Mapeamento da temperatura da superfície terrestre com uso do sensor AVHRR/NOAA

O objetivo deste trabalho foi avaliar a adequação do uso do sensor AVHRR/NOAA (Advanced Very High Resolution Radiometer/National Oceanic and Atmospheric Administration) para mapeamento da temperatura da superfície terrestre (TST) no Estado do Rio Grande do Sul, por meio da comparação entre três algoritmos clássicos. Foram comparados os métodos de Becker & Li, Sobrino et al. e Kerr et al. para estimativa das TST mínimas, utilizando imagens noturnas e logo após o amanhecer. Os dados de emissividade e TST foram obtidos por meio de combinações matemáticas da radiação detectada nas faixas do visível, infravermelho próximo e termal do sensor AVHRR/NOAA. O sensor AVHRR é adequado para o mapeamento de TST para as condições do tipo de cobertura do solo que predominam no Rio Grande do Sul, visto que a TST estimada pelos três métodos testados foi próxima à temperatura do ar medida nos locais selecionados. O método de Sobrino et al. foi o mais adequado.

Monitoramento de temperaturas noturnas da superfície terrestre no estado do Rio Grande do Sul com uso do sensor orbital AVHRR/NOAA

A temperatura da superfície terrestre (TST), além da ação determinante sobre o crescimento e o desenvolvimento das plantas, influencia também muitos processos físicos, químicos e biológicos, tendo significativa relevância científica em um vasto campo das atividades de pesquisa e gerenciamento dos recursos naturais. O objetivo geral deste estudo foi verificar a adequação do uso de sensores orbitais AVHRR/3 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) classe POES (Polar Operational Environmental Satellites) para mapeamento de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul, visando sua implementação em programas operacionais de monitoramento agrometeorológico. No estudo realizado no período de junho a setembro de 2002, foram utilizadas 11 imagens noturnas e 20 imagens diurnas, captadas na estação de recepção de imagens NOAA pertencente ao Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM). Após processamento, as imagens foram utilizadas para a determinação da temperatura de brilho da banda 4 e 5 da TST através dos métodos de Becker e Li (1990), Kerr et al. (1992) e Sobrino et al. (1993). A TST obtida a partir das imagens foi comparada aos dados de temperatura do ar obtidos em 13 estações meteorológicas de superfície Os resultados mostraram que os sensores orbitais AVHRR/3 são adequados para o mapeamento noturno de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul. O método de Sobrino et al. (1993) é o mais adequado entre os métodos testados para a estimativa das temperaturas noturnas no Estado, embora ainda seja necessário um aprofundamento teórico em relação aos efeitos atmosféricos sobre regiões localizadas em baixas latitudes. Também a temperatura estimada por sensores remotos pode ser utilizada para estimar a temperatura do ar nos locais avaliados, sendo que ainda deve ser testada a extrapolação para outros locais.

Mapeamento do risco de incêndio na bacia do Alto Paraguai utilizando dados AVHRR-NOAA.

Na Bacia do Alto Paraguai o fogo é muito utilizado para manejo de pastagens, principalmente durante a estação seca. A determinação do risco de incêndio em áreas de vegetação é uma informação importante par auxiliar as práticas de manejo adequado ao uso do fogo. O objetivo deste trabalho foi realizar o mapeamento do risco de incêndio na Bacia do Alto Paraguai utilizando dados AVHRR-NOAA. A análise dos perfis temporais da Banda 1 e do NDVI nos meses de agosto, setembro e outubro de 2004 a 2008, em conjunto com os focos de calor detectados nas imagens NOAA, permitiu caracterizar o decréscimo da umidade da vegetação que proporciona a condição para ocorrência de incêndios. Os resultados mostraram que valores do fator de refletância da Banda 1 maiores que 5% e valores do NDVI menores que 0,40, podem estimar alto grau de risco de incêndio. O mapeamento do risco de incêndio utilizando dados AVHRR-NOAA demonstrou ter forte correlação com os focos de calor detectados nas imagens NOAA. O método mostrou ser viável e pode ser refinado para integrar os sistemas de prevenção de incêndio para alerta de queimadas e para tomadas de decisão para controle do fogo.

