12. Temperatura de superfície por Imagens do Landsat-8

CAPÍTULO 12

Temperatura da Superfície por Imagens do Landsat-8

SENSORIAMENTO REMOTO PARA IDENTIFICAÇÃO DE ILHAS DE CALOR URBANAS

Atualmente, o sensoriamento remoto tornou-se uma ferramenta capaz de fornecer suporte a diversos estudos da superfície no planeta Terra. Este sensoriamento consiste em um conjunto de técnicas que viabiliza o alcance de relevantes informações na superfície, como por exemplo: objetos, áreas ou fenômenos naturais, por meio do apontamento da radiação eletromagnética com a superfície. Vale ressaltar que a utilização destas técnicas de sensoriamento remoto pode ocorrer por meio de imagens obtidas por sensores dispostos em nível orbital, por fotografias aéreas, suborbital ou imagens de satélite, esta última, o foco deste capítulo.

Dessa forma, vários objetos de estudo podem ser disponibilizados através desses dados, dentre os mais conhecidos, estão o mapeamento contendo enfoque em desmatamento, detecção de queimadas, ou também o monitoramento agrícola. Tudo isso está diretamente relacionado com a obtenção de dados referente à verificação de temperatura nesses locais, conhecidas pelo termo “ilhas de calor”. Partindo dessa premissa, Jensen (2009)32 utiliza este termo, e explica que estas manchas de calor são geradas em áreas urbanas, na maioria das vezes, causadas pelo desflorestamento e consequentemente substituição da superfície natural do solo por materiais não porosos. Posteriormente, neste capítulo, será explicado o passo a passo deste processo.

Já houve 8 missões para lançamentos de satélite Landsat com o objetivo de mapeamento da superfície terrestre em múltiplos espectros. Dentro deste

32 JENSEN, J. R. Sensoriamento Remoto do Ambiente: uma perspectiva em recursos terrestres. Editora Parêntese, São José dos Campos, SP, 2009.

contexto, o satélite, utilizado na metodologia será o Landsat 8, sendo a missão mais recente, e, portanto, a que disponibiliza os dados mais atualizados. Para Pavão (2016)33, o principal diferencial do Landsat 8 em relação ao Landsat 5, seria o número e uma maior resolução espacial das bandas dedicadas a energia termal (banda 10 e 11 do sensor Thermal Infrared Sensor), também como uma maior resolução radiométrica. Ainda de acordo com o autor, outro fator importante foi a alteração dos intervalos de leitura espectrais dedicados as bandas da região do visível, infravermelho, próximo e curto.

Contudo, um grande problema em pesquisas relacionadas neste contexto de dados orbitais é a influência atmosférica na radiância registrada pelo sensor. Os principais efeitos causados pela atmosfera são diminuição da faixa de valores digitais possíveis registrados pelo sensor, diminuição do contraste entre superfícies adjacentes e alteração do brilho de cada ponto da imagem (PAVÃO, 2016, p.02)33. Dessa forma, entende-se a importância da correção atmosférica para uma eficiente obtenção dos dados.

Dados orbitais com ou sem correção atmosférica para faixa espectral de ondas curtas utilizados neste tipo de estudo são facilmente obtidos por websites gerenciados pela NASA com ampla escala temporal e diferentes sensores orbitais. De forma semelhante, a correção atmosférica da banda termal é disponibilizada em website específico também gerenciado pela NASA. Neste sistema é solicitado apenas pequeno conjunto de dados de variáveis micrometeorologicas como umidade relativa, temperatura do ar entre outras. (PAVÃO, 2016, p.03)33

Em todo o processo metodológico utilizado neste trabalho, foram utilizados os métodos fornecidos pela USGS (Serviço Geológico dos Estados Unidos), devido o mesmo ser global e apresentar uma segurança quanto à precisão dos dados.

