(E79-10026) APPLICATION OF LANDSAT F79-13437 SATEILITE IAGEERY AND OCEA1OGRAPHIC DATA FOR VERIFICATION OF AN UPIELLING BATHEfATICAL ODE1 glnstituto de Pesquisas Espaciais, Sao Unclas Jose) 21 p HC A02/NF A01 CSCL 08C G3/43 00026

CIENTIFTCO E TECNOLOGICOCONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO

IFJINSTITUTD DE PESQUISAS ESPACIAIS

https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19790005266 2019-02-10T21:50:30+00:00Z

Application of LANDSAT satellite imagery I and oceanographic data for verification of an upwelling mathematical model

| M f early and wide 'bOl~ Mfmfilon faEa I-ou _lS..

ILai.CIassifi'caqo INPE-COM.3!tE 2.Perodo 4. Crit~rio de Distrir zO C.V.U:621.38SR:551.46.06 buigog:

3.Palavras Chaves (selecionadas pelo autor) irterna

IMAGENS LANDSAT BESSUROtNCIA ie CORRENTESSIMULACAO SUPERFICIAIS DADOS OCEANOGI4ICOS

externa F[

5. Relatorio n9 6.Data _..evisadolaor

INPE-1349-NTE/131 Agosto, 19278 -tti

8. Tftulo e $ub-T~tulo 9. Autcorizado pr ApLjcA ,AO D)As IMAGENS Do SAT9LITE LANDSAT E

DADOS OCEANOG4FIWOS NA VERIFJICAQJO DE UAIMODTELO MATEMUTICO DE RESSURGAVCITA I

Nelaso ] Jesus Par~da

Diretor

10. SetorDSR/GRM Codigo 30.313 11. N9 de c6pias 14

12. Autoria Keiko Tanaka A

Enanyuel CZma de Ameida 4,7.e paginas 20

15. Prego 13. Assinatura Responsivel a/c/a cr

16. Sumrio/Notas

Este trabalho apresentawna apticagao de imagens dos Ba tiZite LANDSAT e dados oceanograficoe obtidos durante o cruzeiro "Cabo Erio I", parc a verificagao de un modelo matemrntico da ressurgencia. Corn base nesses resultados, discutirom-se as caracteristicasde vm mo delo linear para a simutagao des correntes induzidas peLo vento, calcu ladas a partir 126 condigoes meteorol6gicas da mesna poca da missao. Concluiu-se que eziste correspondinciasignificatioaentre as inforna goes obtidas pela simuvagao temperature superficial e correntes super ficicis obeervadas na imagem do LANDSAT. Constatou-se tcmbem uoa boa

as mediaproximagao entre a simulagdo do movimento vertical d'dqua e aigwnas estagoes ocealogrades dos dados ocecogrficos observados em

ficas que forn realizadas durante a derive do navio.

Qgginal photography may be purchased from: EROS Data Center

Sioux Falls, SD 5'719

17. 0bserva~qes * Assessor do Grupo de Oceanografia do Departoiento de

Sensorz-imento Remoto e encarregado do Banco Nacionat de Dados Ocetnogn­ficos da DHN - D retoriade Hidrografiae Navegagao.

INDICE

ABSTRACT ......................................................... iv

LISTA DE FIGURAS .................................................

1. INTRODU AO .................... !.............................. . 1

2. ANTECEDENTES E PROCEDIMENTO .................................. 1

3. RESULTADOS E DISCUSSOES ...................................... 4

4. CONCLUSOES ................................................... 14

AGRADECIMENTOS .... ............................................. 15

BIBLIOGRAFIA ..................................................... 17

W CE~DINQ PAGE g1 j-K 0 W-­

ABSTRACT

This paper presents an application of LANDSAT Satellite Imagery and Oceanographic Data obtained during the "Cabo Frio" cruise for verification of an upwelling mathematical model. Based on these results, we discuss the characteristics of a Linear Model which simulates wind induced currents, calculated from meteorological conditions at the time of the mission. It is concluded that there is significant correspondence between the model of simulated horisontal water circulation, sea surface water temperature and surface currents observed on LANDSAT imagery. Close approximation was also observed between the simulation of vertical water movement (upwelling) and the oceanographic measurements taken along a series of points of the prevailing currents.

