Joint leaf chlorophyll content and leaf area index retrieval from Landsat data using a regularized model inversion system (REGFLEC)

Leaf area index (LAI) and leaf chlorophyll content (Chll) represent key biophysical and biochemical controls on water, energy and carbon exchange processes in the terrestrial biosphere. In combination, LAI and Chll provide critical information on vegetation density, vitality and photosynthetic potentials.However, simultaneous retrieval of LAI and Chll fromspace observations is extremely challenging. Regularization strategies are required to increase the robustness and accuracy of retrieved properties and enable more reliable separation of soil, leaf and canopy parameters. To address these challenges, the REGularized canopy reFLECtance model (REGFLEC) inversion system was refined to incorporate enhanced techniques for exploiting ancillary LAI and temporal information derived from multiple satellite scenes. In this current analysis, REGFLEC is applied to a time-series of Landsat data. A novel aspect of the REGFLEC approach is the fact that no site-specific data are required to calibrate the model, which may be run in a largely automated fashion using information extracted entirely from image-based and other widely available datasets. Validation results, based upon in-situ LAI and Chll observations collected over maize and soybean fields in centralNebraska for the period 2001–2005, demonstrate Chll retrievalwith a relative root-mean-square-deviation (RMSD) on the order of 19% (RMSD = 8.42 μg cm−2). While Chll retrievals were clearly influenced by the version of the leaf optical properties model used (PROSPECT), the application of spatio-temporal regularization constraints was shown to be critical for estimating Chll with sufficient accuracy. REGFLEC also reproduced the dynamics of in-situ measured LAI well (r2 = 0.85), but estimates were biased low, particularly over maize (LAI was underestimated by ~36 %). This disparity may be attributed to differences between effective and true LAI caused by significant foliage clumping not being properly accounted for in the canopy reflectance model (SAIL). Additional advances in the retrieval of canopy biophysical and leaf biochemical constituents will require innovative use of existing remote sensing data within physically realistic canopy reflectancemodels along with the ability to exploit the enhanced spectral and spatial capabilities of upcoming satellite systems

Flood Resilience Assessment of New Orleans after Hurricane Katrina based on Thermal and Vegetation Index Image Time Series

Resilience is a concept with increasing importance in modern risk management because of its role in reducing risks of unpreventable disasters. Previous resilience assessment studies often require extensive surveys of various social, economic, and psychological data or incorporate remote sensing data as one of the complicated physical and social parameters for assessment models. Limited data accessibility to such data due to funding, time, and labor intensity is a major challenge for their wider applications. Therefore, this study proposes the hypothesis that the overall resilience of an urban area to disturbances of natural disasters can be reflected through the time series change sequences of thermal and vegetation index from satellite images. This is because the vegetation index reflects the recoverability of vegetated areas, and thermal change pattern is a reflection of land-cover and land-use changes and energy consumption, which is the end result of various impacts such as social, economic, and physical factors. Specifically, this study introduced a rapid and objective flood resilience assessment method through time series classification based on thermal feature and vegetation index. The method first used unsupervised classification methods to identify potential flood impact levels and conducted supervised classification to obtain a more accurate classification result. Finally, the derived impact levels were classified as flood resilience levels, which are beneficiary for flood preparation and resource allocation for the local and federal government

