Meteomap: Generation Of Meteorological Variables For Distributed Physically-Based Hydrological Modeling

Distributed energy and water balance models require time-series surfaces of the meteorological variables involved in hydrological processes. Most of the hydrological GIS-based models apply simple interpolation techniques to extrapolate the point scale values registered at weather stations at a watershed scale. In mountainous areas, where the monitoring network ineffectively covers the complex terrain heterogeneity, simple geostatistical methods for spatial interpolation are not always representative enough, and algorithms that explicitly or implicitly account for the features creating strong local gradients in the meteorological variables must be applied. Originally developed as a meteorological pre-processing tool for a complete hydrological model (WiMMed), MeteoMap has become an independent software. The individual interpolation algorithms used to approximate the spatial distribution of each meteorological variable were carefully selected taking into account both, the specific variable being mapped, and the common lack of input data from Mediterranean mountainous areas. They include corrections with height for both rainfall and temperature (Herrero et al., 2007), and topographic corrections for solar radiation (Aguilar et al., 2010). MeteoMap is a GIS-based freeware upon registration. Input data include weather station records and topographic data and the output consists of tables and maps of the meteorological variables at hourly, daily, predefined rainfall event duration or annual scales. It offers its own pre and post-processing tools, including video outlook, map printing and the possibility of exporting the maps to images or ASCII ArcGIS formats. This study presents the friendly user interface of the software and shows some case studies with applications to hydrological modeling.

Tecnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicadas ao mapeamento geologico e geotecnico no municipio de Tres Cachoeiras, litoral norte do Rio Grande do Sul

As técnicas de sensoriarnento remoto e geoprocessamento são fundamentais para processamento e integração de dados de mapeamento geológico/geotécnico, principalmente estudos de gerenciamento e planejamento. A área estudada compreende o município de Três Cachoeiras. Litoral Norte do Rio Grande do Sul o qual inclui-se na "Reserva da Biosfera da Mata Atlântica". O município tem st: deparado com problemas de localização de sitios adequados à disposição final dos resíduos sólidos. bem como o assentamento de loteamentos residenciais e industriais, localização de jazidas de extração de material para construção, fontes de abastecimento de água e necessidade de criação de áreas de preservação ambiental. O objetivo deste trabalho foi produzir mapeamentos da área em questão, através da pesquisa geológico-geotécnica desenvolvida com emprego de imagens de satélite e fotografias aéreas, em que as informações foram cruzadas no SIG. Baseado nisto, investigaram-se os aspectos acima mencionados. a partir de uma contribuição geológico/geotécnica ao município, incluindo-se levantamento de campo, fotointerpretação, processamento e classificação de imagens do município de Três Cachoeiras, sendo os dados integrados num sistema de geoprocessamento. Utilizando-se cartas planialtimétricas, fotografias aéreas e imagem de satélite LANDSAT TM5. foram criados planos de informação como o limite da área estudada, a estrutura viária municipal, a delimitação de reservas ecológicas baseadas na legislação ambiental vigente e, por meio do modelo numérico do terreno, a carta de declividade. A fotointerpretação gerou planos de rede de drenagem, litológica. morfoestruturas e formações superficiais. Os dados de campo. sobrepostos às litológicas obtidas por fotointerpretação, produziram a carta litológica. No tratamento das imagem, foram gerados produtos com contraste, operações entre bandas, filtragens e análise de componentes principais, os quais contribuíram parira classificação da imagem e resultando nos planos de rochas/solos e cobertura/uso do solo (carta de uso atual do solo). O cruzamento destas informações permitiu a obtenção da carta de formações superficiais, lidrogeológica que, juntamente com as cartas litológica, declividades e uso atual do solo distribuíram os atributos do meio físico em planos elaborados por novos cruzamentos, que satisfazem o objetivo do estudo, sendo estes planos o produto final, ou seja, cartas de recomendação: a extração de materiais para construção civil; a implantação de obras de infraestrutura; a disposição de resíduos sólidos e loteamentos; geotécnica à agricultura; à implantação de áreas destinadas à preservação ambienta1 e recuperação.

