Abstract:
A preocupação com os ambientes marinhos é hoje uma questão global e
a concentração total de material em suspensão (TSM) tornou-se um proxy da
qualidade das águas costeiras. Dessa forma, o sensoriamento remoto surge
como uma potencial ferramenta para estimar indiretamente as concentrações de
TSM e monitorar grandes áreas sinopticamente. Assim, correções atmosféricas
apropriadas são frequentemente necessárias. O presente trabalho tem como
objetivos identificar padrões de variabilidade de propriedades ópticas em uma
lagoa costeira no Brasil e oceano adjacente, avaliar a performance de quatro
correções atmosféricas e criar um modelo empírico preciso para estimar a
concentração de TSM a partir de dados dos sensores MODIS-Aqua (250 m) e
VIIRS-SNPP (750-m). Inúmeras campanhas ocorreram de 2014 a 2019, quando
foram coletados dados de propriedades óticas e constituintes ópticos da região.
As correções atmosféricas aplicadas às imagens foram: a correção NIR padrão,
dois algoritmos de comutação NIR-SWIR e a correção MUMM. Duas bandas
nos intervalos espectrais do vermelho e infravermelho próximo (NIR) foram
escolhidas para estimar a concentração de TSM. Os resultados demonstraram
que as águas da Lagoa de Patos apresentam codominância entre CDOM e TSM
em sua composição óptica, o que influência fortemente a variabilidade das
refletâncias emitidas pelos corpos aquosos. Os algoritmos de correção
atmosférica NIR-SWIR apresentaram os melhores resultados. Como resultado
final, três algoritmos de cálculo da concentração de TSM foram construídos com
base nas bandas dos sensores MODIS e VIIRS – ρ(645), ρ(671) e ρ(745). O
desempenho de cada modelo foi satisfatório e representou bem a dinâmica das
concentrações de TSM. Além disso, um algoritmo de transição entre as bandas
671 e 745 foi adaptado para estimar a concentração de TSM quando fortes
gradientes eram formados na área interna da laguna para regiões adjacentes.
The concern regarding the health of marine environments is a global issue, and
total suspended matter (TSM) concentration is one great proxy for coastal water
quality. Then, the passive remote sensing arises as a tool for estimating TSM
and monitoring large estuaries synoptically, where appropriate atmospheric
corrections are often required. The present work aims to identify patterns of
variability of optical properties in a Brazilian coastal lagoon and adjacent oceanic
waters, assess four atmospheric correction schemes and create an accurate
empirical model to estimate the TSM concentration from MODIS-Aqua (250-m)
and VIIRS-SNPP (750-m) sensors. Field campaigns occurred from 2014 to 2019,
when optical properties and constituents were collected. The standard iterative
NIR, two NIR-SWIR switching algorithms, and the MUMM correction were
applied to the images, and two bands in red and near-infrared (NIR) intervals
were chosen for estimating TSM concentration. The results demonstrated that
the Patos Lagoon waters present a co-dominance between CDOM and TSM on
its optical composition, which strongly influences the water-leaving reflectance
variability. The NIR and NIR-SWIR based atmospheric correction algorithms
presented better results for retrieving water-leaving reflectances. As a final result,
three TSM algorithms have been built based on MODIS and VIIRS bands –
ρ(645), ρ(671) and ρ(745). The performance of each model was satisfactory and
represented well the dynamics of TSM concentrations. Also, a transitional
algorithm between red and NIR bands was adapted to estimate TSM when
strong gradients are formed from inner to the outer lagoon.