- iv ­

LISTA DE FIGURAS

1. Estag5es Oceanogr~ficas realizadas pelo Noc. "ALMIRANTE

SALDANHA", durante o cruzeiro Cabo Frid I, no perTodo

de 22 de novembro a 10 de dezembro de 1975 ..................... 2

2. Iniagem do Sat~litd LANDSAT, escala de 1:1.000.000, data

de passagem: 03/09/76 do canal MSS-4 .......................... 5

3. Movimento Vertical Simulado .................................... 6

4. Distribuig~o Vertical de Temperatura durante os segui­

mentos do flutuante (Rodrigues, 1977) .......................... 8

5. fnterpretaao Visual da Imagem do Satelite LANDSAT, obti

da no dia 03 de setembro de 1976, escala 1:1.000.000, ca

nal MSS-4 .................................................... 10."

6. (A)e (B) - Campos das Velocidades horizontais simulados

na superfTcie e 5 90 metros de profundidade respectivamen

te (Tanaka, 1977) ....................... ............ ........ 12 -71

7. (A) e (B) - Distribuigao da Temperatura, na Superf-cie

e no fundo, respectivamente, em condi 5es de ressurgen

cia (Rodrigues, 1977) ....................................... 12

-0­

1. INTRODU(AO

Este trabalho tem por objetivo fazer uma anlise dos parn

metros oceanogr5ficos obtidos durante o cruzeiro oceanogrfico Cabo

Frio I e, baseado nos resultados dos estudos realizados, discutir as

caracterfsticas de um modelo matemitico linear para a simulaqio de cot

rentes induzidas pelo vento, calculadas a partir das condigoes meteoro

l5gicas reinantes durante o citado cruzeiro.

0 uso das imagens do sat~lite LANDSAT e de dados oceano

grificos & de grande utilidade, para a verificagao do modelo matemitico

de ressurgencia, na regido de estudo.

A vantagem da utilizagao das imagens do satglite LANDSAT

que permitem deduzir sin5ticamente padr6es de circulagio das corren

tes sobre grandes ireas, a partir da interpretagao da distribuigio dos

sedimentos em suspensio, que representam um tragador natural das tendon

cias dessas correntes.

0 presente estudo destaca comparag5es dos resultados obti

dos, pelo modelo, e dados oceanogrificos com imagensdosatelite LANDSAT,

o que representa em sintese o procedimento deste trabalho.

2. ANTECEDENTES E PROCEDIMENTO

Tanaka (1977) e Rodrigues (1977) descreveram detalhada

mente os materiais e equipamnentos usados na obtengao dos dhdos oceano

grificos, meteorol6gicos e de sensoriamento remoto, obtidos durante o

cruzeiro oceanogr~fico Cabo Frio I, realizado pelo Noc. "Almirante Sal

danha" no perfodo de 22 de novembro a 10 de dezembro de 1975, Figura

1.

2

PP40

5OV'0 1t$' t$$4$$ 4$5VO4 o i S r

2

411­

4m0 413%

V. 41 0411 .112

Realizadas pelo Noc. "Almirante Sal

Oceanogrgficas1 Esta 3es 4139Fig.

no perlodo de 22 novembro a 10 de

dezermbro de 1975

danha"

-3-

JOE QouiJ

Rodrigues (1977) concluiu que, durante a fase de deriva

do cruzeiro oceanogr~fico, com o seguimento de um flutuante, confir

mou-se a presenga de urn centro de baixa temperatura, aproximadamente a

12mn (milhas nauticas) a W do faral de Cabo Frio. Esse centro re

presentou o ponto em que a igua ressurgida afastou-se com major compo

nente em-relaqao a costa sendo, na realidade, uma extenso de aguafria

que penetra pelo fundo passando aproximadamente a I0 mn ao sul do Fa

rol de Cabo Frio.

