estudo da dinâmica do índice de vegetacão por - Unifal-MG

ESTUDO DA DINÂMICA DO ÍNDICE DE VEGETACÃO POR DIFERENÇA
NORMALIZADA (NDVI) NO MUNICÍPIO DE ALFENAS-MG
MICHEL EUSTÁQUIO DANTAS CHAVES1, GUILHERME AUGUSTO VEROLA
MATAVELI2, JOÃO VITOR ROQUE GUERRERO3 e RODRIGO CESÁRIO
JUSTINO4
[email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]
de pós-graduação CNPq do curso de pós-graduação em Engenharia Agrícola – UFLA
Bolsista de pós-graduação Capes do curso de pós-graduação em Sensoriamento Remoto – INPE
3 Bolsista de pós-graduação Capes do curso de pós-graduação em Engenharia Urbana – UFSCar
4Mestrando do programa de pós-graduação em Ecologia e Tecnologia Ambiental- UNIFAL-MG
1 Bolsista
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Palavras-chave: Sensoriamento Remoto, Índice de vegetação, NDVI, Alfenas.
Introdução
Alfenas é um dos municípios Sul Mineiros cuja área rural/agrícola vem se
transformando com mais veemência. Culturas como cana-de-açúcar e eucalipto crescem de
forma relevante, ocupando espaços predominantemente voltados ao plantio de café e
gerando uma nova dinâmica na cobertura vegetal e no uso da terra.
O sensoriamento remoto apresenta um conjunto eficaz de técnicas para pesquisas
relacionadas ao monitoramento da vegetação. Através de programas dedicados
exclusivamente para tratamento de imagens, podem-se gerar diferentes composições de
cores e classificações temáticas dos objetos nelas identificados, obtendo-se assim produtos
como mapas temáticos que são usados para estudos de geologia, vegetação, uso do solo,
relevo, agricultura, inundações, entre outros (SAUSEN, 2002).
O processamento de dados oriundos de imagens de satélite cria a possibilidade de
se gerar uma série de indicadores sobre o vigor da vegetação e alterações na quantidade da
mesma; sendo o NDVI o índice mais usado atualmente. O NDVI é bastante utilizado para
mapear, medir a quantidade e verificar a condição da vegetação em determinada área ao
longo do tempo. As imagens de satélite são uma fonte importante de informações para
estudos dos ecossistemas, pois provém a necessária visão sinótica e temporal da superfície
terrestre (ESQUERDO et al., 2011).
Diante do contexto, o sensoriamento remoto oferece técnicas úteis para interpretar
essas situações, pois através de sua utilização é possível compreender a dinâmica da
vegetação e a disposição do uso da terra. O cálculo do índice de vegetação entre duas
estações permite evidenciar o vigor da vegetação em épocas diferentes, proporcionando
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relacionar as mudanças a fatores climáticos e antrópicos incidentes sobre a mesma.
Objetivos
O presente trabalho visa comparar o NDVI do município de Alfenas- MG em
diferentes estações (outono e inverno) para o ano de 2010, a fim de compreender as
diferenças na dinâmica e vigor da vegetação na área de estudo durante o período abordado.
Fundamentação teórica
A base conceitual do NDVI se apoia no comportamento espectral da vegetação nos
canais do vermelho e infravermelho próximo. No canal vermelho a vegetação saudável
apresenta elevado coeficiente de absorção da energia em função da absorção pelos
pigmentos presentes nas folhas, já no infravermelho próximo a radiação interage com a
estrutura foliar (Jensen, 2000). À medida que a planta se desenvolve, observa-se um
incremento da reflexão. Para calcular o NDVI a seguinte formula (Equação 1) é aplicada:
NDVI=NIR-R/NIR+R
(1)
Onde, NDVI é o índice de Vegetação por Diferença Normalizada; NIR é a refletância no
comprimento de onda correspondente ao Infravermelho Próximo; R é a refletância no
comprimento de onda do Vermelho.
A vegetação é caracterizada, assim, por uma intensa absorção devido à clorofila na
região do vermelho (0,63–0,69 μm) e por uma intensa energia refletida na região do
infravermelho próximo (0,76–0,90 μm) causada pela estrutura celular das folhas (JENSEN,
2000).
