ANÁLISE DO TAMANHO DAS ÁREAS QUEIMADAS NA - Unifal-MG

ANÁLISE DO TAMANHO DAS ÁREAS QUEIMADAS NA SERRA DE
SÃO JOSÉ PARA O PERÍODO COMPREENDIDO ENTRE 2000-2013
Ana Cláudia de Mello Silvério1
Gabriel Pereira1,2
Leonardo Cristian Rocha1
1
Universidade Federal de São João del Rei - UFSJ
Departamento de Geociências - DEGEO
Av. Visconde do Rio Preto, s/n
São João del Rei – MG 36301-360
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected].
1
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE
Divisão de Sensoriamento Remoto - DSR
Caixa Postal 515 - 12227-010
São José dos Campos - SP, Brasil
E-mail: [email protected]
Resumo
Queimadas florestais, bem como o desmatamento causado pelas mesmas, ocasionam
diversas alterações na paisagem. Todos os anos, nos períodos de seca, ocorre um
aumento considerável do número de queimadas. Neste contexto, esse trabalho tem
por objetivo identificar o tamanho das áreas atingidas pelo fogo na Serra de São José
e seu entorno e ainda identificar a reincidência desse fogo ao longo de 14 anos, de
2000 a 2013, a partir da interpretação de imagens do sensor Thematic Mapper abordo
do satélite LANDSAT 5 (TM/L5) e da aplicação da técnica de processamento digital
(PDI) denominada Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME). Após este
procedimento, as imagens foram inseridas no aplicativo Spring 5.2 e segmentadas,
adotando-se como critérios de similaridade e área mínima os valores de 8 e 12,
respectivamente. A partir das regiões originadas neste processamento, as imagens
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foram classificadas, porém, como em outras técnicas de mapeamento, os resultados
obtidos necessitaram de uma edição topológica manual para corrigir erros eventuais
introduzidos no processo de classificação. Na área de estudo, que corresponde a
11.388 km² e abrange os municípios de São João del-Rei, Tiradentes e Prados,
aproximadamente 72 km² foram queimados, dos quais grande parte está inserida na
área de proteção ambiental (APA) localizada na Serra de São José. Das áreas
queimadas cerca de 58% dos polígonos possuem tamanho entre 0.1 e 5 hectares.
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Palavras-chave: Queimadas, MLME, Landsat
Eixo de inscrição: Geoprocessamento e aplicações.
Abstract
Forest fires and deforestation caused by this phenomena, produces several changes in
the landscape. Every year, in the dry season, there is a considerable increase in the
number of fires. In this context, this study aims to identify the size of burned areas that
take place in the São José Mountains and its surrounding areas, and to analyze the
recurrence of fire over 14 years, from 2000 to 2013, through interpretation of Thematic
Mapper aboard the LANDSAT 5 (TM/L5) images and using a digital processing
technique denominated Linear Spectral Mixture Model (LSMM). Moreover, the images
were inserted in Spring 5.2 and segmented, using as criteria of similarity and minimum
area the values of 8 and 12, respectively. From the regions originated in this
processing, the images were classified, however, as other mapping techniques, the
results were edited to correct topological errors introduced in the classification process.
In the study area, which corresponds to 11,388 km ² and covers the municipalities of
São João del Rei, Tiradentes and Prados, approximately 72 km² were burned, also, a
large part of burned areas were inserted into the environmental protection area located
in the Serra de São José. Furthermore, about 58% of the burned area polygons have
sizes between 0.1 and 5 acres, corresponding to 58% of total polygons mapped in this
work.
Keywords: Biomass Burning, LSMM, Landsat
Introdução
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As queimadas tem sido responsáveis pela diminuição de importantes biomas
brasileiros como a Amazônia e o Cerrado, explorados pela prática agropecuária,
sendo o Cerrado o mais atingido, com 20% apenas da sua vegetação original
(FREITAS, 2010). Essas queimadas florestais bem como o desmatamento causado
por elas ocasionam a alterações na paisagem, como extinção de espécies animais e
vegetais, erosão dos solos, assoreamento de canais fluviais e também desequilíbrio
no ciclo de carbono (PPCERRADO, 2009).
De acordo com o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), todos os
anos no período de seca, que vai de julho a outubro, ocorre um aumento considerável
no número de queimadas registradas em todo o território nacional. Em sua maioria é
causadas pela ação do homem. Incêndios florestais em Unidades de Conservação no
Brasil podem ser ameaça para a conservação da biodiversidade e manutenção de
processos ecológicos. Em sua maioria considerados criminosos, os incêndios
florestais ocorridos na região da Serra de São José são colocados pelos próprios
produtores ou funcionários, com o objetivo de melhorar o pasto para as criações.
Neste contexto, o objetivo principal desse trabalho é integrar diversos produtos
provenientes de sensores orbitais e dados coletados em campo para analisar a
dinâmica e o impacto das queimadas na Serra de São José e ainda estudar o processo
de recorrência de queimadas na área estudada através de análise multitemporal de
imagens TM-Landsat 5.