Terraços da margem leste da Laguna dos Patos, Litoral Médio do Rio Grande do Sul: estratigrafia e evolução holocênica

O presente trabalho discute os terraços lagunares da margem leste da Laguna dos Patos, localizados próximo à cidade de Mostardas. Através desse estudo é apresentado um novo modelo evolutivo para os últimos 5.000 anos no Litoral Médio do Rio Grande do Sul. Novas ferramentas foram utilizadas pela primeira vez no estudo da planície costeira do Rio Grande do Sul. Com respeito a aquisição dos dados de subsuperfície foi utilizado com êxito um GPR (Ground Penetretion Radar). Na análise e interpretação dos dados foi feita uma tentativa de aplicação da estratigrafia de seqüências. Através do uso de um scanner foram elaborados perfis dos testemunhos de sondagem, identificando aspectos distintos na composição e porosidade de diferentes litologias. Outras ferramentas utilizadas constam de sensoriamento remoto, nivelamento altimétrico e batimétrico, vibracore e datação radiométrica. Dessa forma, foram definidas três feições de terraceamento lagunar de idade holocênica na área de estudo, cada uma relacionada a um nível lagunar distinto. Através dos dados obtidos em subsuperfície foi possível traçar um esboço cronoestratigráfico, bem como uma curva de variação relativa do nível lagunar para a região. Também, como resultado dos dados geológicos de superfície, associados a novas interpretações baseadas em fotografias aéreas e imagens de satélite, foi elaborado um mapa geológico atualizado.

Estimativa da precipitação através de técnicas de sensoriamento remoto : estudo de caso para o estado do Rio Grande do Sul

A quantificação da precipitação é dificultada pela extrema aleatoriedade do fenômeno na natureza. Os métodos convencionais para mensuração da precipitação atuam no sentido de espacializar a precipitação mensurada pontualmente em postos pluviométricos para toda a área de interesse e, desta forma, uma rede com elevado número de postos bem distribuídos em toda a área de interesse é necessária para um resultado satisfatório. No entanto, é notória a escassez de postos pluviométricos e a má distribuição espacial dos poucos existentes, não somente no Brasil, mas em vastas áreas do globo. Neste contexto, as estimativas da precipitação com técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento pretendem potencializar a utilização dos postos pluviométricos existentes através de uma espacialização baseada em critérios físicos. Além disto, o sensoriamento remoto é a ferramenta mais capaz para gerar estimativas de precipitação nos oceanos e nas vastas áreas continentais desprovidas de qualquer tipo de informação pluviométrica. Neste trabalho investigou-se o emprego de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento para estimativas de precipitação no sul do Brasil. Três algoritmos computadorizados foram testados, sendo utilizadas as imagens dos canais 1, 3 e 4 (visível, vapor d’água e infravermelho) do satélite GOES 8 (Geostacionary Operational Environmental Satellite – 8) fornecidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. A área de estudo compreendeu todo o estado do Rio Grande do Sul, onde se utilizaram os dados pluviométricos diários derivados de 142 postos no ano de 1998. Os algoritmos citados buscam identificar as nuvens precipitáveis para construir modelos estatísticos que correlacionem as precipitações diária e decendial observadas em solo com determinadas características físicas das nuvens acumuladas durante o mesmo período de tempo e na mesma posição geográfica de cada pluviômetro considerado. Os critérios de decisão que norteiam os algoritmos foram baseados na temperatura do topo das nuvens (através do infravermelho termal), reflectância no canal visível, características de vizinhança e no plano de temperatura x gradiente de temperatura Os resultados obtidos pelos modelos estatísticos são expressos na forma de mapas de precipitação por intervalo de tempo que podem ser comparados com mapas de precipitação obtidas por meios convencionais.

