Monitoramento sazonal e recuperação pós-fogo da vegetação do Cerrado usando dados do sensor MODIS

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2014.O bioma Cerrado no Distrito Federal (DF) tem importantes formações nativas protegidas por unidades de conservação. No entanto, o bioma no DF é altamente ameaçado devido à expansão urbana. O Cerrado brasileiro apresenta forte contraste sazonal entre a estação seca e a estação chuvosa, a marcante sazonalidade climática exerce forte influência na fenologia da vegetação. O fogo no Cerrado é outra variável que exerce também forte influência na dinâmica do Cerrado. Os efeitos do fogo sobre a vegetação do Cerrado é um processo complexo e ainda está em amplo debate no meio científico. O presente estudo tem como objetivo caracterizar o comportamento sazonal das formações savânicas e campestres do Cerrado no Distrito Federal, relação entre os índices de vegetação (NDVI e EVI) e a precipitação pluviométrica e também a recuperação do vigor da vegetação pós-fogo com o uso de sensoriamento remoto. Selecionaram-se áreas dentro de unidades de conservação sem registro de incêndios e com registro de incêndios. Para construção das séries temporais foram utilizados os índices de vegetação NDVI e EVI do MOD13Q1 acoplado ao sensor MODIS/TERRA. As imagens datam do período de 2000 a 2012, de 250 m a cada 16 dias. Os espectros do NDVI e EVI foram obtidos após a confecção do cubo multitemporal 3D. Os dados de precipitação pluvial foram extraídos das estações de Brasília (1547004) e Taquara (1547013) com dados mensais de 2000 a 2012. A análise da sazonalidade com os índices de vegetação foi estudada somente nas áreas de referência, ou seja, sem queimadas. A transformada de Fourier foi empregada para separar os dados em componentes de diferentes frequências, ou seja, identificar os ciclos sazonais completos. Adicionalmente, foram elaborados gráficos de perfis sazonais e anomalias do NDVI e EVI que é a diferença entre a média mensal de cada ano e a média mensal de todo o período em estudo. O monitoramento pós-fogo foi realizado em áreas com registros de queimadas e em áreas de referência. A transformada de Fourier possibilitou verificar que no Cerrado do DF um ciclo sazonal completo é compreendido em um ano, representado pelo período seco e o período chuvoso. Os dados do MODIS delinearam satisfatoriamente o forte contraste sazonal da vegetação do Cerrado. Verificou-se que a correlação entre o NDVI com a precipitação nas áreas de Cerrado sentido restrito e Campos naturas é maior com dois (2) meses de atraso, para o EVI a maior correlação foi no mês corrente até um (1) mês de atraso. Para o NDVI a quantidade de dias pós-fogo necessários para recuperação das áreas de Cerrado sentido restrito foi em média de 100 e 94 dias em áreas de Campos naturais. Para o EVI em Cerrado sentido restrito foi de 105 dias e 102 dias para áreas de Campos naturais. Os dados do MODIS foram adequados para monitorar a recuperação do vigor da vegetação pós-fogo. Os resultados mostraram o potencial da recuperação das taxas fotossintéticas e vigor da vegetação pós-fogo, no entanto, devem-se atentar os danos à fauna, flora e a beleza cênica. ___________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Cerrado biome in the Distrito Federal (DF) has important portions of native vegetation protected for protected areas. However, the biome in DF is highly threatened by urban expansion. The Brazilian Cerrado has a strong seasonal variation from the dry season and the rainy season, the seasonality exert strong influence on vegetation phenology. The fire in the Cerrado is another variable that also strongly influences the dynamic of the Cerrado. The effects of fire on vegetation of the Cerrado is a complex process and still wide discuss in the scientific process. The present study aims to characterize the seasonal behavior of the Cerrado in the Distrito Federal, relationships between vegetation indices (NDVI and EVI) and the rainfall and also the recovery force of post-fire vegetation using remote sensing. We selected areas within protected areas with and without record of fires. We used vegetation index NDVI and EVI of MOD13Q1 from MODIS / TERRA to construction of the time series. The images are from the period 2000-2012, of 250 m every the 16 days. The spectra of NDVI and EVI were obtained after making the 3D cube multitemporal. The rainfall data were extracted from Brasilia (1547004) and Taquara (1547013) stations with monthly data from 2000 to 2012. The analysis of seasonality with the vegetation index was studied only in reference areas. The Fourier transform was used to separate the data into components of different frequencies, in other words, to identify the complete seasonal cycles. Additionally, we elaborate graphics of seasonal profiles of NDVI and EVI and also graphics of anomalies which is the difference between the monthly average each year and monthly average for the entire period under study. The post-fire monitoring was made in areas with records of fires and reference areas. Through the Fourier transform were possible to verify that the Cerrado of DF has a full seasonal cycle in a year, represented by the dry season and the rainy season. The MODIS data satisfactorily defined the strong seasonal contrast of vegetation. We found that the correlation between the NDVI and precipitation in areas of Cerrado sentido restrito and Campos naturais is greater with two (2) months of delay, for the EVI was the highest correlation between the current month up to one (1) month of delay. The number of days required to the NDVI recover post-fire of the areas of Cerrado sentido restrito showed averaged 100 and 94 days in areas of Campos naturais. The number of days required to the EVI recover post-fire of the areas of Cerrado sentido restrito showed averaged 105 and 102 days in areas of Campos naturais. The MODIS data were adequate to monitor the recovery force of post-fire vegetation. The results showed the potential recovery of photosynthetic rates and vigor of vegetation post-fire, however, fire may cause permanent damage to flora, fauna and scenic beauty

