Prediction of Land Surface Temperature under Cloudy Conditions using Microwave Remote Sensing and ANN

Land surface temperature (LST) is an important variable in climate, hydrologic, ecological, biophysical and biochemical studies (Mildrexler et al., 2011). The most effective way to obtain LST measurements is through satellites. Presently, LST from moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) sensor is applied in various fields due to its high spatial and temporal availability over the globe, but quite difficult to provide observations in cloudy conditions. This study evolves of prediction of LST under clear and cloudy conditions using microwave vegetation indices (MVIs), elevation, latitude, longitude and Julian day as inputs employing an artificial neural network (ANN) model. MVIs can be obtained even under cloudy condition, since microwave radiation has an ability to penetrate through clouds. In this study LST and MVIs data of the year 2010 for the Cauvery basin on a daily basis were obtained from MODIS and advanced microwave scanning radiometer (AMSR-E) sensors of aqua satellite respectively. Separate ANN models were trained and tested for the grid cells for which both LST and MVI were available. The performance of the models was evaluated based on standard evaluation measures. The best performing model was used to predict LST where MVIs were available. Results revealed that predictions of LST using ANN are in good agreement with the observed values. The ANN approach presented in this study promises to be useful for predicting LST using satellite observations even in cloudy conditions. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.

Dependence of ``critical cloud fraction' on aerosol composition

Recent studies, over regions influenced by biomass burning aerosol, have shown that it is possible to define a critical cloud fraction' (CCF) at which the aerosol direct radiative forcing switch from a cooling to a warming effect. Using 4 years of multi-satellite data analysis, we show that CCF varies with aerosol composition and changed from 0.28 to 0.13 from postmonsoon to winter as a result of shift from less absorbing to moderately absorbing aerosol. Our results indicate that we can estimate aerosol absorption from space using independently measured top of the atmosphere (TOA) fluxes Cloud Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization-Moderate resolution Imaging Spectroradiometer-Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CALIPSO-MODIS-CERES)] combined algorithms for example.

FORTH for NOAA/MLML Instruments

This report describes FORTH software written for several instruments used in the NASA-sponsored project to design and build Marine Optical Buoy System (MOBS) and in the NOAA-sponsored project "EOS MODIS Execution: Oceanographic Profiling, Data Acquisition and Management for the Marine Optical Buoy System·'. In the NOAA project MLML and NOAA personnel will participate in quarterly cruises at the MOBS Hawaiian site to validate performance of SeaWiFS and will participate in several extended "process" cruises to provide wide geographic surface truthing investigations similar to those lead by Dennis Clark (NOAA) following the "launch of CZCS in 1979. In the NASA project we are designing and building MOBS, a high resolution spectroradiometer that will operate autonomously in a buoy moored west of Lanai in the Hawaiian Islands. That instrument, the "Marine Optical System" (MOS), will transmit by cellular phone in near real time observations of upwelled radiance and downwelled irradiance from three depths. [PDF contains 90 pages]

Oceanographic Profiling and Spectroradiometer Observations from the MOCE-1 Cruise: 28 August to 8 October 1992

This report contains the frrst observations made for the Modis Optical Characterization Experiment (MOCE). Data presented here were obtained on the R/V DeSteiguer between 28 August and 8 October along the central California coast and in Monterey Bay. Three types of data are reported here: high spectral resolution radiometry at three depths for seven stations; salinity, temperature, fluorescence and beam attenuation profiles at the same stations; and total suspended matter and suspended organic carbon and nitrogen. [PDF contans 164 pages]

Shipboard Techniques for Oceanographic Observations

This report gives the details of water sampling methods and chemical analyses used during MLML participation in the EOS MODIS investigations. It is intended to be used as a reference manual for those engaged in shipboard work. (PDF contains 50 pages)

Oceanographic Profiling Observations MOCE-4 Cruise: 26 January to 12 February 1998

This report contains results from the fourth cruise of the MODIS Optical Characterization Experiment (MOCE). Also resented are oceanographic data from two MOBY maintenance cruises L-20 and L-25. The MOCE4 cruise was the first NOAAINESDIS-Ied SeaWiFS Initialization cruise during which a variety ofspectroradiometric observations ofthe upper water column and atmosphere were made by investigators from NOAA, the University of Miami, CHORS and MLML. Data presented in this report were obtained by oceanographic CTD profiler: salinity, temperature, dissolved oxygen, beam attenuation and chlorophyll-a fluorescence~ and by water samplers: total suspended matter and suspended organic carbon and nitrogen, salinity and dissolved oxygen. (PDF contains 142 pages).

