Versão 3.3, 10/Outubro/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 se o satélite efetua
estas transmissões. O satélite é geoestacionário,
estando a 29.400 km acima da superfície, na longitude de 75 graus
oeste sobre a linha do equador, 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 263 K
(-10ºC), e com a diferença destas temperaturas maior que 10ºC;
estes são os casos quando quase não há iluminação
solar, ou seja, de detecção mais simples..
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 263
K (-10ºC); 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 causado pelo GOES,
e indicado por:
a) dez ou mais queimadas detectadas no oceano;
b) cem ou mais píxeis contíguos com queimadas;
c) por 97% de píxeis com valor zero no canal visível.
E ainda, despreza-se o píxel
identificado como queimada supondo-se efeito de reflexão solar em
corpos d'água, solos refletivos ou nuvens se:
a) na matriz de 21 por 21 píxeis nele centrada, qualquer píxel,
excetuando-se o central, tem albedo maior que 50% e temperatura
no canal 4 > 15ºC;
b) na matriz de 3 por 3 píxeis nele centrada, seis píxeis,
excetuando-se o central, têm albedo > 24%.
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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"; esta é a temperatura usada
no processamento e indicada na tabela acima. 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; esta temperatura real da superfície não
é utilizada no processamento. 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
apropriado 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). 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). Adicionalmente, o píxel GOES tem 4 km de resolução
no nadir enquanto que o do AVHRR e do MODIS tem 1,1 km resultanto em um
fator de área de cerca de 16 vezes.
4) Substitui a Versão 2.0 de 29/agosto/2002, referente ao GOES-8, a 3.1 de 09/Jul/2003
e a 3.2 de 19/Set/2003 para o GOES-12.