Chl-a Estimation from RS techniques: comparative analysis of data acquired by satellites and RPA
Técnicas de sensoriamento remoto para estimativa de Chl-a: análise comparativa de dados adquiridos por satélites e RPA
DOI:
https://doi.org/10.5016/geociencias.v44i3.19411Resumo
RESUMO - A composição e a concentração da biomassa de algas são indicadores-chave da qualidade da água e dos níveis de eutrofização em ambientes lênticos e lóticos. A estimativa das concentrações de algas tem sido um foco central da pesquisa em sensoriamento remoto, com avanços recentes em modelagem e aquisição de dados visando reduzir erros associados a sistemas de aquisição e à variabilidade ambiental. Este estudo desenvolveu uma estratégia para monitorar a clorofila-a usando imagens multiespectrais de alta resolução espacial em uma região impactada por fontes de poluição pontuais e difusas, especificamente na foz do Riacho Fundo no Lago Paranoá, Distrito Federal, Brasil. Os dados foram adquiridos por meio de imagens de satélite PlanetScope e de um sistema de Aeronave Remotamente Pilotada (APR), juntamente com medições limnológicas, meteorológicas e de Reflectância de Sensoriamento Remoto (Rrs) in situ. Modelos de regressão linear estatisticamente validados mostraram fortes correlações entre dados de sensoriamento remoto e concentrações de clorofila-a, com valores de R² de 0,80 para dados de APR (canal vermelho: 640–680 nm) e 0,81 e 0,72 para dados do PlanetScope (verde: 500–590 nm; vermelho: 590–670 nm). Essas descobertas destacam o potencial dos sistemas de sensoriamento remoto por satélite e APR para estimar a clorofila-a em águas continentais, mesmo em condições de baixa biomassa. No entanto, a precisão do modelo pode ser reduzida em águas muito claras, sob mudanças sazonais nas propriedades ópticas ou sem calibração regular do sensor.
Palavras-chave: Clorofila-a.·Sensoriamento remoto. Qualidade da água. PlanetScope. APR.
ABSTRACT - The composition and concentration of algal biomass are key indicators of water quality and eutrophication levels in both lentic and lotic environments. Estimating algal concentrations has been a central focus of remote sensing research, with recent advances in modeling and data acquisition aimed at reducing errors associated with acquisition systems and environmental variability. This study developed a strategy for monitoring chlorophyll-a using high-spatial-resolution multispectral imagery in a region impacted by both point and diffuse pollution sources, specifically at the mouth of Riacho Fundo in Paranoá Lake, Federal District, Brazil. Data were acquired from PlanetScope satellite imagery and a Remotely Piloted Aircraft (RPA) system, alongside limnological, meteorological, and in situ Remote Sensing Reflectance (Rrs) measurements. Statistically validated linear regression models showed strong correlations between remote sensing data and chlorophyll-a concentrations, with R² values of 0.80 for RPA data (red channel: 640–680 nm) and 0.81 and 0.72 for PlanetScope data (green: 500–590 nm; red: 590–670 nm). These findings highlight the potential of RPA and satellite remote sensing systems for estimating chlorophyll-a in continental waters, even under low-biomass conditions. However, model accuracy may be reduced in very clear waters, under seasonal shifts in optical properties, or without regular sensor calibration.
Keywords: Chlorophyll-a. Remote Sensing. Water quality. PlanetScope. UAV