudo, delimitou–se a porção ocidental antártica, especificamente junto à área da geleira Union. O modelo de retroespalhamento utilizado pautou–se na consideração do Modelo de Transferência Radiativa (MTR), adotando como variáveis principais a profundidade da neve acumulada, a rugosidade da superfície (interface ar–neve e neve–sologelo), o tamanho dos cristais de neve (tamanho dos grãos), o perfil de densidade da neve acumulada e as características das camadas de neve que formam o pacote de neve superficial (espessura, forma da interface entre camadas, variação dielétrica entre camadas, dentre outros). Posteriormente, através da reversão modelagem estatística do modelo de retroespalhamento criado, foram obtidos dados estratigráficos indiretos modelados (número médio de camadas de neve, densidade média do pacote de neve superficial e tamanho médio dos grãos de neve), permitindo a inferência de variáveis da estratigrafia local a partir de dados de retroespalhamento SAR COSMO–SkyMed, banda X. Por fim, a comparação entre os valores modelados e aqueles observados em campo para a estratigrafia e para o retroespalhamento permitiram estimativas do desempenho da modelagem proposta. Para fins de validação desta modelagem, foram considerados dados comuns de entrada, constituídos de dados estratigráficos e de temperatura da neve em um perfil de 2 m de profundidade e dados SAR–X COSMO–SkyMed (modo de aquisição Stripmap/Himage com resolução espacial de 3x3 m) na banda X coletados na região da geleira Union no verão antártico de 2011–2012. Como resultados, foram obtidas equações analíticas para estimativa do tamanho médio dos grãos de neve, número médio de camadas espalhadoras e densidade média do pacote de neve superficial a partir de dados de retroespalhamento SAR– banda X, com consistência estatística mínima estimada de 86% (R² ≥ 86%). Já o modelo de retroespalhamento utilizado, tendo seus resultados comparados aos dados de retroespalhamento in situ COSMO–SkyMed exibiram estimativas com R² da ordem de 90% ou maior, o que é considerado estatísticamente adequado. Este trabalho traz como contribuição a implementação computacional via ferramenta de modelagem de um modelo de retroespalhamento SAR–X, voltado para massas de neve seca, e propõe a obtenção de dados estratigráficos a partir de dados de retroespalhamento SAR–X com o uso de equações determinadas por regressão estatística. Isto permitiu a espacialização de variáveis estratigráficas em zonas de neve seca a partir de dados SAR obtidos ao longo da banda X. Cabe ressaltar o fato de que devido ao limitado número de amostras de campo (7 amostras), a consistência estatística e a confiabilidade dos resultados deve ser tomada com ressalva, quando considerada a análise glaciológica da variação nos parâmetros do pacote de neve, cabendo melhores testes e análises em sua aplicação. / The present thesis proposes an analytical model for interaction between a beam of microwaves in the X band and surface snowpack. To this end, statistical analysis were performed with SAR-X backscattering data and reference data from snowpits focusing the interaction between the microwave beam and the snowpack in dry snow areas. Numerical methods were employed for solution of differential equations that make up this issue. The model was proposed for Union Glacier, located in the West Antarctic Ice Sheetregarding a study area including the Antarctic western portion, recognized as the Union Glacier. The backscattering model used was based under the assumption of the Radiative Transfer Model (RTM), considering as main variables the depth of accumulated snow, the surface roughness (air-snow interface and snow-ice interface), the size of snow crystals (grain size), the density profile of the accumulated snow and snow characteristics of the layers forming the surface snowpack (thickness, shape of the interface between layers variation between dielectric layers, among others). After that, reversal statistical modelling of backscatter was performed to estimate stratigraphic parameters of the snowpack usingdata allowing the local stratigraphy of estimated variables SAR backscatter data from COSMO-SkyMed satellite. To validate the proposed model, the same input data were considered for all experiments performed experiments. These data were made up of snow stratigraphic data and snow temperature data in a 2 m depth glaciological profiles (snowpits) 2m depth and data SAR-X COSMO-SkyMed X-band SAR data (acquisition mode Stripmap / Himage with 3x3 m spatial resolution 3x3 m) acquired atin Union Glacier snowpits and remote sensing SAR data during summer 2011-2012. The results showed average density of the snow pack surface from SAR-X backscatter data SAR-X with R² ≥ 86%. The main contribution of this work is the resulting model for SAR-X backscattering for dry snow masses, which was proved to be statistically consistent with the ground truth data. Even with limited reference data, this result indicates the soundness of the proposed approach, allowing the estimation of spatial distribution ofvariations in stratigraphic parameters of the snowpack variables in dry snow areas from SAR X-band SAR data over the X band. However, snowpack parameters estimated by the method should be used carefully, as the input data used for model development may underestimate all possible variations found at the snow surface of Union Glacier.

