Remote sensing and geographical modelling to assess montado change patterns: causes, impacts and biogeophysical process

The magnitude of montado change patterns over times, as well as their causes and effects on natural process, remains poorly understood. A comprehensive analysis of these spatio-temporal processes using an integrated and multidisciplinary approach was implemented in this doctoral thesis to better understand the main causes and impacts of montado landscape changes. The main goal of this doctoral thesis was to analyse the montado landscape dynamics by using cartographic information and remote sensing-derived data for assessing change patterns, its causes and impacts on biogeophysical processes. The central topic of this thesis was to study the usefulness and effectiveness of Earth Observation Satellites (EOS) in providing accurate and comparable montado land cover information to support detailed long-term landscape change analysis. To achieve such goal four specific research objectives were addressed: (i) determine the recent spatio-temporal patterns of montado changes in southern Portugal; and identifying the effects of selected environmental, land management, and spatial factors in these changes; (ii) explore the capability of EOS and advanced image classification techniques for producing accurate montado land cover maps; (iii) assess the effectiveness of existing remote sensing-based approaches for estimating the percentage of montado tree canopy cover at the pixel level; and (iv) develop an effective remote sensing-based methodological approach to understand the effects of montado canopy cover decrease in local land surface biogeophysical process dynamics. From the investigations conducted, a decline trend of montado ecosystem was clearly identified through the estimated montado area and tree canopy cover regression. Furthermore, the demonstrated usefulness and effectiveness of EOS was one of the most important outputs of this thesis towards a broader long-term montado change analysis which may also include the assessment of its effects on local biogeophysical processes; Detecção Remota e modelação geográfica para avaliar os padrões de alteração do montado: causas, impactes e processos biogeofisicos Resumo: A magnitude dos padrões de alteração do montado ao longo do tempo, bem como as suas causas e efeitos nos processos naturais, continua pouco estudada. Uma análise compreensiva destes processos espacio-temporais usando uma abordagem integradora e multidisciplinar foi implementada nesta tese de doutoramento para melhor conhecer as grandes causas e impactes das alterações da paisagem de montado. O grande objectivo desta tese de doutoramento foi analisar as dinâmicas do montado através da utilização de informação cartográfica e dados derivados de detecção remota para avaliar os padrões de alteração, as suas causas e impactes nos processos biogeofisicos. O tópico central desta tese foi estudar a utilidade e a eficácia dos Satélites de Observação da Terra (SOT) em providenciarem informação comparável e precisa da cobertura espacial do montado que permitam análises mais detalhadas sobre as alterações deste sistema numa prespectiva de longo termo. Para atingir este propósito quatro objectivos específicos de investigação foram tidos em conta: (i) determinar os padrões de alteração espacio-temporais recentes da paisagem de montado no sul de Portugal; (ii) explorar as capacidades dos SOT e de técnicas avançadas de classificação de imagem para produzir mapas de ocupação do montado com elevada exactidão. (iii) analisar a eficácia de abordagens de detecção remota existentes para estimar a percentagem de cobertura das copas das árvores do montado à escala do pixel; e (iv) desenvolver uma abordagem metodológica com recurso a técnicas de detecção remota para compreender os efeitos da perda de cobertura das copas do montado na dinâmica dos processos biogeofísicos à escala local. Com base na investigação levada a cabo, identificou-se a tendência clara de declínio do ecossistema montado através das estimativas da regressão na área ocupada por montado bem como da redução da percentagem de cobertura por copas. Para além disso, a demonstração da utilidade e eficácia dos SOT para apoiar uma análise mais abrangente das alterações do montado, bem como os seus efeitos nos processos biogeofísicos locais, foi um dos resultados mais importantes desta tese