Este material consiste em números digitais (DN), dimensionados e calibrados que representam dados de imagem multiespectral. Os dados do Landsat 8 adquiridos pelo Operational Land Imager (OLI) e pelo Thermal Infrared Sensor

33 PAVÃO, V. M. Efeitos da correção atmosférica em imagens Landsat 8 e diferentes modelos de radiação solar global na estimativa do saldo de radiação superficial. 2016. 61 f. Dissertação (Pós-Graduação em Física Ambiental) - Universidade de Mato Grosso, Belo Horizonte, 2016.

(TIRS) são disponibilizados em um formato inteiro sem sinal de 17 bits, diferentemente dos seus antecessores de 1-7 que eram gerados em um sensor único e posteriormente entregues em formato inteiro sem sinal de 8 bits.

Essas informações citadas anteriormente sobre o Landsat 8 e muito mais podem ser acessadas diretamente no site da própria USGS. Para isso, digitalize o QR Code ao lado.

DEFINIÇÃO DE ILHA DE CALOR

O termo “ilha de calor”, também conhecido como “mancha de calor”, ou “ilha de calor urbana”, está diretamente relacionado com o processo de urbanização intenso vivido ao longo do século XX, onde um volume considerável de famílias se deslocou do campo para a cidade de maneira desordenada, sem que o planejamento urbano/ambiental fosse pensado de forma paralela. A ilha de calor constitui-se em um aumento de temperatura nos centros urbanos. Como dito anteriormente, isto é reflexo da substituição de materiais naturais, por não porosos da construção civil, capazes de armazenar calor, sobretudo evitando a reflexão da radiação infravermelha. Áreas com maior número populacional ou menor índice de vegetação, consequentemente apresentam uma temperatura mais elevada, conveniente de grande concentração humana e fatores diversos que podem ocasionar o calor, até mesmo durante a noite, de acordo com Bias, 200334 .

As ilhas de calor são percebidas em ambientes urbanos devido aos diferentes padrões de refletividade dos vários materiais. Refletividade é a razão entre a energia eletromagnética refletida por um objeto ou material e a energia eletromagnética total incidente nele. A energia que não é refletida tende a ser absorvida pelo material (quando não é transmitida através do mesmo). A energia absorvida é, então, reemitida na forma de ondas com maior

Saiba mais!

34 BIAS, E. S., BAPTISTA, G. M. M., LOMBARDO, M. A. Análise do Fenômeno de Ilhas de Calor Urbanas, por meio da combinação de dados LandSat e Ikonos. Anais XI SBSR, Belo Horizonte, Brasil, 05-10 abril 2003, INPE, p.1741-1748. Disponível em: http://marte.sid.inpe.br/col/ltid.inpe.br/sbsr/2002/09. 12.18.52/doc/14_005.pdf.

em Executar (7). Repita o processo para todas as camadas adicionadas. Renomeie a camada após cada processo para diferenciar as bandas espectrais. As camadas criadas foram chamadas de “B10”, “B05” e “B04”.

A sequência de passos agora, envolve dados tirados da revisão bibliográfica do tema como constantes e dados retirados dos metadados das imagens do Landsat 8, e são os meios para se obter a temperatura da superfície com correção atmosférica.

USO DA CALCULADORA RASTER

Para os processos não ficarem repetitivos, primeiro, revisaremos o uso da Calculadora Raster, ferramenta utilizada para todos os cálculos da correção atmosférica e temperatura da superfície, e posteriormente, detalharemos as fórmulas. A Calculadora Raster é uma ferramenta que faz operações em cima dos valores de um raster, produzindo um Raster resultado.

Para usá-la, acessa-se o menu Raster (1) e clica-se em calculadora raster. Na sequência de uso, podemos definir o nome da Camada de saída (3), ou seja, a camada que vai ser o resultado das operações. Para realizar operações com Raster já existentes, podemos inseri-los nas fórmulas por meio de dois cliques em cima dos nomes dos rasters disponíveis na aba Bandas raster (4). Para determinar as operações, podemos tanto clicar nos Operadores (5) disponibilizados pela calculadora quando escrever a expressão no espaço de cálculo (6). Ao finalizar a operação, clica-se em OK (7) e o novo raster, resultado