Os resultados obtidos pelo mesmo autor, sugerem que o me

canismo ffsico principal da ressurgencia j representado pela igua fria

que se aproxima pelo fundo, atingindo a costa a W de Cabo Frio e dali

se afasta na superficie, ji bastante misturada, no rumo WSW.

Par sua vez, Tanaka (1977) descreveu este mecanismo a

travs de um modelo matemitico linear para simular as correntes induzi

das pelo vento na mesma regina de estudo, concluindo que a carta nume

rica dos movimentos verticais, obtidos pela similacao, indica a exis

tencia de areas contfnuas de ressurgencia junto da costa, e de formace

lular na parte central sul da costa, entre Cabo Frio e Baia de Gua

nabara, orientadas para SW, e que a comparagao das intensidades dos mo

vimentos verticals simulados, com as estimativas citadas na literatu

ra, a boa.

Cam o prop6sito de verificar a hip~tese de que as movi

mentos verticais do mar, causados pelo campo de correntes horizontais,

se apresentam atravds de clulas que se distribuem ao longo da 5rea de

estudo, foram determinados as valores das correntes verticals a dife

rentes profundidades, nas pontos onde foram realizadas as estag6es da

trajet~ria do flutuador, cujos resultados sio mostrados na Figura 3.

A viabilidade e metodologia da aplicagio de imagens orbi

tais ao estudo de processos lagunares e costeiros, usando sedimento em

suspensao coma tragador natural para tendencias da circulagaodasaguas

de superf-cie, tem sido verificadas cam sucesso par Herz (1977) em in

-1

- 4 ­

terpretag es de imagens multiespectrais do LANDSAT e SKYLAB.

No estudo das tend~ncias das correntes da regiio foram

escolhidas duas passagens do sat~lite LANDSAT: uma obtida do dia 08

de dezembro de 1975, durante a realizagao do cruzeiro oceanografico

"Cabo Frio I" e outra obtida no dia 03 de setembro de 1975, com as

caracterTsticas semelhantes s da primei-ra (aventoapresentou a mesma

diregio dominante na poca da miss-o oceanogrfica). A imagem de 1975

apresentou 50% de cobertura de nuvens e, a de 1976, 5%. A primeira i

magem foi escolhida porque coincidiu com o periodo de coleta de apoio

terrestree a segunda, porque discriminava melhor as tendencias da

circulagao costeira usando os sedimentos em suspensao nas aguas como

tragadores.

Na discussio das tendencias de circulag~o, ser~o enfati

zadas interpretaqes de imagens obtidas no canal multiespectral MSS

4, (Figura 2), sendo que os padr~es de dispersio dos sedimentos emsus

pensao apresentam melhor contraste neste canal, apesar do efeito de

espaihamento pela atmosfera (sempre presente).

Na interpretagqo visual, os tons de cinza mais claros ou

mais escuros, foram identificados e consequentemente foi inferida uma

tendencia direcional das correntes superficiais.

3. RESULTADOS E DISCUSSOES

Os resultados do modelo num~rico de Tanaka (1977) indi

cam que os movimentos verticals do mar, causados pelo campo das - cor

rentes horizontais, apresentam-se atrav~s de c~lulas que se distribuem

ao longo da grea de estudos, indicando zonas de ressurgencia e subsi

dencia das guas.

Estes resultados indicam que esperado observar-se, ao

longo de uma s~rie de estag6es oceanograficas, oscilag3es da estrutu

5

W 42 30 42 00 UW 41 30

I 43

1 3

so

I

1 1A

I 03SET '6ORD IZZ PT ZO CA S23 "65eVIA4Z-17 MSS 4 S OM EL ".31 8 LC Re1 HAZO64 196 20935 IMIA LANDS TIL-ZZJAK?71715247-11Z449"CEM 012 ­aSZZ-04,WS42-I7

iFig. 2 -Imagens do Satilite LANDSAT, escala de 1:1.000.000, data de passagem 03109/76 do Canal MSS-4.

