Empirical modelling and mapping of water quality parameters in a subtropical lagoon using remote sensing data

Autor: Fraga, Rosiméri da Silva
Přispěvatelé: Guedes, Hugo Alexandre Soares
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFPEL
Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)
instacron:UFPEL
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Sendo assim, o objetivo geral deste estudo foi desenvolver modelos empíricos e mapear parâmetros de qualidade de água no norte da Lagoa Mirim, utilizando dados do sensor MSI/Sentinel-2. Na prática, os constituintes opticamente ativos, como os sólidos em suspensão, são usados como indicadores de qualidade da água durante a caracterização do meio aquático, sendo possível realizar inferências sobre a composição da água, uma vez que a intensidade da radiância espectral registrada pelos sensores é modulada pelas propriedades ópticas dos constituintes opticamente ativos. Foram realizadas duas coletas de água em condições climáticas distintas. As amostras foram coletadas em pontos previamente estabelecidos e distribuídos no norte da Lagoa Mirim. Em seguida, foram encaminhadas para o Laboratório de Águas e Resíduos do Instituto Federal Sul-rio-grandense – Campus Pelotas – Rio Grande do Sul, para posteriores análises. As imagens utilizadas para o monitoramento das águas na Lagoa Mirim foram obtidas pelo sensor Multispectral Imager, a bordo do satélite Sentinel-2, com a realização de correções atmosféricas por meio do processador Sen2Cor. No processo de modelagem foi aplicado o Modelo Linear de Mistura Espectral, que possui a capacidade de estimar a proporção de componentes, chamados endmembers, em cada pixel da imagem, através de uma combinação linear. A modelagem foi baseada em modelos empíricos ajustados em combinações interativas visando à melhor correlação entre os dados in situ e as imagens de sensoriamento remoto. No capítulo 1 deste estudo, foram estimadas as concentrações de sólidos em suspensão a partir de relações empíricas, com a aplicação do Modelo Linear de Mistura Espectral, que dependem das propriedades físico-ópticas dos constituintes e da faixa espectral do sensor. No capítulo 2, foram realizadas as estimativas da concentração do fósforo total. Esse processo foi desenvolvido a partir de correlações significativas do constituinte opticamente ativo sólido em suspensão com o fósforo total, sendo usados métodos de regressão linear multivariada baseados nos dados in situ e nos do sensor Multispectral Imager para mapear o fósforo total na área de estudo. Os resultados encontrados poderão auxiliar na tomada de decisão referente ao planejamento e ao gerenciamento de recursos hídricos da Lagoa Mirim. Espera-se, assim, incentivar a conservação desse importante manancial de água doce, preservando-o para as gerações futuras. Degradation of water quality in water bodies, usually, occurs because of anthropogenic actions, that is, due to occupation and use of their margins, as well as for natural factors. Considering those aspects, remote sensing has becoming an alternative to help monitoring big water bodies, such as the Mirim Lagoon. Located in the extreme Southern of the Rio Grande do Sul state, Brazil, the lagoon has a great importance in economic, social, and environmental aspects of that region. Although, nowadays excess of nutrients and of suspended solids has been putting at risk the quality of its water. Therefore, the aim of this study was to develop empirical models and mapping water quality parameters in the Northern Mirim Lagoon, using data from the MSI/Sentinel-2 sensor. Optically active components, such as suspended solids, are used as indicators of water quality during the characterization of the aquatic environment, making it possible to infer about water composition, since the intensity of the spectral radiance registered by the sensors is modulated by the optical properties of the optically active components. Two water collections were accomplished under different climatic conditions. Samples were collected at points previously established and distributed overall the Northern Mirim Lagoon. Then, they were taken to the Water and Residues Laboratory of the Sul-rio-grandense Federal Institute – Pelotas Campus – Rio Grande do Sul, in order to be analyzed. Images used to monitor Mirim Lagoon waters were obtained from the Multispectral Imager sensor, onboard of the Sentinel-2 satellite, having atmospheric corrections accomplished by the Sen2Cor processor. The Linear Spectral Mixing Model was applied in the modelling process. It has the capacity of estimating the proportion of constituents, called endmembers, in each pixel of the image, through a linear combination. Modelling was based on empirical models adjusted in interactive combinations aiming at the best correlation between in situ data and the images from remote sensing. In chapter 1, suspended solids concentrations were estimated from empirical relations with the application of the Linear Spectral Mixing Model, which depends on the physical-optical properties of the constituents and of the spectral band of the sensor. In chapter 2, estimation of concentration of total phosphorus was accomplished. This process was developed from significative correlations of the optically active constituent suspended solid with the total phosphorus, using multivariate linear regression methods based on data in situ and on the Multispectral Imager Sensor, in order to map the total phosphorus in the study site. Results found may help in the decision making process related to the planning and management of the Mirim Lagoon’s water resources. Thus, we hope to encourage the conservation of this important fresh water source, preserving it to the next generations.
Databáze: OpenAIRE
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