A ocorrência de tornados sobre o Rio Grande do Sul é mais frequente do que imagina a maioria de seus habitantes. Em 08 de julho de 2003 em São Francisco de Paula, 11 de dezembro de 2003 em Antônio Prado e 11 de janeiro de 2004 em Palmares do Sul, houve a formação de um tornado que causou destruição e até mortes nestas cidades. Neste trabalho foram estudados tais eventos através da análise de imagens dos satélites GOES-12 e METEOSAT-7 nos canais do visível, do vapor d'água e do infravermelho termal, e também através de simulações obtidas com o modelo de mesoescala RAMS. Com esta finalidade efetuou-se um profundo estudo sobre o ambiente convectivo gerador de tornados. Os resultados da análise das imagens de satélite mostraram que todos os casos foram gerados em complexos convectivos associados com áreas de instabilidade. Nos casos São Francisco de Paula e Antônio Prado havia a presença de um jato de baixos níveis que transportava umidade da Bacia Amazônica alimentando os complexos convectivos. No caso Palmares do Sul a umidade foi fornecida pelo Oceano Atlântico devido ao intenso escoamento de leste do vento horizontal e ficou caracterizada a formação de nuvem do tipo vírgula invertida. A interpretação das simulações com o RAMS mostram a eficiência deste modelo em identificar áreas de convergência , divergência e vorticidade horizontal, capazes de gerar tornados. No entanto o modelo subestimou em até quatro vezes os dados de velocidade do vento horizontal e concluiu-se que o mesmo aconteceu para a velocidade vertical. Dos casos estudados, o de São Francisco de Paula foi o que apresentou o comportamento atmosférico mais compatível com o comportamento de ambiente tornádico descrito por outros autores. / The occurrence of twisters in Rio Grande do Sul is more frequent than most of its citzens can imagine. In July 08, 2003 in São Francisco de Paula, December 11, 2003 in Antônio Prado and January 11, 2004 in Palmares do Sul, was registered the formation of twisters that cause destruction and even deaths in these cities. This work analises such events through the images of satellites GOES-12 and METEOSAT-7 in the visible channel, in the water vapour and in the infra-red ray, and also through simulations with the RAMS mesoscale model. With this purpose a deep study was made on the convective environment wich produces the twister. The results of the satellite images analisis shown that all the cases had been generated in convective complexes associates with instability areas. In the São Francisco de Paula and Antônio Prado cases it had the presence of a jet of low levels that carried humidity from the Amazonian Basin feeding the convective complexes. In the Palmares do Sul case the humidity was supplied by the Atlantic Ocean due to the intense draining from east of the horizontal wind and ocurrs the formation of cloud system inverted comma. The interpretation of the RAMS simulations shows the efficiency of this model in identifying horizontal convergence, divergence and vorticity areas, able to generate twisters. However, the model under estimate in up to four times the data of the wind' s horizontal speed and we concluded that the same happenes with the vertical one. From the studied cases, the São Francisco de Paula presentes the more compatible atmospheric behavior with the one wich describes the twister like environment behavior for other authors.