A geada é um fenômeno meteorológico adverso que causa perdas severas ao setor agrícola, em especial no Sul do Brasil. A baixa distribuição espacial da rede de estações meteorológicas dificulta o monitoramento e a previsão do fenômeno. O propósito principal desta tese foi o desenvolvimento de um modelo matemático para quantificar de forma direta e simples a probabilidade do risco de ocorrência de geada tendo como base em dados de fácil obtenção como altitude, latitude, continentalidade e temperatura do ar. O modelo criado, denominado Risco Geral de Geada (RGG), foi idealizado a partir de dois riscos básicos, o risco geográfico e o risco advindo da temperatura mínima do local, ambos com o mesma contribuição para a ocorrência de geada. O risco geográfico de geada (RGeo) foi obtido a partir do somatório dos riscos atribuídos aos fatores geográficos altitude, latitude e continentalidade. Cada um destes fatores contribui de forma diferente para a formação da geada e suas contribuições foram estimadas a partir de um modelo de regressão linear múltipla para a estimativa da temperatura mínima do ar climatológica de inverno no Rio Grande do Sul. No risco de geada associado à temperatura mínima (RTmín) foi feita a atribuição de riscos em um intervalo de temperatura entre 0 e 6°C. O modelo final obtido, válido apenas para o Rio Grande do Sul, foi testado com dados coletados em estações meteorológicas de superfície da mesorregião do Sudeste Rio-grandense, localizadas em Encruzilhada do Sul, Rio Grande e Santa Vitória do Palmar. Dados de temperatura mínima do ar nos meses de junho, julho e agosto, coletados entre os anos de 1961 e 2015, comprovaram a utilidade do modelo RGG para a definição da probabilidade do risco de ocorrência de geada, mesmo diante de incertezas atribuídas a outros fatores não descritos no modelo. Na região de teste também foi avaliada a qualidade de dados orbitais de temperatura da superfície terrestre (TST), obtidos do produto MDY11A1 da passagem noturna do sensor MODIS/AQUA, na detecção de temperaturas baixas relacionadas com a ocorrência de geada. A frequência de dias com TST inferiores a 3°C mostrou coerência tanto com os dados observados em estação meteorológica, quanto com o risco determinado pelo RGG. A coerência entre os resultados obtidos do modelo RGG e os dados reais observados em superfície e obtidos por satélite torna o modelo útil na descrição da probabilidade do risco de ocorrência de geada sobre o Rio Grande do Sul. / Frost is an adverse meteorological phenomenon that causes severe losses to the agricultural sector, especially in Southern Brazil. Low spatial distribution of the network of meteorological stations hinders monitoring and forecast phenomenon. The main purpose of this thesis was to develop a mathematical model to measure directly and easily the probability of the risk of frost based on readily available data such as altitude, latitude, continentality and air temperature. The model, called Frost General Risk (RGG), was designed from two basic risk, geographic risk and risk arising out of the local minimum temperature, both with the same contribution to the occurrence of frost. The geographical risk of frost (RGeo) was obtained from the sum of the risks attributed to geographical factors altitude, latitude and continental influence. Each of these factors contributes differently to the formation of frost and their contributions were estimated from a multiple linear regression model to estimate the minimum air temperature winter climatological in Rio Grande do Sul. In the frost risk associated with minimum temperature (RTmín) assigning risk was taken in a temperature range between 0 and 6° C. The final model obtained, valid only for the Rio Grande do Sul, has been tested with data collected from weather stations surface of the middle region of Sudeste Rio-grandense, located in Encruzilhada do Sul, Rio Grande and Santa Vitória do Palmar. Minimum temperature, the air in the months of june, july and august, collected between 1961 and 2015, have proved the usefulness of the model RGG to define the probability of the risk of frost, even in the face of uncertainty attributed to other factors not described in the model. In the test region was also evaluated the quality of satellite data of the land surface temperature (LST), the product obtained MDY11A1 the night passage of MODIS / AQUA sensor to detect low temperatures related to the occurrence of frost. The frequency of days with LST below 3° C showed much consistency with the observed data in weather station, and with the particular risk for the RGG. Consistency between the results obtained from the RGG model and the actual data observed in surface and from satellites makes the model useful in describing the probability of the risk of frost on the Rio Grande do Sul.

