hidrologia_amostra

7182019 hidrologia_amostra

httpslidepdfcomreaderfullhidrologiaamostra 124

Novas Tecnologias para o Monitoramento

e Estudo de Reservatoacuterios Hidreleacutetricos eGrandes Lagos

Organizadores

Enner Herenio AlcacircntaraEvlyn Maacutercia Leatildeo de Moraes Novo

Joseacute Luiz Stech

Satildeo Joseacute dos Campos SP

2011

wwwparentesecombr



AGRADECIMENTOS

Para que esta obra fosse possiacutevel contamos com pesquisadores de seis instituiccedilotildees(1) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) (2) Universidade Federal deItabujaacute (UNIFEI) (3) Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) (4) EmbrapaPantanal e (5) Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Universidade de Satildeo Paulo (EESC-USP) e (6) Furnas Centrais Eleacutetricas ndash as quais merecem nosso agradecimento peloempenho e pela dedicaccedilatildeo

Enner Herenio de Alcacircntara Renata Fernandes Figueira Nascimento e Joseacute Luiz Ste-

ch agradecem o apoio do projeto FAPESP 200708103-2 no financiamento das pesqui-sas que originaram os capiacutetulos 1 e 2 Luciana de Resende Londe Bernard Freire Barba-risi e Evlyn Maacutercia Leatildeo de Moraes Novo agradecem agrave CAPES (Processo nordm 177305-4)e agrave FAPESP (Processo nordm 0415901-4 e 0807537-1) pelo financiamento das pesquisasque originaram os capiacutetulos 6 e 7

Os autores tambeacutem agradecem a ESTRE Ambiental (httpwwwestrecombr) pelopatrociacutenio parcial da obra



PREFAacuteCIO

Haacute quase consenso de que o dioacutexido de carbono e o metano produzido por atividades an-troacutepicas satildeo os responsaacuteveis pelo aumento da temperatura global e consequente mudanccedila doclima planetaacuterio1 A mudanccedila do clima faz com que o registro histoacuterico de muitos fenocircmenosnaturais ndash vazotildees 1047298uviais por exemplo ndash seja pouco uacutetil para definir cenaacuterios probabiliacutesticospara o futuro Isso porque a mudanccedila faz com que a estacionariedade dos processos estocaacutesti-cos subjacentes aos fenocircmenos naturais deixe de ser uma hipoacutetese razoaacutevel Nesse transientecenaacuterios futuros soacute podem ser elaborados com o apoio de modelos gerais de circulaccedilatildeo da

atmosfera Mas haacute grande variaccedilatildeo entre as previsotildees produzidas por diferentes modelosEntre as razotildees para essa grande variabilidade de previsotildees destaca-se a maneira de mo-delar o efeito do aumento do vapor de aacutegua na atmosfera causado pelo aumento da tem-peratura Como o vapor de aacutegua eacute o principal gaacutes de efeito estufa agrave primeira vista haveriaum feedback positivo Poreacutem o aumento de concentraccedilatildeo de vapor de aacutegua tambeacutem causaaumento de nebulosidade E as nuvens causam simultaneamente um efeito na direccedilatildeo deincremento ainda maior de temperatura (aprisionamento das ondas longas oriundas daTerra) e um efeito na direccedilatildeo contraacuteria (re1047298exatildeo das ondas curtas oriundas do Sol)

O setor energeacutetico e o de transportes satildeo constantemente apontados em escala mun-dial como os principais vilotildees da mudanccedila climaacutetica devido agrave queima de combustiacuteveis

foacutesseis No Brasil como as usinas hidreleacutetricas satildeo responsaacuteveis por mais de 80 daenergia eleacutetrica consumida pelos brasileiros deveriacuteamos ser festejados e reconhecidospela comunidade internacional como um paiacutes que produz eletricidade de forma renovaacute-vel Isso porque a aacutegua que funciona como ldquocombustiacutevelrdquo das turbinas eacute continuamentereposta pelo ciclo hidroloacutegico que por sua vez depende da energia solar Entretantoessa aparente vantagem da hidroeletricidade tem sido colocada sob suspeiccedilatildeo devido agravedecomposiccedilatildeo anaeroacutebica de material orgacircnico depositado no fundo dos reservatoacuteriosdas usinas hidreleacutetricas que causaria emissatildeo de metano

Esse eacute um fenocircmeno que ocorre naturalmente em aacutereas alagadas e pantanosas no mun-do todo A emissatildeo de metano ocorre por borbulhamento difusatildeo na superfiacutecie do lago e

descompressatildeo do escoamento depois de passar pelas turbinas Sobre isso natildeo haacute duacutevidaTodavia haacute ainda pouco conhecimento sobre quanto gaacutes eacute emitido e como essa quantidade eacuteafetada pelo passar do tempo apoacutes o enchimento do reservatoacuterio e pela ocorrecircncia de even-tos meteoroloacutegicos por exemplo a passagem de frentes frias (tema abordado no Capiacutetulo 4)

Algumas ldquoONGs ideoloacutegicasrdquo contraacuterias agrave construccedilatildeo de usinas hidreleacutetricas tecircmadotado um discurso pseudocientiacutefico sobre o assunto Atuam politicamente como se

1 Trata-se de uma visatildeo dominante mas natildeo unacircnime porque haacute alguns cientistas que atribuem o aqueci-mento a outras causas



estivessem revelando inquestionaacuteveis verdades cientificamente comprovadas Natildeo estatildeoSoacute a pesquisa iraacute determinar quanto efetivamente de metano eacute liberado pelos reserva-

toacuterios para a atmosfera No estaacutegio atual natildeo haacute uma relaccedilatildeo bem estabelecida e universal-mente aceita da taxa de produccedilatildeo e liberaccedilatildeo de metano com a taxa de renovaccedilatildeo da aacuteguaa geometria do reservatoacuterio e as caracteriacutesticas da cobertura vegetal da aacuterea alagada Na re-alidade natildeo haacute sequer consenso em relaccedilatildeo agrave mensuraccedilatildeo da emissatildeo e extrapolaccedilatildeo de da-dos de um local para outro Assim natildeo surpreende que ainda seja difiacutecil separar o que seriaa emissatildeo de gases causada pela accedilatildeo antroacutepica em questatildeo (construccedilatildeo do reservatoacuterio) deduas outras fontes de emissatildeo (a) a emissatildeo natural existente em aacuterea densamente vegetada

e periodicamente inundada como eacute o caso da planiacutecie amazocircnica (b) a emissatildeo antroacutepicacausada pelo lanccedilamento de esgoto in natura por municiacutepios lindeiros aos reservatoacuteriosPara esclarecer essas e outras questotildees eacute preciso reforccedilar a produccedilatildeo cientiacutefica sobre

a dinacircmica dos reservatoacuterios Natildeo apenas para melhor quantificar a emissatildeo de metanomas tambeacutem para compreender em que circunstacircncias os reservatoacuterios satildeo fonte ou su-midouro de gases que contribuem para o efeito estufa para compreender a distribuiccedilatildeotemporal e espacial da temperatura da aacutegua e o correspondente efeito sobre a evaporaccedilatildeoe os processos bioloacutegicos e fiacutesicos para compreender como as diferenccedilas de temperaturaentre o ar e a aacutegua controlam os 1047298uxos de calor e umidade que satildeo determinantes dociclo hidroloacutegico para compreender como os nutrientes oriundos de atividades urbanas

ou agriacutecolas impactam a qualidade da aacutegua para compreender a importacircncia das frentesfrias nas trocas de gases de efeito estufa entre os reservatoacuterios tropicais e a atmosfera paracompreender os processos naturais (por exemplo incidecircncia de fitoplacircncton) e induzi-dos pelo homem (como a ocupaccedilatildeo da vaacuterzea do Amazonas por gado) e para compreen-der como ocorre o escoamento da aacutegua nos reservatoacuterios em diferentes profundidades