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos associados a El Niño e La Niña sobre o crescimento e desenvolvimento da cobertura vegetal e sua evolução temporal no Estado do Rio Grande do Sul, utilizando imagens do satélite NOAA. Foram utilizados dados mensais de precipitação pluvial e imagens de Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), no período de julho de 1981 a junho de 2000, sendo as análises feitas para todo o Estado e para as diversas Zonas de Cobertura e Uso do Solo. Os dados, classificados como El Niño, La Niña e neutro, foram utilizados para confeccionar imagens médias, imagens de anomalias e para traçar gráficos de evolução temporal de NDVI. Por fim, foi feita a análise da relação entre precipitação pluvial e NDVI. Os resultados mostraram que as diversas Zonas de Cobertura e Uso do Solo apresentam padrões diferenciados de variação na cobertura vegetal ao longo do ano, o qual é determinado pela disponibilidade hídrica, de radiação solar e de temperatura, sendo possível quantificar as alterações do padrão, através do monitoramento com imagens de NDVI/NOAA. Parte da variabilidade interanual do padrão de evolução do NDVI está associada à ocorrência do fenômeno El Niño e La Niña, como conseqüência, principalmente, do efeito deste fenômeno sobre a precipitação pluvial do Estado. Em anos de El Niño há um aumento na precipitação pluvial e conseqüentemente anomalias positivas de NDVI, enquanto que em anos de La Niña ocorre diminuição da precipitação pluvial a qual proporciona predominância de anomalias negativas de NDVI. Existe um tempo de resposta da vegetação às condições hídricas, ocasionado por uma defasagem entre o aumento ou diminuição da precipitação pluvial e o conseqüente aumento ou decréscimo de NDVI. O padrão e a intensidade dos efeitos no NDVI associados ao fenômeno El Niño e La Niña, estão relacionados às condições edafoclimáticas e de uso e cobertura do solo. As relações entre NDVI e precipitação pluvial evidenciam que este é um dos principais elementos que influi nas condições de crescimento vegetal para o Estado do Rio Grande do Sul.

O Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), versão 3b, foi utilizado para simular o escoamento na Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA) para explicar a influência de circulações clássicas e não clássicas devido as proximidades do oceano e da Lagoa dos Patos, e da ilha de calor formada pelas cidades. O RAMS foi utilizado em um domínio tridimensional com duas grades sendo utilizadas, a grade mais grossa com resolução horizontal de 8 Km, e a grade mais fina com resolução horizontal de 2 Km. A inicialização do modelo é homogênea e parte do repouso, em uma situação de verão. Foram realizados 3 experimentos; o primeiro deles com apenas a grade mais grossa e com a parametrização da vegetação sendo grama curta em todo o domínio; o segundo utilizando as duas grades, sendo que a área coberta pela grade mais fina é parametrizada como deserto, nas duas grades; o terceiro diferencia-se do segundo pela adição de uma forçante térmica no primeiro nível da área coberta pela grade mais fina durante o período da noite (após o pôr do sol). Os resultados mostram que circulação de brisa lacustre/terrestre é responsável por uma forte tendência meridional no escoamento resultante sobre a RMPA, só sendo atenuada pela componente zonal da circulação de brisa marítima à partir do final da tarde. A confluência dessas duas circulações provoca uma tendência a elevação da camada de mistura. A presença da ilha de calor aumenta o movimento convectivo, com maior transporte vertical de calor sensível, e também retardou o avanço da frente de brisa marítima, embora durante a noite a sua influência não tenha sido muito significante.

Em cenas naturais, ocorrem com certa freqüência classes espectralmente muito similares, isto é, os vetores média são muito próximos. Em situações como esta, dados de baixa dimensionalidade (LandSat-TM, Spot) não permitem uma classificação acurada da cena. Por outro lado, sabe-se que dados em alta dimensionalidade [FUK 90] tornam possível a separação destas classes, desde que as matrizes covariância sejam suficientemente distintas. Neste caso, o problema de natureza prática que surge é o da estimação dos parâmetros que caracterizam a distribuição de cada classe. Na medida em que a dimensionalidade dos dados cresce, aumenta o número de parâmetros a serem estimados, especialmente na matriz covariância. Contudo, é sabido que, no mundo real, a quantidade de amostras de treinamento disponíveis, é freqüentemente muito limitada, ocasionando problemas na estimação dos parâmetros necessários ao classificador, degradando portanto a acurácia do processo de classificação, na medida em que a dimensionalidade dos dados aumenta. O Efeito de Hughes, como é chamado este fenômeno, já é bem conhecido no meio científico, e estudos vêm sendo realizados com o objetivo de mitigar este efeito. Entre as alternativas propostas com a finalidade de mitigar o Efeito de Hughes, encontram-se as técnicas de regularização da matriz covariância. Deste modo, técnicas de regularização para a estimação da matriz covariância das classes, tornam-se um tópico interessante de estudo, bem como o comportamento destas técnicas em ambientes de dados de imagens digitais de alta dimensionalidade em sensoriamento remoto, como por exemplo, os dados fornecidos pelo sensor AVIRIS. Neste estudo, é feita uma contextualização em sensoriamento remoto, descrito o sistema sensor AVIRIS, os princípios da análise discriminante linear (LDA), quadrática (QDA) e