A conversão de energia a partir de usinas hidrelétricas foi considerada por muito tempo uma forma de produção limpa. No final do século passado alguns estudos demonstraram que os reservatórios poderiam ser emissores potenciais de Gases de Efeito Estufa (GEEs). A participação da energia hidráulica na matriz energética nacional é de 12%, sendo que dentre as fontes renováveis é da ordem de 29% e gera aproximadamente 60% da eletricidade produzida no país. O enchimento dos reservatórios está associado a altas taxas de atividade bacteriana e produção de GEEs. Grande parte da biomassa inundada é decomposta nos primeiros anos, os níveis baixos de oxigênio nas camadas profundas próximas ao sedimento favorecem a geração de metano. O aumento do nível da água faz com que sejam alagadas áreas que antes estavam emersas, com isso ocorre a liberação de nutrientes e a consequente produção de CO2 e CH4. As coletas de dados in situ consomem muito tempo, possuem custo relativamente alto e frequentemente falham ao delimitar regiões heterogêneas. A obtenção de dados a partir de sensores orbitais é uma ótima alternativa, e favorece uma maior resolução espacial e temporal das informações, além de permitir a análise das transformações do corpo d’água. O objetivo deste trabalho é estimar as emissões de gases de efeito estufa em reservatórios de hidrelétricas utilizando imagens Landsat TM e OLI. A metodologia desenvolvida neste trabalho compreende as etapas das correções geométricas e radiométricas, recorte e processamento. Para calcular a estimativa de CH4 e fluxo de CO2 foi necessário calcular índices de vegetação e identificar características como biomassa, índice de área foliar, atividade fotossintética, produtividade. Os resultados gerados por este trabalho são do CH4 estimado no enchimento do lago da represa da UHE Serra do Facão, e do fluxo de CO2 na fase rio e no entorno do reservatório. Os valores estimados de metano são similares aos publicados no Relatório de Referência do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) e a outros trabalhos desenvolvidos em reservatórios tropicais, mesmo com métodos diferentes de obtenção de resultados. O carbono atmosférico é inversamente proporcional a absorção do carbono pelas plantas. As áreas com maior atividade vegetativa mostraram os valores mais elevados no fluxo de CO2. O método de determinação do fluxo de CO2 utilizando imagens orbitais constitui uma forma de mensuração indireta e permite estimar o comportamento do gás no processo de fotossíntese da planta, sem a necessidade de derrubada de árvores como amostras para obtenção de dados. / Energy conversion from hydropower plants was considered a form of clean production for a long time. At the end of the last century some studies have shown that these reservoirs could be potencial source of greenhouse gases. The share of hydropower in the national energy matrix is around 42%, generating about 90% of all electricity produced in Brazil. The reservoirs filling is associated with high rates of bacterial activity and production of greenhouse gases. Much of the flooded biomass is decomposed in the early years, low oxygen levels in the deep layers near the sediment promote methane generation. The rise in water level flooded areas that once were dry, like wetlands, releasing nutrients and producing CO2 and CH4. Obtaining data in situ taking time and have high cost and often fail to define heterogeneous regions. Orbital data from sensors can obtain information with a higher spatial and temporal resolution, allowing the analysis of the transformations of the water body. The methodology developed in this work comprises the steps of geometric and radiometric corrections, cropping and processing. As part of the methodology it is necessary to calculate vegetation indices to identify vegetation characteristics such as biomass, leaf area index, photosynthetic activity, productivity. The results generated by this work are the CH4 estimated at filling the UHE Serra do Facão dam lake and the depletion zone and flow of CO2 in river phase and around the reservoir. The estimated methane values are in agreement with the published in the brazilian Reference Report and other works developed in tropical reservoirs, even with different methods of achieving results. The atmospheric carbon is inversely proportional the carbon uptake by plants. Areas with greater vegetative activity showed higher values in the flow of CO2. The method of determining the flow of CO2 using satellite images is a form of indirect measurement and allows estimating the gas behavior in plant photosynthesis process, without need to deforest to obtain data.