Parametrización de kB-1 para estimar el flujo de calor sensible con imágenes AVHRR

La necesidad de evaluar la evapotranspiración a escala regional para la gestión de regadíos ha hecho que sean innumerables los intentos por aplicar imágenes AVHRR-NOAA en la determinación el flujo de calor sensible. La principal limitación de estos métodos es la estimación de la resistencia aerodinámica. El parámetro crítico en la expresión de la resistencia aerodinámica es kB-1. La parametrización de kB-1 ha sido infructuosa a escala regional por no disponer hasta ahora de medidas de flujo de calor sensible a escala del píxel AVHRR en superficies heterogéneas y durante toda una temporada de riegos. Para resolver esta medida de flujo se ha desarrollado el cintilómetro. En la primera parte de este trabajo se estudia la representatividad espacial de las medidas del cintilómetro. El núcleo de esta aportación consiste en la correlación entre el parámetro kB-1, el NDVI y la altura solar. Los buenos resultados obtenidos (r2=0.81) ofrecen una nueva metodología para determinar el flujo de calor sensible. La estimación de kB-1, las imágenes AVHRR y los datos meteorológicos permiten calcular el flujo de calor sensible durante toda la temporada de riegos con errores inferiores al 20%.

Aplicacoes da altimetria topex/poseidon no estudo de aspectos dinamicos do oceano atlantico sul ocidental

Dados altimétricos do satélite TOPEX/POSEIDON obtidos durante 1993 e 1994 foram utilizados para estudar a dinâmica oceanográfica na região oeste do oceano Atlântico Sul, entre as latitudes de 15°S e 50°S e longitudes de 30°W e 65°W. Simultaneamente, dados hidrográficos (históricos e sinópticos) e imagens termais do sensor AVHRR/NOAA foram utilizados com o objetivo de proporcionar uma comparação com os resultados da altimetria. Características da topografia dinâmica superficial, da variabilidade e anomalias da topografia dinâmica são apresentadas. Imprecisões dos modelos do geóide marinho restringiram o estudo dos padrões da topografia dinâmica supercial e das correntes geostrósficas superficiais, a comprimentos de onda espaciais superiores a 2400 Km. A variabilidade temporal da topografia dinâmica demonstrou um padrão altamente energético na região da Confluência Brasil-Malvinas durante o período. Diferenças sazonais foram observadas com os maiores valores de variabilidade nos meses de inverno e primavera. As anomalias (resíduos) da topografia dinâmica foram utilizadas no estudo de fenômenos transientes, onde um vórtice foi acompanhado acompanhado ao longo do tempo, e em conjunto com imagens AVHRR/NOAA. Feições térmicas superficiais foram confrontadas com anomalias altimétricas de trajetórias específicas, contemporâneas às imagens, apresentando ótima concordância e confirmando a excelente potencialidade do uso conjunto destes dois tipos de dados. Finalmente, a técnica da topografia dinâmica composta (combinação de dados altimétricos e climatológicos) foi utilizada para reconstruir a topografia dinâmica total a partir das anomalias altimétricas, sem a contaminação das imprecisões dos modelos do geóide. O ciclo escolhido corresponde ao mesmo período de um cruzeiro hidrográfico, proporcionando uma comparação entre topografias dinâmicas (e velocidades geostróficas superficiais) estimadas pelos dois conjuntos de dados. A concordãncia entre os dois resultados foi bastante satisfatória, indicado a possibilidade de se gerar estimativas da circulação geostrófica superficial, com boa confiabilidade, apenas com dados do sátelite e dados hidrográficos climatológicos. Concluíndo, o TOPEX/POSEIDON apresenta-se como uma excelente ferramente para o estudo da dinâmica oceanográfica no Atlântico Sul, proporcionando uma análise quasi-sinóptica de qualidade e, principalmente, aumentando o conhecimento desta região.

