A energia emitida pelos sensores de radar ´e sens´ıvel principalmente `as diferenc¸as de rugosi- dade e orientac¸˜ao da superf´ıcie e `as mudanc¸as na constante diel´etrica da superf´ıcie. A mag- nitude da diferenc¸a da constante diel´etrica governa a quantidade de reflex˜ao, e a rugosidade e a orientac¸˜ao da superf´ıcie governam a direc¸˜ao da reflex˜ao, logo, a quantidade de energia que retorna ao sensor. Isto significa que mesmo que uma superf´ıcie tenha uma constante diel´etrica alta, como por exemplo a ´agua, mas sua superf´ıcie for suave, sem rugosidade, pouca energia ser´a retroespalhada em direc¸˜ao ao radar.
Nesse contexto, o dossel da vegetac¸˜ao apresenta um comportamento particular, deno- minado espalhamento volum´etrico, considerado o mecanismo de interac¸˜ao dominante para as ´arvores. ´E originado da reflex˜ao da superf´ıcie de dentro de um m´edio devido a mudanc¸as graduais na constante diel´etrica, pequenas heterogeneidades e objetos ou elementos dentro de um m´edio que ir˜ao resultar em reflex˜ao, algumas das quais retornam ao radar (Leckie e Ranson, 1998).
tem muitos desses elementos e cada um deles agindo como espalhadores e resultando em m´ultiplos espalhamentos entre elementos, mas tamb´em agindo como atenuadores (Leckie e Ranson, 1998). Mas sob condic¸˜oes de inundac¸˜ao a contribuic¸˜ao da interac¸˜ao troncos- superf´ıcie aumenta fortemente, produzindo uma melhoria significativa do coeficiente de retroespalhamento total (Parmuchi et al., 2002).
A quantidade de energia que retorna ao radar ´e vari´avel de acordo com o comprimento de onda do sensor e com o ˆangulo de incidˆencia. Um mesmo objeto pode refletir ou absorver mais a energia devido a diferentes interac¸˜oes com os elementos que comp˜oem o objeto e com a rugosidade da superf´ıcie. Mas as propriedades de espalhamento s˜ao tamb´em fortemente dominadas pelo tamanho, forma e orientac¸˜ao da superf´ıcie e do elemento dentro de um m´edio.
A polarizac¸˜ao da energia tamb´em pode modificar de acordo com o tamanho, forma e orientac¸˜ao dos elementos no dossel (Figura 3.9). E ainda as diferenc¸as entre retroespa- lhamento HH, VV e cruzado, devido `a arquitetura do dossel, podem mudar com o ˆangulo de incidˆencia, pois diferentes ˆangulos resultam na exposic¸˜ao de diferentes estruturas e orienta- c¸˜oes dos ramos (Leckie e Ranson, 1998). Na Figura 3.9 ´e poss´ıvel observar que, de acordo com a posic¸˜ao do galho, diferentes intensidades de retorno s˜ao obtidas em cada polarizac¸˜ao, podendo ser alta, moderada ou at´e nula.
Figura 3.9: Magnitude de retroespalhamento para um cilindro com raio inferior ao comprimento de onda, simulando a resposta de um galho. Diferentes orientac¸˜oes foram dadas ao cilindro para observar as respostas nas polarizac¸˜oes VV, HH e cruzada. De a. a e. a polarizac¸˜ao horizontal ´e direcionada para fora da p´agina, em f) o feixe do radar ´e direcionado para dentro da p´agina. Fonte: Leckie e Ranson (1998).
3.4.1
Mecanismos de retroespalhamento
S˜ao enumerados cinco diferentes mecanismos de retroespalhamento em ´areas florestadas que podem compor o retroespalhamento total, a saber: 1) espalhamento da copa que inclui o espalhamento m´ultiplo dentro da copa (espalhamento volum´etrico), 2) retroespalhamento direto do tronco (usualmente pequeno), 3) retroespalhamento direto do solo, 4) retroespa- lhamento copa-solo e, 5) interac¸˜ao tronco-solo ou double-bounce. A Figura 3.10 exempli- fica todos esses mecanismos, mas ´e v´alido lembrar que muitas vezes existe uma camada de vegetac¸˜ao inferior que tamb´em influencia no retroespalhamento total.
Figura 3.10: Mecanismos de retroespalhamento dentro do dossel: 1)espalhamento da copa, 2)retroespal- hamento direto dos troncos, 3)retroespalhamento direto do solo, 4)retroespalhamento copa-solo e, 5)interac¸˜ao tronco-solo. Fonte: Leckie e Ranson (1998).
A vegetac¸˜ao n˜ao est´a isolada neste contexto, ent˜ao em casos onde existe interac¸˜ao com o solo, fatores como a rugosidade da superf´ıcie, umidade do solo e declividade tˆem uma importante influˆencia.
