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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6543
Tipo do documento: Tese
Title: Sensoriamento remoto orbital na estimativa de evapotranspiração em sistema de pivô central
Other Titles: Orbital remote sensing for evapotranspiration estimation in central pivot system
Autor: Oliveira, Wendel Kaian Mendonça
Primeiro orientador: Maggi, Marcio Furlan
Primeiro coorientador: Nóbrega, Lúcia Helena Pereira
Primeiro membro da banca: Maggi, Marcio Furlan
Segundo membro da banca: Farias, maryzélia Furtado
Terceiro membro da banca: Bazzi, Claudio Leones
Quarto membro da banca: Coelho, Silvia Renata Machado
Quinto membro da banca: Mercante, Erivelto
Resumo: A água, um elemento essencial à vida, é utilizada em diversas atividades humanas. Todavia, em função do montante aplicado na agricultura e do aumento de áreas irrigadas, o uso sustentável desse recurso tem se tornado preocupação mundial. Nesse sentido, a estimativa da evapotranspiração (ET) é essencial para o manejo adequado dos recursos hídricos e o sensoriamento remoto (SR), com a sua constante evolução, tornou-se uma ferramenta importante para a estimativa precisa desse parâmetro. Portanto, o objetivo desta pesquisa foi determinar a evapotranspiração real (ETr), utilizando três algoritmos Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), Mapping Evapotranspiration at High Resolution and with Internalized Calibration (METRIC) e Simple Algorithm for Evapotranspiration Retrieving (SAFER) em sistemas agrícolas irrigados com pivô central na cultura do algodão para tomada de decisão no manejo da cultura. A tese foi dividida em três artigos: i) ARTIGO 1 - Estudo sistemático da literatura (ESL), que teve como foco principal identificar e agrupar pesquisas desenvolvidas no mundo e voltadas ao balanço hídrico com aplicação do SR no monitoramento de ET na agricultura. Entre os resultados observados, foram selecionados 214 estudos, com identificação de 32 modelos de estimativas de ET com base em SR. Além disso, o modelo SEBAL foi o estudo com maior aplicação, tornando-se um modelo consagrado e validado em diferentes partes do mundo e condições climáticas; ii) ARTIGO 2 - Sensoriamento remoto orbital na estimativa de evapotranspiração em sistema de cultivo com algodão irrigado por pivô central: este estudo foi realizado na fazenda comercial Busato I, localizada na região oeste do estado da Bahia, Brasil. A principal cultura da propriedade é o algodão, que é produzido sob irrigação por pivô central. A semeadura do algodão, para os três anos avaliados (2018, 2019 e 2020), ocorreu sempre na primeira semana de janeiro e a colheita, entre o final de junho e início de julho. Imagens dos sensores ETM+ a bordo do satélite Landsat 7 e do sensor OLI do Landsat 8 foram utilizadas. A ETr foi estimada usando os algoritmos SEBAL, SAFER e METRIC. Portanto, a maior concordância foi observada na comparação entre ETSEBAL (mm d-1 ) vs ETMETRIC (mm d-1 ) com R² = 0,8 e valores de RMSE = 0,84, BEM = -0,83, MAE = 0,83 no pivô P4 em 2019. Porém, para as mesmas comparações, observou-se baixa concordância entre os modelos de 2020 com métricas maiores que 1 mm (RMSE = 1,7, MBE = -1,7, MAE = 1,7 e R² = 0,5); por final, iii) ARTIGO 3 - SR orbital no gerenciamento de áreas irrigadas com sistema de pivô central, em que foram selecionados dois pivôs centrais da fazenda Busato I; a partir dos dados de ET, foi selecionada a data de início de cada estádio do algodão. Os dados coletados foram aplicados no AgDataBox-Map para mineração, a fim de realizar a interpolação para delinear as zonas de manejos de irrigação (ZMIs). O delineamento de ZMIs com dados de ETr é uma alternativa viável do ponto de vista técnico e operacional, para irrigação inteligente e redução de custos. O método METRIC apresentou a maior facilidade na obtenção dos dados utilizados na estimativa da ETr para geração das ZMIs. Os agrupamentos realizados tiveram seleção de ZMIs de duas, três e quatro zonas, nas quais foi observada redução de custo médio de R$ 9,55 por milímetro aplicado ao longo dos três anos agrícolas. As classes C1, C2 e C3 apresentaram menor ETr e concentraram em média 60% de toda a área irrigada, o que exigiu menor consumo de água do que a demandada pela cultura.