- 6- P/A

* Ot,

MOVIMENTO VERTICAL SIMULADO (Nos mesmos pontos do seguimento do flututante)

0Es 1a es n 420041903 94 95_9f, 7 989 01I 02 03 0.405 q5 07 0.8

I 010

I 200

I5 0

60

Fig. 3 Movimento Vertical Simulado em m/s

OjGNAf, MT - 7

OF. poR .

ra das massas d'igua que seriam sua resposta a esses complexos movimen

tos ascendentes e descendentes, causados pelo campo das correntes hori zontais.

A fim de verificar esta hip6tese, foram determinados os valores das correntes verticais, a diferentes profundidades, nos pon

tos onde foram realizadas as estagoes da trajetbria do flutuador.

Os resultados estao mostrados na Figura 3, que indicam o comportamento teorico do oceano ao longo dessa trajet~ria, quanto a

distribuiqao dos seus movimentos verticais. Pode ser observado queas

zonas de movimentos verticais ascendentes est~o localizadas nas esta

g6es ngs. 4192, 4193, 4195 a 4198, 4201, 4204 e 4207. Alhm disso, PO de-se observar que estas velocidades verticals diminuem a medida que nos deslocamos da estagio 4192 (proximo ilha de Cabo Frio) para a estagio 4208 (a SW de Cabo Frio distanciando-se da costa).

Estes resultados se ajustan de modo bastante razoavel,

com as pulsavoes observadas por Rodrigues (1977), ao longo da trajet5

ria do flutuador, atrav~s da invas~o de aguas mais frias, nas esta'oes

4198, 4202, 4204 e 4207, conforme mostra a Figura 4.

0 modelo parece sugerir que existem regi6es do oceano,

junto i costa, que funcionam alternadamente como campos de correntes as

cendentes e descentendes de igua, criando, como consequ&cia, trajet5 rias mais propicias para a penetrago da agua de ressurg&cia, que in

vade a plataforma continental e se desloca com major facilidade para zonas mais razas pr6ximo ao continente e, de modo inverso, permitindo

o escoamento de ggua das zonas mais razas para o oceano.

Esta hip6tese parece tamb~m encontrar apoio na diferenga

de temperatura da igua do mar e a temperatura do at, encontrada por

Rodrigues (1977) e interpretada como ocorrencia de forte movimento ad

vectivo, que traz aguas mais frias do fundo para a superficie, uas re

gibes das estaoes 4198 e 4199.

I#

oRIGIAf PAGE!

1 QEp POOR QUALMT

TEMPERWTURA

sLEcu*Wvao FLUTUANTE

V's

I° to9

o w *,wo 6a ; Ow c

14

NORA LEC, L

Fig. 4 -Distribuigao Vertical de Temperatura (°C) durante o seguimento

do Flutuante (Rodrigues, 1977)

As imagens obtidas do satglite LANDSAT, pela existncia de sedimentos na agua da regiao do estudo, possibilitaram a detecgio das tendencias das direg5es das correntes no oceano.

A Figura 5, mostra a interpretagao visual da imagem, obtida no dia 03 de setembro de 1976 e traduzem a distribuigao quali tativa das tend~ncias das correntes de superficie. Embora obtida em outra epoca, esti sob o efeito de um vento semelhante ao observado na imagem do dia 08 de dezembro de 1975, obtida durante a realizagao do cruzeiro oceanogr~fico. Observa-se na figura que o vento dominante

de NNE.

As imagens, e os dados oceanogr~ficos simultineos, repre sentam um valioso elemento para a interpretagao e ajuste dos modelos

numericos de simulaio das correntes produzidas pelo vento, na area de estudo. A Tabela 1, indica que, na ocasiao, havia ressurgencia na area.

A Figura 6(A), segundo Tanaka (1977), representam o campo das velocidades horizontais das correntes costeiras, produzidas por um vento de direqao 0700 e intensidade 18 n~s, na superfTcie do mar. Por sua vez a Figura 6 (8), representa o campo das velocidades a 90 m de profundidade. Tais condigbes representam aquelas observadas

durante o cruzeiro oceanogrifico Cabo Frio I.