Oceanographic Profiling and Spectroradiometer Observations from the MOCE-2 Cruise: 28 March to 14 April 1993

This report contains results from the second cruise of the Modis Optical Characterization Experiment (MOCE). Data presented here were obtained on the Mexican Research Vessel El Puma between 29 March and 13 April along the Pacific coast of Baja California and in the Gulf of California. Three types of data are reported: high spectral resolution radiometry at three depths for 13 stations; salinity, temperature beam attenuation and chlorophyll-a fluorescence, profiles at the same stations; and total suspended matter and suspended organic carbon and nitrogen.(PDF is 90 pages.)

Aerosol-cloud-precipitation interactions in marine stratocumulus clouds

Marine stratocumulus clouds are generally optically thick and shallow, exerting a net cooling influence on climate. Changes in atmospheric aerosol levels alter cloud microphysics (e.g., droplet size) and cloud macrophysics (e.g., liquid water path, cloud thickness), thereby affecting cloud albedo and Earth’s radiative balance. To understand the aerosol-cloud-precipitation interactions and to explore the dynamical effects, three-dimensional large-eddy simulations (LES) with detailed bin-resolved microphysics are performed to explore the diurnal variation of marine stratocumulus clouds under different aerosol levels and environmental conditions. It is shown that the marine stratocumulus cloud albedo is sensitive to aerosol perturbation under clean background conditions, and to environmental conditions such as large-scale divergence rate and free tropospheric humidity.

Based on the in-situ Eastern Pacific Emitted Aerosol Cloud Experiment (E-PEACE) during Jul. and Aug. 2011, and A-Train satellite observation of 589 individual ship tracks during Jun. 2006-Dec. 2009, an analysis of cloud albedo responses in ship tracks is presented. It is found that the albedo response in ship tracks depends on the mesoscale cloud structure, the free tropospheric humidity, and cloud top height. Under closed cell structure (i.e., cloud cells ringed by a perimeter of clear air), with sufficiently dry air above cloud tops and/or higher cloud top heights, the cloud albedo can become lower in ship tracks. Based on the satellite data, nearly 25% of ship tracks exhibited a decreased albedo. The cloud macrophysical responses are crucial in determining both the strength and the sign of the cloud albedo response to aerosols.

To understand the aerosol indirect effects on global marine warm clouds, multisensory satellite observations, including CloudSat, MODIS, CALIPSO, AMSR-E, ECMWF, CERES, and NCEP, have been applied to study the sensitivity of cloud properties to aerosol levels and to large scale environmental conditions. With an estimate of anthropogenic aerosol fraction, the global aerosol indirect radiative forcing has been assessed.

As the coupling among aerosol, cloud, precipitation, and meteorological conditions in the marine boundary layer is complex, the integration of LES modeling, in-situ aircraft measurements, and global multisensory satellite data analyses improves our understanding of this complex system.

BAMS: A Tool for Supervised Burned Area Mapping Using Landsat Data

A new supervised burned area mapping software named BAMS (Burned Area Mapping Software) is presented in this paper. The tool was built from standard ArcGIS (TM) libraries. It computes several of the spectral indexes most commonly used in burned area detection and implements a two-phase supervised strategy to map areas burned between two Landsat multitemporal images. The only input required from the user is the visual delimitation of a few burned areas, from which burned perimeters are extracted. After the discrimination of burned patches, the user can visually assess the results, and iteratively select additional sampling burned areas to improve the extent of the burned patches. The final result of the BAMS program is a polygon vector layer containing three categories: (a) burned perimeters, (b) unburned areas, and (c) non-observed areas. The latter refer to clouds or sensor observation errors. Outputs of the BAMS code meet the requirements of file formats and structure of standard validation protocols. This paper presents the tool's structure and technical basis. The program has been tested in six areas located in the United States, for various ecosystems and land covers, and then compared against the National Monitoring Trends in Burn Severity (MTBS) Burned Area Boundaries Dataset.