Abstract: Water, an essential element for life, is used in various human activities. However, due to the amount applied in agriculture and the increase in irrigated areas, the sustainable use of this resource has become a global concern. In this sense, the estimation of evapotranspiration (ET) is essential for properly managing water resources, and remote sensing (SR), with its constant evolution has become an important tool for the accurate estimation of this parameter. Therefore, the objective of this research is to determine the real evapotranspiration (ETr) using three algorithms: Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), Mapping Evapotranspiration at High Resolution ith Internalized Calibration (METRIC) and Simple Algorithm for Evapotranspiration Retrieving (SAFER) in irrigated agricultural systems with center pivot in cotton culture for decision making in crop management. The thesis was divided into three articles: i) ARTICLE 1 - Systematic literature study (SLS) whose focus was to identify and group research developed worldwide focused on water balance with application of SR in monitoring ET in agriculture. Among the observed results, 220 studies were selected, and 32 ET estimation models based on SR were identified. In addition, the SEBAL model was the algorithm with the greatest application, becoming an established and validated model in different parts of the world and climatic conditions; ii) ARTICLE 2 - Orbital remote sensing in the estimation of evapotranspiration in a cotton cropping system irrigated by center pivot: This study was carried out at the commercial farm Busato I, located in the western region of the state of Bahia, Brazil. The property’s main crop is cotton, produced under central pivot. The cotton sowing, for the three years evaluated (2018, 2019 and 2020), always took place in the first week of January and the harvest between the end of June and the beginning of July. Images from the ETM+ sensors aboard the Landsat 7 satellite and the Landsat 8 OLI sensor were used. The ETr was estimated using the SEBAL, SAFER and METRIC algorithms. Therefore, the greatest correlation was observed in the comparison between ETSEBAL (mm d-1) vs ETMETRIC (mm d-1) with R² = 0.8 and RMSE values 0.84, BEM = -0.83, MAE = 0 .83 on pivot P4 in 2019. However, for the same comparisons, there was low correlation between models in 2020 with metrics greater than 1 mm (RMSE = 1.7, MBE = -1.7, MAE = 1.7 and R² = 0.5) and finally iii) ARTICLE 3 - Orbital SR in the management of irrigated areas with central pivot system, in which two central pivots of the Busato I farm were selected, the start date of each cotton stage was selected from the ET data. Afterwards, the data were applied in AgDataBox-Map for mining and perform the interpolation to generate the irrigation management zones (ZMIs). The design of ZMIs with ETr data is a viable alternative from a technical and operational point of view, for smart irrigation and cost reduction. The METRIC method presented the greatest ease in obtaining the data used in estimating the ETr for generating the ZMIs. The groupings carried out had selection of ZMIs of two, three, and four zones, in which there was an average cost reduction of R$ 9.55 per millimeter applied over the three agricultural years. Classes C1, C2, and C3 had lower ETr and concentrated on average 60% of the entire irrigated area, which required less water consumption than the crop demand.
Keywords: Algoritmos
Evapotranspiração
Zonas de manejos de irrigação
Algorithms
Evapotranspiration
Irrigation management zones
CNPq areas: SISTEMAS BIOLÓGICOS E AGROINDUSTRIAIS
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun: Cascavel
Citation: Oliveira, Wendel Kaian Mendonça. Sensoriamento remoto orbital na estimativa de evapotranspiração em sistema de pivô central. 2022. 137 f. Tese( Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
URI: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6543
Issue Date: 9-Dec-2022
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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