A melhor forma de entender esses assuntos eacute alimentando modelos matemaacuteticos cominformaccedilotildees obtidas tanto por mediccedilotildees in situ quanto por sensoriamento remoto Eacute amaneira indicada para se realizar a anaacutelise estrutural e funcional dos ecossistemas aquaacute-ticos de modo sinoacuteptico e em diferentes escalas temporais e espaciais

Nesse contexto este livro lida com todos esses assuntos E com muitos outros Trata-

se de relevante contribuiccedilatildeo para o avanccedilo do conhecimento cientiacutefico e indiretamentepara o processo decisoacuterio sobre a utilizaccedilatildeo de nossos recursos naturais

Jerson Kelman eacute professor da COPPE-UFRJ presidente da Light ex-presidente daAssociaccedilatildeo Brasileira de Recursos Hiacutedricos (ABRH) da Agecircncia Nacional de Aacuteguas(ANA) e da Agecircncia Nacional de Energia Eleacutetrica (ANEEL)



APRESENTACcedilAtildeO

O livro ldquoNovas tecnologias para monitoramento e estudo de reservatoacuterios hidre-leacutetricos e grandes lagosrdquo sintetiza o esforccedilo de pesquisa voltado agrave ampliaccedilatildeo do uso detecnologia espacial e de seus spinn offs na aquisiccedilatildeo de informaccedilatildeo sobre os sistemasaquaacuteticos continentais e sobre as funccedilotildees de forccedila naturais e antropogecircnicas que afetamseu funcionamento e equiliacutebrio dinacircmico

O livro eacute composto por 7 capiacutetulos o primeiro capiacutetulo resume parte dos resultadosde um projeto financiado pela FAPESP (Processo nordm 0708103-2) que abrigou vaacuterias

pesquisas em niacutevel de poacutes-graduaccedilatildeo incluindo uma tese de doutorado e duas disserta-ccedilotildees de mestrado jaacute concluiacutedas Nesse capiacutetulo ldquoTecnologia Espacial para o Monitora-mento da Temperatura e Fluxos de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua do Reservatoacuterio Hidre-leacutetrico de Itumbiara (GO)rdquo dados do sensor MODISTerra satildeo integrados a medidasobtidas por sensores fundeados para mapear e explicar as variaccedilotildees espaciais e temporaisda temperatura na superfiacutecie da aacutegua obtida por sateacutelite por meio dos 1047298uxos de calor edos principais processos fiacutesicos envolvidos Esse capiacutetulo representa um exemplo didaacuteti-co de como podem ser integrados dados de sensoriamento de vaacuterias fontes (MODIS eSRTM) medidas de campo e medidas de sistemas de monitoramento automaacutetico paraproduzir informaccedilotildees sobre a estrutura teacutermica do reservatoacuterio de Itumbiara Representa

tambeacutem um exemplo interessante de aplicaccedilatildeo de sensores que operam na regiatildeo termaluma regiatildeo ainda pouco explorada nos estudos de sistemas aquaacuteticos continentais

O segundo capiacutetulo Utilizaccedilatildeo de dados MERIS em aacuteguas interiores demonstra comodados de sensores orbitais e dados in situ podem ser integrados para se obter uma caracteri-zaccedilatildeo bio-oacuteptica da aacutegua do reservatoacuterio de Itumbiara O capiacutetulo apresenta os meacutetodos dequantificaccedilatildeo das Propriedades Oacutepticas Inerentes (POIs) da aacutegua integrando dados limnoloacute-gicos in situ e modelos bio-oacutepticos aplicados a dados do sensor MERIS aleacutem de avaliar suavariabilidade em funccedilatildeo da variaccedilatildeo dos niacuteveis de operaccedilatildeo do reservatoacuterio na cheia e vazante

O terceiro capiacutetulo O uso do sensoriamento remoto orbital e de superfiacutecie para oestudo do comportamento do corpo de aacutegua do reservatoacuterio de Manso MT Brasil apre-

senta um exemplo em que diversos dados de sensoriamento remoto (MODIS e TM) satildeointegrados a medidas radiomeacutetricas de campo para avaliar as propriedades da aacutegua doreservatoacuterio de Manso Um dos resultados interessantes desse estudo eacute o de demonstrar opotencial da banda do infravermelho proacuteximo produto MYD09 com resoluccedilatildeo de 250m para monitorar a chl-a em reservatoacuterios Esse resultado pode ampliar o uso da tecnolo-gia espacial para o monitoramento do niacutevel troacutefico de reservatoacuterios com vistas agrave previsatildeode episoacutedios de 1047298oraccedilotildees que possam pocircr em risco o equiliacutebrio dos sistemas aquaacuteticos

O quarto capiacutetulo Uso de tecnologia espacial para coleta automaacutetica de dados lim-



noloacutegicos e meteoroloacutegicos aplicaccedilotildees nos reservatoacuterios hidreleacutetricos de Manso e Co-rumbaacute mostra o exemplo de uma boia para monitoramento automaacutetico de lagos ereservatoacuterios Revela a importacircncia da coleta de dados meteoroloacutegicos e limnoloacutegicos emalta frequecircncia aleacutem de explorar o efeito da passagem de frentes frias nos 1047298uxos de calore na emissatildeo de gases de efeito estufa

O quinto capiacutetulo Derivadores rastreados por sateacutelite aplicados a ambientes aquaacute-ticos continentais caso do Reservatoacuterio de Manso representa um exemplo de uso detecnologia espacial para o estudo do movimento das massas de aacutegua O capiacutetulo apre-senta a descriccedilatildeo detalhada do experimento realizado e seus resultados os quais permi-

tiram determinar velocidades de deslocamento das massas de aacutegua da ordem de kmdiamesmo em camadas profundas O capiacutetulo tambeacutem avalia o papel de funccedilotildees de forccedilanaturais como eventos e daquelas de origem antroacutepica como o padratildeo de movimentosprovocados pela operaccedilatildeo do reservatoacuterio no processo de geraccedilatildeo de energia

O sexto capiacutetulo trata da Aplicaccedilatildeo de teacutecnicas de sensoriamento remoto ao estudodo fitoplacircncton de aacuteguas interiores Nele eacute feita uma ampla revisatildeo dos sensores disponiacute-veis e das limitaccedilotildees e perspectivas tecnoloacutegicas de sensores atuais no tocante agrave detecccedilatildeode pigmentos fitoplanctocircnicos O capiacutetulo tambeacutem apresenta um estudo de caso oreservatoacuterio de Ibitinga com a descriccedilatildeo detalhada de um experimento em que se pro-curou avaliar o impacto da densidade de ceacutelulas e da concentraccedilatildeo de clorofila sobre o

comportamento espectral da aacutegua O capiacutetulo tambeacutem apresenta simulaccedilotildees das bandasespectrais de vaacuterios sensores disponiacuteveis para avaliar suas limitaccedilotildees sugerindo tambeacutemas regiotildees do espectro mais favoraacuteveis ao estudo da composiccedilatildeo do fitoplacircncton