Distribuição espacial do pico e ultraplâncton na plataforma continental e talude entre Cabo Frio (RJ) e Ubatuba (SP) e sua relação com a hidrodinâmica local: inverno de 2010

O picoplâncton (0,2 - 2,0 m) e ultraplâncton (> 2,0 - 5,0 m) despertam interesse por utilizarem ativamente a matéria orgânica dissolvida, estabelecendo a alça microbiana. Responsáveis por 50-80% da produção primária em águas oligotróficas, essas frações apresentam elevadas eficiência luminosa e razão superfície/volume que as permitem alcançar alto desenvolvimento mesmo sob baixas luminosidade e disponibilidade de nutrientes. Buscando relacionar a distribuição espacial e composição da comunidade pico e ultraplanctônica aos controles bottom-up na plataforma continental e talude ao largo dos Estados do Rio de Janeiro e São Paulo (22S a 26S), foram coletadas amostras de água em 39 estações oceanográficas e utilizadas as imagens dos sensores MODIS Terra e Aqua, bem como dados de hidrografia, para a descrição dos fenômenos oceanográficos de mesoescala. A abundância total de ambas as frações de tamanho, assim como a dominância do picoplâncton, reduziu em função do distanciamento da costa. Os organismos autotróficos foram em média (102 cél.mL-1 a 104 cél.mL-1 ) majoritariamente uma ordem de grandeza inferiores aos heterotróficos (103 cél.mL-1 a 105 cél.mL-1). A Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e as plumas das baías de Guanabara e Sepetiba (RJ) permaneceram na plataforma interna favorecendo o aumento na concentração dos macronutrientes e refletindo na mudança da estrutura da comunidade através do aumento da contribuição de autótrofos no centro da plataforma, principalmente do ultraplâncton à superfície (cerca de 21%) e na profundidade do máximo de clorofila (44%). O transporte de águas costeiras carreadas por uma corrente de origem sul gerou o vórtice de plataforma identificado nas imagens de satélite para a região da plataforma interna de Ubatuba (SP), onde concentrações mais elevadas de amônio (0,28 M) e fosfato (9,64 M) a partir dos 50 m sustentaram maior densidade do ultra autótrofo (2,89 x 103 cél.mL-1) que superou a densidade de heterótrofos (2,50 x 103 cél.mL-1) no máximo de clorofila. Os resultados destacaram um forte gradiente nerítico-oceânico na distribuição dos organismos. Sugerem ainda a predominância do metabolismo heterotrófico na maior parte das águas oligotróficas da plataforma e talude entre o Rio de Janeiro e São Paulo, bem como a presença de caráter autotrófico naquelas regiões influenciadas por feições de mesoescala, como plumas estuarinas e vórtices de plataforma.

Aplicação do algoritmo SEBAL para estimativa da evapotranspiração na mesorregião do sul goiano.

As preocupações com o uso da terra têm permeado inúmeros estudos científicos, no âmbito nacional e internacional, voltados para a avaliação dos impactos ambientais causados pelas atividades agropecuárias. Alguns processos do ciclo hidrológico, a exemplo da evapotranspiração apresentam modificações consideráveis, devido às constantes mudanças nos usos dos solos. Desta forma, o presente trabalho busca destacar o problema das rápidas e intensas mudanças no uso do solo oriundas da expansão da atividade agropecuária e seus impactos ao meio ambiente, especialmente sobre o processo da evapotranspiração regional, na mesorregião do Sul Goiano, região típica de cerrado, localizada no centro-oeste brasileiro. A aplicação do algoritmo Surface Energy Balance Algorithm for Land - SEBAL consistiu o cerne da metodologia utilizada, com vista à estimativa dos fluxos de energia e da evapotranspiração em escala regional, obtidos com base no equacionamento do balanço de energia à superfície, complementado por dados de temperatura do ar e velocidade do vento adquiridos em estações meteorológicas (PCDs) instaladas na área de estudo. Foram utilizados dados do sensor MODIS/TERRA dos anos 2006, 2007, 2008, 2009 e 2010. O algoritmo foi testado em sua forma clássica e modificado por alterações nos critérios de seleção dos pixels âncoras, utilizados no procedimento da estimativa do fluxo de calor sensível. Pode-se concluir que a alteração dos critérios influenciou positivamente os resultados obtidos e que os valores da evapotranspiração, na região estudada, indicaram a potencialidade da metodologia empregada para o monitoramento sistemático dos componentes do balanço de energia em escala regional.