Integração de dados geológicos, de sensoriamento remoto, espectrorradiométricos e geofísica aplicada à prospecção de depósitos filoneanos de fluorita hidrotermal no sudeste de Santa Catarina

Os processamentos de imagens orbitais efetuados através de técnicas de sensoriamento remoto geraram informações qualitativas de natureza textural (morfo-estruturas). Estas permitiram (1) o reconhecimento de áreas com diferentes padrões estruturais tendo diferentes potencialidades para a prospecção de fluorita, (2) a identificação de novos lineamentos estruturais potencialmente favoráveis à mineralização e (3) evidenciaram prolongamentos extensos para as principais estruturas mineralizadas, (4) às quais se associam um grande número de estruturas, antes desconhecidas, com grande potencial prospectivo. O aprimoramento de técnicas de classificação digital sobre produtos de razões de bandas e análise por componentes principais permitiu identificar a alteração hidrotermal associada às estruturas, incorporando novos critérios para a prospecção de fluorita. Buscando-se quantificar os dados de alteração hidrotermal, foi efetuada a análise espectrorradiométrica das rochas do distrito fluorítico. Integrando estas informações com dados TM LANDSAT 5, em nível de reflectância, obteve-se a classificação espectral das imagens orbitais, o que permitiu a identificação de estruturas menores com um detalhe nunca antes obtido. Os processamentos de dados aerogeofísicos forneceram resultados sobre estruturas (magnetometria) e corpos graníticos afetados por alteração hidrotermal (aerogamaespectrometria). Estes produtos foram integrados com dados TM LANDSAT 5 associando o atributo textural da imagem orbital ao comportamento radiométrico das rochas. Diagnosticou-se o lineamento Grão-Pará como o principal prospecto do distrito. E levantaram-se uma série de dados sobre a compartimentação tectônica da região, a zonação de fácies das rochas graníticas (rocha fonte do flúor) e as alterações hidrotermais associadas ao magmatismo granítico. Isto permitiu a compreensão da distribuição regional dos depósitos de fluorita, adicionando-se um novo critério à prospecção de fluorita, a relação espacial entre a mineralização e a rocha fonte de F. Esta última corresponde à fácies granítica da borda do Maciço Pedras Grandes.

Uso da análise discriminante regularizada (RDA) no reconhecimento de padrões em imagens digitais hiperespectral de sensoriamento remoto