Por fim o seacutetimo capiacutetulo mostra como dados de sensoriamento remoto integrado adados censitaacuterios podem ser usados para gerar estimativas da distribuiccedilatildeo do rebanho nasvaacuterzeas do Rio Amazonas O capiacutetulo Integraccedilatildeo de dados censitaacuterios e de sensoriamentoremoto para estimar o rebanho bovino e bubalino da vaacuterzea do baixo Amazonas representaum exemplo de como os dados de sensoriamento remoto podem ser usados para ajudar aentender como o uso e como a ocupaccedilatildeo das margens de reservatoacuterio e lagos pode afetar aspropriedades dos corpos de aacutegua Nesse capiacutetulo eacute descrito um meacutetodo para transformar

dados de des1047298orestamento do projeto PRODES (Programa de Caacutelculo do Des1047298oresta-mento da Amazocircnia) e dados do censo agropecuaacuterio ao niacutevel municipal em estimativa donuacutemero de cabeccedilas que ocupam sazonalmente as margens dos lagos de vaacuterzea

Os organizadores



AUTORES

Aline de Matos ValeacuterioBioacuteloga Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espa-ciais - INPE Pesquisadora Associada do INPE

Arcilan Trevenzoli AssireuFiacutesico Doutor em Oceanografia Fiacutesica pelo Instituto Oceanograacutefico da Universidae deSatildeo Paulo - IOUSP Professor da Universidade Federal de Itajubaacute - UNIFEI

Bernard Freire BarbarisiEngenheiro Ambiental Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional dePesquisas Espaciais - INPE Claacuteudio Clemente de Faria Barbosa Engenheiro Doutor em Sensoriamento pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais -INPE Tecnologista Senior III no INPE

Enner Herenio de Alcacircntara

Limnoacutelogo Fiacutesico Doutor em Sensoriamento pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais- INPE Pesquisador Associado do INPE

Evlyn Maacutercia Leatildeo de Moraes NovoGeoacutegrafa Doutora em Geografia Fiacutesica pela Universidade de Satildeo Paulo - USP Pesqui-sadora Titular III do INPE

Felipe Siqueira PachecoBioacutelogo Doutorando pelo Programa de Poacutes-graduaccedilatildeo em Ciecircncia do Sistema Terrestreno INPE

Faacutebio RolandBioacutelogo Doutor em Ecologia e Recursos Naturais pela Universidade Federal de Satildeo Car-los - UFSCAR Professor Associado 3 da Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF

Ivan Bergier Tavares de Lima Bioacutelogo Doutor em Ciecircncias (Energia Nuclear na Agricultura) pela Universidade deSatildeo Paulo - USP Pesquisador da Embrapa Pantanal



Joatildeo Antocircnio LorenzzettiFiacutesico PhD em Oceanografia Fiacutesica pela Universidade de Miami USA PesquisadorTitular III do INPE

Joseacute Luiz StechFiacutesico Doutor em Oceanografia Fiacutesica pelo Instituto Oceanograacutefico da Universidade deSatildeo Paulo - IOUSP Pesquisador Titular III do INPE

Luciana de Rezende Londe

Bioacuteloga Doutora em Sensoriamento pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPEPesquisador do Instituto Interamericano para Pesquisas em Mudanccedilas Globais - IAI

Maria do Carmo CalijuriBioacuteloga Doutora em Engenharia Hidraacuteulica e Saneamento pela Escola de Engenharia deSatildeo Carlos da Universidade de Satildeo Paulo - EESC-USP Professora Titular na EESC-USP

Milton KampelOceanoacutegrafo Doutor em Oceanografia Bioloacutegica pelo Instituto Oceanograacutefico da Uni-versidae de Satildeo Paulo - IOUSP Pesquisador do INPE

Renata Fernandes Figueira NascimentoBioacuteloga Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais- INPE

Vivian Froacutees RenoacuteBioacuteloga Mestre em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espa-ciais - INPE Pesquisadora Associada do INPE



SUMAacuteRIO

Paacutegina

Prefaacutecio 4 Apresentaccedilatildeo 6Capiacutetulo 1 - Tecnologia Espacial para o Monitoramento da Temperaturae Fluxos de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua do Reservatoacuterio Hidreleacutetrico deItumbiara (GO)

15

1 Introduccedilatildeo 17

11 Sensoriamento Remoto Termal 1912 Fluxos de Calor em Sistemas Aquaacuteticos 222 Materiais e Meacutetodos 2921 Aacuterea de Estudo 2922 Levantamento Batimeacutetrico 31221 Interpolaccedilatildeo dos Dados de Profundidade Medidos com Ecobatiacutemetro 33222 Caacutelculo da Aacuterea e Volume do Reservatoacuterio no Tempo 3423 Dados Medidos In situ 35231 Dados de Temperatura da Aacutegua Intensidade e Direccedilatildeo do Vento eEvaporaccedilatildeo

35

232 Calor Meacutedio Armazenado por Mecircs 35

24 Dados de Sensoriamento Remoto Termal 36241 Temperatura Meacutedia Mensal da Superfiacutecie da Aacutegua 38242 Anomalia Meacutedia Mensal da Temperatura da Superfiacutecie da Aacutegua 38243 Temperatura da Aacutegua em Relaccedilatildeo agrave Estaccedilatildeo do Ano 3925 Estimativa dos Fluxos de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua 4026 Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) das Temperaturas e dos Fluxos Meacutedios 403 Resultados 4031 Batimetria e Dinacircmica de Aacuterea e Volume no Reservatoacuterio 40311 Conteuacutedo Meacutedio de Calor Armazenado no Reservatoacuterio 4232 Sensoriamento Remoto da Temperatura da Superfiacutecie da Aacutegua 43

321 Anomalia da Temperatura Meacutedia Mensal 48322 Anaacutelise Sazonal da Temperatura Meacutedia da Superfiacutecie da Aacutegua doReservatoacuterio

52

33 Sensoriamento Remoto dos 1047298uxos de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua 55331 Radiaccedilatildeo de Onda Longa 55332 Fluxo de Calor Sensiacutevel 58333 Fluxo de Calor Latente 61334 Saldo de Radiaccedilatildeo 63335 Balanccedilo de Energia na Superfiacutecie da Aacutegua do Reservatoacuterio 66



336 Saldo de Radiaccedilatildeo Efetivo 684 Consideraccedilotildees Finais 7141 Temperatura da Superfiacutecie da Aacutegua 7142 Fluxo de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua 72421 Radiaccedilatildeo de Onda Longa 72422 Fluxo de Calor Sensiacutevel 73423 Fluxo de Calor Latente 73424 Saldo de Radiaccedilatildeo 74Referecircncias Bibliograacuteficas 75