ESTIMATING LAND SURFACE ALBEDO FROM SATELLITE DATA

Land surface albedo, defined as the ratio of the surface reflected incoming and outgoing solar radiation, is one of the key geophysical variables controlling the surface radiation budget. Surface shortwave albedo is widely used to drive climate and hydrological models. During the last several decades, remotely sensed surface albedo products have been generated through satellite-acquired data. However, some problems exist in those products due to instrument measurement inaccuracies and the failure of current retrieving procedures, which have limited their applications. More significantly, it has been reported that some albedo products from different satellite sensors do not agree with each other and some even show the opposite long term trend regionally and globally. The emergence of some advanced sensors newly launched or planned in the near future will provide better capabilities for estimating land surface albedo with fine resolution spatially and/or temporally. Traditional methods for estimating the surface shortwave albedo from satellite data include three steps: first, the satellite observations are converted to surface directional reflectance using the atmospheric correction algorithms; second, the surface bidirectional reflectance distribution function (BRDF) models are inverted through the fitting of the surface reflectance composites; finally, the shortwave albedo is calculated from the BRDF through the angular and spectral integration. However, some problems exist in these algorithms, including: 1) "dark-object" based atmospheric correction methods which make it difficult to estimate albedo accurately over non-vegetated or sparsely vegetated area; 2) the long-time composite albedo products cannot satisfy the needs of weather forecasting or land surface modeling when rapid changes such as snow fall/melt, forest fire/clear-cut and crop harvesting occur; 3) the diurnal albedo signature cannot be estimated in the current algorithms due to the Lambertian approximation in some of the atmospheric correction algorithms; 4) prior knowledge has not been effectively incorporated in the current algorithms; and 5) current observation accumulation methods make it difficult to obtain sufficient observations when persistent clouds exist within the accumulation window. To address those issues and to improve the satellite surface albedo estimations, a method using an atmospheric radiative transfer procedure with surface bidirectional reflectance modeling will be applied to simultaneously retrieve land surface albedo and instantaneous aerosol optical depth (AOD). This study consists of three major components. The first focuses on the atmospheric radiative transfer procedure with surface reflectance modeling. Instead of executing atmospheric correction first and then fitting surface reflectance in the previous satellite albedo retrieving procedure, the atmospheric properties (e.g., AOD) and surface properties (e.g., BRDF) are estimated simultaneously to reduce the uncertainties produced in separating the entire radiative transfer process. Data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard Terra and Aqua are used to evaluate the performance of this albedo estimation algorithm. Good agreement is reached between the albedo estimates from the proposed algorithm and other validation datasets. The second part is to assess the effectiveness of the proposed algorithm, analyze the error sources, and further apply the algorithm on geostationary satellite - the Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager (SEVIRI) onboard Meteosat Second Generation (MSG). Extensive validations on surface albedo estimations from MSG/SEVIRI observations are conducted based on the comparison with ground measurements and other satellite products. Diurnal changes and day-to-day changes in surface albedo are accurately captured by the proposed algorithm. The third part of this study is to develop a spatially and temporally complete, continuous, and consistent albedo maps through a data fusion method. Since the prior information (or climatology) of albedo/BRDF plays a vital role in controlling the retrieving accuracy in the optimization method, currently available multiple land surface albedo products will be integrated using the Multi-resolution Tree (MRT) models to mitigate problems such as data gaps, systematic bias or low information-noise ratio due to instrument failure, persistent clouds from the viewing direction and algorithm limitations. The major original contributions of this study are as follows: 1) this is the first algorithm for the simultaneous estimations of surface albedo/reflectance and instantaneous AOD by using the atmospheric radiative transfer with surface BRDF modeling for both polar-orbiting and geostationary satellite data; 2) a radiative transfer with surface BRDF models is used to derive surface albedo and directional reflectance from MODIS and SEVIRI observations respectively; 3) extensive validations are made on the comparison between the albedo and AOD retrievals, and the satellite products from other sensors; 4) the slightly modified algorithm has been adopted to be the operational algorithm of Advanced Baseline Imager (ABI) in the future Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series (GOES-R) program for estimating land surface albedo; 5) a framework of using MRT is designed to integrate multiple satellite albedo products at different spatial scales to build the spatially and temporally complete, continuous, and consistent albedo maps as the prior knowledge in the retrieving procedure

Spatial Analysis of Post-Hurricane Katrina Thermal Pattern and Intensity in Greater New Orleans: Implications for Urban Heat Island Research

In 2005, Hurricane Katrina’s diverse impacts on the Greater New Orleans area included damaged and destroyed trees, and other despoiled vegetation, which also increased the exposure of artificial and bare surfaces, known factors that contribute to the climatic phenomenon known as the urban heat island (UHI). This is an investigation of UHI in the aftermath of Hurricane Katrina, which entails the analysis of pre and post-hurricane Katrina thermal imagery of the study area, including changes to surface heat patterns and vegetative cover. Imagery from Landsat TM was used to show changes to the pattern and intensity of the UHI effect, caused by an extreme weather event. Using remote sensing visualization methods, field data, and local knowledge, the author found there was a measurable change in the pattern and intensity of the New Orleans UHI effect, as well as concomitant changes to vegetative land cover. This finding may be relevant for urban planners and citizens, especially in the context of recovery from a large-scale disaster of a coastal city, regarding future weather events, and other natural and human impacts

