Discriminação de áreas utilizáveis para cultivo de arroz irrigado utilizando imagens MÓDIS e modelo hand

One of the most relevant activities of Brazilian economy is agriculture. Among the main crops in Brazil, rice is one of high relevance. The state of Rio Grande do Sul, in Southern Brazil, is responsible for 68.7% of domestic production (IBGE, 2013). The goal of this study was to develop a low-cost methodology with a regional scope to identify suitable areas for irrigated rice cropping in this state, using spectro-temporal behavior of vegetation index by means of MODIS images and HAND model. The rice-cropped area of this study was the southern half of the State. Using the HAND model, flood areas were mapped to identify irrigated rice cultivation. We used multi-temporal images of vegetation index from MODIS sensor, covering the period from August 2001 to May 2012. To assess the results, we used data collected in the fields and cropped area information from IBGE. The results showed that the proposed methodology was satisfactory, with Kappa 0.92 and global accuracy of 98.18%. As result, MODIS sensor data and flood areas delineation by means of HAND model generated the estimate irrigated rice area for the area of study.Uma das atividades mais relevantes para a economia brasileira é a agricultura. O arroz está entre os produtos de maior importância no cenário agrícola nacional, e o Estado do Rio Grande do Sul é o responsável por 68,7 % da produção nacional (IBGE, 2013). O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de baixo custo, com uma abrangência regional capaz de discriminar as áreas utilizáveis para o cultivo de arroz irrigado, no Estado do Rio Grande do Sul, a partir do comportamento espectro-temporal de índices de vegetação de imagens MÓDIS e do Modelo HAND. A área de estudo limitou-se à metade sul do Estado do Rio Grande do Sul, que compreende a região produtora de arroz irrigado, onde, a partir do modelo HAND, foram mapeadas as áreas de inundação para discriminar a cultura do arroz irrigado. Foram utilizadas imagens multitemporais de índice de vegetação EVI do sensor MÓDIS, abrangendo o período de agosto de 2011 a maio de 2012. Para avaliar os resultados, foram utilizados dados coletados a campo e dados de área cultivada do IBGE. Os resultados mostraram que a metodologia proposta foi satisfatória, com Kappa de 0,92 e Exatidão Global de 98,18%. Portanto, o uso de dados multitemporais e de moderada resolução espacial, provenientes do sensor MÓDIS, aliados à delimitação de áreas próprias para inundação, utilizando o modelo HAND, torna possível gerar e disponibilizar dados de estimativa de área cultivada de arroz irrigado para a área de estudo

TVDI spatiotemporal pattern of a soybean growing area in humid subtropical climate

The most southern Brazilian state, Rio Grande do Sul, is characterized by high crop yield and is, currently, the third leading soybean producer in the country. Therefore, agriculture is very important to the economy of the region. Because agriculture is highly dependent on variable weather parameters, the present study aimed to test the Temperature-Vegetation Dryness Index (TVDI) as a regional indicator of water status under the climate and soybean crop management conditions that predominate in northwestern Rio Grande do Sul. For this, soybean crop seasons with contrasting yields were selected: 2004 – 2005 (yield 0.5 t·ha–1) and 2009 – 2010 (2.7 t·ha–1). TVDI was obtained from the surface temperature (TS) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) images available from MODIS products, which were correlated to obtain a triangular scatter plot. Rainfall data from surface weather stations were also used. The results showed that the pattern of the TVDI is associated with rainfall variability. However, as the TVDI is based on normalization of the wet and dry edges of each image individually, the comparison of TVDI values across different images is challenging. This deficiency can be mitigated by analysis of the parameters used to derive the index. Therefore, both the TVDI and the “b” and TSmin parameters used to derive it can elucidate the patterns of crop response to water availability

Climatologia, variabilidade e tendências da precipitação pluvial em Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brasil

