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Monitoramento Costeiro e Oceânico - INPE/OBT/DGI

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<strong>Monitoramento</strong> <strong>Costeiro</strong><br />

e <strong>Oceânico</strong><br />

6º EUsISSER<br />

São José dos Campos, 27 de outubro 2010<br />

Milton Kampel<br />

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais<br />

Coordenação de Observação da Terra<br />

Divisão de Sensoriamento Remoto<br />

1


Agradecimentos<br />

Aos organizdores do 6 o EUsISSER<br />

Aos patrocinadores, Prefeitura de SJC e Pq.<br />

Tecnológico<br />

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Apresentação<br />

Oceanografia (B.Sc.)<br />

B.Sc. - UERJ<br />

Geologia e Geofísica Marinha<br />

Especialização - UFF/LAGEMAR<br />

Sensoriamento Remoto<br />

M.Sc. – <strong>INPE</strong><br />

Oceanografia Biológica<br />

PhD – USP/IO<br />

Pós-Doc<br />

BIO – Canadá<br />

Pesquisador <strong>INPE</strong><br />

Coordenação de Observação da Terra (1996)<br />

Chefe da Divisão de Sensoriamento Remoto (2008)<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 3


Aspectos a serem abordados<br />

Oceanos e Clima<br />

Coleta de Dados<br />

Sensoriamento Remoto<br />

Gerenciamento <strong>Costeiro</strong><br />

Exemplos de Aplicações<br />

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Objetivo<br />

Apresentar conceitos e princípios básicos aos<br />

participantes.<br />

Abordar sobre a importância do monitoramento<br />

ambiental costeiro e oceânico.<br />

Mostrar exemplos de trabalhos, projetos e atividades<br />

realizadas na costa brasileira com a participação do<br />

<strong>INPE</strong>.<br />

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Introdução<br />

A TERRA É UM PLANETA AQUÁTICO<br />

OS OCEANOS ABSORVEM METADE DA RADIAÇÃO<br />

SOLAR<br />

REDISTRIBUEM CALOR E CONTROLAM O CLIMA<br />

ABSORÇÃO DE GASES DO EFEITO ESTUFA<br />

COMÉRCIO INTERNACIONAL<br />

DEFESA NACIONAL<br />

PESCA E AQUACULTURA<br />

POLUIÇÃO<br />

DEPÓSITOS MINERAIS<br />

REGIÃO COSTEIRA<br />

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Clima<br />

São as estatísticas (média, desvio padrão, etc.)<br />

das variáveis que definem o estado da<br />

atmosfera:<br />

Temperatura;<br />

Pressão;<br />

Vento (direção e intensidade);<br />

Precipitação;<br />

Umidade.<br />

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Planeta Terra = estufa<br />

Uma estufa permite a entrada da radiação solar<br />

e bloqueia a saída da radiação infra-vermelha,<br />

aquecendo o interior.<br />

O planeta Terra é uma estufa natural, porque<br />

certos gases na atmosfera são opacos à<br />

radiação infra-vermelha.<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 8


Efeito estufa<br />

Os gases que produzem o efeito estufa, e que<br />

são emitidos pela ação humana são:<br />

Dióxido de carbono;<br />

Metano;<br />

Óxido nitroso;<br />

Hexafluoreto de enxofre;<br />

Hidrofluorocarbonos;<br />

Perfluorocarbonos.<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 9


Mudanças nos gases de Efeito Estufa a<br />

partir de dados de testemunho de gelo<br />

e dados mais recentes<br />

A concentração atmosférica<br />

dos gases que provocam o<br />

efeito estufa aumentou nos<br />

últimos 250 anos, e continua<br />

aumentando devido à ação<br />

do homem.<br />

Fonte: IPCC, 2007<br />

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Influência antrópica<br />

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Fatores humanos e naturais<br />

Os aumentos globais da concentração de<br />

dióxido de carbono se devem principalmente ao<br />

uso de combustíveis fósseis e à mudança no<br />

uso da terra.<br />

Já os aumentos da concentração de metano e<br />

óxido nitroso são devidos principalmente à<br />

agricultura.<br />

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Aquecimento Global<br />

Com o aumento da concentração do dióxido de<br />

carbono e outros gases de efeito estufa na<br />

atmosfera, a estufa torna-se mais eficiente:<br />

aquecimento global.<br />

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Mudanças Climáticas<br />

Em escalas continental, regional e da bacia<br />

oceânica, foram observadas numerosas<br />

mudanças de longo prazo no clima, as quais<br />

abarcam mudanças nas temperaturas e no<br />

gelo do Ártico, mudanças generalizadas na<br />

quantidade de precipitação, salinidade do<br />

oceano, padrões de vento e aspectos de<br />

eventos climáticos extremos, como secas,<br />

precipitação extrema, ondas de calor e<br />

intensidade dos ciclones tropicais.<br />

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Mudanças na temperatura, nível do mar e cobertura de<br />

neve do hemisfério norte<br />

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Incertezas…<br />

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Tendências - Temperatura<br />

