Versão 3.2, 19/Setembro/2003
Alberto Setzer e Marcos C. Yoshida
A detecção de queimadas
para a América do Sul é feita nas imagens GOES-12 recebidas
a cada três horas pela DSA/CPTEC, e a cada meia hora quando o satélite
efetua as transmissões. O satélite é geoestacionário,
estando a 29.400 km acima da superfície, na longitude de 75 graus
oeste, e foi lançado pelos EUA em 2002. O algoritmo é baseado
em limites nos canais 1 (0,63um; visível), 2 (3,9um; infra-vermelho
médio) e 4 (11,0 um; infravermelho), dando-se maior importância
ao canal 2 por ser o mais adequado para temperaturas
como a de vegetação queimando, com ~700 K(~427ºC);
os outros dois canais são usados para eliminar detecções
errôneas durante o dia, causadas por reflexão solar em algumas
superfícies, uma vez que o canal 2 responde tanto a emissão
termal como à reflexão solar em superfícies terrestres.
Os limiares dos três canais foram obtidos
empiricamente pela análise de milhões de píxeis
em imagens GOES no período de queimadas. "Píxel" é
o menor elemento da imagem (grão). Temperatura no caso, é
a "temperatura de brilho", Tb, indicada pelo imageador do satélite
com valores sempre menores que da temperatura real da superfície
(ver Nota 2 abaixo). O sensor GOES satura no canal 2 com Tb~340 K (67ºC),
mas nos cálculos usa-se 343 K (70ºC) como margem de segurança.
Neste caso, albedo é a porcentagem de luz solar refletida pela superfície
apenas no canal 1 do GOES. Veja também a Nota 3 no final.
Considera-se queimada qualquer píxel
com albedo (refletividade) menor que 3%, com temperatura de brilho no
canal 2 maior que 303 K (30ºC) e no canal 4 maior que 278 K (5ºC),
e com a diferença destas temperaturas maior que 8ºC; estes são
os casos quando quase não há iluminação
solar.
Para albedos entre 3% e 12%, portanto na faixa
comum de iluminação solar, a temperatura no canal 2 tem de
ser maior que 318 K (45ºC) e a no canal 4 maior que 291 K (18ºC);
o limite superior do canal 4 é 308 K (35ºC) para eliminar a
combinação de solos aquecidos e refletivos, que causam falsas
detecções, e a diferença entre o canal 2 e 4 deve ser
maior que 22 K (22ºC) para reforçar ainda mais a seletividade.
Para albedos entre 12% e 24%, de superfícies
muito reflexivas, o canal 2 deve indicar mais do que 323 K (50ºC),
o canal 4 mais do que 291 K (18ºC), e a diferença entre os
dois ser maior que 25 K (25ºC).
Despreza-se os casos de albedos acima de 24%,
supostamente causados por reflexos intensos e diretos em corpos de água,
por solos muito refletivos, e por ruídos nas imagens.
Adicionalmente, eliminam-se integralmente
do processamento as linhas da imagem com ruído indicado por:
- dez ou mais queimadas detectadas no oceano;
- cem ou mais píxeis contíguos com queimadas;
- por 97% de píxeis com valor zero no canal visível;
E ainda, despreza-se o píxel
identificado como queimada se:
- na matriz de 21 por 21 píxeis nele centrada houver um píxel
com albedo > 80%, assumindo-se possibilidade de reflexo solar na região;
- na matriz de 3 por 3 píxeis nele centrada, seis dos nove píxeis,
excetuando-se o central, têm albedo maior que 24%, assumindo-se reflexo
solar na região;
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Notas.
1) O algoritmo e os limiares utilizados são
conservativos, e assim devem eliminar detecções errôneas,
em particular nas áreas de Cerrado e Caatinga; os focos indicados
representam apenas uma fração dos que realmente estão
ocorrendo.
2) O imageador do satélite mede a "radiância"
termal, em Watts/(metro quadrado por stereoradiano por centímetro).
Através da função de Plank
na faixa de comprimento de onda de atuação do sensor, a radiância
é convertida para "temperatura de brilho", também denominada
"temperatura de radiância" ou "temperatura de corpo negro". Para
se obter a temperatura da superfície observada na Terra, a temperatura
de brilho deve ser compensada pela emissividade e reflectância da
superfície imageada, e pelos efeitos (atenuação, reflexão,
etc.) que a atmosfera causa na radiação ótica medida
pelo satélite. A função de Plank relaciona emissão
de radiação eletromagnética de um "corpo negro" em
função de sua temperatura e do comprimento de onda.
3) Dos três sensores usados na detecção
de queimadas peloCPTEC/INPE, o do satélite GOES é o menos
indicado pelo fato de estar muito mais longe (a 29.400 km) da superfície
que o sensor AVHRR dos satélites NOAA (a 810 km) e que o sensor MODIS
dos satélites TERRA e AQUA (a 700 km). Por esta razão, para
uma mesma queimada, o GOES recebe o sinal cerca de 600 vezes mais fraco,
mesmo considerando o diâmetro maior de seu telescópio (31 cm
ao invés de 20,3 cm no AVHRR).
4) Substitui a Versão 2.0 de 29/agosto/2002, referente ao GOES-8, e a 3.1 de 09/Julho/2003
para o GOES-12.