The objective of this study was to characterize the rainfall climatology in Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brazil, through analyses of means, variabilities related to El Niño Southern Oscillation (ENSO), and temporal trends, using a 60-year data series (1956-2015). Descriptive statistics of annual, monthly and seasonal rainfall were used to characterize the rainfall climatology. The differences between seasons, and influence of ENSO were evaluated using analysis of variance and the Duncan’s test. Rainfall trends were evaluated by the Mann Kendall test. The local average annual rainfall is 1,683 mm and the average monthly rainfall is 140 mm, varying from 109 (May) to 182 mm (September). The annual rainfall has high interannual (standard deviation of 327 mm), monthly (60-100 mm) and seasonal (124-183 mm) variabilities, which should be considered in non-irrigated agricultural systems using rainfall as the main source of water supply to plants. Although autumn presents lower average rainfall (346 mm) than the other seasons, its average percentages were similar to the total annual rainfall (21-28%), and the rainfalls are well-distributed in the seasons. Differences between ENSO events occurred in the spring; La Niña years showed lower rainfall (385 mm) than El Niño (549 mm) and neutral (481 mm) years. The annual rainfall tended to increase by 6.3 mm per year (p < 0.01), with increases of 2.5 mm in spring and 1.9 mm in winter (p < 0.10) in the period analyzed.Objetivou-se nesse trabalho caracterizar climaticamente a precipitação pluvial, analisar a influência de eventos El Niño Oscilação Sul (ENOS) e a tendência temporal na série de dados 1956-2015 de Veranópolis, Rio Grande do Sul, Brasil. Para caracterização climática foram definidas estatísticas descritivas da precipitação pluvial anual, mensal e estacional. Para identificação de diferenças entre estações e influência de eventos ENOS, os dados foram submetidos à análise de variância e teste de Duncan. Tendências foram avaliadas pelo teste de Mann Kendall. Os resultados indicaram que a precipitação pluvial anual média é de 1.683 mm e a mensal 140 mm, variando entre 109 (maio) e 182 mm (setembro). Há elevada variabilidade interanual na precipitação pluvial anual (desvio-padrão de 327 mm), mensal (60-100 mm) e estacional (124-183 mm), a qual deve ser considerada especialmente em sistemas agrícolas não irrigados nos quais a chuva é o principal mecanismo de aporte de água às plantas. Embora a precipitação pluvial média do outono (346 mm) seja inferior à das demais estações, os percentuais médios em relação ao total anual são semelhantes (21-28%) e a chuva é bem distribuída nas estações. Diferenças entre eventos ENOS ocorreram na primavera, sendo que chove menos em eventos La Niña (385 mm) do que em El Niño (549 mm) e neutros (481 mm). Há tendência climática de aumento da precipitação pluvial anual em 6,3 mm ao ano (p < 0,01), assim como na primavera (2,5 mm) e inverno (1,9 mm) (p < 0,10) na série analisada

Evaluation of OSEB and SEBAL models for energy balance of a crop area in a humid subtropical climate

This study evaluated the adequacy of the One-Source Energy Balance (OSEB) and Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) models to estimate evapotranspiration in grain growing areas with humid subtropical climate in Rio Grande do Sul, southern Brazil. The dataset was obtained from a micrometeorological station (Eddy Covariance) and MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) products during 84 observation days between 2009 and 2011. The OSEB and SEBAL models were used to estimate the partition of net radiation (Rn) into the components latent heat flux (LE), sensible heat flux (H), and ground heat flux (G) estimated from the MODIS images while the experimental data measured in situ were used to compare the results. Analyses indicated that the Energy Balance (EB) components were estimated from the MODIS images satisfactorily despite the spatial resolution limitations. Furthermore, the SEBAL model estimated the EB components satisfactorily only for summer crops. There are uncertainties associated with determining the hot and cold pixels due to the region humid subtropical climate and the spatial resolution of the sensor used in the other periods. The OSEB model has the lowest errors and the most adequate partitioning of the EB components throughout the year, and therefore, it is the most suitable for the climatic conditions of Rio Grande do Sul