Capiacutetulo 2 - Uso de dados MERISENVISAT em aacuteguas interiores 811 Introduccedilatildeo 8311 Reservatoacuterios 862 Sensoriamento remoto em sistemas aquaacuteticos 863 Sensor MERIS 884 Materiais e Meacutetodos 8941 Aacuterea de estudo 8942 Amostragem 9243 Variaacuteveis limnoloacutegicas 9244 Propriedades oacutepticas inerentes 94

45 Dados radiomeacutetricos 9545 Dados de Sensoriamento Remoto 9745 Processadores utilizados 9746 Anaacutelise Espacial 9847 Anaacutelise da contribuiccedilatildeo relativa dos COAs 9848 Classificaccedilatildeo dos dados 9949 Anaacutelise de variacircncia 1005 Resultados e Discussatildeo 10051 Caracterizaccedilatildeo limnoloacutegica do reservatoacuterio de Itumbiara 10052 Dados de Sensoriamento Remoto 10153 Anaacutelise da contribuiccedilatildeo relativa dos COcircAS 105

54 Anaacutelise espacial 10655 Classificaccedilatildeo dos dados 11056 Anaacutelise de variacircncia 1116 Conclusatildeo 111Referecircncias Bibliograacuteficas 113

Capiacutetulo 3 - Sensoriamento remoto orbital e de superfiacutecie para o estudo docomportamento do corpo de aacutegua do reservatoacuterio de Manso MT Brasil

119

1 Sensoriamento Remoto e Reservatoacuterios no Brasil 121



2 Sensoriamento remoto da cor da aacutegua 1213 Resposta espectral dos componentes opticamente ativos 1234 Re1047298ectacircncia de sensoriamento remoto 1245 O Reservatoacuterio de Manso 12551 Histoacuterico 12552 Ciclo hidroloacutegico da regiatildeo 12653 Caracteriacutesticas do reservatoacuterio 1276 Apresentaccedilatildeo dos dados 12961 Dados in situ 12962 Imagens EOS-MODIS 131

7 O comportamento espectral do reservatoacuterio de Manso MT Brasil 13271 Caracterizaccedilatildeo hidroloacutegica do reservatoacuterio de Manso 13272 Krigeagem ordinaacuteria aplicada agrave POA e POI e classificaccedilatildeo K-meacutedia 13273 Aplicaccedilatildeo do meacutetodo de Spectral Angle Mapper (SAM) e anaacutelise deriva-tiva aos dados de R rs

139

74 Aplicaccedilatildeo da Fragmentaccedilatildeo Assimeacutetrica (FA) aos dados da boia SIMA 14675 Classificaccedilatildeo do corpo de aacutegua do reservatoacuterio 15076 Aplicaccedilatildeo do Modelo Linear de Mistura Espectral 15177 Correlaccedilatildeo dos dados de Rrs do MYD09 AQUA com os dados de Rrs insitu simulados para as bandas do MYD09 e com os dados de chl-a

153

8 Conclusatildeo 155

Referecircncias Bibliograacuteficas 156

Capiacutetulo 4 - Uso de tecnologia espacial para coleta automaacutetica de dadoslimnoloacutegicos e meteoroloacutegicos aplicaccedilotildees nos reservatoacuterios hidreleacutetricosde Manso e Corumbaacute

163

1 Introduccedilatildeo 1652 Sistema Integrado de Monitoramento Ambiental - SIMA 1703 Exemplos de algumas aplicaccedilotildees usando dados coletados automaticamentepelo SIMA

172

31 O efeito de sistemas meteoroloacutegicos sobre a estratificaccedilatildeo e emissotildees degases de efeito estufa para reservatoacuterios hidreleacutetricos brasileiros

172

311 Aacuterea de Estudo 173312 O efeito das frentes frias sobre a estratificaccedilatildeo reservatoacuterio de Manso 177313 O efeito de frentes frias nas emissotildees de GEE caso do reservatoacuterio deCorumbaacute

182

4 Consideraccedilotildees Finais 186Referecircncias Bibliograacuteficas 187

Capiacutetulo 5 - Derivadores rastreados por sateacutelite aplicados a ambientesaquaacuteticos continentais caso do Reservatoacuterio de Manso

193

Introduccedilatildeo 195



2 Materiais e Meacutetodos 19621 Aacuterea de Estudo 19622 Descriccedilatildeo do Derivador de Baixo Custo (DBC) 19723 Sistema de termistores em seacuterie (cadeia de termistores) 19924 Matriz de transformaccedilatildeo dos dados de posicionamento dos derivadores 20025 Caacutelculo da corrente meacutedia 20126 Desenho experimental 2033 Resultados e discussatildeo 20431 Condiccedilotildees ambientais durante os experimentos 20432 Descriccedilatildeo das correntes medidas a partir das trajetoacuterias dos derivadores 205

321 Experimento ndash In1047298uecircncia da turbina 205322 Experimento ndash Dispersatildeo 211323 Experimento - Entrada do rio 2134 Conclusotildees 215Referecircncias Bibliograacuteficas 216

Capiacutetulo 6 - Aplicaccedilatildeo de teacutecnicas de Sensoriamento Remoto ao estudodo 1047297toplacircncton de aacuteguas interiores

219

1 Introduccedilatildeo 22111 Situaccedilatildeo atual e perspectivas da aplicaccedilatildeo de teacutecnicas de sensoriamentoremoto ao estudo do fitoplacircncton de aacuteguas interiores

221

12 Placircncton e Fitoplacircncton 22213 Pigmentos 22214 Detecccedilatildeo de pigmentos por sensoriamento remoto 22315 Outros fatores com interferecircncia no espectro medido 2252 Estudo de caso para o Reservatoacuterio de Ibitinga (SP) em situaccedilatildeo de 1047298ores-cimento extremo

225

21 Avaliaccedilatildeo geral do ambiente estudado 22522 Avaliaccedilatildeo de caracteriacutesticas por grupos de amostras 230221 Agrupamentos com base na posiccedilatildeo do pico de maior re1047298ectacircncia 230222 Agrupamentos com base na concentraccedilatildeo de clorofila 23223 Correlaccedilatildeo simples entre o Fator de Re1047298ectacircncia Bidirecional (FRB) e as

principais variaacuteveis medidas

236

24 Aplicaccedilatildeo de razotildees espectrais para estimativa da concentraccedilatildeo de clorofila 240241 Anaacutelise exploratoacuteria das principais razotildees espectrais 240242 Algoritmos para estimativa de clorofila usando razotildees espectrais 243243 Simulaccedilatildeo da resposta de sensores orbitais agrave aplicaccedilatildeo da razatildeo NIRR 2463 Consideraccedilotildees finais 248Referecircncias Bibliograacuteficas 249



Capiacutetulo 7 - Integraccedilatildeo de dados censitaacuterios e de sensoriamento remotopara estimar o rebanho bovino e bubalino da vaacuterzea do baixo Amazonas

255

1 Introduccedilatildeo 2572 Base Teoacuterica 2583 Meacutetodo 2614 Resultados 26441 ndash Anaacutelise das classes de des1047298orestamento 26442 ndash Estimativa do rebanho total das vaacuterzeas do Baixo Amazonas 2685 Conclusotildees e Recomendaccedilotildees 273Referecircncias Bibliograacuteficas 273

Iacutendice remissivo 277



Tecnologia Espacial para o Monitoramentoda Temperatura e Fluxos de Calor na

Superfiacutecie da Aacutegua do ReservatoacuterioHidreleacutetrico de Itumbiara (GO)

