RESUMO Os dados de sensoriamento remoto são essenciais para se avaliar processos de natureza dinâmica em sistemas aquáticos continentais, tais como a eutrofização e o aumento da concentração de sedimentos suspensos. Portanto, objetivou-se desenvolver modelos para estimar as concentrações de clorofila-a a partir de dados de sensoriamento remoto em águas continentais da região semiárida brasileira. A área de estudo corresponde ao reservatório Orós, localizado no estado do Ceará. O desenvolvimento dos modelos baseou-se em medidas realizadas em 20 pontos amostrais. Foram coletadas amostras de água no reservatório para a análise das seguintes variáveis: i) clorofila-a, condutividade elétrica, pH, turbidez; ii) medições ópticas in situ da transparência da água e da radiância espectral. As medidas de radiância foram realizadas utilizando-se espectrorradiômetro ASD FieldSpec®3 Hi-Res. Posteriormente, os dados espectrais foram transformados em reflectância e utilizados para testar o desempenho de diversos modelos de estimativa de clorofila-a disponíveis na literatura. Os resultados indicaram que para o modelo de três bandas o valor máximo do coeficiente de determinação (R2) de 0,88 foi obtido utilizando-se as bandas espectrais: λ1 = 660 nm, λ2 = 690 nm, e λ3 = 717 nm. O modelo de duas bandas espectrais apresentou melhor desempenho (R2= 0,87) para as bandas espectrais λ1 = 660 nm e λ2 = 690 nm. Os modelos apresentaram um erro médio absoluto de 5,35 e 5,00 µg L-1, respectivamente para os modelos de três e duas bandas espectrais. Os modelos desenvolvidos são confiáveis, indicando que esta variável limnológica pode ser quantificada a partir dos dados de sensoriamento remoto de campo com elevado grau de confiabilidade.

ABSTRACT Remote-sensing data are essential to evaluate dynamic processes such as eutrophication and increases in the concentration of suspended sediments in continental aquatic systems. The aim of this study, therefore, was to develop models to estimate chlorophyll-a concentrations from remote-sensing data in continental waters of the Brazilian semi-arid region. The study area corresponds to the Orós reservoir, located in the state of Ceará. The models were developed based on measurements taken at 20 sampling points. Water samples were collected from the reservoir to i) analyse the chlorophyll-a, electrical conductivity, pH and turbidity; ii) take optical measurements in situ of water transparency and spectral radiance. Radiance measurements were carried out using an ASD FieldSpec®3 Hi-Res spectroradiometer. The spectral data were later transformed into reflectance values and used to test the performance of several models found in the literature for estimating chlorophyll-a. The results showed that for the three-band model, the maximum value for the coefficient of determination (R2), of 0.88, was obtained using the λ1 = 660 nm, λ2 = 690 nm and λ3 = 717 nm spectral bands. The model employing two spectral bands presented the best performance (R2 = 0.87) in the λ1 = 660 nm and λ2 = 690 nm bands. An absolute mean error of 5.35 and 5.00 µg L-1 was found for the three- and two-band models respectively. The developed models are reliable, showing that chlorophyll-a concentrations can be quantified from remote-sensing field data with a high degree of accuracy.

RESUMO Este estudo avaliou o potencial poluidor da bacia de contribuição do reservatório de Funil (BCRF), localizado na bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, considerando a geração da carga de nutrientes, nitrogênio (N) e fósforo (P), por fontes pontuais e difusas, a partir de uma modelagem distribuída utilizando Sistema de Informação Geográfica (SIG). As cargas e concentrações médias anuais desses nutrientes foram geradas a partir do acoplamento de equações empíricas, em SIG, considerando informações espaciais de uso e cobertura do solo, população residente na bacia e vazão média anual de longo período, obtida por equações do tipo chuva vazão. Os resultados indicaram que 80% da carga total de nitrogênio foram provenientes de fontes pontuais e 20% de fontes difusas, enquanto que, da carga total de fósforo, 89,1% foram originadas de fontes pontuais e 10,9% de fontes difusas. As concentrações de nutrientes estimadas pelo modelo empírico apresentaram bons ajustes em relação aos valores observados de fósforo e de nitrogênio no rio Paraíba do Sul, com R²=0,96 (p<0,01) e R²=0,70 (p<0,01), respectivamente. Dessa forma, o modelo foi capaz de detectar, de forma significativa, a tendência das variações nas concentrações de nutrientes ao longo de diferentes trechos da BCRF.

ABSTRACT This study evaluated the potential polluter of the Funil Reservoir Contribution Basin (BCRF), located in the Paraíba do Sul River basin, considering the generation of nutrient loading, nitrogen (N) and phosphorus (P), due to point and diffuse sources from a distributed modeling using Geographic Information System (GIS). Loads and annual average concentrations of these nutrients were generated from the coupling of empirical equations, in GIS, considering spatial information such as land use/cover, population living in the basin and long period average annual flow obtained by equations of rainfall runoff. The results indicated that 80% of the total load of nitrogen was generated from point sources and 20% from diffuse sources, while 89.1% were originated from point sources and 10.9% from diffuse sources for the corresponding total load of phosphorus. The model estimated adequately the concentration when compared to the observed values and it was able to detect the trend of changes in nutrient concentrations along different sections of the BCRF highlighting significant correlations between the observed and simulated concentrations of phosphorus and nitrogen with R²=0.96 (p<0.01) and R²=0.70 (p<0.01), respectively.