regularizada (RDA) são apresentados, bem como os experimentos práticos dos métodos, usando dados reais do sensor. Os resultados mostram que, com um número limitado de amostras de treinamento, as técnicas de regularização da matriz covariância foram eficientes em reduzir o Efeito de Hughes. Quanto à acurácia, em alguns casos o modelo quadrático continua sendo o melhor, apesar do Efeito de Hughes, e em outros casos o método de regularização é superior, além de suavizar este efeito. Esta dissertação está organizada da seguinte maneira: No primeiro capítulo é feita uma introdução aos temas: sensoriamento remoto (radiação eletromagnética, espectro eletromagnético, bandas espectrais, assinatura espectral), são também descritos os conceitos, funcionamento do sensor hiperespectral AVIRIS, e os conceitos básicos de reconhecimento de padrões e da abordagem estatística. No segundo capítulo, é feita uma revisão bibliográfica sobre os problemas associados à dimensionalidade dos dados, à descrição das técnicas paramétricas citadas anteriormente, aos métodos de QDA, LDA e RDA, e testes realizados com outros tipos de dados e seus resultados.O terceiro capítulo versa sobre a metodologia que será utilizada nos dados hiperespectrais disponíveis. O quarto capítulo apresenta os testes e experimentos da Análise Discriminante Regularizada (RDA) em imagens hiperespectrais obtidos pelo sensor AVIRIS. No quinto capítulo são apresentados as conclusões e análise final. A contribuição científica deste estudo, relaciona-se à utilização de métodos de regularização da matriz covariância, originalmente propostos por Friedman [FRI 89] para classificação de dados em alta dimensionalidade (dados sintéticos, dados de enologia), para o caso especifico de dados de sensoriamento remoto em alta dimensionalidade (imagens hiperespectrais). A conclusão principal desta dissertação é que o método RDA é útil no processo de classificação de imagens com dados em alta dimensionalidade e classes com características espectrais muito próximas. / The remote sensing analysis of natural scenes has been relying primarily on data collected by sensors that provide a relatively small number of spectral bands. In most of the cases, this low dimensional image data has proved capable of performing image data classification in an acceptable way. There are some cases, however, in which some or all of the classes involved are spectrally very similar, i.e., their mean vectors are nearly identical. In these cases, the low dimensional image data yield a very low classification accuracy. This problem may be solved by using high dimensional image data. It is well known that high dimensional image data allows for the separation of classes that are spectrally very similar , provided that their covariance matrices differ significantly. One problem with high dimensional data, however, is related to the estimation of the required parameters, specially the class covariance matrices. As the data dimension increases, so does the number of parameters to be estimated. In real world conditions, however, the sample size normally available for parameter estimation is limited, resulting in poor estimates for the parameters. This problem becomes apparent when one compares the classification accuracy against the data dimensionality. Initially the accuracy of the classifier tends to increase as the number of spectral bands increase, i.e., as the data dimensionality becomes larger. Eventually the accuracy peaks and as the data dimensionality continues to increase the classification accuracy tends to decrease. This pattern, known as the "Hughes Phenomenon" is caused by the gradual deterioration of the parameters estimation as the data dimensionality keeps increasing while the number of available training samples remains constant. One possible way to mitigate this problem consists in the procedure known as regularization of the covariance matrix. This procedure can be performed in two steps: (1) replacing the class covariance matrix by a linear combination of the class covariance matrix and the common covariance matrix for all classes involved in the process and (2) scaling the class covariance matrices to counter the bias that tend to estimate the small eigenvalues too small and the large eigenvalues too large. This bias occur whenever the number of training samples is too small compared with the data dimensionality. This study is concerned with the applications of the regularization techniques to remote sensing high dimensional image data such as the data provided by the AVIRIS sensor system. Methods using the conventional quadratic classifier (QDA) and the classifier implementing the regularized covariance matrices (RDA) are tested and compared. The experiments have shown that the regularization techniques were very efficient in mitigating the Hughes phenomenon. In some experiments, the maximum accuracy was obtained using the conventional quadratic classifier (QDA), with a smaller number of spectral bands. In other cases the regularized procedure (RDA) produced more accurate results at higher dimensionality having mitigated the Hughes phenomenon. The investigation of the behavior of the regularization procedure (RDA) in remote sensing image data constitutes the main contribution of this study. The regularization procedure, originally proposed by Friedman is shown to perform well in remote sensing digital image classification. The regularization procedure (RDA) seems to be capable of improving the accuracy of the classification procedure when high dimensional image data is used.