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Clima global do século 21<br />

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Nível relativo do mar nos últimos 300 anos<br />

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Elevação do nível do mar<br />

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O que causa variação do nível do mar?<br />

Armazenamento de água,<br />

extração de água<br />

subterrânea, reservatórios,<br />

alterações no runoff,<br />

vazamentos no aquífero<br />

Subsidência em deltas<br />

de rios, movimentos de<br />

massa e deslocamentos<br />

tectônicos<br />

Mudanças na circulação<br />

oceânica superficial e<br />

profunda, tormentas<br />

Quando o oceano<br />

aquece, a água se<br />

expande<br />

Troca de água armazenada<br />

em terra pelos glaciares e<br />

calotas polares com águas<br />

oceânicas<br />

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Tendências<br />

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Para que Oceanografia<br />

• O principal objetivo do estudo oceanográfico<br />

é obter uma descrição sistemática dos<br />

oceanos, suficientemente quantitativa para<br />

permitir a previsão de seu comportamento<br />

com alguma certeza<br />

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Sensoriamento Remoto<br />

O SR pode ser entendido como a observação, ou<br />

coleta de informações, de um alvo a partir de um<br />

dispositivo separado dele por uma certa distância<br />

Origem na área militar<br />

Utilização de satélites artificiais<br />

Sensores: câmaras fotográficas, radiômetros,<br />

radares, perfiladores ou sondadores<br />

Níveis de aquisição de dados<br />

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Sensoriamento Remoto e Oceanografia<br />

A descrição científica dos oceanos é limitada<br />

pela cobertura esparsa de dados<br />

A variabilidade espaço-temporal dos oceanos<br />

requer medições freqüentes e bem<br />

distribuídas<br />

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Sensoriamento Remoto e Oceanografia<br />

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Sensoriamento Remoto e Oceanografia<br />

O SR fornece uma visão sinóptica dos<br />

oceanos, boa resolução espacial e<br />

repetitividade temporal<br />

Diversos parâmetros oceanográficos podem<br />

ser medidos e monitorados<br />

Representatividade destes dados<br />

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Como se faz Oceanografia<br />

COLETA E ANÁLISE DE DADOS<br />

DESCRIÇÃO CIENTÍFICA<br />

DADOS DE NAVIOS<br />

MERGULHO<br />

DADOS DE BÓIAS<br />

SENSORIAMENTO REMOTO<br />

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Navio Oceanográfico<br />

R/V MIRAI<br />

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Cruzeiros Oceanográficos<br />

Cruzeiros sazonais, estações oceanográficas, hidrografia, parâmetros físico-químicos,<br />

plâncton, nécton e bentos<br />

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Circunavegações<br />

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Outras embarcações<br />

Veliger II - Ubatuba<br />

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Zodiac - Antártica<br />

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Equipamentos oceanográficos<br />

CTD<br />

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Rede Bongô<br />

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Pré-processamento a bordo<br />

Filtração a bordo<br />

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Produção Primária<br />

in situ simulada<br />

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Dados in situ<br />

Latitude (S)<br />

-21.0<br />

-22.0<br />

-23.0<br />

-24.0<br />

-25.0<br />

Concentração de clorofila (mg/m 3 )<br />

-26.0<br />

-46.0 -45.0 -44.0 -43.0 -42.0 -41.0 -40.0<br />

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Dados in situ e Modelagem numérica<br />

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Mergulho científico<br />

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Telemetria por satélites<br />

Transmissor<br />

Satélite<br />

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Estação<br />

Recepção<br />

Centro<br />

Processamento<br />

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Bóias de deriva<br />

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Derivador de baixo custo<br />

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PNBOIA<br />

http://www.dsr.inpe.br/pnboia/pnboia.html<br />

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PNBOIA<br />

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Bóias fundeadas<br />

Projeto PIRATA<br />

Projeto PIRATA<br />

http://satelite.cptec.inpe.br/imagens/dadospcd/pirata/<br />

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Bóias fundeadas<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010<br />

Bóias ATLAS - PIRATA<br />

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Bóias fundeadas – dados online<br />