Integração de imagens NOAA/AVHRR: rede de cooperação para monitoramento nacional da safra de soja

Uma avaliação inicial das condições do desenvolvimento da safra nacional, enquanto as plantas ainda estão nos campos, é altamente necessária para o cálculo correto das projeções na tomada de decisão e políticas relacionadas com o planejamento governamental e segurança alimentar. O objetivo deste trabalho foi avaliar a adequação dos dados NOAA/AVHRR (National Oceanic and Atmospheric Administration / Advanced Very High Resolution Radiometer) em detectar mudanças nas condições da vegetação, devidas à ocorrência de estresse hídrico, na soja, por meio de uma combinação do índice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) e da LST (Land Surface Temperature). Os dados LST e NDVI foram combinados e comparados pixel a pixel, sobre uma área de cultivo de soja, no Rio Grande do Sul. A relação teórica inversa prevista na combinação de LST e NDVI foi detectada. Foi observado que ocorre um aumento médio na LST em uma safra de ciclo normal (de 301,02 K para 308,36 K), quando comparada a uma safra sob condição de estresse hídrico, no desenvolvimento da cultura. Uma redução média do NDVI foi observada no ciclo normal (de 0,65 para 0,53), comparada com uma safra sob efeitos ocasionados pela estiagem no desenvolvimento da cultura. Foi observado maior correlação da produtividade municipal com LST (R2=0,78) do que com o NDVI (R2 = 0,59). Os resultados obtidos indicam que a integração de imagens do sensor AVHRR, proveniente de diferentes instituições, proporciona a adequada combinação espacial e temporal dos dados LST e NDVI, a fim de detectar a ocorrência de estresse hídrico, bem como sua intensidade, caracterizando as condições do ciclo de desenvolvimento da soja.

Validación del uso de información satelital NOAA-AVHRR para la evaluación regional del comportamiento de la vegetación y el rendimiento de cultivos en Córdoba, como respuesta a la variabilidad climática

El conocimiento de patrones de comportamiento de la vegetación en una región así como las respuestas de los complejos productivos a la variabilidad climática son necesarios para la utilización racional de los ecosistemas, para la validación de prácticas compatibles con sistemas productivos sustentables, para la prevención y morigeración de desastres producidos por adversidades climáticas, para la planificación gubernamental agropecuaria. Los datos de estaciones meteorológicas junto con los de observadores calificados para el reconocimiento de estados de situación, resultan siempre insuficientes para brindar caracterizaciones de este tipo, con precisión, en el momento necesario y con extensión regional. Este proyecto propone la utilización y validación del uso de datos satelitales NOAA-AVHRR, como herramienta complementaria de evaluación y predicción de respuestas de los ecosistemas naturales y agrícolas a la variabilidad climática, en la provincia de Córdoba. Es propósito también la caracterización de la variabilidad climática regional en sí misma y de fenómenos adversos como las sequías. (...)

Operational active fire mapping and burnt area identification applicable to Mexican Nature Protection Areas using MODIS and NOAA-AVHRR direct readout data

Since 1999, the National Commission for the Knowledge and Use of the Biodiversity (CONABIO) in Mexico has been developing and managing the “Operational program for the detection of hot-spots using remote sensing techniques”. This program uses images from the MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard the Terra and Aqua satellites and from the Advanced Very High Resolution Radiometer of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA-AVHRR), which are operationally received through the Direct Readout station (DR) at CONABIO. This allows the near-real time monitoring of fire events in Mexico and Central America. In addition to the detection of active fires, the location of hot spots are classified with respect to vegetation types, accessibility, and risk to Nature Protection Areas (NPA). Besides the fast detection of fires, further analysis is necessary due to the considerable effects of forest fires on biodiversity and human life. This fire impact assessment is crucial to support the needs of resource managers and policy makers for adequate fire recovery and restoration actions. CONABIO attempts to meet these requirements, providing post-fire assessment products as part of the management system in particular for satellite-based burnt area mapping. This paper provides an overview of the main components of the operational system and will present an outlook to future activities and system improvements, especially the development of a burnt area product. A special focus will also be placed on the fire occurrence within NPAs of Mexico

The study of correlation between sea surface temperature (SST) by using the NOAA-AVHRR data and compare this data with temperature measurement in the Caspian Sea