As inundações se constituem como um dos principais desastres que acometem frequentemente diversas cidades no mundo. Embora sejam ocasionadas por meio da dinâmica natural dos cursos de água, as cidades que tiveram o seu desenvolvimento às margens de rios e arroios e apresentam como característica crescimento irregular, principalmente em áreas da planície de inundação, sofrem com os danos causados. O município de Esteio/RS é cortado por dois arroios, afluentes do rio dos Sinos, e são recorrentes os casos em que esses arroios causam inundações. Esse estudo tem como objetivo principal analisar as ocorrências de inundações no município de Esteio/RS, considerando o contexto da dinâmica local e as recentes obras viárias realizadas no município. Para tanto, o primeira etapa realizada foi a aquisição de dados de precipitação do período entre 1984 e 2015, assim como a aquisição de imagens LANDSAT. Posteriormente, foi realizada a organização das séries históricas de precipitação e o pré-processamento das imagens LANDSAT e matemática de bandas, visando a análise das inundações no município de Esteio por meio de índice de água por diferença normalizada modificada (MNDWI) e índice de diferença normalizada para lagos (NDPI); elaboração dos mapas de distribuição espacial das maiores inundações; a última etapa, contou com o estudo do contexto das obras viárias nas inundações do município. Entre os principais resultados, destaca-se a análise da série histórica de precipitação, por meio da qual é possível afirmar que a dinâmica das inundações e eventos extremos não é novidade no município, no entanto, os eventos referentes a agosto, outubro e novembro de 2013, além do evento de julho de 2015 foram, de fato, acima da média histórica. As áreas do município afetadas pelas inundações praticamente se repetem a cada evento extremos. A construção da BR 448 e da Avenida Brasil, coincidiu com o aumento das inundações no município, o que não se explica simplesmente pelo aumento da precipitação. A falta de mecanismos para evitar o efeito de remanso das águas dos arroios próximos a BR 448, bem como as alterações na várzea do rio dos Sinos, pode ter contribuído com os últimos eventos. Questionar a eficácia da Avenida Brasil enquanto dique de contenção de inundações, nesse momento, seria precipitado, principalmente se for levado em conta a necessidade das obras das bacias de contenção - a serem construídas. No entanto, medidas estruturais nem sempre são garantias de resolução desse tipo de desastre. / Floods constitute one of the main disasters that often affect several cities in the world. Although caused by natural dynamics of rivers, cities that had the development on the banks of rivers and streams and have a characteristic irregular growth, especially in areas of the floodplain, suffer the damage. The municipality of Esteio/RS is cut by two streams, tributaries of the Sinos river, and are recurring cases where these streams cause flooding. This study aims to analyze the occurrence of flooding in the city of Esteio/RS, considering the context of the local dynamics and the recent road works carried out in the municipality. Therefore, the first step was carried out the acquisition period of the precipitation data between 1984 and 2015, as well as the acquisition of LANDSAT images. It was subsequently set up the organization of the historical series of precipitation and pre-processing of Landsat and math bands images, aimed at analysis of floods in Esteio municipality through a modified normalized difference water index (MNDWI) and normal difference pound index (NDPI); preparation of spatial distribution maps of the largest floods; the last stage, had the study of the context of road works in the city's flooding. Among the main results, there is the analysis of time series of precipitation, by which it can be said that the dynamics of floods and extreme events is not new in the city, however, the events related to August, October and November 2013 beyond the July 2015 event were, in fact, above the historical average. The municipal areas affected by floods almost repeat every extreme event. The construction of the BR 448 and Brazil Avenue, coincided with increased flooding in the city, which cannot be explained simply by the increase in precipitation. The lack of mechanisms to prevent backwater effect of the waters of the streams near BR 448, as well as changes in the floodplain of the Sinos river, may have contributed to the latest events. Questioning the effectiveness of the avenue Brazil as dike containment flooding at this point would be premature, especially if one takes into account the need of the works of containment basins - to be built. However, structural measures are not guarantees of resolution this type of disaster.