Dados de bóia - PIRATA<br />

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Poeira eólica<br />

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Poeira eólica<br />

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Estudar os oceanos, zonas costeiras,<br />

lagos, represas e rios fica mais fácil com o<br />

uso da tecnologia espacial. Imagens de<br />

satélite e dados geofísicos transmitidos<br />

para satélites de coleta de dados são mais<br />

baratos e podem ser obtidos em regiões de<br />

difícil acesso, além de poderem ser obtidos<br />

com maior freqüência do que os dados<br />

coletados no mar ou águas interiores<br />

através de técnicas convencionais.<br />

Atualmente existem inúmeros satélites em<br />

órbita equipados com sensores para<br />

fornecer dados oceanográficos ou<br />

limnológicos. Alguns destes satélites são:<br />

NOAA, Landsat, ERS, Envisat, Terra,<br />

Aqua, SeaStar, QuickScat, TOPEX-<br />

Poseidon, RADARSAT, TRMM e as<br />

missões brasileira SCD e sino-brasileira<br />

CBERS.<br />

S.Sebastião<br />

SeaWiFS 08/AGO/00<br />

Cabo Frio<br />

S.Tomé<br />

Vitória<br />

Cartas com a comcentração<br />

de clorofila<br />

obtidas através de<br />

dados do sensor<br />

SeaWiFS fornecem<br />

importantes subsídios<br />

para a estimativa<br />

e monitoramento<br />

da produção primária<br />

na costa brasileira.<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010<br />

Sensoriamento Remoto em<br />

Oceanografia e Recursos Hídricos<br />

Cartas de temperatura da superfície<br />

do mar geradas a partir de imagens<br />

dos satélites NOAA e trajetórias de<br />

bóias de deriva são utilizadas para o<br />

monitoramento da variabilidade<br />

espacial e temporal das correntes<br />

marinhas ao sul do Brasil. As<br />

imagens NOAA são recebidas pelas<br />

antenas de recepção de imagens do<br />

<strong>INPE</strong>, SP.<br />

Dadosdealturadoníveldomar<br />

obtidos pelo radar altímetro do<br />

do satélite TOPEX/Poseidon<br />

sobre o Oceano Atlântico são<br />

usados para estudar as ondas e<br />

calcular a velocidade das correntes<br />

e o calor armazenado no<br />

mar.


Sensoriamento Remoto em Oceanografia e Recursos Hídricos<br />

O satélite SeaStar<br />

Ventos superficiais no oceano:<br />

satélite QuickScat<br />

Composição multi-temporal de<br />

imagens de radar do satélite<br />

RADARSAT sobre a Represa de<br />

Imagem TM-Landsat do litoral<br />

Tucuruí, Pará<br />

Milton Kampel<br />

norte de São Paulo<br />

S. J. dos Campos, 27/10/2010<br />

Coleta de dados<br />

em campo<br />

Imagem CBERS do sul do Brasil,<br />

Uruguai e Argentina


Validação<br />

Modelos de<br />

validação<br />

empíricos<br />

MEDIDA DO SATÉLITE<br />

PARÂMETROS OCEANOGRÁFICOS<br />

OBSERVAÇÕES IN SITU PARA A CALIBRAÇÃO<br />

Fonte: Arraial Adaptado do Cabo, RJ de Robinson (1996)<br />

Modelos de<br />

validação<br />

numéricos<br />

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Modelos de<br />

calibração do sensor<br />

Modelos de<br />

absorção atmosférica<br />

Modelos de<br />

interação ar-mar<br />

Modelos de<br />

processos superficiais<br />

50


Limitações<br />

Cobertura de nuvens<br />

Algoritmos de correção atmosférica<br />

Resoluções espacial e espectral<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010<br />

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<strong>INPE</strong>: DOS DADOS AO CONHECIMENTO<br />

SATÉLITES<br />

Observação da terra e do universo<br />

SISTEMAS DE SOLO<br />

Controle de satélites, recepção<br />

e distribuição de dados espaciais<br />

GERAÇÃO DE CONHECIMENTO<br />

P&D em Espaço e Ambiente<br />

ACESSO AO CONHECIMENTO<br />

Produtos inovadores e singulares<br />

para a sociedade<br />

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Satélites: a estratégia brasileira<br />

Brasil = ator global em observação da terra<br />

Acordos bilaterais<br />

(China, Reino Unido, Argentina)<br />

Organizações internacionais<br />

(CEOS, GEO)<br />

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Constelações Virtuais do CEOS<br />