Análise multitemporal de imagens modis dos parques nacionais do cerrado : EVI como uma das ferramentas para seleção de áreas de conservação

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Humanas, Departamento de Geogafia, 2012.As Unidades de Conservação (UCs) são uma estratégia importante para conter os impactos da ocupação desenfreada do território e de uso imprevidente dos recursos naturais no bioma Cerrado. Entretanto, os processos de criação e gestão das UCs apontam falhas no processo como um todo. Por isto, uma das ferramentas mais usadas é o monitoramento da vegetação por meio dos índices de vegetação. O baixo custo e a disponibilidade de dados permitem obter informações relevantes sobre a dinâmica da vegetação e as mudanças ambientais. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o uso do EVI (Enhanced Vegetation Index) como ferramenta para a seleção de áreas prioritárias de conservação, a partir de uma análise multitemporal de imagens MODIS (“Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer”) e dados de precipitação do satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), das formações vegetacionais dos Parques Nacionais (PARNAs) do bioma Cerrado. Além disso, foi avaliada a importância da sazonalidade no âmbito da gestão territorial e planejamento ambiental. Para tanto, foram utilizadas imagens MODIS e imagens de precipitação TRMM do Cerrado correspondentes ao período 2001 a 2010, além dos polígonos das formações campestre, florestal e savânica dos PARNAs do Cerrado, os quais foram obtidos a partir do mapeamento realizado por Pinto et al. (2009). Baseado nos dados espectrais foi feita a caracterização da dinâmica espectral das três formações dos PARNAs, assim como a classificação dos mesmos em função da média de EVI por meio de um teste paramétrico (ANOVA), de acordo com período seco (maio a setembro) e chuvoso (outubro a abril). Os resultados indicaram que os dados EVI e TRMM foram eficientes quanto a caracterização da dinâmica espectral e da sazonalidade do Cerrado. A classificação criou vários grupos em relação à quantidade de biomassa expressada pelo EVI, com destaque para os PARNAs Serra da Bodoquena, com os valores mais altos de EVI, e Chapada dos Veadeiros com os valores mais baixos de EVI. A partir desses resultados se observou a relevância dos dados EVI e da sazonalidade quanto ao monitoramento da biomassa verde nas UCs. Do mesmo modo, os resultados mostraram a potencialidade das imagens MODIS, especificamente do EVI, e da sazonalidade quanto a gestão e planejamento ambiental de áreas de onservação. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTConservation Units (UCs) are an important strategy to contain the impacts of uncontrolled occupation of territory and wasteful use of natural resources in the Cerrado. However, the processes of creation and management of UCs point out flaws in the process as a whole. Therefore, one of the most used tools is the monitoring of vegetation by means of vegetation indices. The low cost and availability of data allows to obtain relevant information on the vegetation dynamics and environmental changes. In this context, the objective of this study was to evaluate the use of EVI (Enhanced Vegetation Index) as a tool for selection of priority conservation areas, from a multitemporal analysis of MODIS ("Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer") and precipitation data from the TRMM satellite (Tropical Rainfall Measuring Mission), of the vegetation formations of the Cerrado National Parks (PARNAs). Furthermore, we evaluated the importance of seasonality in the land management and environmental planning. For this purpose, we used MODIS and TRMM images from 2001 to 2010 of the Cerrado, besides of shapes of the formations grassland, forest and savanna of the Cerrado PARNAs, which were obtained from the mapping done by Pinto et al. (2009). Based on the spectral data was performed to characterize the spectral dynamic of the three formations PARNAs, as well as the classification of these according to the average EVI through a parametric test (ANOVA), according to the dry season (May to September) and rainy (October to April). The results indicated that EVI and TRMM data were efficient as the characterization of the spectral dynamics and the seasonality of the Cerrado. The classification created several groups regarding the amount of biomass expressed by EVI, with emphasis on the PARNAs Serra da Bodoquena, with higher values of EVI, and Chapada dos Veadeiros with the lowest values of EVI. From these results it was observed the relevance of EVI data and seasonality as to monitoring of green biomass in the UCs. Similarly, the results showed the potentiality of MODIS images, specifically of the EVI, and seasonality as to environmental planning and management of conservation areas