Dissertação
O green-up da estação seca na Amazônia Central é consistente em três diferentes escalas espaciais
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Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Resumo
O green-up da estação seca em florestas de terra firme na Amazônia Central, detectado pelo
Índice de Vegetação Melhorado (EVI) do sensor MODIS, tem sido objeto de recente
controvérsia. A diminuição progressiva do ângulo zenital solar durante a estação seca reduz a
quantidade de sombra no sub-pixel, causando um aumento na reflectância do NIR
(Infravermelho próximo), e consequente aumento do EVI. A contaminação por nuvens também
é fonte de artefatos, ainda mais em sensores com baixa resolução espacial como o MODIS. Para
reduzir esses artefatos, utilizamos 16 anos de observações do produto MODIS-MAIAC (MultiAngle Implementation of Atmospheric Correction), corrigidas para uma visão nadiral e 45o de
ângulo zenital solar. Em seguida, obtivemos a reflectância de superfície para o sensor OLI
LANDSAT 8 em dois locais da Amazônia Central, para fornecer corroboração independente
da sazonalidade MODIS-MAIAC para o EVI, NIR e a Coordenada cromática verde (Gcc). Nós
controlamos os efeitos de geometria de visada e iluminação no OLI usando datas com ângulos
de elevação solar similares e comparando pixels com os mesmos ângulos de fase. Para três datas
diferentes (fevereiro, maio, agosto) em um sítio, OLI e MODIS-MAIAC mostraram o mesmo
ranking temporal para EVI, para NIR e para Gcc. Para duas datas (maio, dezembro) no segundo
sítio -- tendo ângulos de elevação solar quase idênticos e ângulos de visada ao nadir -- as
mudanças sazonais de EVI e NIR também foram corroboradas. Utilizamos, também, câmeras
fenológicas instaladas em torres na Amazônia Central, 4 anos no ATTO (Amazon Tall Tower
Observatory, 2 ° 8'36 "S e 59 ° 0'2" W) e 7 anos na torre k34 em Manaus (2 ° 36'33 "S, 60 °
12'33" W), com intuito de obter Gcc na escala de copa e de paisagem e o LAI (Leaf Area index,
com base na fração das copas com folhas). Obtivemos ainda a abundância das copas para
determinadas classes de idade de suas folhas, com base na data do último flush foliar. Estas
observações foram comparadas aos padrões sazonais de Gcc e EVI do MODIS-MAIAC
centrados em cada torre. O Gcc do MODIS-MAIAC foi correlacionado positivamente com a
variância entre copas do Gcc (R2 = 0,68 e 0,53 na ATTO e k34, respectivamente). Em ambos
os sítios, o EVI foi bem correlacionado com a abundância de folhas maduras, de 2-7 meses de
idade (R2 = 0,82 e 0,80, respectivamente), mas foi mal explicado pelo LAI (R2 = 0,20 e 0,15,
respectivamente), o que mostra que a demografia foliar e não quantidade de folhas controlam
o EVI sazonal. No El Niño de 2015/16, observamos uma pequena anomalia de flush foliar em
fevereiro-março e depois uma grande anomalia negativa em junho-julho, quando um pico de
copas com flush ocorreria em anos com clima normal. Essas duas anomalias foram evidentes
em ambos sítios, ATTO e K34, com o EVI e o Gcc do MODIS-MAIAC
Abstract:
Dry season green-up of Central Amazon upland forest, as detected in the Enhanced Vegetation
Index (EVI) of the Moderate resolution imaging spectro-radiometer (Modis) has been a subject
of recent controversy. Progressive decrease in solar zenith angle during the dry season reduces
sub-pixel shade content, causing artefactual increase in NIR reflectance, with consequent
increase in EVI. Cloud contamination has also been difficult to detect and to filter given the
large Modis pixel. To reduce these artifacts, we used 16y of 1km Modis-MAIAC (Multi-Angle
Implementation of Atmospheric Correction) images, corrected to nadir view and 45o solar
zenith angles and having an improved cloud filter. We then obtained seasonal 30m Landsat 8
Operational Land Imager (OLI) surface reflectance at two Central Amazon sites, to provide
independent corroboration of Modis-MAIAC seasonality for EVI, Near Infra-red (NIR) and
Green chromatic coordinate (Gcc). We controlled for sun-sensor geometry effects in OLI by
using dates with similar solar elevation angles and by comparing pixels with the same phase
angles. For three different dates (Feb, May, Aug) at one site, OLI and Modis-MAIAC showed
the same temporal ranking for EVI, for NIR and for Gcc. For two dates (May, Dec) at the
second site -- having nearly identical solar elevation angles and near-nadir view angles -- EVI
and NIR seasonal changes were also corroborated. We used Central Amazon tower-mounted
RGB cameras, running for 4y at the Amazon Tall Tower (ATTO, 2° 8'36"S and 59°0’2"W) and
7y at the Manaus k34 tower (2°36'33"S, 60°12'33"W), to obtain landscape-scale and crownscale Gcc, monthly Leaf Area Index (LAI, based on the fraction of upper canopy crowns that
are leafy) and monthly leaf age class abundances by crown (based on time since last flush) in
the camera view. These were compared to seasonal patterns of Gcc and EVI in 88 pixels of
Modis-MAIAC centered on each tower. Modis-MAIAC Gcc was not always consistent with
mean camera-derived Gcc but was positively correlated with the inter-crown variance of
camera-derived Gcc (R2 = 0.68 and 0.53 at ATTO and k34, respectively). At both sites, EVI
was well correlated with the abundance of mature leaves 2-7 months old (R2=0.82 and 0.80,
respectively), but was poorly explained by LAI (R2 = 0.20 and 0.15, respectively), which show
that leaf demography and not leaf amount, is the main driver of seasonal EVI and of dry season
green-up. After 6-7 months of lower-than-expected rainfall in 2015/16, we saw a small
precocious positive flush anomaly in Feb-Mar, then a large negative flush anomaly in Jun-Jul,
when a peak of flushing crowns would occur in normal climate years. These two flush
anomalies were evident at both tower sites in Modis-MAIAC EVI and Gcc.
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