Detecção de queimadas nas imagens dos satélites geoestacionários GOES-8

Versão 2.0, 29/agosto/2002

    A detecção de queimadas para a América do Sul é feita nas imagens GOES-8 recebidas a cada três horas pela DSA/CPTEC. O satélite é geoestacionário, estando a 29.400 km acima da superfície, na longitude de 75 graus oeste, e foi lançado em 1994. 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 su[erfícies 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 abaixo). O sensor GOES satura no canal 2 com Tb~333 K (60ºC), mas nos cálculos usa-se 340 K (67ºC) com 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%, e com temperatura de brilho no canal 2 maior que 318 K (35ºC), e no canal 4 maior que 283 K (10ºC); estes são os casos quando quase não há  iluminação solar.
    Para albedos entre 3% e 10%, portanto na faixa comum de iluminação solar, a temperatura no canal 2 tem de ser maior que 322 K (49ºC) e a no canal 4 maior que 291 K (18ºC); o limite superior do canal 4 é 303 K (30ºC) 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 12 K (12ºC) para reforçar ainda mais a seletividade.
    Para albedos entre 10% e 50%, de superfícies muito reflexivas, o canal 2 deve indicar mais do que 327 K (54ºC), o canal 4 mais do que 291 K (18ºC), e a diferença entre os dois ser maior que 18 K (18ºC).
    No caso de albedos acima de 50%, causados por reflexos intensos e diretos em corpos de água, e por ruídos nas imagens, os dados são desprezados.
 

Tabela 1 - Limiares do algoritmo de detecção de queimadas em imagens GOES-8 na  DSA/CPTEC, a partir de 19/set/2002.
Albedo (can.0.6 um)
Tb2 (canal 3,9 um)
Tb4 (canal 11,0 um)
(Tb2-Tb4)
0% a 3%
> 318 K (45ºC); < 340 K (67ºC)
> 283 K (10ºC); < 340 K (67ºC)
>  0 K (0ºC)
3% a 10%
> 322 K (49ºC); < 340 K (67ºC)
> 291 K (18ºC); < 303 K (30ºC)
> 12 K (12ºC)
10% a 21%
> 327 K (54ºC); < 340 K (67ºC)
> 291 K (18ºC); < 303 K (30ºC)
> 18 K (18ºC)

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. As imagens das 15 h Z ocasionalmente apresentam falsas detecções. Versão aperfeiçoada.está sendo preparada.
    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, o do satélite GOES é o menos indicado pelo fato de estar muito mais longe (a 29400 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 cerca 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).

resalgor_goes.doc asetzer 021128.doc