The changes in time and location of surface temperature from a water body has an important effect on climate activities, marine biology, sea currents, salinity and other characteristics of the seas and lakes water. Traditional measurement of temperature is costly and time consumer due to its dispersion and instability. In recent years the use of satellite technology and remote sensing sciences for data acquiring and parameter and lysis of climatology and oceanography is well developed. In this research we used the NOAA’s Satellite images from its AVHRR system to compare the field surface temperature data with the satellite images information. Ten satellite images were used in this project. These images were calibrated with the field data at the exact time of satellite pass above the area. The result was a significant relation between surface temperatures from satellite data with the field work. As the relative error less than %40 between these two data is acceptable, therefore in our observation the maximum error is %21.2 that can be considered it as acceptable. In all stations the result of satellite measurements is usually less than field data that cores ponds with the global result too. As this sea has a vast latitude, therefore the different in the temperature is natural. But we know this factor is not the only cause for surface currents. The information of all satellites were images extracted by ERDAS software, and the “Surfer” software is used to plot the isotherm lines.

NOAA's sea surface temperature products from operational geostationary satellites

NOAA's National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS) has generated sea surface temperature (SST) products from Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)-East (E) and GOES-West (W) on an operational basis since December 2000. Since that time, a process of continual development has produced steady improvements in product accuracy. Recent improvements extended the capability to permit generation of operational SST retrievals from the Japanese Multifunction Transport Satellite (MTSAT)-1R and the European Meteosat Second Generation (MSG) satellite, thereby extending spatial coverage. The four geostationary satellites (at longitudes of 75°W, 135°W, 140°E, and 0°) provide high temporal SST retrievals for most of the tropics and midlatitudes, with the exception of a region between 60° and 80°E. Because of ongoing development, the quality of these retrievals now approaches that of SST products from the polar-orbiting Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). These products from GOES provide hourly regional imagery, 3-hourly hemispheric imagery, 24-h merged composites, a GOES SST level 2 preprocessed product every 1/2 h for each hemisphere, and a match-up data file for each product. The MTSAT and the MSG products include hourly, 3-hourly, and 24-h merged composites. These products provide the user community with a reliable source of SST observations, with improved accuracy and increased coverage in important oceanographic, meteorological, and climatic regions.

Validation of a modified AVHRR aerosol optical depth retrieval algorithm over Central Europe

The Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) carried on board the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the Meteorological Operational Satellite (MetOp) polar orbiting satellites is the only instrument offering more than 25 years of satellite data to analyse aerosols on a daily basis. The present study assessed a modified AVHRR aerosol optical depth τa retrieval over land for Europe. The algorithm might also be applied to other parts of the world with similar surface characteristics like Europe, only the aerosol properties would have to be adapted to a new region. The initial approach used a relationship between Sun photometer measurements from the Aerosol Robotic Network (AERONET) and the satellite data to post-process the retrieved τa. Herein a quasi-stand-alone procedure, which is more suitable for the pre-AERONET era, is presented. In addition, the estimation of surface reflectance, the aerosol model, and other processing steps have been adapted. The method's cross-platform applicability was tested by validating τa from NOAA-17 and NOAA-18 AVHRR at 15 AERONET sites in Central Europe (40.5° N–50° N, 0° E–17° E) from August 2005 to December 2007. Furthermore, the accuracy of the AVHRR retrieval was related to products from two newer instruments, the Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) on board the Environmental Satellite (ENVISAT) and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on board Aqua/Terra. Considering the linear correlation coefficient R, the AVHRR results were similar to those of MERIS with even lower root mean square error RMSE. Not surprisingly, MODIS, with its high spectral coverage, gave the highest R and lowest RMSE. Regarding monthly averaged τa, the results were ambiguous. Focusing on small-scale structures, R was reduced for all sensors, whereas the RMSE solely for MERIS substantially increased. Regarding larger areas like Central Europe, the error statistics were similar to the individual match-ups. This was mainly explained with sampling issues. With the successful validation of AVHRR we are now able to concentrate on our large data archive dating back to 1985. This is a unique opportunity for both climate and air pollution studies over land surfaces.