O objetivo geral deste trabalho é desenvolver estudos relacionados à dispersão de poluentes, considerando a queima de carvão para geração de energia nas Usinas Termoelétricas de Charqueadas e São Jerônimo. O período de estudo foi do dia 17 a 23 de junho de 2003. Neste período houve a passagem de um sistema frontal. Sendo possível avaliar a dispersão dos poluentes em condições pré-frontal, frontal e pós-frontal. Para simular o comportamento dos poluentes neste período, foi utilizada uma subrotina de dispersão acoplada ao modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Os resultados mostraram que nos dias classificados como pré-frontal e pós-frontal as concentrações do material particulado, dióxido de enxofre e do óxido de nitrogênio, atingiram seus valores máximos, pelo fato da umidade relativa do ar estar bastante baixa em torno de 60%, pressão atmosférica da ordem de 1021 hPa e a intensidade dos ventos fraca. No dia classificado como frontal, as concentrações estavam praticamente nulas, devido à passagem do sistema frontal que causou a queda na pressão atmosférica, aumento da umidade relativa e também pelo fato da ocorrência de precipitação atmosférica neste dia. As comparações dos resultados simulados, com os dados observados na estação de qualidade do ar mostraram-se satisfatórios. Com exceção do dia 22 de junho, que apresentou uma diferença da ordem de 90%.

A temperatura da superfície terrestre (TST), além da ação determinante sobre o crescimento e o desenvolvimento das plantas, influencia também muitos processos físicos, químicos e biológicos, tendo significativa relevância científica em um vasto campo das atividades de pesquisa e gerenciamento dos recursos naturais. O objetivo geral deste estudo foi verificar a adequação do uso de sensores orbitais AVHRR/3 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) classe POES (Polar Operational Environmental Satellites) para mapeamento de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul, visando sua implementação em programas operacionais de monitoramento agrometeorológico. No estudo realizado no período de junho a setembro de 2002, foram utilizadas 11 imagens noturnas e 20 imagens diurnas, captadas na estação de recepção de imagens NOAA pertencente ao Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM). Após processamento, as imagens foram utilizadas para a determinação da temperatura de brilho da banda 4 e 5 da TST através dos métodos de Becker e Li (1990), Kerr et al. (1992) e Sobrino et al. (1993). A TST obtida a partir das imagens foi comparada aos dados de temperatura do ar obtidos em 13 estações meteorológicas de superfície Os resultados mostraram que os sensores orbitais AVHRR/3 são adequados para o mapeamento noturno de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul. O método de Sobrino et al. (1993) é o mais adequado entre os métodos testados para a estimativa das temperaturas noturnas no Estado, embora ainda seja necessário um aprofundamento teórico em relação aos efeitos atmosféricos sobre regiões localizadas em baixas latitudes. Também a temperatura estimada por sensores remotos pode ser utilizada para estimar a temperatura do ar nos locais avaliados, sendo que ainda deve ser testada a extrapolação para outros locais.

