Relação da variabilidade espaço-temporal da cobertura do solo e da evapotranspiração utilizando o algoritmo Sebal automatizado na bacia do rio Ipanema

Environmental degradation is one of the results of the excessive pressure of anthropic actions through different forms of land use, as well as the influence of climatic factors, which is even more active in the Caatinga. The Caatinga is a Brazilian biome very susceptible to modifications of the climate and land uses. Then, to study the changes in the landscape occurred in this biome, it becomes necessary to understand the impacts of these modifications on the behavior of evapotranspiration in the different land uses. Thus, this work, using remote sensing, intends to analyze the influence of different types of land use on evapotranspiration estimates using the automated SEBAL algorithm for a portion of the Caatinga biome, the Ipanema River basin (BHRI), which is located between the states of Pernambuco and Alagoas. In order to analyze the changes in land cover, four Landsat images were used. In the mapping of land use four classes were identified, i.e. dense canopy, grassland, agriculture/pasture, and bare land. As result of the land use and land cover mapping, it was verified that for the analyzed period, areas of bare land were those that presented a greater variation, with 115% between 2005 and 2015. For the estimates of evapotranspiration, 282 images of the MODIS sensor were used between 2005 and 2015. Since the application of SEBAL requires a long process, automating the application of this algorithm may be an alternative to optimize the estimation of evapotranspiration for a long series of images. In this sense, the application of the SEBAL algorithm for the present work was totally automated, using a computational routine developed in MATLAB® software. Besides the estimates of evapotranspiration, the NDVI, surface temperature and net radiation were analyzed for the same period. For the NDVI, it was observed that from June to August the highest values were estimated, which average is around 0.6 for the whole BHRI. For the surface temperature, the values were estimated between 21 and 50°C, the month that presented the highest temperatures was November, when much of the basin had temperatures above 40°C. Estimates of the average daily net radiation showed values between 85 and 203 W/m². The highest averages of the net radiation were identified from November to December. For the monthly evapotranspiration, it was observed that from March, when the rainfall volume over the BHRI starts to rise, the average values of monthly ET begin to decrease in a relatively similar proportion among the different types of soil use. However, increase of the monthly ET values in the areas of dense canopy and grassland happens faster, whereas in the areas of agriculture/pasture and bare land this increase occurs more gradually. The results showed a 31% decrease in the mean annual evapotranspiration for the BHRI between 2005 (1211.42 mm/year) and 2015 (831.22 mm/year). According to the obtained results, the estimates obtained from the algorithm of SEBAL automation were very close when compared to those obtained by a specialist. Finally, the results obtained in the present work were satisfactory and provide important information about the biophysical characteristics of BHRI, which were until now very scarce.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA degradação ambiental é um dos resultados da pressão excessiva das ações antrópicas através de diferentes formas de uso da terra, bem como, da influência dos fatores climáticos, que é ainda mais atuante na Caatinga. A Caatinga é um bioma muito susceptível a modificações do clima e do uso e ocupação do solo. Com isso, estudar as alterações na paisagem ocorridas nesse bioma torna-se necessário para compreender os impactos dessas modificações no comportamento da evapotranspiração nos diferentes usos do solo. Desta forma, este trabalho, fazendo uso do sensoriamento remoto, pretende analisar a influência dos diferentes tipos de uso e ocupação do solo nas estimativas da evapotranspiração utilizando o algoritmo SEBAL automatizado, para uma porção do bioma Caatinga, a bacia hidrográfica do rio Ipanema (BHRI), localizada entre os estados de Pernambuco e Alagoas. Para analisar as modificações no uso e cobertura do solo foram utilizadas quatro imagens Landsat. No mapeamento foram identificadas quatro classes de uso do solo, a saber: vegetação arbórea/arbustiva; vegetação herbácea; agricultura/pecuária; solo exposto. Como resultado do mapeamento dos usos e cobertura do solo, verificou-se que para o período analisado, áreas de solo exposto foram as que apresentaram uma maior variação, com 115% entre 2005 e 2015. Para as estimativas da evapotranspiração foram utilizadas 282 imagens do sensor MODIS, entre os anos de 2005 e 2015. Devido a aplicação do SEBAL necessitar de um longo processamento, automatizar a aplicação desse algoritmo pode ser uma alternativa para otimizar a estimativa da evapotranspiração para uma grande série de imagens. Nesse sentido, a aplicação do algoritmo SEBAL para o presente trabalho foi totalmente automatizada, utilizando-se uma rotina computacional desenvolvida no software MATLAB®. Além das estimativas da evapotranspiração, foram analisados o NDVI, a temperatura de superfície e o saldo de radiação, para o mesmo período. Para o NDVI, observou-se que nos meses de junho a agosto foram estimados os maiores valores, com média de aproximadamente 0,6 para toda a BHRI. Para a temperatura de superfície, foram estimados valores entre 21 e 50°C. O mês que apresentou as maiores temperaturas foi o mês de novembro, onde grande parte da bacia apresentou temperaturas superiores a 40°C. As estimativas do saldo de radiação diário médio mostraram valores entre 85 e 203 W/m². As maiores médias do saldo de radiação foram identificadas nos meses de novembro a dezembro. Para a evapotranspiração mensal, observou-se que a partir do mês de março, quando o volume pluviométrico na BHRI começa a aumentar, os valores médios de ET mensal começam a diminuir em uma proporção relativamente similar entre os diferentes tipos de uso do solo. Entretanto, o aumento dos valores de ET mensal nas áreas de vegetação arbórea/arbustiva e vegetação herbácea acontecem de forma mais rápida, ao passo que nas áreas de agricultura/pastagem e solo exposto esse aumento ocorre de forma mais gradual. Os resultados mostraram uma diminuição de 31% da evapotranspiração anual média para a BHRI, entre os anos 2005 (1211,42 mm/ano) e 2015 (831,22 mm/ano). De acordo com os resultados obtidos, as estimativas obtidas a partir do algoritmo de automatização do SEBAL foram bem próximas quando comparadas com as obtidas por um especialista. Por fim, os resultados obtidos no presente trabalho foram satisfatórios e passam a fornecer importantes informações sobre as características biofísicas da BHRI, que até então eram escassas