1

1Enner Herenio Alcacircntara1Joseacute Luiz Stech1Joatildeo Antocircnio Lorenzzetti1Evlyn Maacutercia Leatildeo de Moraes Novo

1Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais ndash INPEDivisatildeo de Sensoriamento Remoto - DSR





Tecnologia Espacial para o Monitoramento da Temperatura e Fluxos de Calor na Superfiacutecie da Aacutegua do ReservatoacuterioHidreleacutetrico de Itumbiara (GO)

17

1 Introduccedilatildeo

Os reservatoacuterios ou lagos construiacutedos pelos homens tecircm geralmente a funccedilatildeo de estocaraacutegua para usos futuros abastecimento de aacutegua controle de inundaccedilatildeo ou geraccedilatildeo de energia

A entrada e a saiacuteda da aacutegua por meio da barragem promovem um decreacutescimo do tempo deretenccedilatildeo de aacutegua no reservatoacuterio se comparado a um lago com a mesma morfometria (Ford1990) Por essa razatildeo reservatoacuterios satildeo geralmente considerados corpos drsquoaacutegua intermedi-aacuterios entre rios e lagos compartilhando algumas caracteriacutesticas (Casamitjana et al 2003)

De acordo com a comissatildeo mundial sobre barragens (WCD 2000) ateacute 60 dos

227 maiores rios do mundo foram muito ou moderadamente fragmentados por barra-gens desviados ou canalizados causando efeitos sobre o ecossistema em geral SegundoTundisi (1994) os impactos ambientais mais comuns estatildeo associados ao tamanho dabarragem e ao volume do reservatoacuterio ao tempo de residecircncia e agrave localizaccedilatildeo geograacuteficaDentre os impactos podem ser destacados inundaccedilatildeo de aacutereas agriacutecolas alteraccedilatildeo dopadratildeo migratoacuterio de peixes perda de fauna e 1047298ora aquaacutetica mudanccedila no regime hi-droloacutegico balanccedilo de sedimento disseminaccedilatildeo de doenccedilas perda de locais histoacutericos eculturais efeitos sociais e atividade econocircmica local

Um dos paracircmetros considerados chave para o entendimento da dinacircmica de siste-mas aquaacuteticos eacute a temperatura por ser determinante na manutenccedilatildeo ecoloacutegica (Horne

e Glodman 1994) Tal paracircmetro tambeacutem exerce in1047298uecircncia sobre reaccedilotildees quiacutemicas eprocessos bioloacutegicos e fiacutesicos na aacutegua A variaccedilatildeo da temperatura com a profundidade(ocorrecircncia ou natildeo de estratificaccedilatildeo teacutermica) por exemplo pode ser utilizada para carac-terizar a estrutura das caracteriacutesticas fiacutesicas dos reservatoacuterios

A estratificaccedilatildeo de um reservatoacuterio eacute resultado de vaacuterios processos fiacutesicos os quaisdistribuem calor da superfiacutecie da aacutegua para as outras camadas Esses processos dependemnatildeo somente de variaacuteveis meteoroloacutegicas como vento radiaccedilatildeo de onda curta e longamas tambeacutem das caracteriacutesticas biogeoquiacutemicas do corpo drsquoaacutegua Por exemplo a pene-traccedilatildeo da radiaccedilatildeo de onda curta na coluna drsquoaacutegua depende do material particulado naaacutegua Aleacutem disso as diferenccedilas de temperatura entre o ar e a aacutegua controlam os 1047298uxos

de calor e umidade que satildeo cruciais para o entendimento do ciclo hidroloacutegico (Linvin-gstone 1999 Straile et al 2003)

Uma importante diferenccedila entre lagos e reservatoacuterios eacute a localizaccedilatildeo da saiacuteda de aacuteguaEm lagos naturais a aacutegua geralmente sai da superfiacutecie da aacutegua por evaporaccedilatildeo retiradapara consumo etc Em um reservatoacuterio a saiacuteda de aacutegua ocorre por um ponto fixo oumuitos pontos de saiacuteda seletivos a diferentes profundidades Quando existem muacuteltiplastomadas drsquoaacutegua cada uma pode produzir efeitos positivos e negativos sendo que o resul-tado final dependeraacute das particularidades do reservatoacuterio em estudo (Straskraba 1986)



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Novas Tecnologias para o Monitoramento e Estudo de Reservatoacuterios Hidreleacutetricos e Grandes Lagos

A distribuiccedilatildeo espacial da temperatura eacute fundamental para a compreensatildeo do desem-penho e do funcionamento dos reservatoacuterios (Kimmel et al 1990) Alguns autores tecircmmostrado a importacircncia da tomada drsquoaacutegua em reservatoacuterios na determinaccedilatildeo da estratifi-caccedilatildeo termal (Martin e Arneson 1978 Ford 1990 Casamitjana et al 2003) As tomadasdrsquoaacutegua na superfiacutecie geralmente dissipam calor pois a camada superficial de drsquoaacutegua aque-cida eacute diretamente removida resultando na preservaccedilatildeo da aacutegua mais fria e densa no hi-poliacutemnio No entanto tomadas drsquoaacutegua proacuteximas ao fundo tecircm a tendecircncia de reter calorisso porque a liberaccedilatildeo da aacutegua fria do hipoliacutemnio resulta em uma expansatildeo da camadado epiliacutemnio aquecida pela radiaccedilatildeo solar (Kennedy 1999) A posiccedilatildeo da tomada drsquoaacutegua

no reservatoacuterio pode entatildeo modificar o campo de temperatura da superfiacutecie da aacuteguaDe forma geral a resposta teacutermica de um reservatoacuterio estaacute associada agraves condiccedilotildeesclimaacuteticas e meteoroloacutegicas que causam e afetam os ciclos sazonais do balanccedilo de energiae por consequecircncia a temperatura da superfiacutecie da aacutegua e a estratificaccedilatildeo teacutermica (Ler-man e Imboden 1995) Fundamentalmente a temperatura e a estrutura teacutermica de umsistema aquaacutetico satildeo controladas pelas radiaccedilotildees de ondas longas e curtas pelos 1047298uxosde calor sensiacutevel e latente e pelas energias associadas agraves entradas e saiacutedas de radiaccedilatildeo dosistema aquaacutetico (Henderson-Sellers 1986)

A retenccedilatildeo de calor em corpos drsquoaacutegua estaacute relacionada a fatores que in1047298uenciam a suadistribuiccedilatildeo em sistemas aquaacuteticos tais como o trabalho fiacutesico realizado pela energia dos

ventos as correntes e outros movimentos da aacutegua a morfometria as perdas e os ganhosde aacutegua O que resulta em padrotildees de sucessatildeo termal e estratificaccedilatildeo que in1047298uenciamde forma fundamental os ciclos biogeoquiacutemicos os quais governam por sua vez a pro-duccedilatildeo e a decomposiccedilatildeo em sistemas aquaacuteticos (Chapra 1997)