Este trabalho tem a finalidade de fornecer os elementos necessários à montagem de um SIG para gerenciamento e controle de obras públicas, tendo como ponto de partida as relacionadas às estradas de terra, portanto na área rural do município, podendo, ser estendido as outras áreas da gestão pública. A preferência pela questão viária dá-se pelo fato dela ter grande apelo econômico e relativa facilidade de aquisição dos planos de informação, quais sejam: malha viária, pontos notáveis, obras de arte, drenagem, relevo e solo. Planos de informação pertinentes à malha viária, aos pontos notáveis e às obras de arte, adquiridos em levantamento de campo com GPS, e drenagem, relevo e solo adquiridos via vetorização de plantas existentes. Através de um programa de apoio à gerência denominado SISGEM - Sistema de Gerência de Estradas Municipais - pode-se obter dados a respeito da produção, produtividade, custos, etc, gerando atributos aos geo objetos dos planos de informação descritos acima, e, desta forma, permitindo o cruzamento de planos de informações vetoriais com os relatórios gerados a partir dos trabalhos realizados.

O uso de dados altimétricos para a avaliação e monitoramento da variação dos níveis dos oceanos, teve início com o satélite Seasat e vem desenvolvendo-se com êxito em outros sistemas como o Geosat e o ERS-l. Esta técnica tem se mostrado única em termos de oceanografia e abre caminho para a sua utilização em outros campos como a hidrologia. A possibilidade de avaliar-se os niveis das águas continentais por meio da altimetria, trata-se de uma proposta promissora termos de recursos hidricos em países de dimensões como o Brasil.O desenvolvimento de um algoritmo capaz de. a partir dos dados do satélite altimétrico Geosat processá-los de forma mais rápida e econômica, fornecendo informações prévias com as quais se possa efetivamente obter a variação do nível das águas de rios e Lagoas, constitue-se no desafio desta dissertação.O ajuste matemático proposto, que se utilizaria de um número menor de variáveis, se comparado ao método aplicado pela NASA, não trouxe os resultados esperados , mostrando-se ineficiente. Esta dissertação sugere que, embora este modelo proposto tenha se mostrado inadequado, abre-se um vasto campo de pesquisas para que a altimetria de satélites torne-se uma técnica operacional e viável em termos de recursos hidricos em águas continentais.

Com o advento dos sensores hiperespectrais se tornou possível em sensoriamento remoto, uma serie de diferentes aplicações. Uma delas, é a possibilidade de se discriminar classes com comportamentos espectrais quase idênticas. Porém um dos principais problemas encontrados quando se trabalha com dados de alta dimensionalidade, é a dificuldade em estimar os inúmeros parâmetros que se fazem necessários. Em situações reais é comum não se ter disponibilidade de tamanho de amostra suficiente, por exemplo, para se estimar a matriz de covariâncias de forma confiável. O sensor AVIRIS fornece uma riqueza de informações sobre os alvos, são 224 bandas cobrindo o espectro eletromagnético, o que permite a observação do comportamento espectral dos alvos de forma muito detalhada. No entanto surge a dificuldade de se contar com uma amostra suficiente para se estimar a matriz de covariâncias de uma determinada classe quando trabalhamos com dados do sensor AVIRIS, para se ter uma idéia é preciso estimar 25.200 parâmetros somente na matriz de covariâncias, o que necessitaria de uma amostra praticamente impraticável na realidade. Surge então a necessidade de se buscar formas de redução da dimensionalidade, sem que haja perda significativa de informação. Esse tipo de problema vem sendo alvo de inúmeros estudos na comunidade acadêmica internacional. Em nosso trabalho pretendemos sugerir a redução da dimensionalidade através do uso de uma ferramenta da geoestatística denominada semivariograma. Investigaremos se os parâmetros calculados para determinadas partições do transecto de bandas do sensor AVIRIS são capazes de gerar valores médios distintos para classes com comportamentos espectrais muito semelhantes, o que por sua vez, facilitaria a classificação/discriminação destas classes.

