Novas possibilidades com o sensoriamento remoto de alta resolução temporal, moderada resolução espacial e de custo zero.

Certamente muitos dos assinantes da InfoGEO já ouviram falar algo sobre o sensor MODIS (MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer), por exemplo, sobre as suas imagens com resolução espacial de até 250m, sobre seus detectores capazes de cobrir dezenas de bandas espectrais simultaneamente, além dos numerosos produtos derivados dessas imagens para aplicações em escala global e regional. Entretanto, é muito provável que uma parcela significativa da comunidade ainda esteja, digamos, um pouco "perdida" em meio à enorme quantidade de informação disponível sobre o MODIS na Internet e outros veículos de divulgação. A nossa convivência com o público interessado em sensoriamento remoto tem indicado que perguntas simples relacionadas ao MODIS não são respondidas com freqüência. Por exemplo: quais os tipos de dados gerados por esse sensor? …qual o seu potencial de uso efetivo em aplicações terrestres? …como ter acesso aos dados? …qual o custo envolvido? Tentativamente, esse artigo pretende prover nosso leitor com informações básicas sobre o sensor MODIS e links objetivos e úteis, que possam melhor orientá-lo sobre o uso desses dados que, antecipamos, tem um impressionante potencial para aplicações multi-temáticas.

Introdução
Os dados de sensoriamento remoto orbital, em função de sua repetividade, visão sinóptica e baixo custo de aquisição, são imprescindíveis ao monitoramento sistemático e eficiente da cobertura vegetal e demais parâmetros biofísicos (e.g., produtividade primária). Por outro lado, exceto pelo Programa de Desmatamento da Amazônia (PRODES – INPE), baseado na utilização de dados Landsat – TM e voltado à quantificação anual das áreas desmatadas na região Amazônica, poucas têm sido as iniciativas voltadas ao uso operacional dos dados de sensoriamento remoto para o mapeamento e monitoramento ambiental dos principais ecossistemas brasileiros e para o acompanhamento da produção agrícola de larga escala.

Figura 1. Quadro sinóptico sobre as resoluções espectrais e espaciais do sensor MODIS e comparação com os sensores
TM/Landsat-5 e ETM+/Landsat-7

Em grande parte, esta baixa utilização se deve às próprias características dos dados de sensoriamento remoto disponíveis. As imagens NOAA-AVHRR, além da limitada resolução espacial , apresentam ainda uma geometria de aquisição muito variável, baixa qualidade radiométrica e problemas no georreferenciamento dos pixels. Como conseqüência, nunca houve uso efetivo das séries temporais do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (IVDN) , à exceção de estudos localizados. Comparativamente, as imagens fornecidas pelos satélites comerciais como, por exemplo, o Landsat 7- ETM+ oferecem melhores resoluções espacial e espectral, além de maior acuidade e precisão radiométrica. Contudo, a acentuada dinâmica espaço-temporal do uso e ocupação da terra em regiões como o Cerrado e a Amazônia, entre outras regiões brasileiras, demanda análises mais rápidas, simplificadas e freqüentes, as quais, de certa forma, são incompatíveis com a resolução temporal dos satélites das séries Landsat (16 dias), custo de aquisição e necessidade de procedimentos metodológicos mais elaborados para a interpretação das imagens. Ademais, dados de mais alta resolução espacial freqüentemente são afetados por nuvens e fumaças nas épocas chuvosa e seca, respectivamente, o que muitas vezes ocasiona uma diferença de vários meses na data de aquisição de cenas adjacentes e, conseqüentemente, uma defasagem entre a interpretação e o que de fato ocorreu na paisagem em um dado momento. No caso dos biomas Cerrados e Amazônico, para os quais são necessários 122 e 227 cenas Landsat, respectivamente, tais defasagens são bastante significativas, afetando tanto a qualidade do dado, quanto a interpretação do fato!

O sensor MODIS
Lançado a bordo da plataforma TERRA em dezembro de 1999 e da plataforma AQUA em maio de 2002 , o MODIS é o carro-chefe do programa Sistema de Observação Terrestre (EOS) da NASA e veio preencher essa lacuna na disponibilidade efetiva de dados de sensoriamento remoto de alta resolução temporal e espectral e moderada resolução espacial, voltados para aplicações sobre a dinâmica terrestre. Trata-se de um espectroradiômetro imageador de resolução espacial variada, entre 250m e 1000m, composto por um scanner óptico de varredura transversal e um conjunto de elementos detectores individuais capaz de fornecer imagens da superfície terrestre em 36 bandas espectrais distribuídas entre o visível e o infravermelho termal (0.4-14.3mm). As primeiras sete bandas são voltadas à aplicações ambientais e uso e ocupação da terra, e cobrem intervalos espectrais semelhantes aos dos sensores TM/ETM+ (Figura 1). O recobrimento proporcionado pelo MODIS é global e contínuo a cada dois dias (contra uma resolução temporal de 16 dias no caso do TM/ETM+).

Produtos e custos
Os dados do MODIS têm algumas características formidáveis. São fornecidos já corrigidos para efeitos atmosféricos (nuvens, aerossóis, etc.), ou seja, compreendem imagens convertidas para reflectância, o que permite uma relação direta entre os pixels e o comportamento espectral teórico e/ou verificado dos alvos na superfície; as imagens são georreferenciadas e, o melhor, os dados MODIS são distribuídos GRATUITAMENTE na forma de diferentes produtos (cf. links). Entre os vários produtos MODIS (Tabela 1), destacamse as imagens de reflectância (bandas 1 a 7 – produto MOD09), as imagens de uso da terra (produto MOD12) e, principalmente, os índices de vegetação (produto MOD13). Esses últimos incluem o IVDN (NDVI em inglês), e um novo índice, o IVR (índice de vegetação realçado; EVI em inglês), resistente aos efeitos atmosféricos e aqueles devido à contaminação do substrato do dossel vegetal (ex. variações nas condições e tipos de solos). Estes dados, em um formato "pronto-para-uso", são produzidos a cada 16 dias, com resoluções de 250, 500 e 1000m. Imagens de reflectância (bandas posicionadas nas regiões do azul, vermelho, infravermelho próximo e infravermelho de ondas curtas), acompanham os produtos MOD13 e podem ser combinadas, na forma de composições coloridas (RGB), sob resoluções espaciais equivalentes (Figura 2).