A global long-term (1981–2000) land surface temperature product for NOAA AVHRR

Land surface temperature (LST) plays an important role in the research of climate change and various land surface processes. Before 2000, global LST products with relatively high temporal and spatial resolutions are scarce, despite a variety of operational satellite LST products. In this study, a global 0.05∘×0.05∘ historical LST product is generated from NOAA advanced very-high-resolution radiometer (AVHRR) data (1981–2000), which includes three data layers: (1) instantaneous LST, a product generated by integrating several split-window algorithms with a random forest (RF-SWA); (2) orbital-drift-corrected (ODC) LST, a drift-corrected version of RF-SWA LST; and (3) monthly averages of ODC LST. For an assumed maximum uncertainty in emissivity and column water vapor content of 0.04 and 1.0 g cm−2, respectively, evaluated against the simulation dataset, the RF-SWA method has a mean bias error (MBE) of less than 0.10 K and a standard deviation (SD) of 1.10 K. To compensate for the influence of orbital drift on LST, the retrieved RF-SWA LST was normalized with an improved ODC method. The RF-SWA LST were validated with in situ LST from Surface Radiation Budget (SURFRAD) sites and water temperatures obtained from the National Data Buoy Center (NDBC). Against the in situ LST, the RF-SWA LST has a MBE of 0.03 K with a range of −1.59–2.71 K, and SD is 1.18 K with a range of 0.84–2.76 K. Since water temperature only changes slowly, the validation of ODC LST was limited to SURFRAD sites, for which the MBE is 0.54 K with a range of −1.05 to 3.01 K and SD is 3.57 K with a range of 2.34 to 3.69 K, indicating good product accuracy. As global historical datasets, the new AVHRR LST products are useful for filling the gaps in long-term LST data. Furthermore, the new LST products can be used as input to related land surface models and environmental applications. Furthermore, in support of the scientific research community, the datasets are freely available at https://doi.org/10.5281/zenodo.3934354 for RF-SWA LST (Ma et al., 2020a), https://doi.org/10.5281/zenodo.3936627 for ODC LST (Ma et al., 2020c), and https://doi.org/10.5281/zenodo.3936641 for monthly averaged LST (Ma et al., 2020b)

Impact of land use change on urban surface temperature and urban green space planning; case study of the island of Bali, Indonesia

Land use and surface temperature were monitored from 1995 to 2013 to examine green space development in Bali using Landsat and ASTER imageries. Urban areas were formed by conversion of vegetation and paddy fields. Heat islands with surface temperature of over 29 ºC were found and influenced by urban area types. High priority, low priority and not a priority zones for green space were resulted by weighted overlay of LST, NDVI and urban area types

Google Earth Engine Open-Source Code for Land Surface Temperature Estimation from the Landsat Series

Land Surface Temperature (LST) is increasingly important for various studies assessing land surface conditions, e.g., studies of urban climate, evapotranspiration, and vegetation stress. The Landsat series of satellites have the potential to provide LST estimates at a high spatial resolution, which is particularly appropriate for local or small-scale studies. Numerous studies have proposed LST retrieval algorithms for the Landsat series, and some datasets are available online. However, those datasets generally require the users to be able to handle large volumes of data. Google Earth Engine (GEE) is an online platform created to allow remote sensing users to easily perform big data analyses without increasing the demand for local computing resources. However, high spatial resolution LST datasets are currently not available in GEE. Here we provide a code repository that allows computing LSTs from Landsat 4, 5, 7, and 8 within GEE. The code may be used freely by users for computing Landsat LST as part of any analysis within GEE

Urban surface temperature time series estimation at the local scale by spatial-spectral unmixing of satellite observations

The study of urban climate requires frequent and accurate monitoring of land surface temperature (LST), at the local scale. Since currently, no space-borne sensor provides frequent thermal infrared imagery at high spatial resolution, the scientific community has focused on synergistic methods for retrieving LST that can be suitable for urban studies. Synergistic methods that combine the spatial structure of visible and near-infrared observations with the more frequent, but low-resolution surface temperature patterns derived by thermal infrared imagery provide excellent means for obtaining frequent LST estimates at the local scale in cities. In this study, a new approach based on spatial-spectral unmixing techniques was developed for improving the spatial resolution of thermal infrared observations and the subsequent LST estimation. The method was applied to an urban area in Crete, Greece, for the time period of one year. The results were evaluated against independent high-resolution LST datasets and found to be very promising, with RMSE less than 2 K in all cases. The developed approach has therefore a high potential to be operationally used in the near future, exploiting the Copernicus Sentinel (2 and 3) observations, to provide high spatio-temporal resolution LST estimates in cities