Em cenas naturais, ocorrem com certa freqüência classes espectralmente muito similares, isto é, os vetores média são muito próximos. Em situações como esta, dados de baixa dimensionalidade (LandSat-TM, Spot) não permitem uma classificação acurada da cena. Por outro lado, sabe-se que dados em alta dimensionalidade [FUK 90] tornam possível a separação destas classes, desde que as matrizes covariância sejam suficientemente distintas. Neste caso, o problema de natureza prática que surge é o da estimação dos parâmetros que caracterizam a distribuição de cada classe. Na medida em que a dimensionalidade dos dados cresce, aumenta o número de parâmetros a serem estimados, especialmente na matriz covariância. Contudo, é sabido que, no mundo real, a quantidade de amostras de treinamento disponíveis, é freqüentemente muito limitada, ocasionando problemas na estimação dos parâmetros necessários ao classificador, degradando portanto a acurácia do processo de classificação, na medida em que a dimensionalidade dos dados aumenta. O Efeito de Hughes, como é chamado este fenômeno, já é bem conhecido no meio científico, e estudos vêm sendo realizados com o objetivo de mitigar este efeito. Entre as alternativas propostas com a finalidade de mitigar o Efeito de Hughes, encontram-se as técnicas de regularização da matriz covariância. Deste modo, técnicas de regularização para a estimação da matriz covariância das classes, tornam-se um tópico interessante de estudo, bem como o comportamento destas técnicas em ambientes de dados de imagens digitais de alta dimensionalidade em sensoriamento remoto, como por exemplo, os dados fornecidos pelo sensor AVIRIS. Neste estudo, é feita uma contextualização em sensoriamento remoto, descrito o sistema sensor AVIRIS, os princípios da análise discriminante linear (LDA), quadrática (QDA) e regularizada (RDA) são apresentados, bem como os experimentos práticos dos métodos, usando dados reais do sensor. Os resultados mostram que, com um número limitado de amostras de treinamento, as técnicas de regularização da matriz covariância foram eficientes em reduzir o Efeito de Hughes. Quanto à acurácia, em alguns casos o modelo quadrático continua sendo o melhor, apesar do Efeito de Hughes, e em outros casos o método de regularização é superior, além de suavizar este efeito. Esta dissertação está organizada da seguinte maneira: No primeiro capítulo é feita uma introdução aos temas: sensoriamento remoto (radiação eletromagnética, espectro eletromagnético, bandas espectrais, assinatura espectral), são também descritos os conceitos, funcionamento do sensor hiperespectral AVIRIS, e os conceitos básicos de reconhecimento de padrões e da abordagem estatística. No segundo capítulo, é feita uma revisão bibliográfica sobre os problemas associados à dimensionalidade dos dados, à descrição das técnicas paramétricas citadas anteriormente, aos métodos de QDA, LDA e RDA, e testes realizados com outros tipos de dados e seus resultados.O terceiro capítulo versa sobre a metodologia que será utilizada nos dados hiperespectrais disponíveis. O quarto capítulo apresenta os testes e experimentos da Análise Discriminante Regularizada (RDA) em imagens hiperespectrais obtidos pelo sensor AVIRIS. No quinto capítulo são apresentados as conclusões e análise final. A contribuição científica deste estudo, relaciona-se à utilização de métodos de regularização da matriz covariância, originalmente propostos por Friedman [FRI 89] para classificação de dados em alta dimensionalidade (dados sintéticos, dados de enologia), para o caso especifico de dados de sensoriamento remoto em alta dimensionalidade (imagens hiperespectrais). A conclusão principal desta dissertação é que o método RDA é útil no processo de classificação de imagens com dados em alta dimensionalidade e classes com características espectrais muito próximas.

Aquisição e construção de modelos estáticos análogos a reservatórios petrolíferos com tecnologia lidar e georadar

The present work develops a methodology to establish a 3D digital static models petroleum reservoir analogue using LIDAR and GEORADAR technologies. Therefore, this work introduce The methodolgy as a new paradigm in the outcrop study, to purpose a consistent way to integrate plani-altimetric data, geophysics data, and remote sensing products, allowing 2D interpretation validation in contrast with 3D, complexes depositional geometry visualization, including in environmental immersive virtual reality. For that reason, it exposes the relevant questions of the theory of two technologies, and developed a case study using TerraSIRch SIR System-3000 made for Geophysical Survey Systems, and HDS3000 Leica Geosystems, using the two technologies, integrating them GOCAD software. The studied outcrop is plain to the view, and it s located at southeast Bacia do Parnaíba, in the Parque Nacional da Serra das Confusões. The methodology embraces every steps of the building process shows a 3D digital static models petroleum reservoir analogue, provide depositional geometry data, in several scales for Simulation petroleum reservoir

Caracterização ambiental de bancos areno-lamosos nos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

On Rio Grande do Norte northern coast the process of sediment transport are intensely controlled by wind and sea (waves and currents) action, causing erosion and shoreline morphological instability. Due to the importance of such coastal zone it was realized the multi-spectral mapping and physical-chemical characterization of mudflats and mangroves aiming to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process on the oil fields of Macau and Serra installed at the study area. The multi-spectral bands of 2000 and 2008 LANDSAT 5 TM images were submitted on the several digital processing steps and RGB color compositions integrating spectral bands and Principal Components. Such processing methodology was important to the mapping of different units on surface, together with field works. It was possible to make an analogy of the spectral characteristics of wetlands with vegetations areas (mangrove), showing the possibility to make a restoration of this area, contributing with the environmental monitoring of that ecosystem. The maps of several units were integrated in GIS environment at 1:60,000 scale, including the classification of features according to the presence or absence of vegetation cover. Thus, the strategy of methodology established that there are 10.13 km2 at least of sandy-muddy and of these approximately 0.89 km2 with the possibility to be used in a reforestation of typical flora of mangrove. The physical-chemical characterization showed areas with potential to introduce local species of mangrove and they had a pH above neutral with a mean of 8.4. The characteristic particle size is sand in the fine fractions, the high levels of carbonate, organic matter and major and trace element in general are concentrated where the sediment had the less particles size, showing the high correlation that those elements have with smaller particles of sediment. The application of that methodological strategy is relevant to the better understanding of features behavior and physical-chemical data of sediment samples collected on field allow the analysis of efficiency/capability of sandy-muddy to reforestation with local mangrove species for mitigation of the erosive action and coastal processes on the areas occupied by the oil industry

