SENSORES REMOTOS ÓPTICOS E MODELO DIGITAL DE ELEVAÇÃO SRTM PARA RECONHECIMENTO DE AMBIENTES COSTEIROS DOMINADOS POR MARCROMARÉ

NA REGIÃO DE SÃO LUÍS (MA)

Sheila Gatinho Teixeira1; Pedro Walfir Martins e Souza Filho1

Universidade Federal do Pará, Centro de Geociências, Laboratório da Analises de Imagens do Tropico Úmido (LAIT), C.P 8608, 66075-110, Belém, Pará. {shesal, walfir}@ufpa.br

Abstract. This paper presents preliminary data of coastal geomorphologic mapping of Northern Maranhão State. Three products were generated from SPOT-2 HRV, LANDSAT-4 TM and SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) images, which were used to recognize coastal environments. This work was based on different digital image processing techniques applied on different optical and SRTM data, such as, atmospheric and geometric corrections, enhancements by linear stretches, calculation of OIF (optimum index factor) and data fusion techniques. These techniques allowed analyzing the lateral distribution and topographic variaton of recognized coastal environments. As results, the environments were grouped in five morphologic units: (1) coastal plateau, with exposed soil and soil with grass-covered; (2) fluvial plain, with the floodplain; (3) estuarine plain, with mangroves, fresh and salt marshes, mudflat and supratidal sandflat; (4) coastal plain, with coastal dunes, macrotidal beaches and sandflat; (5) antrophogenic systems, with urban areas and artificial lake.

Palavras-chave: zona costeira, sensores remotos ópticos, SRTM.

1. Introdução

Este trabalho apresenta resultados do mapeamento dos ambientes costeiro da região do extremo norte do Estado do Maranhão. No qual foram utilizadas imagens SPOT-2 HRV, com resolução espacial de 20 m, Landsat-4 TM, com resolução espacial de 28,5 m, e dados de elevação da SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission), com resolução espacial de 90 m. Estas imagens de sensores remotos foram processadas digitalmente utilizando técnicas de sensoriamento remoto, que permitiram o reconhecimento e análise das variações topográficas de onze ambientes costeiros, que foram agrupados em cinco unidades morfológicas, a saber: Planalto Costeiro, Planície Fluvial, Planície Estuarina, Planície Litorânea e Sistemas Antropogênicos.

2. Área de Estudo

A área de estudo está localizada em uma região flúvio-marinha, integrante do Golfão Maranhense, englobando os centros urbanos de Alcântara e São Luis (Figura 1).

3. Materiais

O estudo foi baseado nas informações extraídas de duas cenas TM do LANDSAT-4 (órbitas/ponto 220/062 e 221/062, que se referem, respectivamente, as datas de passagem 21/08/1992 e 13/09/1992) adquiridas no acervo da Universidade de Maryland; duas cenas HRV do SPOT-2 (órbitas/ponto 710/355 e 711/355, que se referem, respectivamente, as datas de passagem 09/08/1990 e 18/08/1991) e 4 cenas SRTM, correspondentes aos arquivos hgt S03W044, S03W045, S04W044 S04W045 do período de 11 de fevereiro à 22 de fevereiro de 2000 adquiridas pelo ônibus

espacial Shuttle durante a Missião SRTM”. Os dados foram obtidos através de download no site http://www.jpl.nasa.gov/srtm/southamerica_radar_imagens.html.

Os dados foram processados no Laboratório de Análise de Imagens do Trópico Úmido (LAIT), da UFPA. E os softwares utilizados foram PCI Geomatics 9.1, Surfer 8, Global Mapper 5 e ArcView GIS 3.3.

Fig.1. Mapa de localização da área de estudo (Imagem LANDSAT-4 TM composição 5R4G1B).