O balanccedilo de calor em um sistema aquaacutetico representa em siacutentese a troca de calorcom o ambiente circunvizinho (essencialmente a atmosfera) Devido agrave baixa condutivi-dade teacutermica da aacutegua a perda de radiaccedilatildeo termal eacute predominantemente um fenocircmenosuperficial restrito aos primeiros centiacutemetros da superfiacutecie do corpo drsquoaacutegua (Henderson-Sellers 1984 Wetzel 2001) Os resultados obtidos em estudos de troca de calor entre aatmosfera e a superfiacutecie de sistemas aquaacuteticos mostraram que o controle dessa troca eacute deci-

sivo para as caracteriacutesticas das massas de aacutegua (Beletsky e Schwab 2001 Ambrosetti Bar-banti e Sala 2002 McIntyre et al 2002 Reed 2003 Rodriacuteguez-Rodriacuteguez et al 2004)

A estrutura termal resultante a qual varia no tempo e no espaccedilo em relaccedilatildeo agraves condiccedilotildeesexternas satildeo extremamente importantes para a troca de gases entre a superfiacutecie da aacutegua e aatmosfera (Ambrosetti et al 2002) mudanccedilas na estrutura teacutermica de sistemas aquaacuteticossatildeo dirigidas por interaccedilotildees complexas com a atmosfera (Robertson e Ragotzkie 1990)

Modelos numeacutericos tecircm sido utilizados para integrar essas complexas interaccedilotildees per-mitindo a determinaccedilatildeo de como mudanccedilas especiacuteficas na atmosfera podem alterar a




19

estrutura teacutermica de corpos drsquoaacutegua Os modelos numeacutericos simulam os processos fiacutesi-cos que ocorrem no corpo drsquoaacutegua sendo desenvolvidos principalmente para examinarmudanccedilas que ocorrem sobre o curso de uma estaccedilatildeo (Imberger 1985) e interanuais(Beletsky e Schwab 2001) Alguns modelos foram desenvolvidos para simular a estru-tura teacutermica de lagos em funccedilatildeo das condiccedilotildees meteoroloacutegicas ambientais obtidas porestaccedilotildees terrestres (Ford e Stefan 1980 Owens et al 1986)

Outra ferramenta utilizada para estudar a distribuiccedilatildeo da temperatura superficial daaacutegua no espaccedilo e sua variabilidade no tempo eacute o sensoriamento remoto (Schott et al2001) Por oferecer uma visatildeo sinoacutetica da superfiacutecie da aacutegua e a possibilidade de estimar

sua temperatura em periacuteodos longos de tempo alguns pesquisadores conduziram suaspesquisas utilizando imagens de sateacutelite para documentar a temperatura superficial desistemas aquaacuteticos continentais (Schwab et al 1999 Schott et al 2001 Li et al 2001Oesch et al 2005 Becker e Daw 2005)

Avanccedilos na aacuterea de sensoriamento remoto permitem um monitoramento mais acuradodos sistemas aquaacuteticos em geral (Alsdorf e Lettenmaier 2003) e sua qualidade em particu-lar (Vos et al 2003) O uso de sensoriamento remoto no estudo do ciclo da temperaturaem sistemas aquaacuteticos de aacutegua doce tem crescido nos uacuteltimos anos (Bussiegraveres et al 2002)

A estimativa da temperatura da superfiacutecie da aacutegua tem sido realizada utilizando o sensor AVHRR ( Advanced Very High Resolution Radiometer ) a bordo dos sateacutelites da seacuterie NOAA

desde 1979 e do sensor ATSR ( Along rack Scanning Radiometer ) lanccedilado em 1991 Osensor MODIS ( Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ) a bordo dos sateacutelites Terrae Aqua (lanccedilados em 1999 e 2002 respectivamente) devido agrave sua resoluccedilatildeo temporaltem demonstrado grandes possibilidades no estudo do ciclo teacutermico de sistemas aquaacuteticos

Apesar disso os trabalhos envolvendo o estudo da temperatura da superfiacutecie da aacuteguade sistemas aquaacuteticos continentais utilizando sensoriamento remoto natildeo tentaram ex-plicar as variaccedilotildees observadas nas imagens em relaccedilatildeo aos 1047298uxos de calor e processosfiacutesicos associados O desafio passa a ser entatildeo explicar por meio dos 1047298uxos de calor asvariaccedilotildees espaciais e temporais da temperatura na superfiacutecie da aacutegua obtida por sateacutelitee os principais processos fiacutesicos envolvidos

11 Sensoriamento Remoto Termal

Os fundamentos do sensoriamento remoto termal estatildeo embasados na Termodinacirc-mica Claacutessica e na Fiacutesica Quacircntica (Kruse 1963) O problema de se estimar a tempe-ratura de um corpo por meio de sensores remotos eacute solucionado utilizando as Leis deKirchhoff e a Lei da Radiaccedilatildeo de Planck (Slater 1980)

A base fundamental do sensoriamento remoto do infravermelho termal eacute que todasuperfiacutecie emite radiaccedilatildeo e sua intensidade depende da temperatura da superfiacutecie estu-



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dada assim quanto maior a temperatura maior eacute a energia radiante (Robinson 2004) A caracteriacutestica espectral da emissatildeo termal por um corpo de temperatura T (Kelvin) eacutedescrita pela lei de Planck da radiaccedilatildeo como

(1)

Onde M eacute a emitacircncia espectral C1 = 374 x 10-8 W m2 C2 = 144 x 104 microm K eacuteo comprimento de onda em microm

Integrando a equaccedilatildeo (1) em todos os comprimentos de onda () temos a emitacircnciade um corpo negro que eacute representado por

(2)

Onde = 5669x 10-8 Wm-2K -4 (constante de Stefan-Boltzmann)

A equaccedilatildeo (2) representa a radiaccedilatildeo de um corpo ideal ou corpo negro porque isso eacutebaseado nos princiacutepios da termodinacircmica os quais satildeo aplicaacuteveis se e somente se a su-perfiacutecie for um emissor perfeito As propriedades de emissatildeo de uma superfiacutecie real satildeo

descritas pela emissividade espectral ()(3)

Onde E eacute a emitacircncia em um comprimento de onda () de uma superfiacutecie real a

uma temperatura T M eacute a emitacircncia espectral (emissor perfeito)

Segundo Slater (1980) existem duas classes de meacutetodos para sua determinaccedilatildeo ati-vos ou passivos Os meacutetodos ativos requerem a utilizaccedilatildeo de instrumentos e possuemum caraacuteter mais experimental voltados para laboratoacuterios Os meacutetodos passivos procuramestimar a emissividade dos alvos terrestres a partir de uma estruturaccedilatildeo teoacuterica reque-

rendo pouca instrumentaccedilatildeo e por isso satildeo geralmente mais utilizados Em geral aemissividade das superfiacutecies terrestres eacute funccedilatildeo da temperatura absoluta da composiccedilatildeodo teor de umidade e do estado fiacutesico-quiacutemico da superfiacutecie

Norman e Becker (1995) descreveram uma terminologia para a classificaccedilatildeo de doistipos baacutesicos de temperatura a Temperatura de Pele (Tskin) e a Temperatura de Super-fiacutecie (Ts) A lsquoTskinrsquo eacute uma temperatura teoacuterica utilizada no sensoriamento remoto comouma aproximaccedilatildeo da temperatura verdadeira da superfiacutecie A temperatura Direcional deBrilho Infravermelha Direcional Infravermelha Hemisfeacuterica Radiomeacutetrica Hemisfeacuterica

