Estimativa da umidade do solo através de séries temporais de NDVI e de LST na planície de inundação da ilha do Bananal

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Omar Felipe Chaparro Saavedra
• Orientador(a): Laura de Simone Borma, Camilo Daleles Rennó
• Banca de defesa: Evlyn Márcia Leão de Moraes Novo, Flávio Jorge Ponzoni, Humberto Ribeiro da Rocha
• 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: Soil moisture is a key variable in the regulation of various processes and feedback loops in the climate system, such as energy flows and biogeochemical cycles. The spatial distribution of ecosystems and vegetation dynamics are also influenced by soil moisture along with other variables such as solar radiation and temperature. In regions where it is expected that the temperature and radiation are not limiting factors, water availability may be a key variable in determining the dynamics of vegetation. From the strong relationship between water availability, solar radiation and the vegetation dynamics, this study estimated the soil moisture for different depths through the relationship between NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), soil moisture and surface temperature (LST) in a transition zone between forest and savanna. Visible, infrared and thermal spectral data from MODIS and meteorological field data from the Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia (LBA) were used. From the field data, periods of flooding and consequently soil saturation were identified. Soil moisture availability (Mo) was calculated by the trapezoidal method and then compared with the soil moisture data transformed into stored water available (AD) in mm. The best results were obtained by integrating the data up to 255 cm deep, with a coefficient of determination (R$^{2}$) of 0.94 for optimized fit between Mo and AD, suggesting that this depth corresponds to the root zone. It was observed that when soil moisture values at different depths are close to saturation, the proposed adjustment considers only the stored water available accumulated in the first layers (30 and 60 cm) and consequently deeper layers were being selected when the available water in the upper layers was decreasing. It is concluded that the estimated moisture availability (Mo) responds initially to the water present in the surface layers, showing that plants reduce energy costs for capture feature and with the moisture reduction in the surface layers and the demand for continuous transpiration the vegetation of the study area responds to the available water depth.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/07.13.21.24

A umidade do solo é uma variável chave na regulação de vários processos e ciclos do sistema climático, tais como os fluxos de energia, os ciclos Biogeoquímicos e o próprio ciclo hidrológico. A distribuição espacial dos ecossistemas e a dinâmica da vegetação também são influenciadas pela umidade do solo junto com outras variáveis como a radiação solar e a temperatura. Em regiões onde se espera que a temperatura e a radiação não sejam fatores limitantes, a disponibilidade de água pode ser a variável chave na determinação da dinâmica da vegetação. A partir da forte relação entre a disponibilidade de água, a radiação solar e a dinâmica da vegetação, o presente trabalho teve por objetivo analisar a variabilidade da umidade do solo através da relação entre o NDVI (\emph{Normalized Difference Vegetation Index}) e a temperatura de superfície conhecida como método do trapézio (ou do triângulo) em uma zona de transição entre floresta amazônica e cerrado. Este método baseou-se em dados dos espectros visível, infravermelho e termal do \emph{Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer} (MODIS) e em dados de campo da torre micrometeorológica do Programa de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera da Amazônia (LBA) localizada em uma área sazonalmente alagável no Parque Estadual do Cantão, nas proximidades da ilha do Bananal, estado do Tocantins. A partir dos dados de campo foram identificados os períodos de inundação e, consequentemente, de saturação do solo. A disponibilidade de umidade (Mo) foi calculada pelo método do trapézio e posteriormente comparada com os dados de umidade do solo transformados em água disponível acumulada (AD) considerando-se diferentes profundidades. Os melhores resultados foram obtidos integrando os dados até 255 cm de profundidade, com coeficiente de determinação (R$^{2}$) de 0,94 para o ajuste optimizado entre Mo e AD, sugerindo que esta profundidade corresponde à zona de raízes. Observou-se que, quando os valores de umidade no solo nas diferentes profundidades estão perto da saturação, o ajuste proposto considerou apenas a água disponível acumulada nas primeiras camadas (30 e 60 cm) e posteriormente as camadas mais profundas foram sendo selecionadas a medida que a água disponível nas camadas superiores foi decrescendo. Conclui-se que a disponibilidade de umidade estimada (Mo) responde inicialmente à água presente nas camadas superficiais mostrando que as plantas reduzem os custos de energia para captação do recurso e que com a diminuição de umidade nas camadas superficiais e a demanda por transpiração constante, a vegetação da área de estudo responde à água disponível em profundidade.