A eutrofização de ambientes aquáticos continentais é um processo lento e natural, mas que tem se intensificado sobremaneira devido a influência das atividades antrópicas. Uma das consequências da eutrofização artificial são florações de algas cada vez mais frequentes e intensas. Alguns grupos de algas, como as cianobactérias, podem produzir toxinas que representam um risco para o homem e para a biota aquática e, por isso, sua floração merece atenção especial. O Lago Guaíba é um importante corpo hídrico do Estado do Rio Grande do Sul e o principal manancial do município de Porto Alegre. A sua bacia hidrográfica ocupa cerca de 30% da área do estado e os principais rios - Jacuí, Caí, Sinos e Gravataí - drenam áreas de intenso uso agrícola e industrial. No Lago Guaíba, as florações têm sido frequentes, principalmente na última década e representam um sério desafio ambiental. Neste contexto, o objetivo da presente pesquisa foi avaliar o potencial de identificação dos episódios de floração de algas no Lago Guaíba a partir da integração de dados radiométricos in situ adquiridos simultaneamente a dados limnológicos (clorofila-a, total de sólidos em suspensão, transparência da água, entre outros) e imagens de satélite. Para a obtenção dos espectros de reflectância foi utilizado o espectrorradiômetro portátil FieldSpec® HandHeld, com coleta em 16 pontos amostrais definidos a priori. Os trabalhos de campo ocorreram em março de 2012, maio de 2013 e abril de 2014. Os espectros foram correlacionados com medidas de variáveis limnológicas obtidas simultaneamente. Para a análise espaço-temporal das florações foram selecionadas 10 imagens produzidas pelos satélites Landsat 5 e 7 (sensores TM e ETM+) disponibilizadas pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS), corrigidas para os efeitos da atmosfera e convertidas em reflectância de superfície. Estas imagens foram obtidas nos meses de verão e outono, entre os anos de 2005 e 2012, e coincidiram com as datas das florações identificadas pelo Departamento Municipal de Água e Esgotos (DMAE) do município de Porto Alegre. Três rotinas de processamento foram aplicadas às imagens: 1) o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI); 2) o Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME) e 3) a Análise por Componentes Principais (ACP). Durante a coleta dos espectros em campo não houve florações, mas, ainda assim, estes permitiram identificar padrões de reflectância do lago em diferentes áreas e situações climáticas, bem como a influência da clorofila-a e dos sólidos em suspensão na resposta espectral da água. Os principais resultados do processamento das imagens de satélite foram: a) o NDVI é adequado para o mapeamento da abrangência e intensidade das florações e que resultados superiores a -0,2 indicam áreas de floração; b) o MLME apresentou limitações para o mapeamento das florações relacionadas à dificuldade de obtenção de bons espectros de referência diretamente sobre as imagens, mas permitiu avaliar as variações espaciais das características da água; c) a técnica da ACP ampliou as correlações dos dados das imagens com a Chl-a e as cianobactérias em comparação ao NDVI, e a classificação nãosupervisionada das principais componentes permitiu identificar as áreas (clusters) de floração, assim como áreas onde outros componentes atuavam. Os fatores que contribuíram para o estabelecimento de florações no lago foram: menor velocidade do fluxo da água, menor profundidade da coluna d´água, menor velocidade do vento e menores índices de precipitação pluviométrica, associados à maior disponibilidade de luminosidade e oferta de nutrientes. Concluí-se que as técnicas empregadas foram adequadas para o mapeamento de florações e que análises que utilizam dados de diferentes naturezas podem incrementar as metodologias existentes e abrir novas possibilidades de identificação e monitoramento de algas. / The eutrophication of freshwater ecosystems is a slow and natural process, but that has intensified greatly because of the influence of human activity. One of the consequences of artificial eutrophication are increasingly frequent and intense algae blooms. Some genera groups of algae, and cyanobacteria can produce toxins that pose a risk to humans and aquatic biota and therefore blooms deserve special attention. The Guaiba Lake is an important water body in the State of Rio Grande do Sul and the main source of Porto Alegre city. Its basin covers about 30% of the state area and major rivers - Jacuí, Caí, Sinos and Gravataí - drain areas of intense agricultural and industrial use. In the Guaiba Lake, blooms have been frequent, especially in the last decade and represent a serious environmental challenge. In this context, the objective of this study was to evaluate the potential for identification of episodes of algal bloom in the Guaiba Lake from the integration of radiometric data in situ simultaneously acquired with limnology data (chlorophyll-a, suspended solids total, water transparency, etc.) and satellite images. To obtain the reflectance spectra a portable spectroradiometer FieldSpec® HandHeld was used, with a collection of 16 sampling points defined a priori. The fieldwork took place in March 2012, May 2013 and April 2014. The spectra were correlated with limnological variables obtained simultaneously. For the spatio-temporal analysis of the blooms 10 images produced by Landsat satellites 5 and 7 (TM and ETM+ sensors) were selected and provided by United States Geological Survey (USGS), adjusted for the effects of the atmosphere and converted to surface reflectance. These images were produced in the months of summer and fall, between the years 2005 and 2012, and coincided with the dates of the blooms identified by the Municipal Department of Water and Sewerage (DMAE) in the city of Porto Alegre. Three processing routines were applied to images: 