Estimación de flujos de agua entre suelo, vegetación y atmósfera mediante teledetección = Water fluxes estimation between soil, vegetation and atmosphere using remote sensing

En la frontera entre la superficie terrestre y la atmósfera se producen numerosos procesos físicos relacionados con el ciclo hidrológico. Cuando se producen precipitaciones en forma de lluvia, y el agua alcanza la superficie terrestre, una parte llega al suelo y otra parte puede ser interceptada por la vegetación. La fracción que llega al suelo se infiltra en la zona no saturada donde se almacena, lo humedece, disuelve los elementos que son absorbidos posteriormente por la vegetación y modifica las propiedades físicas del suelo. Para que la vegetación pueda desarrollarse es necesario que la planta abra los estomas, absorba CO2 y realice la fotosíntesis. Durante este proceso se produce una pérdida de agua a través de la hoja, que si es lo suficientemente grande puede llegar a hacer que la planta marchite si no es capaz de reponerla del suelo. El agua del suelo es devuelta a la atmósfera posteriormente mediante la evaporación y la transpiración de las plantas. La primera parte del trabajo se ha centrado en la estimación de parámetros biofísicos y estructurales de la vegetación, concretamente los relacionados con el contenido de agua. Para ello se han empleado numerosos datos recogidos en campo a lo largo de dos años fenológicos completos y se relacionaron con las medidas espectrales a dos escalas diferentes, campo y sensor MODIS (500 m). El contenido de agua se calculó usando tres métricas diferentes calculadas a partir de la misma muestra, el Contenido de Humedad de la Vegetación (FMC), el Espesor Equivalente de Agua (EWT) y el Contenido de Agua del Dosel (CWC). Además se usaron dos estimaciones a partir de Modelos de Transferencia Radiativa (RTM) para la obtención del FMC y CWC que fueron comparados con las obtenidas a partir de los modelos empíricos creados a partir los índices espectrales. Otras variables relacionadas como el contenido de materia seca (Dm) y el índice de área foliar (LAI) fueron también evaluadas usando índices de vegetación. Entre los resultados destacables de este estudio se encuentran en primer lugar los relacionados con el protocolo de recogida de datos en campo. En este estudio se obtuvieron evidencias de que las diferencias temporales a la hora de recoger datos en campo son más importantes que las diferencias espaciales en este ecosistema. Además se demostró la necesidad de mostrar consistencia en el protocolo de muestreo: tamaño de la muestra, hora de recogida de las muestras, etc. y en la importancia de evitar, en lo posible la toma de decisiones, generalmente subjetivas, por parte de los operadores de campo. Otro resultado destacable ha sido demostrar la existencia de una alta variabilidad del Dm a lo largo del año. Esto indica que asumir, como sugieren algunos autores, un valor constante de Dm para la estimación del espesor equivalente de agua a partir del contenido de humedad de la vegetación no es una opción viable en este ecosistema. De los índices de vegetación que fueron comparados en el estudio, el que presentó menores correlaciones fue el Índice de Vegetación Resistente a la Atmósfera (VARI). Se observaron algunas diferencias en el comportamiento de los modelos empíricos obtenidos con MODIS y las producidas a partir de medidas espectrales de campo, obteniendo resultados algo mejores en el caso de MODIS. Este hecho posiblemente sea debido a que las adquisiciones de del sensor MODIS presentan diferentes ángulos de observación, lo que reduce la proporción de suelo captada por el sensor y por lo tanto capturando una mayor proporción del dosel. La comparación entre los modelos empíricos y las estimaciones a partir de RTM demostró que en este caso los modelos empíricos aún mejoran las estimaciones de los modelos físicos desarrollados en zonas similares para estimar el contenido de humedad de la vegetación. La segunda parte del trabajo se ha centrado en la estimación del contenido de humedad del suelo combinando datos ópticos y térmicos mediante el cálculo del Índice de Temperatura y Sequedad de la Vegetación (TVDI) cuya obtención se basa en la técnica del triángulo. Se han investigado diferentes factores que afectan a la definición del triángulo, y cómo estos afectan los valores del TVDI y a su relación final con el contenido de humedad del suelo. En este trabajo se introdujo una modificación al cálculo del TVDI en la que se sustituyó el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) por el Índice de Diferencia Infraroja Normalizada (NDII). Esta modificación se tradujo en una mejora en el comportamiento de los modelos empíricos para estimar el contenido de humedad del suelo. Finalmente en la tesis se investiga el comportamiento de la EF en la zona de estudio y su estimación a partir de teledetección. El principal motivo del empleo de la EF es que ha sido ampliamente utilizada para estimar la evapotranspiración diaria, asumiendo que la EF es constante a lo largo del día. A partir de las medidas recogidas por una torre de flujos se han evaluado las variaciones diarias y se han validado las estimaciones de EF calculadas a partir de imágenes Landsat. Se ha usado una nueva versión modificada de la técnica del triángulo en la que se ha introducido el índice de área foliar adaptado a la escala Landsat a partir del producto MODIS (de 1 km a 30 m) como sustituto del índice de vegetación. Además se muestra un innovador método basado en las estadísticas propias del triángulo para la selección de las fechas a incluir en el análisis estadístico. La validación de las estimaciones de EF se ha llevado a cabo de dos maneras diferentes: usando las contribuciones de todos los pixeles incluidos en la zona de influencia de la torre; y utilizando el valor del único pixel correspondiente a la localización de la torre, mostrando ambas aproximaciones escasas diferencias en cuanto a resultados. Además se han comparado las EF diarias y la correspondiente a la hora de la pasada de Landsat sobre la zona de estudio. En este caso se observaron mayores diferencias, lo cual indica que el supuesto de una EF constante a lo largo del día ha de ser tomada con ciertas precauciones si el objetivo final es el cálculo de la evapotranspiración diaria