Requisitos comuns, satélites independentes, dados comparáveis<br />

(CEOS – Committee on Earth Observation Systems)<br />

Química da Atmosfera<br />

Qualidade do ar, CO2<br />

Topografia dos Oceanos<br />

Variabilidade climática<br />

Cor dos Oceanos<br />

Ecossistemas marinhos<br />

(Brasil: SABIA‐MAR)<br />

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Imageamento Superfície<br />

<strong>Monitoramento</strong> ecossistemas<br />

(Brasil: CBERS, Amazonia‐1)<br />

Precipitação<br />

Previsão do tempo<br />

(Brasil: GPM‐BR)<br />

Ventos do Oceano<br />

Previsão do tempo


SABIA-MAR<br />

16 bandas : 350-2130nm<br />

Swath 2800 km<br />

Resolução: 1 km<br />

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Cooperação Brasil‐Argentina<br />

observação da cor do oceano


Global Precipitation Mission (GPM-BR)<br />

Contribuição brasileira à<br />

constelação de satélites GPM<br />

Sensor passivo de<br />

microondas<br />

Detector de raios<br />

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Cooperação Brasil‐França<br />

Medidas de precipitação


BRMET (Satélite Meteorológico<br />

Geoestacionário)<br />

Brasil precisa de imagens e dados meteorológicos com<br />

cobertura operacional (a cada 15 minutos)<br />

Satélites americanos (GOES) e europeus (METEOSAT) não<br />

suprem as necessidades do Brasil<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010


BRMET (Satélite Meteorológico<br />

Geoestacionário): Exemplos de produtos<br />

Precipitação por satélite Temperatura superfície mar<br />

BRMET: Melhoria na previsão do tempo e no serviço à<br />

sociedade<br />

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BR-SAR (Satélite SAR Brasileiro)<br />

<strong>Monitoramento</strong> global de<br />

ecossistemas terrestres<br />

Banda L multi-polarizada<br />

Amazonia<br />

Agricultura<br />

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<strong>INPE</strong>: DOS DADOS AO CONHECIMENTO<br />

SATÉLITES<br />

Observação da terra e do universo<br />

SISTEMAS DE SOLO<br />

Controle de satélites, recepção<br />

e distribuição de dados espaciais<br />

GERAÇÃO DE CONHECIMENTO<br />

P&D em Espaço e Ambiente<br />

ACESSO AO CONHECIMENTO<br />

Produtos inovadores e singulares<br />

para a sociedade<br />

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Sistemas de solo<br />

Estação Recepção Imagens<br />

Cuiabá<br />

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Centro de Controle de Satélites


CUIABA<br />

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Brasil Continental x Brasil Marítimo<br />

Território continental - Área Total: 8,514,215.3 km 2<br />

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Estamos por aqui...<br />

<strong>INPE</strong>


Brasil Continental x Brasil Marítimo<br />

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Blocos de exploração de óleo&gás<br />

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Blocos de exploração de óleo&gás<br />

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CUIABA + CACHOEIRA PAULISTA<br />

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Estação de recepção Band –X: ASAR&MERIS, MODIS, CBERS<br />

05/11/2010 Reunião DSR<br />

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Aplicações<br />

Pesca<br />

Gerenciamento costeiro (+ recifes de coral)<br />

HABs (Florações de algas nocivas)<br />

Derrames e exudações de óleo no mar<br />

Estudos em mudanças climáticas e ciclo<br />

carbono<br />

Previsão do tempo e estado do mar<br />

Águas interiores<br />

Continente: uso e cobertura, desmatamento,<br />

áreas queimadas, …<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010


Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010


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Óleo no mar – fonte: descarte de navio<br />

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Similar ao óleo no mar (!)<br />

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Temperatura e Cor do Oceano<br />

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Bloom (Trichodesmium)<br />

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Exudação de óleo<br />

70 km<br />

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Exudação<br />

RADARSAT – Banda C<br />

Res: 50 m<br />

ASTER b1 (0,5-0,6 µm)<br />

Res: 15 m<br />

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CBERS-2 2r1g1b<br />

b1 (0,63-0,69 µm)<br />

b2 (0,77-0,89 µm)<br />

Res: 260 m


MODIS - MERIS<br />

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20 Km<br />

Área teste: Lago Grande de Curuai<br />

Tamanho adequado(2000 km 2 ) para a resolução<br />

espacial do sensor MERIS<br />

Localizaçao no rio Amazonas: ~900 km do<br />

Atlântico<br />

100 Km<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010


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Global Land One-km Base Elevation (GLOBE) Project<br />