4. Métodos

Nas imagens ópticas foram aplicadas técnicas de processamento digital de imagens (PDI), tais como: (1) correção atmosférica através do método de ajuste do histograma (Jensen, 1996); (2) correção geométrica nas cenas SPOT-2, pelo modelo

polinomial de 1º grau, com método de reamostragem o vizinho mais próximo. Este modelo de correção foi aplicado nas cenas SPOT-2, pois estas foram adquiridas no formato geotiff, não possuindo os dados de orbit, que são pré-requisitos para a ortorretificação e, não foi aplicado as imagens LANDSAT-4, pois estas já foram adquiridas ortorretificadas; (3) Mosaicagem de imagens aplicado as duas cenas adjacentes lateralmente de cada sistema sensor; (4) Escolha do melhor triplete de bandas TM (1, 4 e 5) através do cálculo OIF (Optimum Index factor), desenvolvido por Chavez Jr. et al. (1982); (5) Aumento do contraste linear aplicado ao mosaico de imagens LANDSAT-4 e SPOT-2.

As imagens SRTM foram processadas primeiramente no software Global Mapper 5, onde foram recortadas e mosaicadas. Posteriormente, as imagens foram processadas no PCI 9.1, no qual as seguintes etapas foram seguidas: (a) criação de uma máscara que eliminou os ruídos existentes nos corpos d’água, (b) extração automática do DEM, (c) elaboração do relevo sombreado, no qual foi adotado como ângulo de direção 135° e 45° como ângulo de inclinação (d) realce linear do relevo sombreado, que teve por objetivo realçar as feições topográficas. O DEM acrescido da máscara foi processado no Surfer 8.0, onde foi aplicado a este a paleta de cores ChromaDepth (Toutin, 1997), que foi posteriormente processada no PCI e integrada ao relevo sombreado, utilizando a transformação IHS (Harris et al., 1994) e em seguida a transformação inversa IHS-RGB.

5. Resultados

Os ambientes costeiros reconhecidos na área de estudo foram agrupados em cinco unidades morfológicas, que apresentam padrões de respostas espectrais e variações topográficas distintas. As unidades

morfológicas e os seus respectivos ambientes serão descritos a seguir.

5.1. Planalto CosteiroCorresponde ao embasamento da

Planície Costeira da área estudada e representa uma superfície suavemente ondulada e fortemente dissecada com bordas abruptas. Esta unidade é recoberta por vegetação secundária, na qual são reconhecidos diferentes tipos de formações herbáceas, tais como o babaçu (Lebigre, 1994). A partir dos padrões de reflectância da vegetação secundária foi possível a identificação desta unidade nas imagens de sensores ópticos, que foi subdividida em três subunidades e estão descritas abaixo.

• Tabuleiro Costeiro: Esta sub-unidade foi reconhecida a partir da resposta espectral da vegetação secundária, que possui alta reflectância na faixa do infra-vermelho próximo e médio, apresentando-se assim em tons de laranja, no mosaico Landsat (Figura 2A, a), em virtude da mistura espectral, e em tons de vermelho claro no mosaico SPOT (Figura 2B,a). Apresentam cotas que variam aproximadamente de 20 à 120 m como pode ser visto na Figura 3.

• Solo exposto: ocorre sobre o tabuleiro costeiro e apresenta uma resposta espectral distinta deste, pois são áreas descobertas, em que o solo arenoso é exposto. Este alvo possui alta reflectância na região do infra-vermelho médio e do visível, e a partir da mistura espectral, é observado em tons de verde claro no mosaico TM (Figura 2A, b) e em tons de verde escuro no mosaico SPOT (Figura 2B, b). Ocorre nas porções mais baixas do planalto costeiro, entre as cotas de 20 e 70 m.

• Solo exposto com vegetação rasteira: ocorre também sobre o tabuleiro

costeiro e é identificado por áreas com coloração verde escuro e verde nas cenas TM (Figura 2A, c) e nas cenas SPOT (Figura 2B, c), respectivamente. Estes tons são respostas da mistura espectral da vegetação e solo exposto. Este ambiente ocorre nas regiões mais elevadas do planalto costeiro, entre as cotas de 70 e 120 m (Figura 3).

5.2. Planície FluvialA planície fluvial é representada na área

pela planície de inundação, que é caracterizada por áreas baixas (cotas variando de 0 a 10 m. Figura 3) e planas que ocorrem bordejando os principais cursos d’água, que cortam a área. Essas áreas são inundadas somente durante os períodos de grandes cheias, e foram identificadas nos mosaicos TM (Figura 2A, j) e SPOT (Figura 2B, j) pelas cores marrom claro e vermelho, respectivamente, decorrentes da resposta espectral do tipo de vegetação que é diferente das áreas de tabuleiro.

