Derivative reflectance spectroscopy to estimate suspended sediment concentration

Chen, Zhimin; Curran, Paul J.; Hansom, J.D.

doi:10.1016/0034-4257(92)90127-6

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“…Foi notada uma grande semelhança entre os espectros medidos por ambos os sensores nas estações EC-40, EC-17 e EC-30, tanto em termos das feições espectrais quanto em termos de albedo (reflectância (Milton, 1987;Chen et al, 1992;Curran et al, 1987). Em nível orbital, apesar dos espectros serem medidos instantaneamente, eles estão sujeitos, principalmente, às incertezas oriundas do modelo de correção atmosférica (Kaufman, 1987;1989).…”

Section: Relações Entre a Reflectância E Constituintes Opticamente Atunclassified

“…O aumento da concentração de sedimentos em suspensão provoca aumento de reflectância em toda a faixa espectral estudada (Chen et al, 1992;Curran & Novo, 1988). Nota-se na curva da estação EC-30, localizada no rio Amazonas, faixas de absorção de radiação em torno de: 450 nm (A), devido às propriedades espectrais conjuntas dos sedimentos em suspensão e da matéria orgânica dissolvida; 750 nm (C), por absorção pela rotação da molécula de água; e 900 nm (E), igualmente pela água.…”

Section: Relações Entre a Reflectância E Constituintes Opticamente Atunclassified

“…Diferentemente das regressões lineares obtidas por Chen et al (1992) e Han & Rundquist (1997), os ajustes das regressões entre os dados Hyperion e as concentrações de sedimentos inorgânicos em suspensão e de clorofila-a foram não-lineares. Isto aponta para a maior complexidade óptica das águas continentais da planície de inundação amazônica.…”

Section: Conclusõesunclassified

“…Esta possibilidade é importante para estudos do meio aquático natural sujeito aos efeitos de misturas espectrais não-lineares e a condições ambientais de iluminação tão variáveis (Chen et al, 1992;Curran & Novo, 1988;Han & Rundquist, 1997;Kondratyev & Pozdniakov, 1990;Novo et al, 2004). A base matemática da derivada espectral de primeira ordem (dR λ ) é estabelecida pela mudança na reflectância (R λ ) em função do comprimento de onda (λ) (Philpot, 1991).…”

Section: Introductionunclassified

“…O uso de análise derivativa para estimar a concentração de sedimentos inorgânicos em suspensão foi avaliado por Chen et al (1992), que compararam medidas de laboratório e de campo. A reflectância dos sedimentos inorgânicos em suspensão é dominante sobre o comportamento espectral da água.…”

Section: Introductionunclassified

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Análise derivativa de dados hiperespectrais medidos em nível de campo e orbital para caracterizar a composição de águas opticamente complexas na Amazônia

et al. 2007

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Análise derivativa de dados hiperespectrais medidos em nível de campo e orbital para caracterizar a composição de águas opticamente complexas na Amazônia Conrado M. RUDORFF 1 , Evlyn M. L. M. NOVO 1 , Lênio S. GALVÃO 1 , Waterloo PEREIRA FILHO 2 RESUMO A técnica de análise derivativa de dados espectrais foi usada para estudar a variação dos constituintes opticamente ativos (COAs) na água, por meio de dados de campo e de imagens do sensor orbital Hyperion/EO-1. A imagem Hyperion usada neste estudo foi adquirida no dia 23 de junho de 2005, no final do período de cheia. Uma campanha de campo foi realizada entre 23 e 29 de junho de 2005, para coletar dados espectrais e limnológicos in situ. A imagem foi pré-processada visando eliminar faixas de pixels anômalos e convertida de valores de radiância para reflectância de superfície, portanto, corrigidos dos efeitos de absorção e espalhamento atmosféricos. Uma análise da correlação foi realizada para examinar a associação da reflectância e de sua primeira derivada espectral com as concentrações dos COAs. Melhores resultados foram obtidos após a diferenciação dos espectros, o que ajudou a reduzir a influência de efeitos indesejáveis, provindos de diferentes fontes de radiância, sobre as medidas de reflectância da superfície da água realizadas em ambos os níveis de aquisição de dados. Por meio de ajustes de regressões empíricas, considerando o conjunto de dados Hyperion, a primeira derivada espectral em 711 nm explicou 86% da variação da concentração de sedimentos inorgânicos em suspensão (mg . l -1 ) e a primeira derivada espectral em 691 nm explicou 73% da variação na concentração da clorofila-a (μg . l -1 ). As relações de regressão foram não-lineares, pois, em geral, as águas que se misturam na planície de inundação Amazônica se tornam opticamente complexas. A técnica de análise derivativa hiperespectral demonstrou potenciais para mapear a composição dessas águas. PALAVRAS-CHAVESensoriamento remoto hiperespectral; primeira derivada; constituintes opticamente ativos, Hyperion, Amazônia. INTRODUÇÃOO sensoriamento remoto tem contribuído muito para o estudo dos mais diversos ambientes do planeta, ajudando a ampliar a compreensão das estruturas ecossistêmicas e de suas interações. Um dos principais interesses no uso de imagens de satélite em ambientes aquáticos é verificar a variação espacial e temporal da composição da água, possibilitando investigar a origem e o deslocamento de substâncias específicas em suspensão ou dissolvidas na água (Jensen, 2000). Sedimentos em suspensão, pigmentos fotossintetizantes, matéria orgânica dissolvida e as moléculas de água, em si, são os principais agentes que regem as propriedades ópticas inerentes da água e, portanto, são chamados de constituintes opticamente ativos (COAs). Os efeitos espectrais dos COAs sobre a reflectância da água têm sido amplamente discutidos na literatura (Arst, 2003;Bukata, 2000;Kirk, 1994). Este conhecimento científico aliado ao desenvolvimento de sensores, capazes de registrar com maior detalhe as propriedades ...