Using middle-infrared reflectance for burned area detection

Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011A strategy is presented that allows deriving a new index for burned area discrimination over the Amazon and Cerrado regions of Brazil. The index is based on information from the near-infrared (NIR) and middle-infrared (MIR) channels of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). A thorough review is undertaken of existing methods for retrieving MIR reflectance and an assessment is performed, using simulated and real data, about the added value obtained when using the radiative transfer equation (RTE) instead of the simplified algorithm (KR94) developed by Kaufman and Remer (1994), the most used in the context of burned area studies. It is shown that use of KR94 in tropical environments to retrieve vegetation reflectance may lead to errors that are at least of the same order of magnitude of the reflectance to be retrieved and considerably higher for large values of land surface temperature (LST) and solar zenith angle (SZA). Use of the RTE approach leads to better estimates in virtually all cases, with the exception of high values of LST and SZA, where results from KR94 are also not usable. A transformation is finally defined on the MIR/NIR reflectance space aiming to enhance the spectral information such that vegetated and burned surfaces may be effectively discriminated. The transformation is based on the difference between MIR and NIR in conjunction with the distance from a convergence point in the MIR/NIR space, representative of a totally burnt surface. The transformation allows defining a system of coordinates, one coordinate having a small scatter for pixels associated to vegetation, burned surfaces and soils containing organic matter and the other coordinate covering a wide range of values, from green and dry/stressed vegetation to burned surfaces. The new set of coordinates opens interesting perspectives to applications like drought monitoring and burned area discrimination using remote-sensed information.O coberto vegetal da superfície da Terra tem vindo a sofrer mudanças, por vezes drásticas, que conduzem a alterações tanto na rugosidade da superfície terrestre como no seu albedo, afectando directamente as trocas de calor sensível e latente e de dióxido de carbono entre a superfície terrestre e a atmosfera (Sellers et al., 1996). Neste contexto, as queimadas assumem um papel de extremo relevo (Nobre et al., 1991; O’Brien, 1996; Xue, 1996) na medida em que constituem uma das mais importantes fontes de alteração do coberto vegetal, resultando na destruição de florestas e de recursos naturais, libertando carbono da superfície continental para a atmosfera (Sellers et al., 1995) e perturbando as interacções biosfera-atmosfera (Levine et al., 1995; Scholes, 1995) através de mudanças na rugosidade do solo, na área foliar e noutros parâmetros biofísicos associados ao coberto vegetal. Ora, neste particular, a Amazónia Brasileira constitui um exemplo notável de mudanças no uso da terra e do coberto vegetal nas últimas décadas, como resultado da desflorestação induzida pelo homem bem como por causas naturais (Gedney e Valdes, 2000; Houghton, 2000; Houghton et al., 2000; Lucas et al., 2000), estimando-se que as regiões tropicais sejam responsáveis por cerca de 32% da emissão global de carbono para a atmosfera (Andreae, 1991). Neste contexto, a disponibilidade de informações pormenorizadas e actualizadas sobre as distribuições espacial e temporal de queimadas e de áreas ardidas em regiões tropicais afigura-se crucial, não só para uma melhor gestão dos recursos naturais, mas também para estudos da química da atmosfera e de mudanças climáticas (Zhan et al., 2002). A detecção remota constitui, neste âmbito, uma ferramenta indispensável na medida em que permite uma monitorização em tempo