M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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e Direcional satildeo classificadas como Tskin pois consideram somente a temperatura na ca-mada superior da superfiacutecie de contato com a atmosfera As temperaturas Aerodinacircmicase Cineacuteticas satildeo ditas lsquoTsrsquo porque representam a temperatura real do alvo e obedecem asleis da Termodinacircmica Claacutessica Apesar disso geralmente as temperaturas estimadas pe-los sensores orbitais aproximam-se da temperatura real da superfiacutecie lsquoTsrsquo (Li et al 1999)

As medidas da temperatura da aacutegua por sensoriamento remoto satildeo realizadas comsensores que detectam radiaccedilatildeo termal (3-5 e 8-14 microm) emitida pela camada milimeacutetrica(01 mm) da superfiacutecie da aacutegua Segundo Robinson (1984) a temperatura Tskin eacute maisrepresentativa da Ts quando a coluna drsquoaacutegua eacute suficientemente misturada sem formaccedilatildeo

de gradientes teacutermicos com a profundidade Alguns fatores podem in1047298uenciar nas medidas da Tskin como a emissividade a absor-ccedilatildeo atmosfeacuterica a re1047298exatildeo e as caracteriacutesticas da superfiacutecie (Smith and Reynolds 1998)

A emissividade descreve as propriedades de absorccedilatildeo e emissatildeo da superfiacutecie da aacutegua e eacuteexpressa como uma razatildeo da emitacircncia da superfiacutecie da aacutegua a uma dada temperatura eaquela de um corpo negro agrave mesma temperatura (Avery e Berlin 1992) Devido ao fatode a aacutegua ter emissividade proacutexima a 1 (097) e alta ineacutercia termal eacute relativamente faacutecilobter medidas acuradas de Tskin Os efeitos da atmosfera podem ser corrigidos tendocomo base o conteuacutedo de vapor de aacutegua e a transmissatildeo ao longo da trajetoacuteria do sensorao alvo mas as re1047298exotildees podem complicar as medidas precisas de temperatura porque os

sensores termais medem radiaccedilatildeo de onda longa emitida e re1047298etida pela superfiacutecie da aacuteguaDesde o lanccedilamento do primeiro sateacutelite ERTS (Earth Resources echnology Satellite )

em 1972 renomeado mais tarde para Landsat dados de sateacutelite de alta resoluccedilatildeo tecircmsido utilizados para estudos de processos em aacuteguas interiores (Rogers et al 1976)Esses estudos na sua maioria foram mais focados no uso de dados da regiatildeo do visiacutevel(04-07 microm) do que a regiatildeo do termal (8-12 microm) Os dados no visiacutevel satildeo utilizadospara verificar mudanccedilas na claridade e na cor da aacutegua associados a mudanccedilas na con-centraccedilatildeo de sedimentos em suspensatildeo ou de clorofila (Choubey 1998)

Jaacute com o termal verificam-se mudanccedilas na temperatura da superfiacutecie da aacutegua associadasa ressurgecircncias ou mudanccedilas na circulaccedilatildeo (Ikeda e Emery 1984 Schladow et al 2004)

Existem muitos motivos que explicam por que a maioria dos estudos estaacute focada mais no usodo visiacutevel do que no termal Dentre os quais estaacute a maior resoluccedilatildeo espacial o maior nuacuteme-ro de bandas espectrais e a maior razatildeo sinal-ruiacutedo do visiacutevel em relaccedilatildeo ao espectro termal

O Landsat incluiu o instrumento TM (Tematic Mapper ) com o objetivo de diminuiras limitaccedilotildees citadas anteriormente o qual possuiacutea uma uacutenica banda no termal (10-11

microm) com resoluccedilatildeo espacial de 120 metros e NEDT (noise-equivalent temperature differen-

ce ) de lt 030 a 280 K (Barsi et al 2003) Em 1999 a proacutexima geraccedilatildeo Landsat foi lanccedila-da o qual incluiacutea o sensor ETM+ (Enhanced Tematic Mapper Plus ) Tambeacutem com apenas



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uma banda no termal (1031-1236 microm) mas com um incremento na resoluccedilatildeo espacial(60 m) e um NEDT de 022 a 280 K (Barsi et al 2003) O lanccedilamento do ETM+ foi se-guido pelo lanccedilamento da primeira plataforma EOS (Earth Observing System) renomeadopara Terra o qual incluiacutea o radiocircmetro ASTER ( Advanced Spaceborne Termal Emission

and Re1047298ection Radiometer ) e o MODIS ( Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer )O ASTER inclui 5 bandas no infravermelho termal cada uma com uma resoluccedilatildeo

espacial de 90 metros e NEDT de lt 03 K (Yamaguchi et al 1998) O sensor MODIStem trecircs bandas no infravermelho termal com resoluccedilatildeo espacial de 1 km e NEDT de0020K (Banda 29 84-87 microm) 0024 K (Banda 31 1078-1128 microm) e 0040 K (Banda

32 1177-1227 microm) a 300 K (Barnes et al 1998) Os dados do sensor TM (Landsat) e ASTER (EOS) podem ser adquiridos tipicamente duas vezes a cada 16 dias (uma aquisi-ccedilatildeo durante o dia e outra agrave noite) a uma dada localizaccedilatildeo embora o sensor TMLandsatnatildeo adquira imagens durante a noite exceto em caso de solicitaccedilotildees especiais Jaacute o sensorMODIS adquire dados diaacuterios devido ao seu acircngulo de visada largo (Justice et al 19982002) O MODIS promove a oportunidade de desenvolver novas aplicaccedilotildees com as ima-gens do infravermelho termal com o objetivo de endereccedilar questotildees cientiacuteficas chave quenatildeo puderam ser respondidas com os instrumentos anteriormente existentes

De acordo com Steissberg et al (2005) imagens de alta resoluccedilatildeo como as do ASTERe TM (ETM+) podem mostrar de forma mais clara processos de transporte na superfiacutecie

da aacutegua do que imagens de resoluccedilatildeo moderada (MODIS) No entanto a frequecircncia tem-poral das imagens ASTER e TM (ETM+) natildeo eacute suficiente para por exemplo obter infor-maccedilotildees sobre eventos de ressurgecircncia os quais ocorrem em poucos dias contudo podemajudar na interpretaccedilatildeo dos processos observados em imagens termais do sensor MODIS

Devido agrave posiccedilatildeo das bandas espectrais e agrave alta sensibilidade radiomeacutetrica se compa-rado com os sateacutelites de cor do oceano atualmente em operaccedilatildeo e agrave relativa facilidadede acesso aos dados o sensor MODIS tem se tornado um atrativo para aplicaccedilotildees emlimnologia (Reinart e Reinhold 2008)

12 Fluxos de Calor em Sistemas Aquaacuteticos

O saldo de energia ( N Wm-2) na superfiacutecie de lagos e reservatoacuterios incluem radiaccedilatildeo so-lar radiaccedilatildeo que retorna da superfiacutecie da aacutegua radiaccedilatildeo atmosfeacuterica perda de calor por eva-poraccedilatildeo e conduccedilatildeo Esse saldo pode ser calculado como segue (Henderson-Sellers 1986)

(4)

