Radiação atmosférica no ultravioleta no Rio Grande do Sul : fatores determinantes e sua distribuição a partir de dados orbitais

A radiação ultravioleta (RUV) desempenha um papel fundamental na fotoquímica da atmosfera, através de processos de absorção ou dispersão por seus constituintes. Quantificar a RUV espaço-temporalmente e conhecer sua relação com variáveis moduladoras é importante para o estado do Rio Grande do Sul, região com um dos maiores índices de neoplasias de pele do Brasil e onde, hoje em dia, são poucas as cidades que monitoram a RUV in situ e raras as que fazem o monitoramento contínuo. Deste modo, o objetivo desta tese foi gerar conhecimento sobre o comportamento local da RUV no intuito de contribuir na tomada de decisões para mitigar os efeitos causados pela exposição a esta radiação. Para isto, abordamos três tópicos: i) avaliamos as variações de poluentes atmosféricos e seu impacto na RUV, num cenário de redução de atividades antrópicas; ii) medimos o potencial do método Random Forest para reconstrução espaço-temporal a longo prazo, combinando dados superficiais e orbitais; iii) estimamos a distribuição espaço-temporal da RUV e suas relações com fatores moduladores. Nossos resultados mostram que em um cenário de redução de atividades antrópicas, as emissões de dióxido de nitrogênio diminuíram, enquanto os níveis de ozônio total e ultravioleta aumentaram; o aumento simultâneo de ozônio e ultravioleta sugerem que o ozônio não é o único fator que influencia a radiação ultravioleta na superfície. Tendo em vista que as estações de monitoramento ambiental existentes no Rio Grande do Sul são esparsas e distribuídas de forma desigual, foram usadas tecnologias como o método Random Forest, em combinação com uma extensa coleta de dados de múltiplos parâmetros de satélite e estações terrestres como uma ferramenta válida para prever variáveis ao nível do solo, bem como reconstruções espaço-temporais a longo prazo. Através de dados de sensoriamento remoto pudemos analisar as características espaço-temporais, determinando-se que no Rio Grande do Sul locais em latitudes mais baixas e altitudes mais elevadas apresentam maiores incidências de radiação ultravioleta; há um padrão temporal bem definido, com maior valor no verão e menor valor no inverno. Mostrou- se ainda que ocasiões de incidência da radiação mais intensa são correlacionadas de forma negativa com ozônio total, e de forma variável com dióxido de nitrogênio total.Ultraviolet radiation (UVR) plays a fundamental role in the photochemistry of the atmosphere, through processes of absorption or dispersion by its constituents. Quantifying UVR spatio-temporally and knowing its relationship with modulating variables is important for the state of Rio Grande do Sul, a region with one of the highest rates of skin neoplasms in Brazil and where, nowadays, few cities have in situ UVR monitoring and even fewer have continuous monitoring. Thus, the objective of this thesis was to generate knowledge about the local behavior of UVR aiming to contribute to decision-making to mitigate the effects caused by exposure to this radiation. This was approached in three ways: i) we evaluated the variations of atmospheric pollutants and their impact on UVR, in a scenario of reduction of anthropic activities; ii) we measured the potential of the Random Forest method for long-term space-time reconstruction, combining surface and orbital data; iii) we estimated the space-time distribution of UVR and its relationship with modulating factors. Our results show that in a scenario of reduced human activities, nitrogen dioxide emissions decreased, while total and ultraviolet ozone levels increased; the simultaneous increase of ozone and ultraviolet suggests that ozone is not the only factor influencing ultraviolet radiation at the surface. Considering that the existing environmental monitoring stations in Rio Grande do Sul are sparse and unevenly distributed, technologies such as the Random Forest method were used in combination with extensive data collected from multiple satellite parameters and ground stations as a tool for predicting ground-level variables as well as long-term spatio-temporal reconstructions across the study area. Through remote sensing data, we were able to analyze the spatio-temporal characteristics, determining that, in Rio Grande do Sul, locations at lower latitudes and higher altitudes have higher incidences of ultraviolet radiation; there is a well-defined temporal pattern, with a higher value in the summer and a lower value in the winter. It was also shown that occasions of more intense radiation incidence are negatively correlated with total ozone, and in variably forms with total nitrogen dioxide