5.3. Planície EstuarinaA área de estudo, é limitada pelo

Planalto Costeiro na porção mais distal e pela Planície Litorânea na porção mais proximal. Nesta unidade foram identificados seis ambientes que estão descritos a seguir:

• Manguezal: este ambiente é caracterizado por sedimentos lamosos e apresenta uma cobertura vegetal em que há o predomínio de espécies de Rhizophora e Avicenia (Lebigre, 1994). Em virtude da resposta espectral da densa floresta de mangue, este ambiente apresenta-se com tons de marrom escuro nas imagens TM (Figura 2A, d) e

vermelho escuro nas imagens SPOT (Figura 2B, d). Os manguezais ocorrem em áreas baixas com cotas variando de 0 a 3 m, com altura das árvores atingindo 30 m em média (Figura 3).

• Pântanos de água doce: correspondem a região rebaixada e

alagadiça dos estuários afogados do Rio Mearim, denominados Baixada Maranhense. A planície apresenta numerosas lagoas fluviais, extensas várzeas inundáveis e áreas comaltadas, sendo recobertas por palmeiras de Mauritia flexuosa e Euterpe edulis (Legibre,1994).

Fig. 2. A - Composição TM - 4R5G1B. B - Composição HRV - 3R2G1B, (a) tabuleiro costeiro, (b) solo exposto, (c) solo exposto com vegetação rasteira, (d) manguezal, (e)dunas costeiras, (f) praias, (g) pântanos de água doce, (h) pântanos salinos, (i) planície lamosa, (j) planície de inundação fluvial (l) planície de supramaré arenosa (m) planície arenosa (n) lagos artificiais e (o) área urbana.

Este ambiente é identificado nos mosaicos TM e SPOT (Figuras 2A,g e 2B, g), através das cores verde e marrom claro, em decorrência da mistura espectral das respostas do solo alagadiço e vegetação do tipo palmeira. No geral apresenta cotas em torno de 0 a 10 m (Figura 3) e são bordejadas pelo planalto costeiro.

• Pântanos salinos: são ambientes que se desenvolvem sobre os manguezais, e como estes, também apresentam uma topografia baixa. Na composição colorida Landsat TM (Figura 2A, h) e na composição SPOT (Figura 2B, h). Os pântanos salinos são identificados por tons de ciano e marrom, respectivamente, são observados nas imagens sobre as áreas de mangue, com

Fig. 3. Produto integrado Relevo Sombreado com paleta de cores Chroma Depht.

maior freqüência na porção norte da área.• Planície lamosa: ocorre bordejando

algumas áreas de mangue, e é constituído essencialmente de sedimentos lamosos, sendo melhor observado nos períodos de maré baixa. A planície lamosa pode ser visualizada no mosaico TM (Figura 2A, i), em tons de magenta e no mosaico SPOT (Figura 2B, i) por tons esverdeados. Essas cores são respostas do comportamento espectral desse alvo, que possui alta reflectância na região do visível e por apresentar uma alta taxa de umidade apresenta uma maior absorção na

região do infravermelho próximo e médio.

• Planície de supramaré arenosa: ocorre de maneira descontínua, em áreas restritas da costa, e encontra-se topograficamente acima dos manguezais e abaixo do tabuleiro costeiro, bordejando este. É constituído essencialmente por material arenoso, proveniente da erosão do tabuleiro costeiro, causada pela ação da maré alta de sizígia (Silva, 1996). Esta planície foi identificada apenas na imagem SPOT (Figura 2B, l), provavelmente em função de sua melhor resolução espacial (30 m), podendo ser

observada na porção noroeste da área como faixas estreitas em tons de branco, em resposta a alta reflectância dos sedimentos arenosos em todas as bandas espectrais.

