ABSTRACT The Mossoró-Assu-Baraúna district, Rio Grande do Norte State (RN), is recognized by the intense production of horticulture, mainly muskmelon for export. However, this region is often devastated by intense droughts. Thus, the muskmelon production is predominantly under irrigated condition and, due to constant threat of water resources collapse on the region, a rigorous irrigation water management in the region is needed. The main objective of this article was to analyze the seasonal pattern of energy balance partitioning and evapotranspiration on irrigated muskmelon crop on the region around Mossoró-RN. The study was carried out in two areas of commercial production of muskmelons in the Mossoró-Assu-Barúna district, during two growth seasons from 2012-Jun to 2012-Nov. The components of energy balance and evapotranspiration were determined by using the Bowen Ratio Energy Balance method. It was observed that more than 60% of the net radiation (Rn) was converted into latent heat flux (λE), while 21 and 11% of Rn was converted into sensible heat flux (H) and soil heat flux (G), respectively. The ratio λE/Rn varies according to the change of leaf area index (LAI) while the ratios H/Rn and G/Rn vary inversely with the LAI. The agreement λE/Rn and LAI is also evidenced by similarity between curves of crop evapotranspiration (ETc) and LAI, particularly when the melon crop reaches its maximum vegetative growth (LAI > 3). The muskmelon ETc ranged from 265 to 289 mm, values that are similar to those found by other researcher.

Resumo O comportamento espacial e temporal do saldo de radiação (Rn) à superfície terrestre tem sido tema de estudos sobre os ecossistemas de regiões semiáridas do globo e poucos estudos têm sido destinados à região semiárida do Brasil, especificamente no ecossistema de Caatinga. Logo, o objetivo deste estudo foi utilizar uma metodologia que não necessite diretamente de dados de superfície para estimar o Rn na região semiárida da Paraíba, a partir de dados orbitais do sensor MODIS, e validar com dados medidos em áreas experimentais de Caatinga em recuperação e degradada. Diante dos resultados encontrados, pode-se constatar a eficácia da metodologia proposta, sendo a mesma mais precisa em áreas com o solo mais descoberto. De acordo com a análise estatística, a metodologia apresentou uma melhor qualidade do ajuste para a área em recuperação, com a variação explicada de 78% e para a área degradada de 61%.

Abstract The spatial and temporal behavior of the surface net radiation (Rn) has been studied on ecosystems of semi-arid regions of the world and few studies have been intended for semi-arid region of Brazil, specifically in the Caatinga ecosystem. Therefore, the aim of this study was to use a methodology that does not require surface data to estimate the Rn in the semiarid region of Paraíba, from orbital MODIS data, and validate with data measured in experimental areas of Caatinga in recovery and degraded. Considering the results, it can be seen the effectiveness of the proposed methodology, and the same more precise in areas with the barest ground. According to the statistical analysis methodology showed a better quality of fit for the recovery area, with explained variance of 78% and a degraded area of 61%.

The main objectives of this study were documenting how energy balance partitioning and ET vary seasonally along each growth season of cotton crop under full irrigation conditions in the Brazilian semiarid. The studied area was located in the Apodi Plateau, which is located on west of Rio Grande do Norte state and is an area with extensive agricultural suitability and semiarid climate. Micrometeorological measurements were taken during cotton growth season on dry seasons of 2008 and 2009 years in a cotton crop field of about 5 ha, and the energy balance components were derived from Bowen Ratio Energy Balance (BREB) method. The obtained results revealed important role of the vegetative growth of cotton crop in the energy balance partitioning. The values of LE/Rn ranged from 58% (Initial growth season) to 81% (Middle-growth season) in 2008 and from 63% (Initial) to 81% (Middle season) in 2009. These variations is in accordance to LAI variations, which ranged from 0.14 cm2 cm–2 (Initial growth season in 2008) and 0.18 cm2 cm–2 (Initial growth season in 2009) to about 5.0 cm2 cm–2 (middle season). On the other hand, H/Rn and G/Rn varied inversely with the LAI variations. The concordance between LE/Rn and LAI is evidenced by similarity between curves of ET and LAI and between curves of Kc and LAI, especially when LAI reaches values greater than 3.0.