OBJETIVO: Este trabalho descreve os experimentos realizados para avaliar as medidas de fluorescência in vivo (IVF) em um ambiente aquático opticamente complexo (planície de inundação amazônica), como método alternativo para a quantificação da clorofila-a na água. MÉTODOS: Foram coletados parâmetros de qualidade da água em 26 estações amostrais distribuídas em diversos lagos da planície de inundação de Curuai: temperatura, pH, turbidez, condutividade, profundidade, transparência ao disco de Secchi, concentração de clorofila-a (Chl-a), total de sólidos em suspensão (TSS) e carbono orgânico dissolvido (DOC) simultaneamente a quilômetros de transectos de IVF. Dois métodos de determinação do valor de fluorescência foram testados para o ajuste de modelos de estimativa da concentração de clorofila: fluorescência instantânea e fluorescência média. Também foram testados um modelo global e modelos regionais, os quais foram analisados em termos dos componentes opticamente ativos na água (Chl-a, DOC e TSS). RESULTADOS: Os resultados indicam que independentemente do método de estimativa de fluorescência empregado, não foi possível ajustar um modelo global para a planície de Curuai. Os modelos regionais apresentaram resultados contrastantes, de acordo com a concentração dos componentes opticamente ativos. Melhores resultados foram observados nos sistemas aquáticos com um único componente dominante, distribuído homogeneamente pelo respectivo lago. Os resultados destacam a influência das razões Chl-a/TSS, Chl-a/DOC e Feofitina/Chl-a no ajuste entre a IVF e a Chl-a. CONCLUSÕES: Não foi possível ajustar um modelo global para a planície de Curuai através de medidas de IVF. Entretanto, a busca por modelos regionais forneceu informações sobre os principais fatores que afetam a relação entre a IVF e a Chl-a. Dessa forma, este trabalho reforça o grande potencial da fluorometria, pois mesmo com um baixo número de amostras foi possível estabelecer um bom modelo no principal lago da planície. Ainda que a técnica não possa ser considerada extremamente precisa, ela é útil para avaliar o padrão de variação espacial da clorofila, com baixo custo. Estas possibilidades são muito interessantes na realização de missões de campo na bacia amazônica.

AIM: This paper describes an experiment carried out to evaluate in vivo fluorescence (IVF) as an alternative method for chlorophyll-a estimation in optically complex aquatic environment (Amazon floodplain lakes) METHODS: The experiment consisted of collecting in situ measurements at 26 sampling stations distributed throughout Curuai floodplain lakes. For each sampling station the following parameters were measured: temperature, turbidity, depth, Secchi depth, chlorophyll-a (Chl-a) concentration, total suspended solids (TSS) and dissolved organic carbon (DOC), concurrently with several transects of IVF. Two methods were tested for quantifying the fluorescence measurement to be used as input for the chlorophyll-a estimates: instantaneous IFV and average IVF. Global and regional models were tested and assessed by analyzing optically active components (Chl-a, DOC and TSS) of the water. RESULTS: Regardless of fluorescence estimating method, the results indicate that it was not possible to fit a global model for estimating Chl-a from IVF for all the lakes in the Curuai floodplain. Regional models provided contrasting results according to the concentration of optically active components. The best results were observed for aquatic systems with a single dominant component homogenously distributed throughout the lake. The results highlight the influence of the ratios Chl-a/TSS, Chl-a/DOC and Phaephytin/Chl-a in the relationship between IVF and chlorophyll concentration. CONCLUSIONS: It was not possible to develop a global model to account for the entire region of Curuai floodplain. The search for regional models provided insights on the main factors affecting the relationship between IVF and Chl-a concentration. Nevertheless this work reinforces the great potential of fluorometry technique, since even with a small number of samples it was possible to set a good model in the main lake of the Curuai floodplain. In spite the fact that this is not an accurate method, it is very useful for assessing the chlorophyll spatial distribution with relatively low cost. These possibilities are very interesting in the execution of field missions in the Amazon region.

O presente trabalho demonstra a aplicabilidade de imagens de sensoriamento remoto e de métodos de processamento de imagens digitais para definição de locais adequados à instalação de sistemas telemétricos de monitoramento de variáveis ambientais em sistemas aquáticos, localizados em regiões de difícil acesso. A técnica consiste essencialmente da aplicação de operações Booleanas entre mapas da pluma do Rio Amazonas e de zonas inundadas do Lago de Curuai em diferentes etapas do ciclo hidrológico. A localização exata para o sistema de monitoramento telemétrico será vital para o desenvolvimento de modelos de troca de gases traço entre a planície de inundação Amazônica e a atmosfera.

The present work illustrates the application of remote sensing and image processing methods to define appropriate sites for installing buoy moored telemetric systems at the surface of Amazon floodplain lakes for long-term limnologic-micrometeorologic monitoring. The technique consists essentially of Boolean operations over Amazon plume maps and historic inundation of the Curuai Lake at distinct stages of the hydrologic cycle. The precise location for the long-term monitoring is vital to the development of models concerning air-water trace gas exchange in the Amazon floodplains.