5.4. Planície LitorâneaEsta unidade corresponde a zona de

transição entre os ambientes continentais e os ambientes marinhos, sendo diretamente influenciada pela ação de marés, ondas e ventos. Nesta unidade foram identificados três ambientes distintos, descritos a seguir:

• Dunas costeiras: ocorrem na porção norte da Ilha de São Luís e nordeste da área estudada. Estas são limitadas a sul pelos manguezais e a norte pela planície arenosa. São constituídas essencialmente por depósitos arenosos, bem selecionados e secos. Este ambiente pode ser identificado nos mosaicos Landsat e SPOT (Figuras 2A, e; 2B, e) pela cor branca, como a resposta espectral dos depósitos arenosos secos, que possuem alta reflectância em todas as faixas espectrais utilizadas neste trabalho.

• Praias: ocorrem como faixas de sedimentos arenosos, que bordejam a Ilha de São Luís e outras ilhas menores na porção nordeste da área. Estas são observadas nos mosaicos TM e SPOT em cor branca (Figuras 2A, f e 2B, f), pois possuem o mesmo comportamento espectral das dunas.

• Planície Arenosa: Ocorre na porção distal da planície litorânea, margeando as dunas costeiras. É constituída por sedimentos arenosos úmidos, pois sofrem a influência da maré. Na área, a planície arenosa possui a feição do tipo esporão (spit), que é observada no extremo norte da Ilha de São Luís (Figura 2B, m) e é

representada pela cor ciano, em resposta ao comportamento espectral da areia úmida, nas faixas imageadas pelo sensor HRV.

5.5. Sistemas AntropogênicosOs sistemas antropogênicos estão

relacionados com as áreas construídas, estando relacionados com o processo de ocupação humana. Estes são melhores observados na Ilha de São Luís e foram subdivididos em área urbana e lagos artificiais.

• Áreas urbanas: englobam tanto as áreas urbanas em expansão como as áreas urbanas consolidadas, representada principalmente pela cidade de São Luís. Estas áreas são identificadas pela cor verde claro no mosaico TM e SPOT (Figura 2A, o e 2B, o), em decorrência da mistura espectral, pois este alvo possui alta reflectância na região do infra-vermelho e boa reflectância na região do visível.

• Lagos artificiais: ocorrem na região da cidade de São Luís e foram identificados nos mosaicos TM pela cor azul escuro (Figura 2A, n) e no mosaico SPOT pela cor verde escuro, em resposta ao comportamento espectral da água, que apresenta alta reflectância na faixa do visível e também por influência da reflectância de volume.

6. Conclusões

Os resultados preliminares mostraram que a utilização de imagens Landsat-4 TM que apresentam uma melhor resolução espectral e as imagens SPOT-2 HRV, que possuem uma melhor resolução espacial,

permitem o reconhecimento, delimitação e análise da distribuição lateral dos ambientes costeiros. Os dados de elevação da SRTM representam excelentes fontes de informação das variações topográficas destes ambientes, no que diz respeito a elevação do dossel da vegetação. No entanto, o imageamento dessa área pelos sensores ópticos ocorre apenas durante o período de estiagem (julho-outubro), pois no restante do ano a cobertura de nuvens é bastante intensa. Assim, para o monitoramento destes ambientes costeiros, faz-se necessário a utilização de radares de abertura sintética (SAR), que operam independentemente das condições climáticas.

6. Referências

CHAVEZ JR S, BERLIN G and SOWERS L. 1982. Statistical method for selecting Landsat MSS ratios. J Appl Photogr Enging 8: 23-31.

HARRIS JR, BOWIE C, RENCZ A, GRAHAM D. 1994 Computer-enhancement techniques for the integration of remotely sensed, geophysical, and thematic data for the geosciences. Can J Remote Sens 20: 210-221.

JENSEN JR. 1996. Introductory digital image processing - A remote sensing perspective, 2nd ed., New Jersey: Prentice Hall, 318p.

LEGIBRE J. 1994. Les marais maritimes de la baie de São Marcos (Maranhão-Brésil). Trav Lab Geo Phys Appl Bordeaux 12: 21-35.

SILVA M. 1996. Morfoestratigrafia e Evolução Holocênica da Planície Costeira de Salinópolis, Nordeste do estado do Pará. Universidade Federal do Pará, Centro de Geociências, 1996, 142 p.

TOUTIN T. 1997 Quantitative aspects of Cromo-stereoscopy for depth perception. Photogr Enging Remote Sens 63(2): 193-203.