Avaliação ambiental de manguezais adjacentes aos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

Among the various effects caused by the climate change and human intervention, the mangrove ecosystem changes through of the years has been worth mentioning, which hasn t known which are the pros and cons for the adjacent coastal and estuarine environments yet. It happens due to the present dynamism in these areas, besides of the difficult understanding of the processes associated with evolution. This study aimed to environmentally evaluate adjacent mangroves from the Macau and Serra oil fields, located on Rio Grande do Norte northern coast, to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process, as well as, according to the principles of the Clean Development Mechanism (CDM), to assess the amount of atmospheric carbon sequestered by the studied ecosystem. An inventory was conducted through mangrouve mapping which has supplied this research, especially regarding to the structural characterization of mangrove areas. To understand the local mangrove behavior in a greater level detail, techniques of remote sensing, GIS and GPS were used to make an analogy between the current and past states of the mangrove studied, allowing to make anticipated projections for the future impacts or changes in that region. This study combined data from multispectral LANDSAT 5 TM, Landsat 7 ETM+ with radar microwave data from SAR RADARSAT-1, which increased the interpretation capacity of the data from optical sensor systems. The interpretations have been supported by the data field, representing a better and innovative methodology for the environmental and taxonomic characterization of mangrove forests considered. The results reveal that mangroves of the Ponta do Tubarão Sustainable Development Reserve are biologically representative areas and providing a variety of benefits, especially for local communities, constituting the priority sites for actions development aimed at conservation. They also have been showing the necessity to make mitigating measures in order to recover degraded areas through reforestation or creating new areas of mangrove, as currently 7.1% of the mangrove forests studied are dead or in an advanced state of decomposition. The amount of atmospheric carbon sequestered proved very significant when analyzed for the whole area, which is able to sequester atmospheric 4,294,458 Ton CO2 per year

Caracterização batimétrica e fisicooceanográfica do canal de acesso ao porto de Cabedelo/PB: uma análise ambiental ao derrame de óleo