Populações de Chthamalus spp. em costões rochosos da baía da ilha Grande (RJ) e suas relações com o clima entre 2002 e 2012

Poucos organismos são aptos a suportar o alto estresse provocado pelas variações de temperatura e alta dessecação na faixa superior da região entremarés de costões rochosos, sendo um deles o cirripédio Chthamalus. Apesar da sua resistência, vivem constantemente próximos ao seu limite de tolerância fisiológica, o que pode influenciar suas populações. O objetivo deste estudo foi caracterizar as flutuações das populações de Chthamalus spp. na faixa superior da região entremarés em quatro costões rochosos na Baía da Ilha Grande entre 2002 e 2012, relacionando estas variações com os fatores ambientais temperatura do ar, temperatura superficial marinha e precipitação, verificando o potencial destes organismos como indicadores de variações climáticas. Para isso foram investigadas a temperatura do ar e precipitação a partir de dados da estação meteorológica de Angra dos Reis e temperatura da superfície do mar a partir de imagens de satélite (MODIS/AQUA), além das porcentagens de cobertura de Chthamalus spp. a partir de amostragens sazonais. Em geral o estudo indica que as populações foram influenciadas pelas variáveis biológicas recrutamento e competição intraespecífica. Foram verificadas grandes diferenças entre as populações nos costões rochosos estudados. A estação C1, apresentou altas coberturas de cirripédios jovens e adultos ao longo de praticamente todo o período de estudo. Na estação C2 ocorreram as maiores variações, enquanto nas estações C3 e C4 ocorreram coberturas menores e variações menos proeminentes. Estas diferenças provavelmente estiveram ligadas às características físicas de cada costão rochoso. Os anos de 2003 e 2010 foram caracterizados como de altas temperaturas (temperaturas do mar e do ar) quando comparados com os demais anos de estudo. Estes anos foram ainda caracterizados pela ocorrência do fenômeno El Niño, com altas anomalias térmicas, o que indica que este fenômeno climático influenciou as temperaturas da região. Nestes mesmos anos as coberturas de Chthamalus spp. foram relativamente baixas, o que indica que o estresse térmico afetou as populações deste cirripédio. Pode-se inferir através deste estudo que as populações de Chthamalus spp. sofrem influência direta dos fatores ambientais investigados, sendo com isso um potencial indicador de mudanças climáticas.

Espaços verdes e mortalidade por doenças cardiovasculares no município do Rio de Janeiro.

Diversos estudos em epidemiologia têm investigado a influência do ambiente urbano na saúde da população. Os benefícios dos espaços verdes têm sido um dos aspectos estudados recentemente. Uma das principais vias apontadas é através da promoção da prática de atividades físicas. Outros benefícios incluem a melhoria das condições psicossociais e da qualidade do ar. Esses fatores, por sua vez, têm comprovada associação com a saúde cardiovascular. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é investigar a associação entre espaços verdes e mortalidade por doenças isquêmicas do coração (DIC) e doenças cerebrovasculares (DCBV) no município do Rio de Janeiro, entre os anos de 2010 e 2012. Foi realizado um estudo do tipo ecológico, tendo os setores censitários como unidade de análise. Como variável desfecho foi calculada a razão de mortalidade padronizada (RMP) por sexo e idade, pelo método indireto. Como medidas de exposição às áreas verdes foram utilizadas a média e a variabilidade do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada ou NDVI (sigla em inglês) médio referente ao período de estudo, em buffers de 100 metros das bordas dos setores censitários. Os dados foram analisados por um modelo linear condicional autorregressivo, que considera também a estrutura de dependência espacial. Foram incluídas no modelo as covariáveis Índice de Desenvolvimento Social (IDS); densidade de vias de tráfego veicular, divididas entre vias coletoras e locais e vias estruturais primárias e secundárias, utilizadas como proxy de poluição em buffers de 100 metros dos setores; e o indicador de setores censitários litorâneos. Após o ajuste do modelo controlando os possíveis fatores de confusão, foi verificada a redução de 4,5% (CI95%: 7,3%, 1,6%) da mortalidade nas áreas com exposição referente ao intervalo interquartílico mais alto da média do NDVI; e de 3,4% (IC95%: 6,2%; 0,7%) nas áreas referentes ao intervalo interquartílico mais alto da variabilidade, ambos em comparação com o intervalo mais baixo. Esse resultado indica a associação inversa entre a exposição aos espaços verdes e a mortalidade por DIC e DCBV no município do Rio de Janeiro. Além disso, o aumento da mortalidade está associado a piores condições de vida e à poluição do ar.