Idade das árvores como fator de ajuste ao NDVI

This study aimed to increase satellite-derived Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) sensitivity to biophysical parameters changes with aid of a forest age-based adjustment factor. This factor is defined as a ratio between stand age and age of rotation, which value multiplied by Landsat-5/TM-derived NDVI generated the so-called adjusted index NDVI_a. Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI) was also calculated. The relationship between these vegetation indices (VI) with Eucalyptus and Pinus stands’ wood volume was investigated. The adjustment factor caused an increase in NDVI dynamic range values, since older stands tended to be assigned with highest NDVI values, while younger ones tended to be forced to assume lower NDVI values. As a result, direct and significant relationship between NDVI_a and wood volume could be maintained for wider ranges of wood volume. However, it was observed that NDVI_a was only statistically superior to NDVI and SAVI when a detailed age dataset is available. It is conclude that, the stand age has potential to improve NDVI sensitivity to biophysical parameters allowing that quantitative estimates could be made since young to adult stands.Este estudo teve por objetivo aumentar a sensibilidade do NDVI, derivado de imagem de satélite, às variações de parâmetros biofísicos através do uso de um fator de ajuste baseado na idade da floresta. Este fator é definido como a razão entre a idade do povoamento e a idade de rotação, cujo valor multiplicado pelo NDVI (derivado de imagens Landsat-5/TM) gerou um índice ajustado chamado NDVI_a. SAVI também foi calculado. A relação entre estes índices de vegetação com volume de madeira de Eucalyptus e Pinus foi investigada. O fator de ajuste fez com que ocorresse um aumento no intervalo dinâmico do NDVI, uma vez que povoamentos mais velhos tenderam a assumir os valores mais altos do NDVI, enquanto nos povoamentos mais novos o NDVI tendeu a assumir valores mais baixos. Desta maneira, relações diretas e significativas entre NDVI_a e volume de madeira puderam ser mantidas em intervalos mais amplos de volume de madeira. Contudo, se observou que NDVI_a só foi estatisticamente superior ao NDVI e SAVI quando se dispunha de dados com valores de idade detalhados. Conclui-se que, a idade do povoamento florestal tem potencial para melhorar a sensibilidade do NDVI aos parâmetros biofísicos permitindo que estimativas possam ser feitas desde povoamentos novos até povoamentos adultos

Horizon obstruction computed from a digital elevation model

O objetivo deste trabalho foi avaliar a exatidão do cálculo da obstrução do horizonte, a partir de um modelo digital de elevação (MDE), em diferentes situações topográficas. O material utilizado incluiu um MDE disponível para a região da Serra Gaúcha, RS, receptores GPS, câmera digital, lente grande‑angular e os programas Idrisi, Arcview/ArcGIS e Solar Analyst. Foram adquiridas fotografias hemisféricas, e coletadas as coordenadas de 16 locais na área de estudo. As coordenadas e o MDE foram utilizados para calcular a obstrução do horizonte com uso do algoritmo Solar Analyst. Foram comparadas a fração aberta do céu calculada e a obtida pelas fotografias hemisféricas. O coeficiente de determinação foi de 0,8428, tendo-se observado superestimativa média de 5,53% da fração aberta do céu. Os erros são atribuídos principalmente à obstrução pela vegetação, que não pode ser identificada pelo MDE. A obstrução do horizonte, causada pelo relevo na Serra Gaúcha, pode ser calculada satisfatoriamente pelo Solar Analyst, a partir de um MDE interpolado de cartas topográficas na escala 1:50.000.The objective of this work was to evaluate the accuracy of the horizon obstruction calculation, from a digital elevation model (DEM), at different topographic situations. The material used included an available DEM for the Serra Gaúcha region, RS, Brazil, GPS receivers, a digital camera, wide angle lens, and Idrisi, Arcview/ArcGIS and Solar Analyst softwares. For 16 locations in the study area, hemispherical photographs were acquired and coordinates were collected. Coordinates and DEM were used to calculate the horizon obstruction using the Solar Analyst algorithm. The open sky fraction computed from the DEM and obtained by hemispherical photograph were compared. Determination coefficient was 0.8428, and an average overestimation of 5.53% of the open sky fraction was observed. Errors are mainly attributed to obstruction caused by vegetation, which cannot be identified by the DEM. The horizon obstruction caused by relief in Serra Gaúcha can be computed satisfactorily by the Solar Analyst, from a DEM interpolated from topographical charts at 1:50,000 scale

Assessment of spectral-temporal dynamics for mapping the main summer crops in the Rio Grande do Sul State