Análise comparativa de métodos de recuperação de emissividade com dados do infravermelho termal do sensor Aster

A emissividade da superfície terrestre (EST) é uma propriedade importante na caracterização de alvos através do Sensoriamento Remoto (SR). A estimativa da EST envolve a aplicação de uma função indeterminada de várias variáveis em dados de radiância contaminados por uma atmosfera de complexa modelagem. Dunas, em geral, são compostas por quartzo, cujo comportamento emissivo é bem caracterizado com sensores que operam entre 8–12μm. Neste trabalho foram avaliados 4 métodos de recuperação de temperatura-emissividade a partir de dados de radiância corrigida dos efeitos atmosféricos. Os quatro métodos foram aplicados em dados do subsistema do infravermelho termal (TIR) do sensor ASTER e são: Método da Emissividade Normalizada (MEN), Método da Banda de Referência (MBR), Separação de Emissividade e Temperatura (TES) e Resíduos Alpha (α-Residual). Foram geradas imagens de emissividade, cujas amostras puras (controle) de quartzo foram comparadas com uma curva homóloga da biblioteca espectral do Laboratório de Sensoriamento Remoto do Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Neste trabalho, os métodos foram comparados pelas diferenças na emissividade média, temperatura média de uma imagem ASTER e geometria da curva através de seus valores alphas. Obteve-se como resultado que o método TES apresentou uma emissividade média absoluta maior em relação ao MEN e MBR. A temperatura média para métodos MEN e MBR foi de 35,18ºC, TES de 30,10ºC e o α-Residual não gerou um valor de temperatura, pois não considera esta variável na estimativa do espectro alpha. A geometria da curva do método TES foi a mais próxima da curva espectral de referência. Os métodos comparados neste trabalho não obtiveram um desempenho quantitativo dentro dos limiares certos, é dizer no intervalo de emissividade de um quartzo a 29ºC. Os métodos neste trabalho tiveram uma tendência a superestimar os valores de temperatura e consequentemente os valores de emissividade, devido a uma correção atmosférica inexata em condições de alta umidade, suposições iniciais (emissividade) com grande erro, heterogeneidade do alvo. Em contrapartida se obteve bom desempenho na individualização dos campos de dunas preservando a forma da curva espectral (geometria) do quartzo.The land surface emissivity (LSE) is an important property in the characterization of targets through Remote Sensing (RS). The estimation of LSE involves the application of an indeterminate function of several variables in radiance data contaminated by an atmosphere of complex modeling. In general, sand dunes are composed of quartz, whose spectral behavior is well characterized with sensors operating between 8-12μm. In this work, four methods of temperature-emissivity recovery were evaluated from atmospheric effects corrected radiance data. The four methods were applied to data from the thermal infrared (TIR) subsystem of the ASTER sensor, and they are: Normalization Emissivity Method (NEM), Reference Channel Method (RCM), Temperature Emissivity Separation (TES) and Alpha Residuals Method (α- Residual). Emissivity images were generated, whose pure quartz samples (control) were compared to a homologous curve of the spectral library of the Remote Sensing Laboratory of the State Center for Remote Sensing and Meteorology Research at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In this study, the methods were compared by differences in mean emissivity, mean temperature of ASTER image and curve geometry through their alpha values. As a result, the TES method presented a higher mean absolute emissivity, in relation to NEM and RCM. The mean temperature for NEM and RCM methods was 35.18 °C, TES was 30.10 °C and α-Residuals did not generate a temperature value, since it does not consider this variable in the estimation of the alpha spectrum. The geometry of the TES method curve was the closest to the reference spectral curve. The methods compared in this work did not obtain a quantitative performance within the certain thresholds, in the emissivity range of a quartz at 29 °C. The methods tend to overestimate the temperature values and consequently the emissivity values due to an inaccurate atmospheric correction under conditions of high humidity, initial assumptions (emissivity) with great error, heterogeneity of the target. In contrast, a good performance was obtained in the individualization of the dune fields, preserving the shape of the spectral curve (geometry) of the quartz