As Figuras 7 (A)e (B), segundo Rodrigues (1977), repre

sentam, respectivamente, distribuiqio tipica da temperatura, na super ficie e no fundo, em cordig6es de ressurgencia, sendo que o eixo de maior curvatura (Figura 7 (A)), indica a direq~o esperada que deve to mar um observador solidirio a massa d'igua superficial.

II

23

- IO

ORIGINAL PAGE 18

0 2 OoR QUJALITY,

S 42f30' 40 L 41,30'

4330

ry

1 3

Fig. 5 Interpretagio Visual da Imagem do Satlite LANDSAT, obtida

dia 03 de setembro de 1976, escala 1:1000.000, canal

no

MSS-4

i

O GI1FO0 I - -. 11Cjmrr,ov vo-j TABELA I

DIREQAO E INTENSIDADE DOS VENTOS, TEMPERATURA SUPERFICIAL, AGUA DO MAR,

EM 0C, FORNECIDO PELA COMPANHIA NACIONAL DE ALCA IS

DATA oiuE A NA

i GNAUS T R%

V[LU.(NOS)

T 0

G.GUA

a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1/9/76 1/9/76 1/9/76 1/9/76 119/76 1/9/76 119/76 1/9/76 1/9/76 1/9/76 119/76 I19J76

NNE NNE NNE NNE NNE N N N NNE NNE NNE NNE

22.5 22.5 22.5 22.5 22.5

.0

.0

.0 27.5 272.5 22.5 22.5

6.0 7.0 4,0 4.0 4.0 5.0 3.0 5.0 7.0 7.0 6.0 7.0

20.5 20.5 20.5 ?0.5 70.5 20.5 Z0.5 20.5 20.5 20.5 20.5 21.0

12 13 1A 15 16 17 18 19 20 122

23 0

1/9/76 1/9/76 1/0/76 1/9/76 1/9/75 1/917 1/9176 1/9/76 1/9176 1/9/761/9176 1/9/76 2/9/76'

NE HE NE NE NE N14F NNE NNE INE NNENE NNE NNE

45.0 45.0 45.0 45.0 45.0 22.5 22.5 22.5 22.5 22.522.5 22.51 22.5

7.0 8.0 8.0 9.0 8.0 9.0

10.0 80.0 8.0 60.08.0 7.0 6.0

21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 21.0 2),5 20.5 20.52M, 2G.5 20.S

1 2 3 4

2)9/76 2)9176 219/76 2/9176

NNE NNE NNE INE

22.5 22.5 22.5 27.;

7.0 7.0 7.0 7.0

19.5 19.5 19.5 19.s

I a 9 10 11 12

2/9/76 219/76 219/76 219/76 219/76 219176

NINE NNE NIME NNE rE N

22,5 2-.5 22.5 22.5 45.0 45.0

9.0 1.0 10.0 10.0 10.0 10.0

19.0 19.0 19,0 17.5 17.5 17.5

13 219176 HE 45,0 11.0 17.5

14 15

219/76 2/9/76

NE NE

45.0 45.0

12.0 1? 0

18.0 16,0

16 17 18 19

719/76 "'9/76 2/9/76 219176

HE N N N

45.0 .0 .0 .0

12.0 120 12.0 10.1

17.5 17.6 17.5 16.5

20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

2/9176 2/9/76 219/76 2/9/76 3/9/76 3/9/7c 319/76 3/9/76 319/76 3/9/7f 3/9/76319/76

N N N N N N 1 A N N N N

.0

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.0

.0

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i 1n.

10.0 80 8:u 10.0 Ior 7.0 7.0 7Th

. 7.0 7.0 9.0

16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5 16.5

a 9 10 11 12 13 14 15

3/9/76 3/9/76 319/76 3/9/76 319/76 319/763/9/76319/76

N N NNE NNE NIME NNlE NNE NNIE

.0 ,x

22.5 22.5 22.5 22.5 2?.5 22.5

M,0 7.0 10.0 9.0 10.0 7.0 9.0 13.0

16,5 16.5 16.5 17.0 17 n 17.0 17.0 17.0

16 17 18

3/9716 3/9/76 3/9/76

NNE NNE NNE

2.5 22.; 3.5

11.0 30.o 10.0

17.0 17.0 17.0

19 20 21 22 23

3/9/76 319/76 3/9176 3/9/76 3/9176

N N N N N

.0 ,0 .0 .0 0

10.0 7.0

10.0 100 7.0

17.0 16.5 16.5 16.5 16'5

2--

II

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2I43*

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-___ -'>y M _ . jpo.-

Fig. 6 e (B) -Campus das Velocidades Horizontais>KSimulados em -(A)

rn/s na superficie e a 90 metros de profundidade, respectivamente (Tanaka, 1977)

