Estimativa do saldo de radiação na bacia hidrográfica da Lagoa da Conceição (Florianópolis – SC) a partir de imagens Landsat 8

Abstract

O saldo de radiação expressa a diferença entre os fluxos radiativos incidentes e os fluxos radiativos refletidos ou emitidos pela superfície, sendo composto por radiação de ondas curtas e de ondas longas. A energia representada pelo saldo de radiação está disponível a processos como o aquecimento do ar e da superfície e a evapotranspiração. Na estimativa do saldo de radiação, os dados de sensoriamento remoto apresentam grande relevância e aplicabilidade. Não obstante, no estado de Santa Catarina e, mais especificamente, em Florianópolis ainda são poucos os estudos analisando o saldo de radiação e sua estimativa por meio de dados obtidos por satélites. À vista disso, o presente trabalho se propõe a estimar o saldo de radiação instantâneo na bacia hidrográfica da Lagoa da Conceição (Florianópolis – SC), incluindo os saldos de ondas curtas e de ondas longas. Para tanto, a metodologia do modelo Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC) foi adotada. Os dados de sensoriamento remoto utilizados são constituídos por imagens Landsat 8 OLI/TIRS com reflectância de superfície, além do modelo digital de elevação NASADEM, ambos com 30 m de resolução espacial. Os saldos de radiação foram estimados a partir de 93 imagens adquiridas entre 04/2013 e 09/2022 e avaliados sobre 8 classes de cobertura do solo por estação do ano. O saldo de radiação médio variou de 395 a 690 Wm-2 entre as classes, sendo que as dunas apresentaram os menores valores e a água, os mais elevados. Em termos das estações do ano, o saldo de radiação não exibiu diferenças significativas apenas entre primavera e verão e entre outono e inverno (p-value > 0,05). Os saldos de ondas curtas e de ondas longas apresentaram o mesmo comportamento em relação às estações, sendo que este último se mostrou negativo em todas situações, ou seja, o fluxo de radiação de ondas longas que deixa a superfície supera o fluxo incidente. A forte correlação (rS > 0,80 em módulo) verificada entre os saldos de ondas curtas e longas para todas as classes, por sua vez, indica que o saldo de ondas longas aumenta em valores absolutos com o aumento do saldo de ondas curtas. Esses resultados mostram que a utilização de sensoriamento remoto produz resultados satisfatórios na estimativa dos saldos radiativos da superfície. Além disso, a resolução temporal do satélite Landsat 8 é um desafio ao monitoramento contínuo do saldo de radiação e parâmetros associados, sobretudo nas estações com índices pluviométricos mais elevados. Estudos posteriores podem abordar a influência da precipitação e do relevo no saldo de radiação da região, bem como investigar o comportamento das superfícies aquáticas.

Net radiation represents the difference between downward and upward radiative fluxes over the surface, and is composed by shortwave and longwave radiation. The energy represented by net radiation is available to processes such as air and surface heating and evapotranspiration, and the use of remote sensing data has great relevance and applicability in its estimation. Despite that, in the State of Santa Catarina and, more specifically, in the Municipality of Florianópolis, there are few studies analyzing net radiation and its estimation using remote sensing data. In view of this, the present study proposes the estimation of instantaneous net radiation in the Lagoa da Conceição Watershed (Florianópolis – SC), including shortwave and longwave net radiation. To achieve this, the methodology of the model Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC) was adopted. The remote sensing data used is constituted by Landsat 8 OLI/TIRS images with surface reflectance, and also the NASADEM digital elevation model, both with spatial resolution of 30 m. Net radiation was estimated from 93 images acquired between 04/2013 and 09/2022 and evaluated over 8 land cover classes and the four seasons. Mean net radiation varied from 395 to 690 Wm-2 between classes, where the lowest is associated with dunes and the highest, with water. Regarding the seasons, net radiation did not exhibit significant differences only between spring and summer and between fall and winter (p-value > 0,05). Shortwave and longwave net radiation showed the same behavior concerning to the seasons, and the latter was negative in all cases, i.e., the upward longwave fluxes are greater than the downward ones. The strong linear correlation (rS > 0,80 in absolute values) verified between shortwave and longwave net radiation to all land cover classes, in turn, indicates that longwave net radiation is increased (in absolute values) with the increase of shortwave net radiation. These results show that the use of remote sensing produces satisfactory results on the estimation of radiation budgets over surface. In addition, the temporal resolution of Landsat 8 represents a challenge to continuous monitoring of net radiation and associated parameters, mostly in the seasons with higher precipitation indices. Posterior studies can address the influence of precipitation and terrain in net radiation over the region, and also investigates the behavior of aquatic surfaces.