Análise comparativa de métodos de recuperação de emissividade com dados do infravermelho termal do sensor Aster

A emissividade da superfície terrestre (EST) é uma propriedade importante na caracterização de alvos através do Sensoriamento Remoto (SR). A estimativa da EST envolve a aplicação de uma função indeterminada de várias variáveis em dados de radiância contaminados por uma atmosfera de complexa modelagem. Dunas, em geral, são compostas por quartzo, cujo comportamento emissivo é bem caracterizado com sensores que operam entre 8–12μm. Neste trabalho foram avaliados 4 métodos de recuperação de temperatura-emissividade a partir de dados de radiância corrigida dos efeitos atmosféricos. Os quatro métodos foram aplicados em dados do subsistema do infravermelho termal (TIR) do sensor ASTER e são: Método da Emissividade Normalizada (MEN), Método da Banda de Referência (MBR), Separação de Emissividade e Temperatura (TES) e Resíduos Alpha (α-Residual). Foram geradas imagens de emissividade, cujas amostras puras (controle) de quartzo foram comparadas com uma curva homóloga da biblioteca espectral do Laboratório de Sensoriamento Remoto do Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Neste trabalho, os métodos foram comparados pelas diferenças na emissividade média, temperatura média de uma imagem ASTER e geometria da curva através de seus valores alphas. Obteve-se como resultado que o método TES apresentou uma emissividade média absoluta maior em relação ao MEN e MBR. A temperatura média para métodos MEN e MBR foi de 35,18ºC, TES de 30,10ºC e o α-Residual não gerou um valor de temperatura, pois não considera esta variável na estimativa do espectro alpha. A geometria da curva do método TES foi a mais próxima da curva espectral de referência. Os métodos comparados neste trabalho não obtiveram um desempenho quantitativo dentro dos limiares certos, é dizer no intervalo de emissividade de um quartzo a 29ºC. Os métodos neste trabalho tiveram uma tendência a superestimar os valores de temperatura e consequentemente os valores de emissividade, devido a uma correção atmosférica inexata em condições de alta umidade, suposições iniciais (emissividade) com grande erro, heterogeneidade do alvo. Em contrapartida se obteve bom desempenho na individualização dos campos de dunas preservando a forma da curva espectral (geometria) do quartzo.The land surface emissivity (LSE) is an important property in the characterization of targets through Remote Sensing (RS). The estimation of LSE involves the application of an indeterminate function of several variables in radiance data contaminated by an atmosphere of complex modeling. In general, sand dunes are composed of quartz, whose spectral behavior is well characterized with sensors operating between 8-12μm. In this work, four methods of temperature-emissivity recovery were evaluated from atmospheric effects corrected radiance data. The four methods were applied to data from the thermal infrared (TIR) subsystem of the ASTER sensor, and they are: Normalization Emissivity Method (NEM), Reference Channel Method (RCM), Temperature Emissivity Separation (TES) and Alpha Residuals Method (α- Residual). Emissivity images were generated, whose pure quartz samples (control) were compared to a homologous curve of the spectral library of the Remote Sensing Laboratory of the State Center for Remote Sensing and Meteorology Research at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In this study, the methods were compared by differences in mean emissivity, mean temperature of ASTER image and curve geometry through their alpha values. As a result, the TES method presented a higher mean absolute emissivity, in relation to NEM and RCM. The mean temperature for NEM and RCM methods was 35.18 °C, TES was 30.10 °C and α-Residuals did not generate a temperature value, since it does not consider this variable in the estimation of the alpha spectrum. The geometry of the TES method curve was the closest to the reference spectral curve. The methods compared in this work did not obtain a quantitative performance within the certain thresholds, in the emissivity range of a quartz at 29 °C. The methods tend to overestimate the temperature values and consequently the emissivity values due to an inaccurate atmospheric correction under conditions of high humidity, initial assumptions (emissivity) with great error, heterogeneity of the target. In contrast, a good performance was obtained in the individualization of the dune fields, preserving the shape of the spectral curve (geometry) of the quartz