Os valores do NDVI oscilam de -1 a +1. Os mais próximos de 1, indicam que a
vegetação apresenta-se em seu estágio denso, úmida e bem desenvolvida. Já a água tem
refletância em R maior do que em NIR, o que faz com que no NDVI apresente valores
negativos, próximos a -1. As nuvens refletem de forma semelhante no visível e no
infravermelho próximo, portanto, espera-se que o valor do pixel seja bem próximo de zero. O
solo nu sem vegetação, ou com vegetação rala e esparsa, apresenta valores positivos, mas
não muito elevados (HOLBEN, 1986; JENSEN, 2000).
Metodologia
As imagens, adquiridas no catálogo de imagens disponível no site do INPE
(http://www.dgi.inpe.br/CDSR/), foram obtidas através do satélite Landsat-5 sensor TM com
30m de resolução espacial. Ressalta-se que ambas foram obtidas em diferentes estações
do ano de 2010, sendo uma em maio (outono) e outra em setembro (inverno), visando
comparar a variação dos valores do índice, após o cálculo do NDVI.
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A fase de processamento das imagens ocorreu no software Ilwis versão 3.7 e teve
início com a importação das bandas 3 e 4 referentes às duas cenas de 2010. Como o
objetivo central foi gerar o NDVI das imagens selecionadas, só foi necessário utilizar as
bandas 3 e 4 da cena. Após a importação foi criado um sistema de coordenadas com as
informações contidas na carta topográfica do IBGE escala 1:50000.
A próxima etapa do processamento consistiu no registro da imagem, a fim de
aumentar a precisão geográfica na área de estudo; o método utilizado para o
georreferenciamento foi o de pontos de controle, que consiste em encontrar pontos
identificáveis na imagem e em uma base cartográfica conhecida (CROSTA, 1992).
O passo seguinte foi calcular o NDVI, automaticamente, no Ilwis através da Equação
1. Para obter um maior detalhamento da área de estudo a imagem foi recortada tendo como
base o limite municipal de Alfenas. Por fim foi criada uma representação atribuindo cores a
determinados intervalos inseridos dentro do NDVI, a fim de facilitar a percepção de
mudanças no índice quando comparadas as imagens. Para realçar as informações contidas
nos mapas foi desenvolvido um layout de acordo com os princípios da Cartografia Temática
contendo as informações básicas para o bom entendimento de um mapa: título, legenda,
norte geográfico, grid de coordenadas, escala gráfica, fonte e autores.
Resultados
Figura 1. Índice NDVI do município de Alfenas para as datas abordadas.
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A Figura 1 mostra o NDVI para as duas datas abordadas. A utilização do NDVI para
calcular, comparar e discutir diferenças nos valores de vegetação entre diferentes épocas e
estações do ano mostrou-se eficiente. Neste estudo, os mapas elaborados apresentam uma
clara variação no índice das datas abordadas. Através do NDVI é possível ter noção do
comportamento espectral da vegetação, evidenciando as diferenças decorrentes da
sazonalidade e dos fatores biogeofísicos. A vegetação apresenta uma assinatura espectral
específica quando comparada à diversos alvos terrestres.
O NDVI auxilia no monitoramento agrícola e na estimativa de safras. Neste estudo,
utilizaram-se imagens Landsat TM com resolução espacial de 30 metros, o que é compatível
com a estrutura fundiária agrícola local. No entanto, a resolução temporal, quando
comparada, por exemplo, com satélites geoestacionários é baixa. Uma mesma área pode
ser imageada, em média, uma vez por mês sem interferência de nuvens. Tal atributo limita
seu uso para monitoramento agrícola e estimativas de rendimento. Assim, não foi envolvida
essa abordagem no trabalho.
Este índice pode variar de acordo com o ângulo zenital, hora do dia, interferência de
sombras; sendo assim as condições de aquisição são importantes em qualquer tipo de
estudo comparativo. No caso deste estudo, a geometria de aquisição foi a mesma para
ambas as imagens, apenas mudando a época do ano.