quase real, a qual se revela especialmente útil em áreas extensas e/ou de difícil acesso afectadas pelo fogo (Pereira et al., 1997). Diversos instrumentos, tais como o Land Remote Sensing Satellite/Thematic Mapper (LANDSAT/TM) e o National Oceanic and Atmospheric Administration/Advanced Very High Resolution Radiometer (NOAA/AVHRR) têm vindo a ser extensivamente utilizados na gestão dos fogos florestais, em particular aos níveis da detecção de focos de incêndio e da monitorização de áreas queimadas. Mais recentemente, o instrumento VEGETATION a bordo do Satellite Pour l'Observation de la Terre (SPOT) tem vindo a ser utilizado com sucesso na monitorização de fogos. Finalmente, são de referir os sensores da série Along Track Scanning Radiometer (ATSR) para os quais têm vindo a ser desenvolvidos algoritmos de identificação de focos de incêndio, e ainda o sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) que tem vindo a demonstrar capacidades óptimas no que respeita à observação global de fogos, plumas e áreas queimadas. Neste contexto, os métodos actuais de detecção de áreas ardidas através da detecção remota têm vindo a dar prioridade à utilização das regiões do vermelho (0.64 μm) e infravermelho-próximo (0.84 μm) do espectro eletromagnético. No entanto, tanto a região do vermelho quanto a do infravermelho-próximo apresentam a desvantagem de serem sensíveis à presença de aerossóis na atmosfera (Fraser e Kaufman, 1985; Holben et. al., 1986). Desta forma, em regiões tropicais como a Amazónia, onde existem grandes camadas de fumo devido à queima de biomassa, a utlização destas duas regiões do espectro eletromagnético torna-se insatisfatória para a detecção de áreas ardidas. Por outro lado, a região do infravermelho médio (3.7 – 3.9 μm) tem a vantagem de não ser sensível à presença da maior parte dos aerossóis, exceptuando a poeira (Kaufman e Remer, 1994) mostrando-se, ao mesmo tempo, sensível a mudanças na vegetação devido à absorção de água líquida. Com efeito, estudos acerca dos efeitos do vapor de água na atenuação do espectro eletromagnético demonstraram que a região do infravermelho médio é uma das únicas regiões com relativamente pouca atenuação (Kerber e Schut, 1986). Acresce que a região do infravermelho médio apresenta uma baixa variação da irradiância solar (Lean, 1991), tendo-se ainda que a influência das incertezas da emissividade na estimativa da temperatura da superfície é pequena quando comparada com outras regiões térmicas tais como as de 10.5 e 11.5 μm (Salysbury e D’Aria, 1994). A utilização da radiância medida através de satélites na região do infravermelho médio é, no entanto, dificultada pelo facto de esta ser afectada tanto pelo fluxo térmico quanto pelo fluxo solar, contendo, desta forma, duas componentes, uma emitida e outra reflectida, tendo-se que a componente reflectiva contém os fluxos térmico e solar reflectidos pela atmosfera e pela superfície enquanto que as emissões térmicas são oriundas da atmosfera e da superfície. Ora, a componente solar reflectida é de especial interesse para a detecção de áreas ardidas pelo que se torna necessário isolá-la do sinal total medido pelo sensor. Devido à ambiguidade deste sinal, a distinção dos efeitos da reflectância e da temperatura torna-se uma tarefa muito complexa, verificando-se que os métodos em que se não assume nenhuma simplificação, levando-se, portanto, em consideração todos os constituintes do sinal do infravermelho médio se tornam complexos e difíceis de serem aplicados na prática, na medida em que requerem dados auxiliares (e.g. perfis atmosféricos) e ferramentas computacionais (e.g. modelos de tranferência radiativa). Kaufman e Remer (1994) desenvolveram um método simples para estimar a reflectância do infravermelho médio o qual assenta em diversas hipóteses simplificadoras. Apesar do objectivo primário que levou ao