A satellite-based snow cover climatology (1985–2011) for the European Alps derived from AVHRR data

Seasonal snow cover is of great environmental and socio-economic importance for the European Alps. Therefore a high priority has been assigned to quantifying its temporal and spatial variability. Complementary to land-based monitoring networks, optical satellite observations can be used to derive spatially comprehensive information on snow cover extent. For understanding long-term changes in alpine snow cover extent, the data acquired by the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sensors mounted onboard the National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA) and Meteorological Operational satellite (MetOp) platforms offer a unique source of information. In this paper, we present the first space-borne 1 km snow extent climatology for the Alpine region derived from AVHRR data over the period 1985–2011. The objective of this study is twofold: first, to generate a new set of cloud-free satellite snow products using a specific cloud gap-filling technique and second, to examine the spatiotemporal distribution of snow cover in the European Alps over the last 27 yr from the satellite perspective. For this purpose, snow parameters such as snow onset day, snow cover duration (SCD), melt-out date and the snow cover area percentage (SCA) were employed to analyze spatiotemporal variability of snow cover over the course of three decades. On the regional scale, significant trends were found toward a shorter SCD at lower elevations in the south-east and south-west. However, our results do not show any significant trends in the monthly mean SCA over the last 27 yr. This is in agreement with other research findings and may indicate a deceleration of the decreasing snow trend in the Alpine region. Furthermore, such data may provide spatially and temporally homogeneous snow information for comprehensive use in related research fields (i.e., hydrologic and economic applications) or can serve as a reference for climate models.

Lake surface water temperatures of European Alpine lakes (1989–2013) based on the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) 1 km data set

Lake water temperature (LWT) is an important driver of lake ecosystems and it has been identified as an indicator of climate change. Consequently, the Global Climate Observing System (GCOS) lists LWT as an essential climate variable. Although for some European lakes long in situ time series of LWT do exist, many lakes are not observed or only on a non-regular basis making these observations insufficient for climate monitoring. Satellite data can provide the information needed. However, only few satellite sensors offer the possibility to analyse time series which cover 25 years or more. The Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) is among these and has been flown as a heritage instrument for almost 35 years. It will be carried on for at least ten more years, offering a unique opportunity for satellite-based climate studies. Herein we present a satellite-based lake surface water temperature (LSWT) data set for European water bodies in or near the Alps based on the extensive AVHRR 1 km data record (1989–2013) of the Remote Sensing Research Group at the University of Bern. It has been compiled out of AVHRR/2 (NOAA-07, -09, -11, -14) and AVHRR/3 (NOAA-16, -17, -18, -19 and MetOp-A) data. The high accuracy needed for climate related studies requires careful pre-processing and consideration of the atmospheric state. The LSWT retrieval is based on a simulation-based scheme making use of the Radiative Transfer for TOVS (RTTOV) Version 10 together with ERA-interim reanalysis data from the European Centre for Medium-range Weather Forecasts. The resulting LSWTs were extensively compared with in situ measurements from lakes with various sizes between 14 and 580 km2 and the resulting biases and RMSEs were found to be within the range of −0.5 to 0.6 K and 1.0 to 1.6 K, respectively. The upper limits of the reported errors could be rather attributed to uncertainties in the data comparison between in situ and satellite observations than inaccuracies of the satellite retrieval. An inter-comparison with the standard Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Land Surface Temperature product exhibits RMSEs and biases in the range of 0.6 to 0.9 and −0.5 to 0.2 K, respectively. The cross-platform consistency of the retrieval was found to be within ~ 0.3 K. For one lake, the satellite-derived trend was compared with the trend of in situ measurements and both were found to be similar. Thus, orbital drift is not causing artificial temperature trends in the data set. A comparison with LSWT derived through global sea surface temperature (SST) algorithms shows lower RMSEs and biases for the simulation-based approach. A running project will apply the developed method to retrieve LSWT for all of Europe to derive the climate signal of the last 30 years. The data are available at doi:10.1594/PANGAEA.831007.