Microanálise e geoquímica em testemunhos de corais como elementos de interpretação dos impactos das forçantes naturais e antrópicas sobre a costa do Brasil

Corais pétreos são formadores de recifes. Por secretarem carbonato de cálcio pela base de seus pólipos, esses corais zooxantelados formam um exoesqueleto, composto geralmente por cristais de aragonita. Os padrões de crescimento coralinos variam desde a escala sazonal a centenária e podem ser caracterizados pela medida da taxa de crescimento, a variabilidade dos isótopos estáveis de oxigênio e carbono e pelas razões elementares Sr/Ca, Mg/Ca, U/Ca, Cd/Ca, Ra/Ca (entre outras) em seu esqueleto. Em um contexto global, os recifes cumprem importante papel como sumidouros de carbono atmosférico. Diante das evidências de um oceano mais quente na era moderna, a temperatura da superfície do mar (TSM) tem sido considerada um importante fator de controle da calcificação e crescimento coralino. Geralmente, a calcificação tende a aumentar com a elevação da TSM dentro de uma estreita faixa aceitável para o funcionamento pleno do metabolismo coralino. Neste trabalho, desenvolveu-se uma re-análise das taxas de crescimento de testemunhos de corais amostrados na costa brasileira (Salvador-Ba - Baía de Todos os Santos, Parque Nacional Marinho dos Abrolhos-Ba e Armação dos Búzios-RJ) empregando-se uma combinação de bandas de crescimento (alta e baixa densidades) auxiliado pelo método de luminescência e datação por radioisótopos de U e Th. As diferenças nas cronologias para os dois métodos variou de 1 ano para o caso de Abrolhos até 7,4 anos para Búzios (em seções específicas do testemunho). Foram analisadas variações de calcificação no esqueleto coralino e interpretadas à luz das razões Sr/Ca e U/Ca (ambos próxies da TSM), séries climáticas de AMO e PDO, e pH pelágico oceânico. Identificamos uma diminuição na taxa de calcificação do exoesqueleto no tempo estudado na amostra de Salvador de 0,4 g/cm2, e um aumento em Abrolhos de 0,4 g/cm2 e Búzios 0,3 g/cm2, exceto nos anos de 1950 ao final de 1980 e de 1910 ao final de 1930, respectivamente. Uma microtomografia de raio-X foi empregada para determinar micro-estruturas coralinas, sendo os parâmetros mais relevantes a microporosidade e a anisotropia. Para Abrolhos e Búzios, foi identificado um aumento na porosidade total do exoesqueleto, principalmente no começo de 1940 até o fim da década de 1980 e entre 1890 a 1930 respectivamente. Notou-se forte associação entre a redução do padrão de calcificação com o aumento da porosidade. Os testemunhos da espécie Siderastrea stellata coletados em Abrolhos e Búzios mostraram alta associação das razoes Sr/Ca e U/Ca com a taxa de calcificação, caracterizando uma resposta similar a de outros autores para a Grande Barreira na Austrália (DE'ATH et al., 2009) e para a região central do Mar Vermelho (CANTIN et al., 2010). Em relação as razões Ba/Ca, Salvador e Abrolhos evidenciaram variáveis que contribuíram para este aumento como a forçante de produção de petróleo e aumento populacional (economia), e TSM (oceano). Para Búzios, a TSM (oceano), produção de petróleo, aumento populacional e NDVI (economia). Após os anos de 1990, o impacto dos fatores econômicos, além das variáveis oceânicas respondem mais significativamente o aumento da razão Ba/Ca em todos os sítios quase que concomitantemente na costa brasileira.

Adjustment of ocean color sensor calibration through multi-band statistics

The band-by-band vicarious calibration of on-orbit satellite ocean color instruments, such as SeaWiFS and MODIS, using ground-based measurements has significant residual uncertainties. This paper applies spectral shape and population statistics to tune the calibration of the blue bands against each other to allow examination of the interband calibration and potentially provide an analysis of calibration trends. This adjustment does not require simultaneous matches of ground and satellite observations. The method demonstrates the spectral stability of the SeaWiFS calibration and identifies a drift in the MODIS instrument onboard Aqua that falls within its current calibration uncertainties.