Uso de dados termais orbitais no modelo ELCOM para a região de Guapé (MG) do reservatório de Furnas

• Main Author: David de Andrade Costa
• Other Authors: João Antonio Lorenzzetti
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2016
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/05.10.18.34

A modelagem hidrodinâmica de reservatórios permite simular diferentes processos para estudar a resposta física destes sistemas sob determinadas forçantes externas. Um dos desafios para modelagem é a obtenção de dados para definição adequada das condições de inicialização do modelo (limites físicos, temperatura da água, ventos, vazões de entrada e saída, entre outras). Neste aspecto, este trabalho teve como hipótese que o uso integrado de dados de campo, modelagem computacional e sensoriamento remoto termal permite representar a dinâmica de estratificação e mistura que ocorre em uma parcela do reservatório de Furnas. Foram realizadas campanhas de campo para coletar dados de temperatura em perfis ao longo de parte do reservatório, assim como para levantar sua batimetria. O campo de temperaturas da superfície da água foi obtido através de imagens do sensor TIRS do satélite Landsat-8 após a correção atmosférica pelo método de transferência radiativa. Dados meteorológicos e limnológicos coletados por estações autônomas foram analisados para gerar dados médios representativos de dias típicos de verão e inverno para serem utilizados na modelagem. Simulações com o modelo hidrodinâmico ELCOM compreendendo o período de trinta dias foram realizadas considerando cenários típicos de verão e inverno, onde foram testadas: 1) Simulações com dados espacializados de temperatura por sensoriamento remoto, onde percebemos que os resultados do modelo superestimam as temperaturas observadas; 2) Simulações com perfis verticais de temperatura estimados por SR, que são capazes de melhorar os resultados, reduzindo a superestimativa da temperatura; 3) Simulações de controle sem o uso de dados de SR, utilizando somente dados médios de temperatura da água coletados em campo. Após 15 dias de simulação os valores RMSE de todas as simulações convergem para um valor comum mostrando que após esse período, não importa como foi definida a condição inicial de estratificação do reservatório. A condição de vazão e temperatura de entrada dominam o escoamento no fundo do reservatório, que juntamente com os processos de mistura e os fluxos de calor fazem o RMSE das simulações convergirem para um valor comum entre eles. Na ausência de dados in situ, as técnicas utilizadas neste trabalho oferecem uma boa alternativa para condução de estudos. === Hydrodynamic modeling of reservoirs allows to simulate different processes to study the physical response of these systems under certain external forcings. Obtaining data for proper definition of the initial model conditions is one of the challenges for modeling (physical limits, temperature, winds, input and output flows, etc.). On this point, this work had the hypothesis that the integrated use of field data, computer modeling and thermal remote sensing allows to represent the dynamics of stratification and mixing that occurs in the Furnas reservoir. Field campaigns have been undertaken to collect temperature profile data along the reservoir as well as to obtain the bathymetry. The water surface temperature was obtained from TIRS images of Landsat-8 satellite in which was applied an atmospheric correction by radiative transfer method. Meteorological and limnological data collected by autonomous stations were analyzed to generate average representative data typical of summer and winter days to be used in modeling. Simulations with the hydrodynamic model ELCOM, covering the period of thirty days, were performed considering typical scenarios of summer and winter. The following scenarios were tested: 1) Simulations with spatial information of temperature by RS, where it was observed that the model results overestimate the observed temperatures; 2) Simulations with vertical temperature profiles estimated by RS, which were able to improve the results; 3) Simulations without RS data, using only average water temperature data, which resulted in lower RMSE between the simulated temperature and collected. After 15 days the RMSE values of all simulations converge to a common value showing that after this period, no matter the initial setting of the reservoir stratification. The condition of temperature and flow rate dominate the flow at the bottom of the reservoir, which together with the processes of mixing and heat fluxes makes the RMSE of simulations to converge to a common value among them. Without in situ data, the techniques used in this work provide a good alternative to conducting studies.