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Previous issue date: 2018-03-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho teve como objetivo estimar as profundidades da zona eufótica (Zeu) e do disco de Secchi (ZSD) a partir do coeficiente de atenuação da luz (kd) utilizando dados do sensor Operational Land Imager (OLI)/Landsat-8 no reservatório de Bariri. Como importantes parâmetros de medida da claridade da água, kd, Zeu e ZSD são afetados pelas substâncias opticamente significativas (SOS). A caracterização óptica do reservatório foi realizada a partir de duas campanhas de campo realizadas no período seco, aqui nomeadas como BAR1 (agosto/2016) e BAR2 (junho/2017), que contaram com análises das propriedades ópticas inerentes (POIs), das SOS e da coleta de dados radiométricos para o cálculo da reflectância de sensoriamento remoto (Rsr). A localização do reservatório de Bariri como o segundo do Sistema de Reservatórios em Cascata (SRC) do Rio Tietê promove a heterogeneidade dos seus níveis de eutrofização na direção montante-jusante além de caracterizá-lo como altamente produtivo. As campanhas de campo foram marcadas por uma significativa diferença nos valores de concentração de clorofila-a ([Chl-a]) que apresentou variação média entre 7,99 e 119,76 μg L-1 com os maiores valores em BAR1, com decréscimo das SOS em BAR2 em relação a BAR1 e predomínio de material particulado orgânico (MPO) nas duas campanhas de campo; a turbidez variou entre 5,72 e 16,60 NTU. A absorção por matéria orgânica colorida dissolvida (aCDOM) foi predominante nas duas campanhas de campo, sendo mais expressiva em BAR2. Para as estimativas de kd, nove modelos empíricos e três modelos semi-analíticos baseados em dados radiométricos como razões entre as bandas azul/verde e azul/vermelho do sensor OLI/Landsat-8 e baseados em [Chl-a] foram avaliados. Considerando a propriedade óptica aparente (POA) do kd, um modelo semi-analítico baseado em POIs e na distribuição angular da luz apresentou os menores erros (erro médio percentual absoluto – MAPE) de 40% em relação aos modelos empíricos de [Chl-a] com 60% e de 80% para os modelos empíricos baseados em razões de bandas. A partir das estimativas de kd, modelos de estimativa de Zeu e ZSD foram avaliados. Para as estimativas de Zeu, cinco modelos empíricos, baseados na relação entre o coeficiente de atenuação da luz da radiação fotossinteticamente ativa [kd(PAR)] e de kd em 490 nm [kd(490)], e um modelo semi-analítico, baseado na equação de transferência radiativa, foram considerados; para as estimativas de ZSD, um modelo semi-analítico foi testado. Os resultados obtidos foram melhores para um modelo empírico (erro percentual absoluto – ε) de Zeu com 16% em relação ao modelo semi-analítico (ε 30%) e os erros nas estimativas de ZSD foram de 57%. Os erros nas estimativas de kd revelaram que a acurácia dos modelos empíricos foi comprometida devido à influência por CDOM e que o modelo semi-analítico, por considerar a natureza óptica de kd como uma POA, apresentou os melhores resultados. As estimativas de ZSD também foram afetadas pelas características ópticas de Bariri, não apresentando correlação com a matéria orgânica em BAR2, marcado pelo decréscimo de [Chl-a] e aumento dos valores de aCDOM. Zeu mostrou melhores resultados a partir de um modelo empírico calibrado com dados ópticos semelhantes aos do reservatório de Bariri em comparação ao modelo semi-analítico, desenvolvido para abranger as variações bio-ópticas sazonais e regionais. kd, Zeu e ZSD foram espacializados a partir de imagens do sensor OLI/Landsat-8 permitindo a avaliação espaçotemporal desses parâmetros que apresentaram um padrão sazonal quando analisados em relação aos dados de precipitação. kd apresentou variação entre 0,89 e 5,60 m-1 para o período analisado (2016) e Zeu e ZSD apresentaram variação entre 0,30 e 7,60 m e entre 0,32 e 2,95 m, respectivamente, para o período de 2014-2016. Pode-se concluir então, que apesar das estimativas de kd, Zeu e ZSD terem sido afetadas pela influência de CDOM no reservatório de Bariri, o esquema semi-analítico foi capaz de estimar kd com menor erro e permitiu as estimativas de Zeu e ZSD. / The objective of this present work was estimate the euphotic zone (Zeu) and Secchi disk (ZSD) depths from the light attenuation coefficient (kd) using the Operational Land Imager (OLI)/Landsat-8 data in Bariri reservoir. The kd, Zeu and ZSD are important water clarity parameters and are influenced by the optically significant substances (OSS). The optical characterization was carried out with data collected in two field campaigns in the dry period, here called BAR1 (august/2016) and BAR2 (june/2017), that included analysis of the inherent optical properties (IOPs), of the OSS and radiometric data to calculate the remote sensing reflectance (Rrs). The location of Bariri reservoir as the second of the Cascading Reservoir System (CRS) of Tietê River promotes the heterogeneity of the eutrophication levels from upstream to downstream besides characterizes the reservoir as highly productive. The field campaigns presented a significant difference in chlorophyll-a concentrations ([Chl-a]) with mean variation between 7.99 and 119.76 μg L-1 with the highest values in BAR1, with reduce of the OSS in BAR2 in relation to BAR1 and predominance of organic particulate matter (OPM) in both field campaigns and variation in turbidity from 5.72 to 16.60 NTU. The absorption of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) was dominant in both field campaigns and more expressive in BAR2. For the kd estimates, nine empirical models and three semi-analytical models based on radiometric data such as ratios of blue-green and blue-red bands of (OLI)/Landsat 8 sensor and based on [Chl-a] were evaluated. Considering the apparent optical property (AOP) of kd, a semi-analytical model based on IOPs and the light angular distribution presented the lowest errors (mean absolute percentage error – MAPE) of 40% in relation to the empirical models of [Chl-a] with 60% and of 80% for the empirical models based on the band ratios. Through the kd estimates, models to derive Zeu and ZSD were evaluated. For the Zeu estimates, five empirical models were considered based on the relation between the attenuation coefficient of the photosynthetically active radiation [kd(PAR)] and the kd at 490 nm [kd(490)], and one semi-analytical model, based on the radiative transfer equation; for the ZSD estimates, one semi-analytical model was tested. The empirical model of Zeu showed the better results with the (unbiased absolute percentage error – ε) 16% in relation to the semi-analytical model (ε 30%) and the estimates errors of ZSD were 57%. The errors in kd estimates revealed that the accuracy of the empirical models was affected by the CDOM influence in Bariri reservoir and the semi-analytical model presented a better performance when considering the optical nature of kd as an AOP. The ZSD estimates were also affected by the optical characteristics of Bariri with no correlation to the SPM in BAR2, where the [Chl-a] decreased and the aCDOM increased. Zeu showed better results from an empirical model calibrated with similar optical data to Bariri reservoir in relation to the semi-analytical model developed to be applied in a wide range of bio-optical seasonal and regional variations. The kd, Zeu and ZSD were spatially distributed through OLI/Landsat-8 images allowing the temporal-spatial assessment of theses parameters, which presented a seasonal pattern when analyzed in relation to rainfall data. kd presented variation from 0.89 to 5.60 m-1 to the analyzed period (2016) and Zeu and ZSD presented variations between 0.30 and 7.60 m and between 0.32 and 2.95 m, respectively, for 2014-2016 period. It can be concluded, therefore, that despite of the CDOM have affected the kd, Zeu and ZSD retrievals in Bariri reservoir, the semi-analytical scheme was able to estimate kd with lowest error and enable the Zeu and ZSD estimates. / CNPq: 131737/2016-3 / FAPESP: 2012/19821-1 e 2015/21586-9
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unesp.br:11449/153657 |
| Date | 23 March 2018 |
| Creators | Gomes, Ana Carolina Campos [UNESP] |
| Contributors | Universidade Estadual Paulista (UNESP), Alcântara, Enner Herenio de [UNESP], Rodrigues, Thanan Walesza Pequeno |
| Publisher | Universidade Estadual Paulista (UNESP) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNESP, instname:Universidade Estadual Paulista, instacron:UNESP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 600, 600 |
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