1) Normalized Difference Vegetation Index (NDVI); 2) Linear Spectral Mixture Model (LSMM) and 3) the Analysis by Principal Component (ACP). During the collection of spectra in the field no bloom was identified, but even so it was possible to identificaty reflectance standards in different areas and climatic conditions in the Lake as well as the influence of chlorophyll-a and suspended solids in the spectral response of the water. The main results of the satellite images processing were: a) the NDVI is suitable for mapping the scope and intensity of blooms and results greater than -0.2 indicate flowering areas; b) the LSMM presented limitations for mapping the blooms related to the difficulty of obtaining good reference spectra directly on the images but allowed the evaluation of spatial variations of water features; c) the technique of ACP increased correlations of image data with Chl-a and cyanobacteria compared to NDVI, and non-supervised classification of the principal component identified in the flowering cluster areas as well as areas where other components were at play. Factors that contributed to the establishment of blooms in the lake were slower rate of water flow, the less depth of the water column, lower wind speed and lower levels of rainfall, combined with the greater availability of light and nutrient supply. It was concluded that the techniques used were suitable for mapping blooms and the analysis using data from different natures can improve existing methodologies and open new possibilities for identification and monitoring of algae.

Fluxos de energia na superfície e evapotranspiração diária constituem importantes parâmetros do tempo e do clima em estudos agrometeorológicos e de racionalização no uso da água. As metodologias convencionais de estimativa destes parâmetros são pontuais e, em geral, apresentam incertezas, as quais aumentam muito quando o interesse é o comportamento espacial desses parâmetros. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi realizar uma estimativa dos fluxos de calor na superfície e da evapotranspiração para uma área extensa, que compreende regiões de cultivo de arroz no município de Paraíso do Sul – RS, a partir de informações coletadas por uma plataforma orbital. Para cumprir este objetivo, aplicou-se o algoritmo Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), largamente referenciado na literatura nacional e internacional, em uma imagem do sensor Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), escolhido por sua refinada resolução espacial (15-90 m). Baseando-se nas informações de reflectância e emissão termal da superfície, bem como de no mínimo um registro de velocidade do vento em um pixel contido na imagem, o SEBAL é capaz de determinar, consecutivamente, saldo de radiação, fluxo de calor no solo, fluxo de calor sensível e fluxo de calor latente na superfície, através do qual é possível estimar os valores diários de evapotranspiração. As estimativas do SEBAL foram verificadas a partir dos dados de um experimento de campo iniciado em 2003 por uma equipe do Laboratório de Micrometeorologia (Lμmet), da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Neste experimento, os sensores instalados na estação micrometeorológica coletaram dados em alta freqüência para que os fluxos de calor sensível e latente fossem determinados a partir do método das Correlações Turbulentas. Devido a problemas operacionais nos instrumentos durante o experimento, o fluxo de calor latente não pôde ser determinado para o dia da passagem do satélite. Em geral, os resultados estimados pelo SEBAL foram considerados coerentes, o que confere à metodologia utilizada um grande potencial de uso, uma vez que ela possibilita a espacialização dos fluxos energéticos em regiões onde não há disponibilidade de informações de campo. / Surface energy fluxes and daily evapotranspiration are important weather and climatic parameters for agrometeorological studies and rationalisation in the use of water. The conventional methodologies for estimating these parameters generally present uncertainties, which increase when the interest is the spatial behavior of such parameters. Thus, the objective of this study was to estimate surface energy fluxes and daily evapotranspiration for a large area, which includes irrigated rice farms near of the municipality of Paraíso do Sul - RS, based on information collected by an orbital platform. In order to achieve this goal, the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) was applied in an Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) scene. ASTER collects data in high (15-90 m) spatial resolution, capability that turns the sensor into the most suitable one for retrieving surface energy fluxes. Based on information of reflectance and thermal emission from the surface and at least one wind speed record at one a pixel of the image, SEBAL is able to determine, sequentially, net radiation, soil heat flux, sensible heat flux and latent heat flux on the surface, from which is possible to estimate daily values of evapotranspiration. SEBAL estimates were evaluated with data collected over a experimental site in 2003 by a team of Laboratory of Micrometeorology (Lμmet), from Federal University of Santa Maria (UFSM). In this experiment, the sensors (installed in the micrometeorological station) collected data at high frequency, so that the sensible and latent heat fluxes were determined from the eddy correlation technique. Due to operational problems in the instruments during the experiment, the latent heat flux could not be determined in the day the scene was acquired. Overall, the results estimated by SEBAL were consistent, which grants to the methodology a systematic potential for utilization, since it allows the analysis of energy balance fluxes in regions where there is no availability of field information.