No primeiro mapa correspondente ao final do outono (iniciado em 20/03 e terminado
em 21/06), nota-se que a vegetação está mais próxima de seu auge, de sua densidade total
em alguns pontos. Há uma expressão mais amarelo-esverdeada, com valores positivos
predominando. No início do outono ocorre uma diminuição do NDVI devido à diminuição
natural da temperatura, mas com o tempo a vegetação vai se recuperando, como é
observado no mapa gerado. O outono na região é um período transitório, onde se verificam
mudanças rápidas nas condições de tempo, frequentes nevoeiros e alguns registros de
geadas em locais de maior altitude. Nota-se uma redução das chuvas e as temperaturas
tornam-se mais amenas devido à entrada de massas de ar frio, com temperaturas mínimas
que variam entre 12ºC a 18ºC e máximas oscilantes entre 18ºC e 28ºC.
Já no segundo mapa, período de fim de inverno (iniciado em 21/06 e terminado em
23/09) é visível a senescência da vegetação. Encontram-se valores médios ou pouco
positivos dentro da escala do NDVI, pois no final do inverno ocorre uma diminuição do NDVI
na região devido ao fim do ciclo das culturas de inverno e do café. Em Alfenas, o inverno é
considerado o período menos chuvoso. Nele, o principal sistema meteorológico é a frente
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fria, de fraca intensidade, embora possa ocorrer a passagem de sistemas frontais intensos,
causando chuvas generalizadas. Após a passagem de frentes frias, observa-se a entrada de
massas de ar frio que, dependendo da trajetória e intensidade, provocam queda de
temperatura e ocasionam geadas. Outros aspectos meteorológicos observados durante o
inverno são as constantes inversões térmicas, o alto índice da umidade relativa do ar e a
formação da bruma, além de substâncias suspensas na atmosfera, como poeira.
Todas estas características biogeofísicas citadas de ambas as estações causam
implicações na vegetação local, alterando os índices relacionados à refletância; além desses
fatores os impactos provocados pelo plantio, manejo (utilização de produtos que agem no
interior da planta) e colheita das culturas locais, como o café (predominante) e cana-deaçúcar, também têm influência direta.
Conclusões
O uso do NDVI mostrou-se bastante eficiente e preciso para identificar da cobertura
vegetal do município de Alfenas-MG. Desta feita, estudos como esse elaboram um material
inicial para futuras análises ambientais da área estudada, onde os índices de cobertura
vegetal representam as reais condições da vegetação na área em dois momentos opostos,
um de vegetação densa, a ponto de ser colhida e outro de entressafra, de descanso do solo
destinado ao plantio. Espera-se que o trabalho desperte a adoção de medidas de uso
responsável da terra, a fim de preservar a mata restante e adotar técnicas de plantio para
não extenuar o solo, assim como, subsídio para o planejamento ambiental de Alfenas.
Referências Bibliográficas
CROSTA, A. P. Processamento digital de imagens de Sensoriamento Remoto. Campinas: Unicamp,
1992. 164p.
ESQUERDO, J. C. D. M.; ANTUNES, J. F. G.; ANDRADE, J. C. Desenvolvimento do Banco de
Produtos MODIS na Base Estadual Brasileira. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO
REMOTO, 15. (SBSR), 2011, Curitiba. Anais... São José dos Campos: INPE, 2011. p. 7596-7602.
DVD, Internet. ISBN 978-85-17-00056-0 (Internet), 978-85-17-00057-7 (DVD). Disponível em:
<http://urlib.net/3ERPFQRTRW/3A59CR2>. Acesso em: 18 jul. 2012.
HOLBEN, B. N. Characteristics of maximum-value composite images from temporal AVRHH data.
International Journal of Remote Sensing.v.7,n.11,p.1417-1434, 1986.
JENSEN, J. R. Remote sensing of the environment-an Earth resource perspective. New Jersey,
Prentice Hall, 2000. 544p.
SAUSEN, T. M. Sensoriamento Remoto e suas Aplicações para Recursos Naturais. Coordenadoria
de Ensino, Documentação e Programa Especiais. São José dos Campos: INPE, 2002.
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