O principal objetivo deste estudo foi analisar de forma comparativa a estimativa do saldo de radiação à superfície (Rn) a partir de imagens orbitais com dados de superfície medidos, bem como os componentes do Rn, para dois diferentes tipos de cobertura vegetal (pastagem e floresta) sob condições atmosféricas tropical-úmida. Este estudo foi realizado no estado de Rondônia, no noroeste do Brasil. Para realizar as análises através de técnicas de sensoriamento remoto foram utilizadas sete imagens orbitais do sensor MODIS a bordo do satélite Aqua, para a aplicação do algoritmo e os dados de superfície medidos por duas torres micrometeorológicas, sendo instaladas em área de pastagem e de floresta. Os principais resultados obtidos a partir das imagens MODIS mostram erro percentual (EP) máximos e mínimos coerentes para o Rn de 3% e 0,02%, para a área de floresta e para a área de pastagem apresentou valores de EP de 10% e 0,7%. Esses resultados mostram que o sensoriamento remoto orbital é uma ferramenta importante e eficaz em estudos hidrológicos e ambientais.

The main objective of this study was to analyze comparatively the estimate of net radiation at surface (Rn) from orbital images with surface measured data as well as the components of Rn, for two different types of vegetation (pasture and forest) under tropical-humid climate. This study was conducted at Rondônia State in northwestern Brazil. To carry out the analysis using remote sensing techniques seven orbital images of MODIS sensor aboard the Aqua satellite were used for the algorithm implementation, and the measured surface data at two micrometeorological towers installed in the pasture and forest locations. The main results obtained from MODIS images show consistent maximum and minimum percentage error (PE) for Rn , 3% and 0.02% for the forest area and 10% and 0.7% for the pasture area. These results show that remote sensing is an important and effective tool in environmental and hydrological studies.

Medições de umidade do solo em campo são complicadas. Assim, técnicas de sensoriamento remoto são necessárias, pois permitem o mapeamento da umidade do solo, em escala de campo e regional, na profundidade média da zona radicular da vegetação existente. O objetivo deste estudo foi avaliar a precisão de uma relação empírica para obter a umidade do solo a partir de dados de sensoriamento remoto para as condições irrigadas nos solos da Chapada do Apodi, no semiárido brasileiro. A relação empírica já foi testada para as condições irrigadas em algumas regiões do planeta como México, Egito e Paquistão, apresentando resultados promissores. Essa relação foi avaliada a partir de dados coletados em um experimento em campo de algodão. A campanha experimental foi realizada em uma área de 5 ha com algodão irrigado. Foram medidos os componentes do balanço de energia e a fração evaporativa (Λ), utilizando o método da razão de Bowen. Coletaram-se, ainda, dados de umidade do solo (θ) usando uma sonda de perfil PR2 (Delta-T Devices Ltd). A relação empírica foi testada utilizando os valores de Λ e θ experimentalmente coletados e foi aplicada usando os valores de Λ obtidos a partir do algoritmo SEBAL e três imagens TM - Landsat 5. Há forte correlação entre os valores medidos e estimados de θ (p<0,05) e R² = 0,84; não houve diferenças significativas em nível de p<0,01, segundo o teste de Student. De acordo com as análises estatísticas, a relação empírica pode ser aplicada para estimar a umidade do solo na zona radicular sobre condições irrigadas, ou seja, para fração evaporativa maior que 0,45.

Field-based soil moisture measurements are cumbersome. Thus, remote sensing techniques are needed because allows field and landscape-scale mapping of soil moisture depth-averaged through the root zone of existing vegetation. The objective of the study was to evaluate the accuracy of an empirical relationship to calculate soil moisture from remote sensing data of irrigated soils of the Apodi Plateau, in the Brazilian semiarid region. The empirical relationship had previously been tested for irrigated soils in Mexico, Egypt, and Pakistan, with promising results. In this study, the relationship was evaluated from experimental data collected from a cotton field. The experiment was carried out in an area of 5 ha with irrigated cotton. The energy balance and evaporative fraction (Λ) were measured by the Bowen ratio method. Soil moisture (θ) data were collected using a PR2 - Profile Probe (Delta-T Devices Ltd). The empirical relationship was tested using experimentally collected Λ and θ values and was applied using the Λ values obtained from the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) and three TM - Landsat 5 images. There was a close correlation between measured and estimated θ values (p<0.05, R² = 0.84) and there were no significant differences according to the Student t-test (p<0.01). The statistical analyses showed that the empirical relationship can be applied to estimate the root-zone soil moisture of irrigated soils, i.e. when the evaporative fraction is greater than 0.45.