Este trabalho propõe avaliar os riscos potenciais à qualidade das águas superficiais da bacia hidrográfica do arroio Sapucaia, considerando os aspectos físicos, o uso do solo, o desenvolvimento humano e os problemas sanitários. A bacia possui uma área de 131 km2, suas nascentes localizam-se na zona rural dos municípios de Gravataí e Novo Hamburgo e sua foz junto rio dos Sinos. O arroio Sapucaia percorre, em seu baixo curso, uma área densamente urbanizada junto aos municípios de Canoas, Esteio e Sapucaia do Sul onde encontra-se a maior parte da população da bacia. Os materiais utilizados foram as cartas 1:50.000 da Cartografia Sistemática Brasileira, folhas de São Leopoldo e Gravataí, uma imagem do sensor ASTER (plataforma EOS/TERRA) 14 bandas, utilizadas 1, 2 e 3N e os dados do censo demográfico 2000 (IBGE). Os aspectos físicos e o uso do solo foram avaliados em toda a área da bacia tomando por base os índices físicos, especialmente o Ir (Índice de Rugosidade), e a classificação da imagem. As condições de desenvolvimento humano e os problemas sanitários foram avaliados nos municípios de Canoas, Esteio e Sapucaia do Sul, através dos índices IDH (Índice de Desenvolvimento Humano) e ISA (Índice de Saneamento Ambiental), respectivamente. A aplicação do índice IDH apresentou resultados coerentes com o IDH-M para os três municípios. O índice ISA apresentou resultados relativamente homogêneos nas áreas centrais dos municípios com valores mais elevados, enquanto tornou evidentes os problemas sanitários em áreas periféricas como na região marginal ao arroio Sapucaia, na fronteira entre os municípios de Esteio e Canoas, onde foram obtidos os valores mais baixos. O índice Ir apresentou os valores mais elevados nas sub-bacias Itacolomi, Santa Tecla e Sapucaia Norte-2 junto às nascentes. Constatou-se também a predominância das áreas de ocupação irregular na região urbanizada da bacia e a influência dos fatores sócio-econômicos na ocupação destas áreas através dos índices IDH e ISA. Esse método mostrou-se adequado para aplicação em bacias hidrográficas situadas em áreas urbanas, sem monitoramento contínuo e com carência de dados, demostrando o potencial do uso integrado dos sistemas de informações geográficas e do sensoriamento remoto em avaliações de resposta rápida e baixo custo. / This study aims to evaluate the potential risks to the quality of superficial waters of hidrographic basin of Sapucaia river, considering the physical aspects, the use of soil, the human development and the sanitary problems. Its basin is 131Km2 and its head is located in the rural districts of the cities of Gravataí and Novo Hamburgo, and its mouth is placed at Sinos river. Sapucaia river runs, in its low course, along a densely urbanized area through the cities of Canoas, Esteio and Sapucaia do Sul, where most of the population of the basin is located. The materials employed were the 1:50.000 charts, from Braziliam Systematic Cartography, São Leopoldo and Gravataí´s pages, an ASTER image (EOS/TERRA platform) 14 bands, used 1, 2 and 3N and the 2000 demographic census (IBGE). The physical aspects and the use of soil were evaluated along the whole area of the basin taking the physical index as reference, especially RI (Rugosity Index) and image classification. The conditions of human development and the sanitary problems were evaluated in the cities of Canoas, Esteio and Sapucaia do sul, through HDI (Human Development Index) and ESI (Environmental Sanitation Index) respectively. The application of HDI presented coherent results with IDH-M for the three cities. The ESI presented relatively homogeneous results in the central areas of the cities with higher values, while it made the sanitary problems evident in peripheral areas like in the marginal area to Sapucaia river, at the boundary of the cities of Esteio and Canoas, where the lowest results were obtained. The RI index presented the higher values at Itacolomi, Santa Tecla and Sapucaia Norte-2 sub-basins at the river-heads. It was also observed the predominance of irregular settling zones at the urbanized region of the basin and the influence of socio-economical factors in this region’s settlings through the HDI and ESI indexes. This method proved adequate for the aplication to the hidrographic basins situated in urban areas, lacking continuous monitoring and data, showing the potential of integrated use of geographic information systems and remote sensing for fastresponse, low-cost evaluations.