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Section: Relações Entre a Reflectância E Constituintes Opticamente Atunclassified

Section: Conclusõesunclassified

Section: Introductionunclassified

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Análise derivativa de dados hiperespectrais medidos em nível de campo e orbital para caracterizar a composição de águas opticamente complexas na Amazônia

et al. 2007

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Retrieval of suspended sediment concentrations in large turbid rivers using Landsat ETM+: an example from the Yangtze River, China

Wang

Liew

et al. 2009

Earth Surf Processes Landf

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Suspended sediment concentration (SSC) is a critical parameter in the study of river sediment transport and water quality variation, but traditional measurement methods are costly and time-consuming. This paper is focused on presenting a methodology that may be useful in estimating SSC which is of key importance in process geomorphology and hydrology. In previous studies, remote sensing has been applied to estimate the SSC of sea waters as well as low turbid inland waters like lakes, reservoirs and short river reaches visible within a single Landsat satellite image coverage. Rivers, especially highly turbid large rivers, have largely been ignored. The dataset used in this paper includes measured SSC and multi-temporal Landsat ETM+ images covering most part of the Yangtze River. Using an effective easy-to-use atmospheric correction method that does not require in situ atmospheric conditions, retrieved water reflectance of Band 4 was found to be a good SSC indicator within the large SSC range 22-2610 mg l -1 . The newly developed regression relation between SSC and water reflectance of Band 4 appears to be able to provide a relatively accurate SSC estimate directly from Landsat ETM+ images for the Yangtze River from the upper, the middle to the lower reaches. With the relation it is possible to estimate or map out SSC dynamics of large rivers which lack SSC data due to constraints of conventional measurements. Figure 2. Variations of TOA reflectance (a and b) and retrieved water reflectance (c and d) at Bands 1-4 with increasing SSC. ρ TOA is TOA reflectance, and ρ w is water reflectance. Note the different scaling of the vertical axis in (a) and (b).Figure 4. Detailed results of regression between SSC and water reflectance at Band 4 within the SSC range 22-2610 mg l -1 in the Upper and Middle Yangtze River. (a) Raw data with bootstrapped calibration curve. (b) Validation results. (c) Residue of SSC in natural logarithm versus observed SSC in natural logarithm. (d) Relative error of SSC in percentage versus observed SSC.Note that 'residue of ln(SSC/mg l -1 )' refers to 'ln(Observed SSC/mg l -1 )' -'ln(Estimated SSC/mg l -1 )', and 'Relative error of SSC/%' refers to ('Observed SSC/mg l -1 ' -'Estimated SSC/mg l -1 ')/ 'Observed SSC/mg l -1 ' × 100%. Figure 5. Relations between SSC and water reflectance at Band 4 within the SSC range 22-2610 mg l -1 in the Upper Yangtze River (a) and the Middle Yangtze River (b), respectively. Note that the two regression relations are very similar to each other.

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Imaging Spectrqmetry - Its Present And Future RÔLe In Environmental Research

Curran

Eurocourses: Remote Sensing

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Derivative reflectance spectroscopy to estimate suspended sediment concentration

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Análise derivativa de dados hiperespectrais medidos em nível de campo e orbital para caracterizar a composição de águas opticamente complexas na Amazônia

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