Un análisis comparativo del comportamiento diferencial de los glaciares en los Andes Tropicales usando teledetección

In this research paper, we analysed the behaviour of Tropical Andean glaciers in a changing climate. We used multi-source satellite images as well as meteorological datasets to achieve this objective. Representative glaciers in four different climatic zones, namely the inner tropics, northern wet outer tropics, southern wet outer tropics and dry outer tropics, were considered in this study. Changes in annual maximum snowline during 1985 - 2015 and also the decadal changes in the area between 1975 and 2015 of these glaciers were calculated. Furthermore, we analysed the rate of glacier retreat during the occurrence of El Niño–Southern Oscillation and Pacific Decadal Oscillation. It is observed that the glaciers in both the inner and outer tropics underwent retreat during the study period and most of this retreat occurred during 1975 - 1997 which is parallel with the so-called Pacific shift. Exceptional variations in snowline altitude were observed when an El Niño event occurs during the warm phase of the Pacific Decadal Oscillation. No significant signals of the recent hiatus in global warming were observed, except in the dry outer tropics which are situated near the subtropical region.En este trabajo de investigación, se analizó el comportamiento de los glaciares de los Andes Tropicales en un clima cambiante; para esto se emplearon imágenes satelitales multiespectrales de diversas fuentes en conjunto con datos meteorológicos. El estudio se enfocó en glaciares representativos de cuatro zonas climáticas diferentes, a saber: trópicos interiores, trópicos exteriores húmedos del norte, trópicos exteriores húmedos del sur y trópicos exteriores secos. Se calcularon los cambios en la línea de nieve máxima anual para el período de 1985―2015, y también los cambios decenales en el área entre 1975 y 2015. Además, se analizó la tasa de retroceso de los glaciares durante la ocurrencia de El Niño―Oscilación del Sur y la Oscilación Decenal del Pacífico. Se observó que los glaciares tanto de los trópicos interiores como de los trópicos exteriores se sometieron a retroceso durante todo el período de estudio, con énfasis entre 1975 y 1997, lapso coincidente con el período de calentamiento del Pacífico. Se observaron variaciones excepcionales en la altitud de la línea de nieve cuando se produce un evento de El Niño durante la fase cálida de la Oscilación Decenal del Pacífico. Se observó que no hay señales significativas del hiato reciente en el calentamiento global, excepto en los trópicos exteriores secos, localizados cerca de la región subtropical

Un análisis comparativo del comportamiento diferencial de los glaciares en los Andes Tropicales usando teledetección

En este trabajo de investigación, se analizó el comportamiento de los glaciares de los Andes Tropicales en un clima cambiante; para esto se emplearon imágenes satelitales multiespectrales de diversas fuentes en conjunto con datos meteorológicos. El estudio se enfocó en glaciares representativos de cuatro zonas climáticas diferentes, a saber: trópicos interiores, trópicos exteriores húmedos del norte, trópicos exteriores húmedos del sur y trópicos exteriores secos. Se calcularon los cambios en la línea de nieve máxima anual para el período de 1985―2015, y también los cambios decenales en el área entre 1975 y 2015. Además, se analizó la tasa de retroceso de los glaciares durante la ocurrencia de El Niño―Oscilación del Sur y la Oscilación Decenal del Pacífico. Se observó que los glaciares tanto de los trópicos interiores como de los trópicos exteriores se sometieron a retroceso durante todo el período de estudio, con énfasis entre 1975 y 1997, lapso coincidente con el período de calentamiento del Pacífico. Se observaron variaciones excepcionales en la altitud de la línea de nieve cuando se produce un evento de El Niño durante la fase cálida de la Oscilación Decenal del Pacífico. Se observó que no hay señales significativas del hiato reciente en el calentamiento global, excepto en los trópicos exteriores secos, localizados cerca de la región subtropical