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 />
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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 />
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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 />
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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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40
PNBOIA<br />
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41
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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Limitações<br />
Cobertura de nuvens<br />
Algoritmos de correção atmosférica<br />
Resoluções espacial e espectral<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 />
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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
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
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010
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Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 86
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 92
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 93
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 />
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 95
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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Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 97
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 98
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 99
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 100
Milton Kampel S. J. dos Campos, 27/10/2010 101
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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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
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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 />
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-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 />
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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 />
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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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