Área de estudo
A Serra de São José (Figura 1) está localizada a 21º06’30’’ latitude Sul e
44º11’00’’ de longitude Oeste, na microrregião do Campos das Vertentes no estado de
Minas Gerais. Abrange os municípios de Tiradentes, Santa Cruz de Minas, São João
Del Rei, Coronel Xavier Chaves e Prados. As formações vegetais nativas identificadas
na área são floresta tropical, cerrado, campos rupestres e variações das mesmas.
A região possui clima tropical de altitude, caracterizado por verões quentes e
úmidos, apresentando média térmica anual de 19,2°C, a temperatura mínima é 3°C
(julho) e a máxima é 38°C (fevereiro). O regime pluviométrico é caracteriza-se por um
período chuvoso de seis meses, de outubro a março. A precipitação média anual varia
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entre 1.200 e 1.600 mm, coincidindo o período chuvoso com o período mais quente do
ano.
A região possui solos que foram classificados como neossolos litólicos e
quartzarênicos, desenvolvido sobre um substrato geológico correspondente a rochas
quartzíticas dos grupos São João del Rei e Andrelândia (EMBRAPA, 2006).
Geomorfologicamente, as formas das Serras de São José são resultantes da
esculturação promovida pela dinâmica fluvial, com morfologias marcadas por cristas,
escarpas e vales profundos. Do ponto de vista morfoestrutural corresponde a um
monoclinal do tipo hog-back, que evoluiu a partir de escarpas de falhas (SAADI,1991).
Figura 1: Localização da Área de estudo.
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Metodologia
Para o trabalho foram adquiridas imagens de satélite do acervo da DGI/INPE,
disponibilizadas via internet no formato GEOTIFF. Para a analisar e posteriormente
demarcar a área queimada foi utilizado o sensor Thematic Mapper do Satélite Landsat
5 (TM/L5), referente à órbita-ponto 218/75. O sensor TM/Landsat 5 possui resolução
temporal de 16 dias, resolução espacial de 30 metros e cobre faixas do espectro
eletromagnético (EEM) a partir de sete bandas espectrais.
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Foram utilizadas duas imagens do TM/L5, uma da época chuvosa e outra da
época seca, para que através da análise temporal pudessem ser encontrados os locais
em que ocorreram as queimadas. Para o mapeamento das áreas queimadas o
software utilizado para o georreferenciamento das imagens foi o Sistema de
Processamento
de
Informações
Georreferenciadas
(SPRING
5.2),
também
disponibilizado pelo INPE. Nesse aplicativo, todas as imagens foram inseridas e
corrigidas geometricamente a partir do interpolador vizinho mais próximo, com root
mean square error (RMSE) menores que 1 pixel. O mapeamento da área queimada foi
obtido a partir da segmentação da imagem fração sombra com o intuito de gerar
polígonos espectralmente homogêneos, aplicando-se limiares de similaridade (8) e
área (12), que foram estipulados com base na complexidade da forma, da dimensão e
pelos desvios de médias dos valores dos níveis de cinza apresentados pelas cicatrizes
de queimadas.
Para estimativas de vegetação e interpretação de imagens voltadas para a
questão do desmatamento foi utilizado o Modelo Linear de Mistura Espectral. Técnica
desenvolvida com o intuito de poder estimar a proporção de cada componente da
mistura (Solo, Sombra e Vegetação) dentro de cada pixel, pois dependendo da
resolução espacial, pode-se encontrar vários alvos refletindo a radiância espectral em
um mesmo pixel (SHIMABUKURO et al., 1997). Desta forma, o MLME indica qual das
3 frações é mais representativa dentro de cada pixel. Como descrito na Equação 1:
ρi = a*vegi + b*soloi + c*sombrai + ei
(1)
em que ρi é a resposta da reflectância do pixel na banda i; a, b e c são as frações de
vegetação, solo e sombra, respectivamente; veg i, soloi e sombrai são as respostas
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espectrais das componentes vegetação, solo e sombra (ou água), respectivamente; e i
é o erro na banda i.
A segmentação é um processo automático que consiste em subdividir uma
imagem em regiões homogêneas, considerando algumas de suas características que
melhor representam as feições presentes na cena (OLIVEIRA, 2002). Os parâmetros
de entrada do segmentador são o limiar de similaridade e o tamanho mínimo de área.
Cada região possui um atributo numérico que a caracteriza. Desta forma, cada pixel
adjacente pode ser considerado um candidato em potencial para compor o mesmo
polígono, desde que a diferença entre os valores definidos sejam inferiores aos limiares
adotados. Na segmentação, o atributo área indica o tamanho mínimo, em número de
pixels, em que uma região deve ter na imagem segmentada e a similaridade indica a
proximidade das estatísticas adotadas (OLIVEIRA, 2002).
