Mapping of the energy balance and daily evapotranspiration through remote sensing techniques

A presente pesquisa teve por objetivo estimar os componentes do balanço de energia (BE) e a evapotranspiração real diária (ETo), através de imagens TM/Landsat-5 e dados complementares disponíveis em estação meteorológica localizada na região de estudo. A área estudada foi a Bacia do Rio Corumbataí, localizada na região centroleste do Estado de São Paulo. A bacia apresenta um maior percentual de cobertura por cana-de-açúcar e pastagem, além de eucalipto e outros tipos de cobertura de menor abrangência. Foram utilizadas dez imagens obtidas em 01 de fevereiro de 2009 (DS 32), 04 de fevereiro de 2010 (DS 35), 22 de abril de 2009 (DS 112), 24 de maio de 2009 (DS 144), 12 de junho de 2010 (DS 163), 08 de julho de 2008 (DS 189), 30 de julho de 2010 (211), 31 de agosto de 2010 (DS 243), 13 de setembro de 2009 (DS 256) e 31 de outubro de 2009 (304). Também foi utilizado o Modelo Numérico do Terreno (MNT), para considerar a inclinação e sentido de declive do terreno. Os componentes instantâneos do BE e a ETo foram estimados através da aplicação do Mapping Evapotranspiration at High Resolution and with Internalized Calibration (METRIC) (ALLEN at al., 2005). O METRIC é constituído de várias etapas, que incluem calibração radiométrica, cômputo da refletividade e albedo, índices de vegetação e emissividade, baseados nas bandas refletivas do TM/Landsat, além da temperatura da superfície. Para obtenção do saldo re radiação (Rn) foram utilizados dados da estação agrometeorológica localizada na bacia, de propriedade da USP/ESALQ, destinados às estimativas da radiação solar incidente e radiação de onda longa atmosférica. O cerne do METRIC, no entanto, é a determinação das densidades de fluxo de calor sensível (H). O Rn instantâneo apresentou valores entre 150 a 600 W.m-2, para os DS 189 e 32, respectivamente. A densidade de fluxo de calor no solo (G), que foi obtido em função de Rn, temperatura da superfície, albedo, NDVI e parametrização proposta por Bastiaanssen (2000), apresentou registros entre 5 a 110 W.m-2 nos DS 163 e 304, respectivamente. A densidade de fluxo de calor sensível (H) apresentou registros de 5 a 28 W.m-2 nos DS 112 e 304, respectivamente. A densidade de fluxo de calor latente (LE), calculado como resíduo da equação do balanço de energia, apresentou valores de 80 a 520 W.m-2, nos DS 163 e 35, respectivamente. A ETo diária apresentou valores entre 0,8 a 8,0 mm.dia-1, para os DS 163 e 32, respectivamente. Para validação dos resultados foram considerados dados de uma estação meteorológica de superfície, localizada nas dependências da USP/ESALQ, onde os valores de Rn obtidos com o modelo METRIC foram subestimados entre 2% e 11%, aproximadamente. O uso de imagens TM/LANDSAT-5, com o modelo METRIC e o MNT, permite identificar a variabilidade espacial e temporal, no mapeamento do saldo de radiação, fluxos de calor sensível, calor latente, calor no solo e evapotranspiração real diária na Bacia do Rio Corumbataí-SP.The main objective of the present research was to assess the energy balance (BE) and daily evapotranspiration (ETo) using TM/Landsat-5 images and meteorological data observed in the study area. This research was carried on in the Corumbataí River watershed, located in the central-eastern region of the State of São Paulo. The watershed is covered mostly by sugar-cane and pasture, and also eucalipt and other covers of lesser ocupation. Ten images obtained on February 01st, 2009 (DS 32), February 04th, 2010 (DS 35), April 22nd, 2009 (DS 112), May 24th, 2009 (DS 144), June 12nd, 2010 (DS 163), July 08th, 2008 (DS 189), July 30th, 2010 (211), August 31st, 2010 (DS 243), September 13rd, 2009 (DS 256) and October 31st, 2009 (DS 304) had been used. Also the Numerical Terrain Model (MNT) was used to consider the terrain inclination and slope. The instantaneous components of the BE and the ETo had been estimated through the application of the Mapping Evapotranspiration at High Resolution and with Internalized Calibration (METRIC) (ALLEN et al., 2005). The METRIC is comprised by several steps, including radiometric calibration, computation of the reflectivity and albedo, atmospheric correction of the albedo, vegetation indices and emissivity for each individual pixel, based on reflective bands of TM/Landsat, and land surface temperature. In order to obtain the net radiation (Rn), data from the agrometeorological station, in the same watershed, and in the area of USP/ESALQ, were used, to be employed in the estimation of the incident solar radiation and radiation of atmospheric long wave. The core part of METRIC, however, is the determination of the densities of the sensible heat (H) flow. The instantaneous Rn presented values between 150 the 600 W.m-2, for DS 189 and 32, respectively. The density of heat flow on the ground (G), that was gotten in function of Rn, surface temperature, albedo, NDVI and parameterization proposed by Bastiaanssen (2000), presented registers between 5 the 110 W.m-2 in DS 163 and 304, respectively. The density of sensible heat (H) flow presented values from 5 to 28 W.m-2 in DS 112 and 304, respectively. The density of latent heat (LE) flow, calculated as the residue of the equation of the energy balance, presented values from 80 to 520 W.m-2, in DS 163 and 35, respectively. The daily ETo presented values between 0,8 and 8,0 mm.dia-1, for DS 163 and 32, respectively. For validation of the results, data of a surface meteorological station, at USP/ESALQ, were used, where the values of Rn obtained through the METRIC model were underestimated, between 2% and 11%, approximately. The use of TM/LANDSAT-5 images, together with the METRIC model and the MNT, allows to identify the space and time variability, in the mapping of the radiation balance, flows of sensible heat, latent heat, heat in the land and daily real evapotranspiration in the Corumbataí River watershed