Onde N eacute o saldo de energia disponiacutevel

S eacute a radiaccedilatildeo de onda curta incidente A

eacute o albedo da aacutegua (= 007) ri eacute o 1047298uxo de onda longa

sf eacute o 1047298uxo de calor sensiacutevel

e lint

eacute o 1047298uxo de calor latente

N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




23

Entretanto a troca de energia tambeacutem ocorre via precipitaccedilatildeo perda de aacutegua pormeio da evaporaccedilatildeo reaccedilotildees quiacutemicas e bioloacutegicas e conversatildeo da energia cineacutetica emtermal Esses termos satildeo suficientemente pequenos para serem considerados (Bolsenga1975 Sturrock et al 1992 Winter et al 2003) Assim para calcular a troca de calor eacutenecessaacuterio estimar a contribuiccedilatildeo de cada componente da equaccedilatildeo 4

A radiaccedilatildeo de onda curta ( S ) tem origem no Sol e eacute transmitida para a superfiacutecie da

Terra Sua magnitude varia com a altitude solar com o efeito da umidade da atmosfera ea re1047298exatildeo da superfiacutecie da aacutegua A radiaccedilatildeo de onda curta pode ser medida diretamenteutilizando radiocircmetros Onde isso natildeo eacute possiacutevel a radiaccedilatildeo de onda curta pode ser es-

timada pela radiaccedilatildeo que atinge a atmosfera terrestre e pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas queafetam a re1047298exatildeo e a absorccedilatildeo As condiccedilotildees atmosfeacutericas que afetam a absorccedilatildeo da radia-ccedilatildeo de onda curta satildeo processos complexos que satildeo descritos com relaccedilotildees empiacutericas lar-gamente utilizadas (Henderson-Sellers 1986) A quantidade de radiaccedilatildeo solar que chegaagrave superfiacutecie da aacutegua do reservatoacuterio pode ser estimada por (Martin e McCutcheon 1999)

(5)

Onde S eacute o 1047298uxo de radiaccedilatildeo de onda curta (Wm-2) H

0 eacute a quantidade de radiaccedilatildeo que

chega ao topo da atmosfera (Wm-2) a t eacute o termo de transmissatildeo atmosfeacuterica R

s eacute o albedo

ou coeficiente de re1047298exatildeo e C a eacute a fraccedilatildeo da radiaccedilatildeo solar que natildeo eacute absorvida por nuvens

O 1047298uxo de radiaccedilatildeo de onda curta que chega ao topo da atmosfera eacute estimado por(6)

Onde HSC eacute a constante solar (1390 Wm-2) r eacute a distacircncia relativa entre a Terra eo Sol eacute a latitude (em graus) eacute a declinaccedilatildeo solar h

e eacute o acircngulo solar horaacuterio (em

radiano) no final do periacuteodo no qual 0 eacute calculado h

b eacute o acircngulo solar horaacuterio (radiano)

no iniacutecio do periacuteodo no qual 0 eacute calculado e eacute um fator de correccedilatildeo para a exposiccedilatildeo

diurna ao 1047298uxo de radiaccedilatildeo A distacircncia relativa Terra-Sol eacute estimada por

(7)

Em que Dy eacute o dia do ano (dia Juliano) A declinaccedilatildeo solar2 () eacute calculada por(8)

2 A declinaccedilatildeo solar eacute o acircngulo entre a linha que liga o centro da Terra e do Sol e o plano equatorial Esse acircngulomuda a todo instante (Iqbal 1983)

s = H

0a

t (1-R

s )C

a

0 = H sc sen sen() + 12 cos cos() [sen(h

e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



Caderno Colorido

Figura 1 (a) localizaccedilatildeo do reservatoacuterio de Itumbiara na regiatildeo central do Brasil (b) no contextodo estado do Goiaacutes (c) a extensatildeo da aacuterea inundada pelo reservatoacuterio a topografia e a localizaccedilatildeo daestaccedilatildeo meteoroloacutegica e da boia de monitoramento automaacutetico SIMA

Figura 2 (a) imagem MSS-Landsat-3 de 11081978 (composiccedilatildeo B4-B B5-G B6-R) mostrando aaacuterea antes da inundaccedilatildeo e (b) imagem TM-Landsat-5 de 26052007 (composiccedilatildeo B2-B B3-G B4-R) mostrando a aacuterea inundada A figura tambeacutem mostra a localizaccedilatildeo da barragem e os principais rios

Capiacutetulo 1




Figura 5 Rotas planejadas para medidas de profundidade utilizando o ecobatiacutemetro



AGRADECIMENTOS

Para que esta obra fosse possiacutevel contamos com pesquisadores de seis instituiccedilotildees(1) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) (2) Universidade Federal deItabujaacute (UNIFEI) (3) Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) (4) EmbrapaPantanal e (5) Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Universidade de Satildeo Paulo (EESC-USP) e (6) Furnas Centrais Eleacutetricas ndash as quais merecem nosso agradecimento peloempenho e pela dedicaccedilatildeo

Enner Herenio de Alcacircntara Renata Fernandes Figueira Nascimento e Joseacute Luiz Ste-

ch agradecem o apoio do projeto FAPESP 200708103-2 no financiamento das pesqui-sas que originaram os capiacutetulos 1 e 2 Luciana de Resende Londe Bernard Freire Barba-risi e Evlyn Maacutercia Leatildeo de Moraes Novo agradecem agrave CAPES (Processo nordm 177305-4)e agrave FAPESP (Processo nordm 0415901-4 e 0807537-1) pelo financiamento das pesquisasque originaram os capiacutetulos 6 e 7

Os autores tambeacutem agradecem a ESTRE Ambiental (httpwwwestrecombr) pelopatrociacutenio parcial da obra



PREFAacuteCIO








































Os organizadores



AUTORES






















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(1)



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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e lint


N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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(5)




s eacute o albedo









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s = H

0a

t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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e lint


N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s eacute o albedo









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s = H

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t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

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M = 4

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e lint


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s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s eacute o albedo









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s = H

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t (1-R

s )C

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e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

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s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s eacute o albedo









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s = H

0a

t (1-R

s )C

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e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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1








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(1)



(2)









M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




21














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(4)





e lint


N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




23





(5)




s eacute o albedo









(7)



s = H

0a

t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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Capiacutetulo 1







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SUMAacuteRIO

Paacutegina


15



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s eacute o albedo









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s = H

0a

t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

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N =

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ri+

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lint)




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s = H

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t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s eacute o albedo









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s = H

0a

t (1-R

s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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N =

s(1- A) - (

ri+

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lint)




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s = H

0a

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s )C

a


e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

= E

M




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N =

s(1- A) - (

ri+

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lint)




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e) - sen (h

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r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

)180 365



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M ( ) = C 15 [exp C 2 -1]

M = 4

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r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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M = 4

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

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s )C

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e) - sen (h

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r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

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s = H

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t (1-R

s )C

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e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

)365

= 2345 cos 2 (172 - D y

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

ri+

sf+

lint)




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s = H

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t (1-R

s )C

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e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

ri+

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s = H

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t (1-R

s )C

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e) - sen (h

b)]

r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

ri+

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t (1-R

s )C

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e) - sen (h

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r 2 180

r = 10 + 0017 cos 2 (186 - D y

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M = 4

= E

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N =

s(1- A) - (

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e) - sen (h

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s )C

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t (1-R

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e) - sen (h

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