O objetivo desse estudo foi avaliar um método simplificado, baseado em classes de NDVI para refinamento das imagens de temperatura da superfície (Ts), obtidas pelo sensor TM do Landsat 5 referentes aos anos de 2005 e 2006. Para tanto, foram propostos e comparados três modelos de refinamento baseados no método de regressão linear. Os erros percentuais e erros médios quadráticos obtidos com a utilização dos modelos avaliados foram, respectivamente, da ordem de 0,37% e 1,38 ºC, enquanto o modelo original apresentou erro médio quadrático da ordem de 1,32 ºC. Foram constatados que os erros obtidos com as calibrações realizadas não influenciaram significativamente nos valores médios das imagens termais, e que os resultados contribuíram substancialmente para a melhoria da resolução espacial das mesmas. O refinamento permitiu ainda a identificação precisa de alvos da superfície e a identificação de feições não detectáveis na resolução original. Isto evidencia que o método simplificado sugerido neste estudo, permite um refinamento preciso com uma forma de obtenção mais simples em relação ao modelo original.

The objective of this study was to use a simplified method based on NDVI classes for the sharpening of the Landsat 5 - TM surface temperature images (Ts) obtained during the years of 2005 and 2006. Thus, three sharpening models, based on the linear regression method, were proposed and compared. The relative and the root mean square errors obtained through the suggested models were of 0.37% and 1.38 ºC, respectively, while the original model presented root mean square error of 1.32 ºC. It was verified that the errors obtained with the accomplished calibrations did not significantly influence in the average values of the thermal images and the results contributed substantially to the improvement of their spatial resolution. The sharpening allowed the precise identification of the targets and features undetectable at the original spatial resolution. This evidences that the simplified method, suggested in this study, allows an accurate sharpening more easily applicable than the original model.

O presente estudo teve como objetivos estimar a evapotranspiração - ETc e determinar a curva do coeficiente de cultura - Kc do algodoeiro irrigado através do Surface Energy Balance Algorithm for Land - SEBAL com imagens orbitais TM - Landsat 5. Foram utilizadas oito imagens distribuídas ao longo do ciclo fenológico do algodoeiro cultivado na Fazenda Busato localiza no município de Bom Jesus da Lapa, região do Médio São Francisco, Estado da Bahia (13°15'18''S, 43°25'05''W, 436 m). A classificação climática da região segundo Köppen é BSwh'. O saldo de radiação foi calculado a partir de imagens da temperatura, emissividade da superfície, índices de vegetação, albedo e calculados os fluxos de calor no solo e sensível para obter-se o fluxo de calor latente e a ETc. Verificou-se que o índice de vegetação NDVI apresentou evolução concomitante com o ciclo da cultura, com valores máximos (0,80) aos 70 dias após semeadura - DAS. A ETc e o Kc obtidos foram, respectivamente: 1,0 a 5,0 mm dia-1 e 0,65 no período de desenvolvimento (7 e 70 DAS); > 6 mm dia-1 e 1,18 durante a floração e formação dos capulhos e 2 mm dia-1 e 0,66 no fim do ciclo. Os resultados mostram que o NDVI é um bom indicador do desenvolvimento do algodoeiro e os dados de ETc e Kc estão coerentes com relatos na literatura.

This research aimed determine cotton evapotranspiration - ETc and crop coefficient - Kc slope using the Surface Energy balance Algorithm for Land - SEBAL with TM-Landsat 5 images. We used eight images distributed throughout the cotton growth season on the Busato Farm located in Bom Jesus da Lapa, Médio São Francisco region, Bahia state (13°15'18" S, 43°25'05" W, 436 m). The Climate classification of region by Köppen is BSwh'. The net radiation was calculated from surface temperature, surface emissivity, vegetation index and albedo imagesn and calculated soil and sensible heats fluxes to obtain the latent heat flux and ETc. The NDVI vegetation index presented concurrent development with the crop season, with maximum values (0.80) 70 days after sowing - DAS. Values of Etc and Kc were, respectively, 0 a 5.0 mm day-1 e 0.65 in vegetation development period (7 e 70 DAS); > 6 mm day-1 e 1.18 during flowering and cotton bolls generation; and 2 mm day-1 e 0.66 in the crop cycle ending. Results show that NDVI is a good indicator of the development of cotton and ETc and Kc data are consistent with reports in the literature.