The State of Paraíba is one of the most dynamic states of Brazil, strategically located in the northeast, is notable for the excellent potential for integration of different transportation modes forming the states of Rio Grande do Norte, Pernambuco and Alagoas. The dynamic that occurs with port activity causes changes in the space where it is installed. And the elements of this space are always more than suffering direct or indirect influences as the flow in the port is expanded. Therefore, this region became subject to the accidental spillage of oil, because it presents a heavy traffic of ships of various sizes that can run aground or collide with oil causing accidental events. The study of geomorphological and sedimentological compositions of seafloor becomes important as more is known about the relationships between these parameters and associated fauna, and can identify their preferred habitats. The database background, acoustically collected along the proposed study area, is a wealth of information, which were duly examined, cataloged and made available. Such information can serve as an important tool, providing a geomorphological survey of the sedimentary area studied, and come to subsidize, in a flexible, future decision making. With the study area Port of Cabedelo, Paraíba - Brazil, this research aimed to evaluate the influence of the tidal surface and background in modeling the seabed, including the acquisition of information about the location of submerged rocky bodies and the depth of these bodies may turn out to be natural traps for the trapping of oil in case of leaks, and obtain the relationship between types of bed and the hydrodynamic conditions present in the region. In this context, for this study were collected bathymetric data (depth) and physical oceanographic (height of water column, water temperature, intensity and direction of currents, waves and turbidity), meteorological (rainfall, air temperature, humidity, winds and barometric pressure) of the access channel to the Port of Cabedelo / PB and its basin evolution (where the cruise ships dock), and includes tools of remote sensing (Landsat 7 ETM +, 2001), so that images and the results are integrated into Geographic Information Systems and used in the elaboration of measures aimed at environmental protection areas under the influence of this scale facilities, serving as a grant to prepare a contingency plan in case of oil spills in the region. The main findings highlight the techniques of using hydroacoustic data acquisition together bathymetric surveys of high and low frequency. From there, five were prepared in bathymetric pattern of Directorate of Hydrography and Navigation - DHN, with the depth in meters, on a scale of 1:2500 (Channel and Basin Evolution of Access to Port of Cabedelo), where there is a large extent possible beachrocks that hinder the movement of vessels in the port area, which can cause collisions, running aground and leaking oil. From the scatter diagram of the vectors of currents, it can be seen as the tidal stream and undergoes a channeling effect caused by the bidirectional effect of the tide (ebb and flood) in the basin of the Port of Cabedelo evolution in NW-direction SE and the highest speed of the currents occurs at low tide. The characterization weather for the period from 28/02 to 04/07/2010 values was within the expected average for the region of study. The multidisciplinary integration of products (digital maps and remote sensing images), proved to be efficient for the characterization of underwater geomorphological study area, reaching the aim to discriminate and enhance submerged structures, previously not visible in the images

Metodologia de utilização de dados de sensoriamento remoto em zonas costeiras sob influência da indústria petrolífera

Oil spills in marine environments represent immediate environmental impacts of large magnitude. For that reason the Environmental Sensitivity to Oil Maps constitute a major instrument for planning actions of containment and cleanup. For both the Environmental Sensitivity Maps always need to be updated, to have an appropriate scale and to represent accurately the coastal areas. In this context, this thesis presents a methodology for collecting and processing remote sensing data for the purpose of updating the territorial basis of thematic maps of Environmental Sensitivity to Oil. To ensure greater applicability of the methodology, sensors with complementary characteristics, which provide their data at a low financial cost, were selected and tested. To test the methodology, an area located on the northern coast of the Northeast of Brazil was chosen. The results showed that the products of ASTER data and image hybrid sensor PALSAR + CCD and HRC + CCD, have a great potential to be used as a source of cartographic information on projects that seek to update the Environmental Sensitivity Maps of Oil

Quantificação das classes de erosão por tipo de uso do solo no município de Franca - SP

Impactos ambientais causados pelas atividades agropecuárias sobre o meio rural podem ser constatados quando são analisadas as paisagens da região. Vários estudos demonstraram que informações da paisagem obtidas a partir de imagens fotográficas são indispensáveis para o diagnóstico do processo erosivo do solo, aspecto indispensável no planejamento conservacionista. Neste trabalho, utilizando-se de técnicas de fotointerpretação, foi realizada a quantificação das classes de erosão acelerada no município de Franca - SP, relacionando-as com os tipos de cobertura vegetal. A coleção de fotografias aéreas empregadas foi produzida pela Base Aerofotogrametria e Projetos S.A., com escala aproximada 1:35.000, em outubro de 1990. Elaboraram-se cartas temáticas do uso/ocupação do solo e dos estados erosivos presentes em cada tipo de cobertura vegetal do solo, estabelecendo-se, em seguida, as relações entre a erosão acelerada e os tipos de comunidades vegetais do município de Franca. Os resultados obtidos mostraram que, nesse município, o solo agrícola encontra-se relativamente conservado, apresentando 74,23% da área com erosão laminar ligeira/moderada. Os diferentes usos/ocupações do solo influenciaram de modos distintos na manifestação do processo erosivo.