A classificação da imagem foi feita a partir da edição topológica e atribuição da
classe “queimada” aos polígonos originados pela segmentação da fração sombra de
cada ano. Ainda foram realizadas edições vetoriais e matriciais para minimizar os erros
de classificação. Para eliminar eventuais erros, as linhas dos polígonos do mapa
classificado, representado na forma vetorial, foram sobrepostos à composição colorida
das imagens originais e de informações adicionais disponíveis para algumas áreas.
Os resultados obtidos necessitaram de edição para corrigir os possíveis erros
ocorridos durante o processamento automático. Nesse caso, o programa reconheceu
além das áreas queimadas, áreas com topografia irregular e também onde há presença
de água. Desta forma, a partir do mapeamento digital, as áreas queimadas entre 2000
e 2013 foram mapeadas para duas épocas distintas (época chuvosa e época seca).
Resultados
As áreas queimadas mapeadas durante o período compreendido entre 2000 e
2013 são encontradas na Figura 2. Os anos que não apresentaram cicatrizes de
queimada na área de estudo foram eliminados da análise (2002, 2005, 2006, 2009 e
2013). Na análise temporal, o ano de 2011 foi o mais afetado pelas queimadas, com
aproximadamente 480 ha, estimadas a partir do cálculo de Áreas / Comprimento por
Geo-Classe. O município com maior área atingida na Serra de São José foi o de
Coronel Xavier Chaves, que de acordo com dados colhidos pelo IEF, foi atingido por
incêndios florestais nos anos de 2010 e 2012.
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Figura 2: Área da Serra de São José (acima) e áreas Queimadas (em
vermelho, abaixo).
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Após analisar as imagens, os anos em que a Serra de São José foi atingida por
queimadas foram: 2000, 2001, 2003, 2004, 2007, 2008, 2010, 2011 e 2012. Somandose todas as áreas que possuíam cicatrizes de queimadas durante os anos estudados
foi constatado que 1997,8 ha de área de cerrado e campos rupestres foram
queimados (áreas em vermelho, Figura 2).
A Figura 3 mostra a frequência com que essas queimadas ocorreram durante
esses anos de estudos. Podemos observar que áreas com até 5 ha representam
58,72% dos polígonos mapeados. Na sequência, as áreas de até 10 ha e 15 ha
representam 77,06% e 84,86% dos polígonos mapeados, respectivamente. De um
modo geral, na área de estudo apenas 1,5% das cicatrizes de queimadas mapeadas
possuem áreas superiores a 100 ha. Tal característica indica que a maior quantidade
de queimadas está relacionada com áreas de pequenas propriedades agrícolas.
Ainda, ressalta-se que na Serra de São José pode-se encontrar, durante os anos
analisados, pequenas cicatrizes (com tamanho inferior a 5 ha), porém, em anos
extremamente secos, a área afetada pode ser superior a 400 ha, colocando em risco
toda a fauna e flora da Serra.
Figura 3: Histograma com a frequência das queimadas.
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Considerações
Após o processamento e análise das imagens pode-se afirmar que a área
estudada, mesmo estando dentro de duas unidades de conservação (APA e REVS)
sofreu com a ação antrópica. Mais de 1997 ha de área da Serra de São José foram
atingidos pelo fogo durante os anos estudados (2000 a 2013). Estudos com o auxílio
de imagens de satélite tem sido de grande importância para manutenção e
recuperação de ecossistemas degradados, visto que esses estudos são eficientes e
de baixo custo. Após o mapeamento das cicatrizes de queimadas é possível estimar
os danos causados e ainda propor soluções, visto que o fogo devasta grandes áreas
influenciando na fauna e flora da região.
Referências
EMBRAPA, Levantamento de Reconhecimento de Média Intensidade dos Solos
da Zona Campos das Vertentes – MG. Embrapa Solos Rio de Janeiro, RJ. 2006
FREITAS, E.V. Queimadas no Brasil: Causa Real nas Rodovias. 2010. 25 Folhas.
Pesquisa Voluntária. Itabira. 2010
LOURENÇO, Luciano. Risco Meteorológico de Incêndio Florestal. ASEPIF 1996, P.
56-61.
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Plano de Ação para Prevenção e Controle do
Desmatamento e de Queimadas no Cerrado – PPCERRADO. Brasília, setembro de
2009.
OLIVEIRA, J.C. Índice para avaliação de segmentação (IAVAS): uma aplicação em
agricultura / J. C. Oliveira. – São José dos Campos: INPE, 2002.
SAADI, Allaoua. Ensaio Sobre a Morfotectônica de Minas Gerais. 1991
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SHIMABUKURO,
Y.
E.;
MELLO,
E.
M.
K.;
MOREIRA,
J.
C.;
DUARTE,
V. Segmentação e classificação da imagem sombra do modelo de mistura para
mapear desflorestamento na Amazônia. São José dos Campos: INPE, 1997, 16 p.
(INPE-6147-PUD/029).
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