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de baixo custo para o mapeamento das culturas de verão no Estado do Rio Grande do Sul, a partir do comportamento espectro-temporal de índices de vegetação e o Modelo HAND. O estudo foi realizado no Estado do Rio Grande do Sul, e o período foi a safra 2011/2012. Utilizaram-se imagens EVI do Sensor MODIS e dados SRTM. Para avaliar os resultados, foram usados dados de campo e dados do IBGE, além de um mapa referência elaborado com imagens RapidEye. Os resultados da classificação MODIS e os dados do IBGE geraram um coeficiente de correlação (r) de 0,98 para o arroz e 0,89 para a soja. Na validação dos dados coletados em campo, a cultura do arroz irrigado obteve um coeficiente Kappa de 0,66 e a cultura da soja 0,61. Na análise de similaridade Fuzzy, a cultura do arroz irrigado obteve uma similaridade de 87% contra 81% da soja. Portanto, o uso de dados multitemporais do sensor MODIS, aliado à delimitação de áreas de inundação, utilizando o modelo HAND, torna possível disponibilizar dados de estimativa de área cultivada das principais culturas de verão no Estado do Rio Grande do Sul.This study aimed to develop a low-cost method for mapping summer crops in the Rio Grande do Sul State, from the spectraltemporal behavior of vegetation indices and the HAND Model. The study was conducted in the Rio Grande do Sul State in the 2011/2012 harvest. It was used EVI images from the MODIS sensor and SRTM data. To evaluate the results, we used field data and IBGE data and a reference map elaborated with RapidEye images. The results of the MODIS classification and the IBGE data generated a correlation coefficient (r) of 0.98 for rice and 0.89 for soybeans. Validation with data collected in the field, irrigated rice obtained a Kappa coefficient of 0.66 and soybean, 0.61. In the Fuzzy similarity analysis, the irrigated rice achieved a similarity of 87% and soybean, 81%. Therefore, multi-temporal MODIS data, combined with the delineation of flood areas, using the HAND model, allow to estimate the area planted with the main summer crops in the Rio Grande do Sul State

Índice de vegetação por diferença normalizada obtido por sensor remoto de superfície para caracterização do ciclo de videiras no Rio Grande do Sul, Brasil

The normalized difference vegetation index (NDVI) obtained by remote sensing is widely used to monitor annual crops but few studies have investigated its use in perennial fruit crops. The aim of this study was to determine the temporal NDVI profile during grapevine cycle in vineyards established in horizontal training systems. NDVI data were obtained by the ground-based remote sensing Greenseeker in Chardonnay and Cabernet Sauvignon vineyards located in the Serra Gaúcha region, Rio Grande do Sul, Brazil, from September to June in the 2014/2015 and 2015/2016 vegetative seasons. The grapevine canopies were managed in horizontal training systems (T-trellis and Y-trellis). The results indicated that the temporal NDVI values varied during the grapevine cycle (0.33 to 0.85), reflecting the changing in vigor and biomass accumulation that resulted from the phenological stages and management practices. The temporal NDVI profiles were similar to both horizontal training systems. The NDVI values were higher throughout the cycle for Cabernet Sauvignon compared to Chardonnay indicating Cabernet Sauvignon as the cultivar with greater vegetative vigor. The NDVI obtained by ground-based remote sensing is a fast and non-destructive tool to monitor and characterize the canopy in real time, compiling into a single data several parameters related to vine development, like meteorological conditions and management practices that are difficult to be quantified together.O índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), obtido por sensoriamento remoto, tem sido amplamente empregado no monitoramento de culturas agrícolas produtoras de grãos, porém poucos são os estudos em fruticultura. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a evolução temporal do NDVI obtido por sensor remoto de superfície ao longo do ciclo de videiras em sistemas horizontais de condução do dossel vegetativo. Dados de NDVI foram obtidos com sensor remoto Greenseeker em vinhedos na região da Serra Gaúcha, Rio Grande do Sul, Brasil, de setembro a junho nas safras 2014/2015 e 2015/2016. Os vinhedos das cultivares Chardonnay e Cabernet Sauvignon eram conduzidos em sistema horizontal (latada e lira). Os resultados indicaram que houve variabilidade temporal do NDVI ao longo do ciclo (de 0,33 a 0,85), a qual refletiu as alterações no acúmulo de biomassa e vigor vegetativo decorrentes das principais etapas fenológicas e práticas de manejo. A evolução temporal do NDVI foi semelhante nos sistemas latada e lira, ambos caracterizados pela condução horizontal do dossel vegetativo. Os valores de NDVI para ‘Cabernet Sauvignon’ foram superiores aos de ‘Chardonnay’ ao longo do ciclo, independe da safra avaliada e do sistema de condução, indicando ‘Cabernet Sauvignon’ como a cultivar de maior vigor vegetativo. O NDVI, obtido por sensor remoto de superfície, é uma forma rápida e não destrutiva de monitoramento e caracterização do dossel vegetativo em tempo real, compilando em uma única informação o desenvolvimento da videira, o qual é resultado de diversos fatores, edafo-climáticos e de manejo, dificilmente quantificados conjuntamente