O principal objetivo deste estudo foi avaliar a precisão de ET diária, obtida por algoritmos baseados em sensoriamento remoto, em comparação com os valores obtidos em campo pelo método da razão de Bowen na cultura do algodão. Esta campanha experimental foi desenvolvida no Estado de Ceará, Brasil, no campo experimental de EMBRAPA. Foram usadas neste estudo 4 imagens Landsat - 5 TM do ano de 2005, para aplicação dos algoritmos SEBAL e S-SEBI. A comparação entre os valores obtidos pelos algoritmos e os valores medidos em campo apresentou precisão satisfatória com um evidente melhor desempenho do algoritmo SEBAL. Os resultados comprovaram que o algoritmo S-SEBI é uma ferramenta importante a ser aplicada na análise da ET em regiões semi-áridas, devido a sua praticidade na obtenção do balanço de energia, assim como, por seu processamento ser mais simples do que o do algoritmo SEBAL, o qual necessita da solução de um processo iterativo.

The main objective of this study is to assess the daily ET accuracy obtained by remote sensing algorithms in comparison with measurements in situ. The experiment was conducted in the State of Ceará, Brazil, in a cotton experimental field of EMBRAPA using Bowen ratio measurements to obtain the energy balance components. SEBAL and S-SEBI algorithms were used with four TM Landsat - 5 images of 2005, in order to determine the actual evapotranspiration of cotton crop. The comparison between the estimated values by remote sensing algorithms and the measured values in situ showed that the methods (SEBAL and S-SEBI) presented satisfactory results. The S-SEBI algorithm is an important tool to be applied in ET analysis of semi-arid regions, due its practicability to solve the energy balance and its processing is simpler than SEBAL algorithm which needs the solution of an iterative process.

Um requisito fundamental para adoção de manejo da irrigação é a determinação diária da evapotranspiração (ET) das culturas. Em caráter operacional o método do coeficiente de cultura proposto pela Food Agriculture Organization (FAO), através do seu relatório 56 (Irrigation and Drainage Paper), é largamente utilizado na determinação da ET, e tem apresentado precisões que o tornam mundialmente aceito. A ET com base no coeficiente de cultura (Kc), obtido a partir de índices de vegetação, particularmente o NDVI, tem sido calculada em vários estudos e para diversas culturas alcançando muita precisão, quando comparado com observações de campo. Diante do exposto, este trabalho teve por objetivo calcular a ET diária e sazonal da cultura do algodoeiro utilizando o método do Kc dual obtido em função do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada - NDVI, obtido a partir de imagens TM - Landsat 5 livre da presença de nuvens. Os resultados revelaram precisões bastante confiáveis, pois foram verificadas diferenças menores que 10%, quando comparados com valores da ET obtidos pela técnica da Bowen, corroborando com o desempenho alcançado pelo método em outras pesquisas realizadas em outras regiões do planeta. Dessa forma, pode-se concluir que o método apresenta bastante confiabilidade e simplicidade.

A fundamental requirement for adoption of irrigation management is to determine the crop daily evapotranspiration (ET). On an operational basis the crop coefficient method proposed by the Food and Agriculture Organization (FAO) through its report 56 (Irrigation and Drainage Paper) is widely used in the determination of ET and due to its accurate estimative, it has been globally accepted. The ET-based crop coefficient (Kc) obtained from vegetation indices, particularly the Vegetation Index Normalized Difference (NDVI) has been measured in several studies and various crops showing great accuracy when compared to field observations. The objective of this study was to calculate the daily and seasonal ET of cotton crop using the method of dual Kc obtained as a function of the NDVI obtained from TM - Landsat 5 images clouds free. The obtained results are reliable, because less than 10% differences were found when comparing to the Bowen ratio technique observations, corroborating to the method performance achieved in other experiments conducted in other regions of the Earth. Thus, one can conclude that the method both simple and reliable.