A magnitude de cada um desses mecanismos de retroespalhamento depende do compri- mento de onda do radar, da polarizac¸˜ao, do ˆangulo de incidˆencia, das variac¸˜oes no terreno e dos parˆametros do dossel (Leckie e Ranson, 1998).
Uma simplificac¸˜ao conveniente para a relac¸˜ao entre o comprimento de onda (Tabela 3.1) os elementos da vegetac¸˜ao ´e que a banda K interage principalmente com as folhas; a banda X interage com folhas, ramos e pequenos galhos; a banda C interage com folhas e galhos pequenos e m´edios; a banda S interage um pouco com folhas, com galhos e com o tronco; a banda L interage com os galhos, o tronco e um pouco com o solo; e a banda P interage com os galhos grossos, o tronco e o solo (Lillesand e Kiefer, 2000). Isto se deriva da relac¸˜ao aproximativa de que o sinal do radar consegue penetrar em uma cobertura vegetal cuja folhas s˜ao de tamanho de at´e duas vezes o comprimento de onda.
Tabela 3.1: Bandas radar.
Banda Comprimento de Onda Frequˆencia
(cm) (MHz) Ka 0.75-1.1 40.000-26.500 K 1.1-1.67 26.500-18.000 Ku 1.67-2.4 18.000-12.500 X 2.4-3.75 12.500-8.000 C 3.75-7.5 8.000-4.000 S 7.5-15 4.000-2.000 L 15-30 2.000-1.000 P 30-100 1.000-300
3.4.2
Fatores de Influˆencia
O retroespalhamento do radar e os dados da imagem resultante s˜ao influenciados por uma s´erie de vari´aveis, que v˜ao desde os parˆametros do sistema de radar, o est´agio fenol´ogico da vegetac¸˜ao e as condic¸˜oes ambientais. Diferentes interac¸˜oes podem ser obtidas com mudanc¸as na polarizac¸˜ao, no ˆangulo de incidˆencia, nas condic¸˜oes ambientais.
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Angulo de incidˆencia
Existe uma forte dependˆencia angular para o fenˆomeno de retroespalhamento da superf´ıcie, com alto retroespalhamento a ˆangulos de incidˆencia menores e diminuic¸˜ao do retroespa- lhamento com ˆangulos de incidˆencia menores. E esta dependˆencia diminui com o aumento da rugosidade da superf´ıcie.
A dependˆencia angular ´e maior em comprimentos de onda maiores e em altas constantes diel´etricas. J´a para o espalhamento volum´etrico h´a uma reduc¸˜ao na dependˆencia `a medida que se aumenta o ˆangulo de incidˆencia. Logo, existe uma tendˆencia, embora pequena, de baixo retroespalhamento em ˆangulos de incidˆencia maiores (Leckie e Ranson, 1998). Isso leva `a uma certa dificuldade em cruzar imagens de ˆangulos de incidˆencia diferentes para reconhecimento da vegetac¸˜ao.
Resoluc¸˜ao espacial
Sistemas de radar aerotransportados possuem melhor resoluc¸˜ao espacial que sistemas or- bitais. Os sistemas SAR tentaram “burlar” esse problema com um maior n´umero de visadas, `a medida que a quantidade de visadas define a resoluc¸˜ao. Mais visadas resultam em maior resoluc¸˜ao mas tamb´em em maior ru´ıdo speckle. A resoluc¸˜ao afeta a textura da imagem `a medida que define a quantidade de tipos de superf´ıcies heterogˆeneas que podem ser detec- tadas.
Efeitos Efˆemeros
- Umidade da superf´ıcie: pode ser resultante de chuva, cerrac¸˜ao ou orvalho, que aumentam a constante diel´erica. Comprimentos de onda menores s˜ao mais afetados por esses efeitos, que se d˜ao principalmente atrav´es da atenuac¸˜ao de galhos e folhas da vegetac¸˜ao. Mas de maneira geral esses efeitos apresentam pouca interferˆencia no retroespalhamento total. Uma reduc¸˜ao no contraste da imagem ´e observada quando adquirida sob condic¸˜oes ´umidas ou de chuva. - Conte´udo de umidade na vegetac¸˜ao: ´e altamente influenciado pelas complexas interac¸˜oes entre respostas fisiol´ogicas, conte´udo de ´agua no solo, e condic¸˜oes meteorol´ogicas. As condic¸˜oes de umidade nas ´arvores s˜ao influenciadas pelos fatores fenol´ogicos e pela tendˆencia de umidade do solo. E esse conte´udo de umidade ´e estritamente relacionado com a constante diel´etrica da vegetac¸˜ao.
- Superf´ıcies inundadas: o ch˜ao da floresta inundado tem um grande efeito no aumento retroespalhamento, especialmente para comprimentos de onda maiores, isto porque a intera- c¸˜ao tronco-solo, ou retroespalhamento “double-bounce”, ´e aumentada drasticamente.