-13-

Fig. 7 -(A) e (B) - Distribuigio da temperatura, em 0C na superf-Icie

e no fundo, respectivamente, em condig6es de ressurg~ncia (Ro

drigues, 1977)

As imagens citadas associadas a outras da faixa do infra

tamb~m obtidas pelo sat~lite LANDSAT, represertariamvermelho termal,

o sistema ideal para umna interpretaqao mais apurada dos fen6menos ocea

riogr~ficos presentes em Cabo Frio. Infelizmente, problemas no sensor

acerrespondente ao imageador MSS-8 do LANDSAT-3, nio permitem ainda

avali~agio destas imagens termais.

LN-3 do InstituteEntretanto, dadcs do imageador termal

de Pesquisas Fspaciais, utilizado durante o cruzeiro oceanogr~fico Ca

be Frio 1, segundo Tanaka (1977), mostraram a existencia de uma massa

de agua mais fria localizada sobre uma dessas celulas de ressurg~ncia

(a mais alongada junto a costa). F provavel, assim, admitir que uma

pesquisa mais apurada, com o use dos sensores remotos n~a faixa do in

fravermelho trtial, sobre as regioes geogr~ficas onde est~o indicadas

as celulas de ressurgencia, forneqa elementos para a compreensao dos

fortes movimentos advectivos ja discutidos anteriormente.

I 14 ­

4. CONCLUSOES

H5 um ajuste razoivel entre as informa 6es obtidas pelasobservav6es oceanogrificas do cruzeiro Cabo Frio I e pela interpreta

gao das imagens do sat~lite LANDSAT, com os resultados do modelo mate matico linear para simular as correntes induzidas pelo vento.

Tal ajuste foi verificado nao s6 quanto i circulagao ho rizontal das iguas, como quanto aos movimentos verticais, observados em algumas estabes oceanogrificas realizadas durante a deriva do navio.

Em consequencia, E sugerida uma hipotese, quanto ao com portamento das iguas sobre a plataforma continental, que precisa ser vesificada, atraves de lados da temperatura das regi6es ocupadas pelas C':lulas indicativas de ressurg~ncia, atrav~s de imagens termicas obti

das por stinsores remotos orbitais.

AGRADECIMENTOS

Reiteramos os nossos agradecimentos ao Instituto de Pes

quisas Espaciais - INPE, em nome do Diretor Dr. Nelson de Jesus Parada,

pelo consentimento da realizagao do trabalho.

Ao Departamento de Sensoriamento Remoto - DSR, e em par

ticular, aos coordenadores Dr. Claudio Roland Sonnenburg e ao Sr. Ren5

Antonio Novaes, que tornaram possivel a concretizagao deste trabalho.

Ao Dr. Renato Herz do Instituto Oceanografico da Univer

sidade de Sao Paulo - IOUSP e assessor do Departamento de Sensoriamen

to Remoto - DSR, na irea de Recursos do Mar, pelas sugest~es apresenta

das.

Finalmente, os nossos protestos sinceros de agradecimen

tos a todos que, direta ou indiretamente, colaboraram para a efetiva

gio deste trabalho.

Iq

BIBLIOGRAFIA

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versidade de Sao Paulo, Tese de Doutoramento, 1977.

RODRIGUES, R.F. Evolugao da Massa D',qua du.rntc a RessurgFncia em Cabo Frio. Instituto de Pesquisas da Marinha, Ministrio da Mari­

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tituto de Pesquisas Espaciais, 1977. (INPE-1085-TPT/061).

I#

a