Speckle é um ruído multiplicativo e aleatório, característico de imagens de radar de abertura sintética (SAR). Devido a esse ruído, até mesmo áreas com feições marcantes em superfícies contínuas (e.g., fendas nas superfícies das geleiras) são caracterizadas em imagens SAR por grande variabilidade nos números digitais e pelo efeito "sal e pimenta", comum nesse tipo de imagens. Portanto, o speckle deve ser reduzido para que as imagens SAR possam ser utilizadas em algoritmos de correlação cruzada com o objetivo de extrair informações sobre a velocidade das geleiras. Para solucionar este problema, quatro formas de utilização de um filtro adaptativo (i.e., filtro Lee) foram testadas para o pré-processamento de imagens antes da extração de vetores de velocidade de geleiras. O filtro Lee foi utilizado de duas formas: (i) uma filtragem e (ii) filtragem sucessiva (i.e., dupla filtragem). Além disso, dois parâmetros foram utilizados para informar a variabilidade dos dados: o número de looks da cena e o desvio padrão da cena. A análise dos resultados foi realizada comparando os vetores de velocidade gerados pelas imagens originais e filtradas com dados publicados sobre a dinâmica das geleiras da parte setentrional da Península Antártica. Em termos de supressão do speckle, todos os métodos produziram resultados positivos. No entanto, a dupla filtragem não preservou as bordas das fendas, fundindo as feições. Dessa forma, produtos com dupla filtragem foram descartados da análise final. Em geral, as imagens com uma filtragem apresentam melhores resultados na extração de vetores de velocidade por algoritmos de correlação cruzada que as imagens originais. Assim, a cadeia de pré-processamento incluindo uma só filtragem foi escolhida para a extração de parâmetros dinâmicos de geleiras. Quando comparados com dados já publicados, os vetores de velocidade resultantes da análise mostram um ligeiro aumento na velocidade das geleiras da área de estudo entre 2001 e 2005. / Speckle is a characteristic random noise from coherent imaging systems like synthetic aperture radar (SAR). Due to this noise, even areas with sharp features in continuous surfaces (e.g., crevasses on glaciers) will be characterized in SAR images by grainy texture and high variation in digital numbers. Therefore, the speckle must be reduced before SAR images can be used for measuring glacier velocity by image crosscorrelations algorithms. To solve this problem, four approaches based on adaptive filtering (i.e., Lee filter) were tested for data pre-processing prior to extracting the velocity fields from glaciers. The Lee filter was used in two ways: (i) one-pass and (ii) two-pass filtering. Furthermore, two parameters were used to explain the data variability: number of looks and standard deviation of the scene. Results evaluation was carrying out comparing the velocity vectors resulting from original and filtered images with published data on the dynamics of the glaciers in the northern part of the Antarctic Peninsula. In terms of speckle suppression, all approaches yielded positive results. However, the two-pass filter does not preserve the crevasses edges and the resulting images are not considered for the final result comparison. In general, images processed with one-pass filter showed better results for extraction of velocity vectors with the cross-correlation algorithm than the original ones, and were accepted for an automatic processing chain to derive dynamic parameters of glaciers. Furthermore, resulting velocity vectors agree with published data and show a slight increase in velocity between 2001 and 2005.