Uso de imagens TST do sensor MODIS/AQUA como indicativo da ocorrência de geadas no RS

Although frost occurrence causes severe losses in agriculture, especially in the south of Brazil, the data of minimum air temperature (Tmin) currently available for monitoring and predicting frosts show insufficient spatial distribution. This study aimed to evaluate the MDY11A1 (LST – Land Surface Temperature) product, from the MODIS sensor on board the AQUA satellite as an estimator of frost occurrence in the southeast of the state of Rio Grande do Sul, Brazil. LST images from the nighttime overpass of the MODIS/AQUA sensor for the months of June, July and August from 2006 to 2012, and data from three conventional weather stations of the National Institute of Meteorology (INMET) were used. Consistency was observed between Tmin data measured in weather stations and LST data obtained from the MODIS sensor. According to the results, LSTs below 3 ºC recorded by the MODIS/AQUA sensor are an indication of a favorable scenario to frost occurrence.Apesar da ocorrência de geadas causar severas perdas à agricultura, em especial no Sul do Brasil, os dados de temperatura mínima do ar atualmente disponíveis para o monitoramento e previsão deste fenômeno apresentam distribuição espacial insuficiente. O objetivo deste trabalho foi avaliar o produto MDY11A1 (TST - Temperatura da Superfície Terrestre), do sensor MODIS a bordo do satélite AQUA como estimador da ocorrência de geadas sobre o Sudeste do Estado do Rio Grande do Sul. Utilizaram-se imagens de TST da passagem noturna do sensor MODIS/AQUA dos meses de junho, julho e agosto de 2006 a 2012 e dados de três estações meteorológicas convencionais do INMET. Verificou-se coerência entre os dados de Temperatura mínima do ar medidos em estações meteorológicas e os dados de Temperatura da superfície da terra obtidos do sensor MODIS. Resultados desta pesquisa apontam que as TSTs registradas pelo sensor MODIS/AQUA inferiores a 3 °C são indicativas de situação favorável à ocorrência de geadas

SPECTRAL REFLECTANCE OF IPÊ-AMARELO LEAVES UNDER DIFFERENT FORMS OF STORAGE AND COLLECTION TIME

The application of spectroradiometry techniques to the study of tree species allows the acquisition of information related to plant physiology and morphology, which can be used in conjunction with orbital images. However, it is known that when a leaf is extracted the senescence process is started, which is characterized by cell constituents degradation, loss of water and modifications of the foliar mesophyll structure. In this context, this study aimed to evaluate the influence of the collection time and storage form on the spectral response of ipê-amarelo leaves. Thus, 32 leaves were collected in distinct times (1h, 2h, 24h and 48h) and conditioned with(C) and without(S) thermal storage. The data were evaluated from the visual analysis of the spectral curves, derivative analysis and statistical analysis. The experiment was conducted in a Randomized block design and data were submitted to analysis of variance (ANOVA) and Tukey test (p = 0.05). Results indicated that thermal storage might delay the senescence process of the leaves. Both the collection time and the storage form affect the pattern of spectral behavior of the leaves of ipê-amarelo. The collection time has not shown significant differences between 1-2h. The largest differences were found between 2-24h after collection