desenvolvimento do método ser a identificação de áreas cobertas por vegetação densa e escura em regiões temperadas, este método tem sido lagarmente utilizado nos estudos acerca da discriminação de áreas queimadas, algumas das vezes em regiões tropicais (Roy et al., 1999; Barbosa et al., 1999; Pereira, 1999). Na literatura não existe, no entanto, nenhum estudo acerca da exactidão e precisão deste método quando aplicado com o objectivo de detectar áreas ardidas, em especial em regiões tropicais. Neste sentido, no presente trabalho procedeu-se a um estudo de viabilidade do método proposto por Kaufman e Remer (1994) em simultâneo com a análise da equação de tranferência radiativa na região do infravermelho médio, tendo sido realizados testes de sensibilidade dos algoritmos em relação aos erros nos perfis atmosféricos, ruído do sensor e erros nas estimativas da temperatura da superfície. Para tal recorreu-se ao modelo de transferência radiativa Moderate Spectral Resolution Atmospheric Transmittance and Radiance Code (MODTRAN), dando-se especial atenção ao caso do sensor MODIS. Os resultados demonstraram que a utilização do método proposto por Kaufman e Remer (1994) em regiões tropicais para a estimativa da reflectância no infravermelho médio, leva a erros que são pelo menos da mesma ordem de magnitude do parâmetro estimado e, em alguns casos, muito maior, quando ocorre a combinação de altas temperaturas da superfície terrestre com baixos ângulos zenitais solares. A utilização da equação de transferência radiativa mostrouse uma boa alternativa, desde que estejam disponíveis dados acerca da temperatura da superfíce terrestre assim como dos perfis atmosféricos. Entretanto, nas regiões onde ocorrem altos valores de temperatura da superfície terrestre e baixos ângulos zenitais solares, quaisquer dos dois métodos se mostra pouco utilizável, já que nesta região a estimativa da reflectância constitui um problema mal-posto. Em paralelo, utilizaram-se informações sobre aerossóis de queimada para efectuar simulações do MODTRAN que permitiram avaliar a reposta do canal do infravermelho-médio à este tipo de perturbação do sinal, muito comum na Amazónia Brasileira. A fim de tornar o estudo o mais realístico possível, procedeu-se à coleta de material resultante de queimadas na região Amazónica, mais especificamente em Alta Floresta, Mato Grosso, Brasil. Estes resultado foram então integrados nos estudos em questão, possibilitando a caracterização espectral das áreas ardidas. Com base nos resultados obtido definiu-se uma tranformação no espaço do infravermelho próximo e médio com o objetivo de maximizar a informação espectral de forma a que as superfícies vegetadas pudessem ser efectivamente discriminadas e as áreas ardidas identificadas. A tranformação baseia-se na diferença entre a reflectância nos infravermelhos próximo e médio, em conjunto com a distância a um ponto de convergência no espaço espectral dos infravermelhos próximo e médio, ponto esse representativo de uma área completamente ardida. A tranformação permitiu a definição de um novo sistema de coordenadas, o qual provou ser bastante útil no que diz respeito á identificação de áreas ardidas. Este novo espaço de coordenadas constitui uma inovação na área dos estudos de queimadas, já que permite ao mesmo tempo definir dois tipos de índices, o primeiro dos quais identifica superfícies que contém ou não biomassa e o segundo identifica, de entre as superfícies que contêm biomassa, a quantidade de água presente, podendo variar de vegetação verde (abundância de água) até áreas ardidas (ausência de água). Além de distiguir áreas ardidas, os índices desenvolvidos podem ainda ser aplicados em outros casos como, por exemplo, estudos de estresse hídrico e secas.DSA/INPE; Portuguese Foundation of Science and Technology (Fundação para a Ciência e Tecnologia / FCT)(SFRH/BD/21650/2005