O desenvolvimento de novos aglomerados urbanos bem como a necessidade de escoamento da produção de bens e a maior circulação de pessoas exige a intervenção do homem em espaços antes não habitados ou preservados da interferência humana. Fatores ligados à infra-estrutura e ao meio ambiente destacam os impactos decorrentes de obras rodoviárias e esses impactos são constantemente estudados. Estas obras de infra-estrutura têm efeito direto sobre os ecossistemas, e a legislação ambiental busca minimizar os efeitos causados pelas obras de infra-estrutura através da obrigatoriedade de Estudos de Impacto Ambiental (EIA). Inserida no bioma Mata Atlântica, a RS/486 provoca, além do impacto visual na paisagem, uma forte fragmentação deste bioma. A retirada da vegetação no entorno da rodovia pode facilitar a ocorrência de desastres naturais relacionados com a geomorfologia, o intemperismo, a erosão e a acomodação do solo. Com o objetivo de mapear essas áreas vulneráveis e suscetíveis a movimentos de massa na Bacia Hidrográfica do Rio Três Forquilhas, optou-se, para a rodovia RS/486, pela elaboração de mapas de vulnerabilidade ambiental que vêm sendo usados desde a década de 70 e que são uma importante ferramenta para eleição de ambientes mais frágeis e, portanto, com maior necessidade de proteção. Com o uso de geoprocessamento e sensoriamento remoto com o auxílio de programas específicos, foram analisadas as variáveis como o uso do solo, geomorfologia, geologia, Modelo Digital de Elevação/MDE, declividade e índices de vegetação NDVI, aplicando-se o método de análise hierárquica de apoio à decisão conhecido como AHP (Analytic Hierarchy Process). Os mapas resultantes, denominados de mapas de vulnerabilidade ou suscetibilidade, atendem ao propósito de definir áreas prioritárias para a atuação da Defesa Civil do Estado. Esta metodologia objetiva contribuir com o uso de informações georreferenciadas para o monitoramento destas áreas. / The development of new urban areas and the need to dispose of the production of goods and increased movement of people requires the intervention of man in areas previously not inhabited or preserved of human interference. Factors related to infrastructure and the environment the impacts arising from road works and those impacts are constantly studied. These works of infrastructure has direct effect on ecosystems and environmental legislation seeks to minimise the effects caused by the works of infrastructure through the requirement for Environmental Impact Studies (EIA). Inserted in the Atlantic forest biome RS/486 causes beyond the visual impact in the landscape a strong fragmentation of this biome. The removal of vegetation around the highway can facilitate the occurrence of natural disasters related to the geomorphology, the weathering erosion and soil accommodation. With the goal of mapping these areas vulnerable and susceptible to mass movements of the Basin of the River Three Forquilhas, opted for the road RS/486, by drawing up maps of environmental vulnerability that has been used since the decade of 70 and are an important tool of choice for most fragile environments and thus in greater need of protection. With the use of remote sensing, geoprocessing and with the help of specific programmes, the variables were analyzed as the use of soil, geomorphology, geology, Model Digital Elevation / MDE, slope and vegetation indices of NDVI, according to the method of Hierarchical analysis to support decision known as AHP (Analytic Hierarchy Process). The produced maps, known as maps of vulnerability or susceptibility, serve the purpose of defining priority areas for action of the State Civil Defense. This approach aims to contribute to the use of information georeferencing for monitoring these areas.

Nesta tese investiga-se uma nova abordagem visando implementar os conceitos propostos na Teoria da Evidencia para fins de classificação de imagens digitais em Sensoriamento Remoto. Propõe-se aqui a utilização de variáveis auxiliares, estruturadas na forma de Planos de Informação (P.I.s) como em um SIG para gerar dados de confiança e de plausibilidade. São então aplicados limiares aos dados de confiança e de plausibilidade, com a finalidade de detectar erros de inclusão e de omissão, respectivamente, na imagem temática. Propõe-se nesta tese que estes dois limiares sejam estimados em função das acurácias do usuário e do produtor. A metodologia proposta nesta tese foi testada em uma área teste, coberta pela classe Mata Nativa com Araucária. O experimento mostrou que a metodologia aqui proposta atinge seus objetivos. / In this thesis we investigate a new approach to implement concepts developed by the Theory of Evidence to Remote Sensing digital image classification. In the proposed approach auxiliary variables are structured as layers in a GIS-like format to produce layers of belief and plausibility. Thresholds are applied to the layers of belief and plausibility to detect errors of commission and omission, respectively on the thematic image. The thresholds are estimated as functions of the user’s and producer’s accuracy. Preliminary tests were performed over an area covered by natural forest with Araucaria, showing some promising results.