Fonte: NGDC, NOAA<br />

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LandScan<br />

Dados de população<br />

em grade de 1x1 km<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 Fonte: Oak Ridge National Laboratory, 892005


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Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 94


Fundación La Salle de Ciencias Naturales FLASA Venezuela<br />

Universidad Simón Bolívar USB Venezuela<br />

Fundação Universidade Federal de Rio Grande FURG Brasil<br />

Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo IOUSP Brasil<br />

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais <strong>INPE</strong> Brasil<br />

Universidad de Concepción UdeC Chile<br />

Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero INIDEP Argentina<br />

Estación de Fotobiología Playa Unión EFPU Argentina<br />

Instituto de Astronomía y Física del Espacio IAFE Argentina<br />

Bedford Institute of Oceanography BIO Canada<br />

Dalhousie University Dal Canada<br />

Institute for Marine Remote Sensing, University of South Florida ImaRS/USF USA<br />

Scripps Institution of Oceanography SIO USA<br />

Universidad Autónoma de Baja California UABC Mexico<br />

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México Novo Membro<br />

CARIACO<br />

Candidatos<br />

Equador<br />

Peru<br />

COPAS<br />

Concepción<br />

EGI<br />

EPEA<br />

Séries Temporais in situ<br />

Centros de Sensoriamento Remoto<br />

Ubatuba<br />

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23 o 44’S<br />

45 o 00’W<br />

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dez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov<br />

5 m s -1<br />

5 m s -1<br />

Tempo<br />

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Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 111


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Temperatura (°C)<br />

32<br />

30<br />

28<br />

26<br />

24<br />

22<br />

20<br />

18<br />

11/12/04<br />

01/02/05<br />

17/02/05<br />

29/03/05<br />

06/05/05<br />

25/05/05<br />

20 22 24 26 28 30<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, TSM27/10/2010 satélite ( 117<br />

o C)<br />

08/06/05<br />

16<br />

1 10 15 28 2 14 30 10 17 1 9 26 1 8 13 19 2 7 16 28 4 9 16 30 11 16 31 5 16 23 21 8 21 7 16 27 9 23 31 10 16 21<br />

TSMin situ ( o C)<br />

30<br />

29<br />

28<br />

27<br />

26<br />

25<br />

24<br />

23<br />

22<br />

21<br />

20<br />

T in situ = 0.715 T sat + 6.2172<br />

R 2 = 0.8296<br />

n = 10<br />

rms = 0.611<br />

T = -0.656 (0.768)<br />

Dias (Dez./2004 a Jan./2006)<br />

13/07/05<br />

11/08/05<br />

29/09/05<br />

16/10/05<br />

11/11/05<br />

06/12/05<br />

24/01/06


Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 118


Clorofila a (mgm 3 )<br />

2.50<br />

2.00<br />

1.50<br />

1.00<br />

0.50<br />

0.00<br />

4<br />

13<br />

11/12/04<br />

1<br />

01/02/05<br />

1<br />

15<br />

28<br />

17/02/05<br />

8<br />

Log C in situ (mgm -3 )<br />

10<br />

23<br />

31<br />

1<br />

0.1<br />

29/03/05<br />

7<br />

12<br />

18<br />

1<br />

06/05/05<br />

6<br />

25/05/05<br />

15<br />

27<br />

Log C satélite (mgm<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 119<br />

-3 )<br />

3<br />

C in situ = 0.7393 C sat - 0.0183<br />

R 2 = 0.6394<br />

n=10<br />

rms = 0.135<br />

C = 0.0958 (0,4229)<br />

8<br />

08/06/05<br />

13<br />

26<br />

4<br />

Dias (Dez./2004 a Jan./2006)<br />

13/07/05<br />

15<br />

30<br />

4<br />

11/08/05<br />

29/09/05<br />

11<br />

22<br />

21<br />

0.1 1 10<br />

5<br />

16/10/05<br />

11/11/05<br />

14<br />

3<br />

23<br />

6/12/05<br />

7<br />

14<br />

22


λ λλλ<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 <br />

120


Rrs (sr -1 )<br />

0,010<br />

0,009<br />

0,008<br />

0,007<br />

0,006<br />

0,005<br />

0,004<br />

0,003<br />

0,002<br />

0,001<br />

0,000<br />

400 450 500 550 600 650 700<br />

Comprimento de onda (nm)<br />

Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 <br />

121<br />

Ub01<br />

Ub02<br />

Ub03<br />

Ub04<br />

Ub05<br />

Ub07<br />

Ub08<br />

Ub09<br />

Ub10<br />

Ub11<br />

Ub12<br />

Ub13<br />

Ub14


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À <br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

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