Figura 2 – Dados MODIS em reflectância, representados na forma de uma composição colorida das bandas 7 (infravermelho de ondas curtas), 2 (infravermelho próximo) e 1 (vermelho) do produto MODI13 (índices de vegetação), destacando, nas resoluções de 250m, 500m e 1000m, áreas de agricultura e pastagens próximas à região de Barreiras (BA)

Figura 3 – Mosaico MODIS para o bioma Cerrado. Resolução 250m. Composição colorida falsa-cor envolvendo
as bandas MODIS 7 (infravermelho de ondas curtas), 2 (infravermelho próximo), e 1 (vermelho), em RGB.

O algoritmo para a geração dos índices de vegetação MODIS opera pixel a pixel e leva em conta múltiplas observações em um período de 16 dias. Devido à sobreposição de órbitas e múltiplas observações em um único dia, um máximo de 64 observações podem ser obtidas. Destas, são automaticamente eliminados os pixels contaminados com nuvens e/ou de visada oblíqua. Após esta triagem, apenas 5 ou 10 pixels são considerados aceitáveis para o processo de composição final, o qual seleciona o pixel o mais próximo possível do nadir (visada vertical), minimizando-se, assim, eventuais distorções espaciais e radiométricas, ou com o menor grau de contaminação por aerossóis. O produto Índice de Vegetação (MOD13) consiste de 11 imagens, em formato HDF (Hierarquical Data Format – formato lido diretamente pela maioria dos programas de processamento de imagem), em coordenadas geográficas (lat-long) e projeção sinusoidal. Além das imagens índices de vegetação (IVDN e IVR) e das quatro imagens de reflectância utilizadas nos seus cálculos, há ainda uma importante imagem associada à esse produto: a imagem quality assurance, que consiste num conjunto de metadados que retrata, pixel a pixel, a qualidade dos índices de vegetação e dos dados de refletância utilizados.

Aplicações
As principais aplicações do sensor MODIS e produtos específicos associados são ilustrados na Tabela 1. Uma considerável aplicação do produto MOD13 é a detecção de mudanças em biomas ameaçados. De fato, os índices de vegetação MODIS com 250m de resolução já estão sendo utilizados para o monitoramento do desmatamento da Bacia Amazônica, no âmbito do Sistema Integrado de Alerta de Desmatamento em desenvolvimento pelo Sistema de Proteção da Amazônia (SIAD – SIPAM). Da mesma forma, dados MOD13 também estão sendo utilizados para o monitoramento do bioma Cerrado (Figura 3). Especificamente em relação ao Estado de Goiás, a comparação do IVDN para os anos de 2001 e 2002 indica desmatamentos da ordem de 40.000 ha, valor este bastante próximo às estimativas de desmatamentos obtidas pela Secretaria de Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado. Outra aplicação, na escala regional e continental, é o acompanhamento das mudanças na paisagem, seja devido a fatores sazonais ou antrópicos, através de mosaicos MODIS. Esses mosaicos são produzidos em várias resoluções e particularmente úteis são aqueles gerados sistematicamente no Global Land Cover Facility (GLFC) (Universidade de Maryland, EUA) com pixels na resolução de 500m, 7 bandas e com base em imagens adquiridas durante 36 dias contínuos (Figura 4).

Figura 4 – Mosaico MODIS composto com dados adquiridos de imageamentos realizados durante 36 dias entre os meses de Agosto e Setembro de 2003 sobre a América do Sul. Pixels de 500m. Composição colorida cor real, montada a partir da combinação das bandas MODIS 1 (vermelho), 4 (verde) e 3 (azul), em RGB.

LINKS

Portal MODIS Brazil – www.ufg.br/modisbrasil

Portal para download de dados e produtos MODIS (a entrada como GUEST no sistema é possível e permite acesso irrestrito às imagens MODIS)
edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome

Global Land Cover Facility (GLCF) (Universidade de Maryland, EU EUA)- vários produtos MODIS pronto-parauso.
edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome

Mosaicos MODIS 500m para A)a América do Sul; 7 bandas, várias datas (meses/anos) – GLCF
glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp

Lista completa dos produtos MODIS para aplicações terrestres.
edcdaac.usgs.gov/modis/dataprod.html
modis-land.gsfc.nasa.gov

Descrição detalhada dos produtos MOD09 (imagens de reflectância)
modis-land.gsfc.nasa.gov/MOD09/

Descrição detalhada do produto MOD13 (índice de vegetação)
tbrs.arizona.edu

Galeria de Imagens MODIS/TERRA da NASA
visibleearth.nasa.gov/Sensors/Terra/MODIS.html

Galeria de Imagens MODIS/ACQU ACQUAA da NASA
visibleearth.nasa.gov/Sensors/Aqua/MODIS.html

Carlos Roberto de Souza Filho
Chefe do Departamento de Geologia e Recursos Naturais (DGRN)
Coordenador do Laboratório de Processamento de Informações Georreferenciadas (LAPIG) do Instituto de Geociências da UNICAMP
beto@ige.unicamp.br