Caracterização temporal das propriedades bio-óticas do reservatório de Ibitinga/SP

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Carolline Tressmann Cairo
• Orientador(a): Cláudio Clemente Faria Barbosa, Maria do Carmo Calijuri
• Banca de defesa: Evlyn Márcia Leão de Moraes Novo, Lênio Soares Galvão, Waterloo Pereira Filho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: Reservoir${'}$s trophic level has been drastically changed by alterations in the environmental conditions derived from human activities causing eutrophication and deterioration of the quality of surface waters. Water quality in time and space helps to ensure reservoir${'}$s multiple uses and provides guidelines for public health policies. The optical properties of aquatic systems are indicators of biogeochemical properties, allowing their monitoring by the color water sensors. The analysis of bio-optical properties of aquatic systems can give subsidy to the development of models for the estimation of its optically active components (AOCs) from remote sensing images, and is therefore of great importance for the expansion of applications of this technology. As the development of models requires bio-optical information covering a wide range of AOCs and the inherent and apparent optical properties variation, the hypothesis that motivates this research is to determine in what time of the year, among the analyzed, is obtained the greatest amplitude variation of AOCs and optical properties for the same number of samples. The aim of this study is to characterize the temporal and spatial variability of the bio-optical properties of the Ibitinga/SP reservoir using radiometric and limnological data collected in-situ throughout the year between February and July of 2014. At each sampling station the profiles were acquired in the following optical variable: absorption, attenuation and backscattering coefficients, as well as the radiance/irradiance spectrums above and in the water column, and these measures allowed to calculate the K$_{d}$ and R$_{r}$s. Concurrently with these measures, water samples were collected to determine the concentrations of optically active constituents and absorption coefficients of particles and CDOM. The minimum and maximum values of the downward irradiance-weighted diffuse attenuation coefficient for the photosynthetically active radiation ( $^{w}$K$_{d}$$_{(av)}$ PAR) over the field campaigns were respectively 0.99 m$^{-1}$ and 3.45 m$^{-1}$. The average intervals of the concentrations of AOCs was 14.39 to 16.17 mg/L for dissolved total carbon (DTC), 11.46 to 100.53 $\mu$g/L for chlorophyll-a and 1.83 to 14.53 mg/L for total suspended material (MST). The minimum and maximum values of absorption in 440 nm by CDOM were 0.730 m$^{-1}$ and 1.708 m$^{-1}$, respectively. It was noted that in all stations there is low light availability in blue region in one meter, evidencing that absorption by CDOM is significant in the reservoir over the months in stations. Furthermore, it was found in this study that the K$_{d}$ variability is influenced mainly by the presence of phytoplankton and CDOM in the reservoir, and the R$_{rs}$ also showed similar trends. The analysis of all data indicated changes in the optical properties in space and time, being the spatial variability maximum in the rainy months and minimum in dry and cold months. Over time, from summer to winter, the reservoir optical properties tend to be increasingly dominated by CDOM.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/03.06.13.23

O grau de trofia dos reservatórios vem sendo alterado por mudanças das condições ambientais decorrentes das atividades antrópicas, promovendo e intensificando o processo de eutrofização nesses ambientes de transição entre rios e lagos e, consequentemente, deteriorando a qualidade das águas superficiais. O monitoramento da qualidade da água desses ecossistemas aquáticos, ao longo do tempo e do espaço, visa tanto assegurar seus múltiplos usos como orientar as políticas ambientais e de saúde pública. As propriedades óticas dos sistemas aquáticos são indicadores de propriedades biogeoquímicas, permitindo o seu monitoramento por meio de sensores da cor da água. A análise das propriedades bio-óticas dos sistemas aquáticos pode dar subsídio ao desenvolvimento de modelos para a estimativa de seus componentes oticamente ativos (COAs) a partir de imagens de sensoriamento remoto, sendo, portanto, de grande relevância para a expansão das aplicações dessa tecnologia. Como o desenvolvimento de modelos requer informações bio-óticas que cubram um amplo range de variação dos COAs e das propriedades óticas inerentes e aparentes, a hipótese que motiva esta pesquisa é determinar em que época do ano, dentre as analisadas, obtêm-se a maior amplitude de variação dos COAs e das propriedades óticas para o mesmo número de amostras. O objetivo do presente estudo foi caracterizar a variabilidade espaço-temporal das propriedades bio-óticas do reservatório de Ibitinga/SP, a partir de dados radiométricos e limnológicos coletados \emph{in-situ} de fevereiro a julho de 2014. Em cada estação amostral foram adquiridos perfis das seguintes variáveis óticas: coeficientes de absorção, atenuação e retroespalhamento, bem como espectros de radiâncias/irradiâncias acima e na coluna d${'}$água, sendo que estas medidas permitiram calcular o K$_{d}$ e a R$_{RS}$. Concomitante com estas medidas, amostras de água foram coletadas para determinação das concentrações dos constituintes oticamente ativos e dos coeficientes de absorção de particulados e de CDOM. Os valores mínimos e máximos do coeficiente de atenuação difusa da irradiância descendente ponderado para a radiação fotossinteticamente ativa ( $^{w}$K$_{d}$$_{(av)}$ PAR) ao longo das campanhas de campo foram respectivamente 0,99 m$^{-1}$ e 3,45 m-$^{1}$. Já a faixa de concentrações médias dos COAs foi de 14,39 a 16,17 mg/L para o carbono total dissolvido (DTC), 11,46 a 100,53 $\mu$g/L para clorofila-a e 1,83 a 14,53 mg/L para o material em suspensão total (MST). Os valores mínimo e máximo de absorção por CDOM em 440 nm foram 0,730 m$^{-1}$ e 1,708 m$^{-1}$, respectivamente. Observou-se em todas as estações amostrais baixa disponibilidade de luz na região do azul na profundidade de 1 metro, evidenciando que a absorção por CDOM é significativa no reservatório no período amostrado. Além disso, verificou-se que a variabilidade do Kd é influenciada principalmente pela presença de fitoplâncton e CDOM no reservatório, sendo que a R$_{RS}$ também mostrou tendências semelhantes. Disso se conclui que a análise de todos os dados indicou mudanças das propriedades óticas no espaço e no tempo, sendo máxima a variabilidade espacial nos meses de chuva e mínima nos meses secos e frios. Ao longo do tempo, do verão para o inverno, as propriedades óticas do reservatório tendem a ser cada vez mais dominadas pelo CDOM.