Antônia Elisangela Ximenes Aguiar, Maria Lúcia Brito da Cruz, Ícaro

VI Seminário Latino Americano de Geografia Física
II Seminário Ibero Americano de Geografia Física
Universidade de Coimbra, Maio de 2010
DEGRADAÇÃO AMBIENTAL/ DESERTIFICAÇÃO NA REGIÃO DE CANINDÉCE: ANÁLISE E MAPEAMENTO ESPECTRO-TEMPORAL A PARTIR DE
IMAGENS LANDSAT
Antônia Elisangela Ximenes Aguiar – UECE¹
Ícaro de Paiva Oliveira – UECE ²
Maria Lúcia Brito da Cruz – UECE ³
¹Universidade Estadual do Ceará – UECE
Avenida Parajana, N° 1700
[email protected]
²Universidade Estadual do Ceará – UECE
Avenida Parajana, N° 1700
[email protected]
³Universidade Estadual do Ceará – UECE
Avenida Parajana, N° 1700
[email protected]
RESUMO
Este trabalho tem como principal objetivo analisar e mapear em uma pequena
porção do semi-árido cearense, mais especificamente o município de Canindé, os
processos de degradação/desertificatórios, utilizando-se das tecnologias
proporcionadas pelo Sensoriamento Remoto, através do processamento digital de
imagens em séries temporais e multiespectrais. A análise das imagens foi realizada
usando a técnica de NDVI (Índice de Vegetação com Diferença Normalizada), feita no
ambiente Arcgis 9.2, que calcula através de operações aritméticas, as mudanças na
cobertura vegetal da região, levando em consideração a reflectância, emitância,
albedo e outras variáveis que interferem de forma direta ou indireta no
processamento digital das imagens. No trabalho foi considerado o índice de aridez da
área de Canindé, que demonstra a realidade climática a que a área estudada está
submetida, possibilitando dessa forma uma avaliação no quadro de degradação
ambiental que se estabeleceu na região, dando subsídios à tomada de decisões.
Palavras- chaves: degradação, NDVI, imagens espectro-temporais e desertificação.
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Tema 2- Expansão e democratização das novas tecnologias em Geografia Física:
aplicações emergentes
ABSTRACT
This work has as main objective to analyze and map on a small portion of the semiarid region of Ceará, specifically the city of Canindé, the processes of degradation /
desertificatórios, using technology provided by Remote Sensing, by processing digital
images series and multispectral. Image analysis was performed using the technique of
NDVI (Vegetation Index Normalized Difference with), made the environment Arcgis
9.2, which is calculated using arithmetical operations, changes in vegetation cover in
the region, taking into account the reflectance, emittance, albedo and other variables
that affect directly or indirectly in the processing of digital images. No work was
considered the index of aridity of the area of Canindé, which demonstrates the fact
that the climate study area is subjected, thus enabling an assessment as part of
environmental degradation that was established in the region, providing subsidies for
decision making.
Keywords: degradation, NDVI images spectro-temporal and desertification.
1- INTRODUÇÃO
Esta pesquisa visa à identificação e localização dos processos de degradação
ambiental decorrentes no município de Canindé (figura 1), localizado na Microrregião
dos Sertões, com base nos produtos gerados pelo Sensoriamento Remoto viabilizando
o estudo proposto.
A degradação ambiental pode ser vista como um dos resultados da pressão
excessiva sobre os recursos naturais, e envolve componentes temporais e espaciais,
podendo resultar na redução da produtividade de biomassa e da biodiversidade, em
mudanças na qualidade e disponibilidade de água e na diminuição da viabilidade
econômica.
Um dos grandes desafios da atualidade está relacionado à conservação ambiental,
extrair da natureza os seus recursos, sem explorá-la para além da sua capacidade de
regeneração. Motivados por essa preocupação e com base nos produtos de
sensoriamento remoto tornaram-se relevante alternativa, para dar suporte a esses
estudos.
“Os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) permitem a criação de banco de dados
georreferenciados, possibilitam a integração de dados de diferentes fontes e permitem
a realização de complexas análises” (Andrade, 2001). A Implantação de SIG para
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estudos ambientais possibilita a geração de informações, servindo de suporte para
tomada de decisões relacionadas ao planejamento de ações e de seu manejo.
A importância do Sensoriamento Remoto como ferramenta para avaliar os
processos de desertificação fica mais evidente, quando se verifica que um dos quatro
indicadores recomendados pela ONU para avaliar o problema é o NDVI (Índice de
Vegetação da Diferença Normalizada), derivado de imagens de satélites, pelo fato da
redução da fitomassa da caatinga ser um indicador de desertificação.
A cobertura vegetal é um componente de grande relevância para o equilíbrio
ambiental, uma vez que garante a proteção dos solos contra a erosão e a recarga dos
lençóis freáticos. A retirada da vegetação pode causar sérios impactos ao ambiente
como: Assoreamento dos rios, diminuição do volume hídrico, elevação da temperatura
entre outros.
A utilização das técnicas e produtos do sensoriamento remoto vem se tornando
algo cada vez mais freqüente em diversas áreas de pesquisa. No caso da cobertura
vegetal, a detecção de mudanças na sua fitomassa pode ser determinada por meio de
métodos como a diferença do NDVI (Índice de Vegetação com Diferença Normativa), a
partir de datas diferentes; este método contribui de forma eficiente e eficaz para
análises que contemplam a cobertura vegetal.
O presente trabalho tem como objetivo geral detectar mudanças na fitomassa da
caatinga no município de Canindé, através das mudanças espectrais (NDVI), utilizando
dados do TM/LANDSAT em ambiente Arcgis 9.2. O trabalho consistirá mais
especificamente em quantificar e mapear as áreas alteradas da cobertura vegetal e por
fim gerar um mapa final contendo a distribuição espacial das mudanças ocorridas na
região.
2- CONCEITUAÇÃO TEÓRICA
A vegetação tem uma assinatura espectral especifica quando comparada a
maioria dos alvos terrestres, assim, vários estudos relacionados à identificação e
mapeamento da vegetação têm se baseado na premissa de contraste espectral entre a
reflectância da vegetação e os outros alvos da cena. A combinação entre a reflectância
da vegetação nas faixas espectrais do vermelho e do infravermelho próximo, tem sido
denominada de Índice de Vegetação por diferença normalizada (NDVI).
Utilizando as informações contidas na reflectância das folhas da cobertura
vegetal, referentes à região do vermelho e infravermelho próximo, a utilização do
NDVI possibilita de forma bastante satisfatória minimizar as interferências externas,
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como o espalhamento atmosférico, os teores de umidade, a interferência do solo,
sombra e copas foliar, garantindo através da redução dos ruídos produzidos por esses
fatores uma análise espectro-temporal da vegetação mais próxima do real.
Segundo Pereira (2005), o sensor TM do satélite LANDSAT tem mostrado que os
dados multiespectrais, observados através de composições coloridas variadas,
apresentam grande potencial na discriminação dos padrões de cobertura e do uso do
solo.
Para Baret e Guyot (2001), os índices de vegetação ressaltam as diferenças entre o
solo e a vegetação como também reduzem a informação espectral de duas bandas em
apenas uma, relacionada as características da vegetação (área foliar, biomassa,
produtividade, atividade fotossintética e percentagem de cobertura).
As imagens de NDVI vêm sendo utilizadas também como parâmetros na avaliação
da capacidade dos sensores de satélites em captar imagens terrestres cujo objetivo
seja a vegetação (ANDRADE, 2001). Além disso, vários estudos baseados nessa técnica
têm permitido um maior controle e monitoramento dessas áreas com cobertura
vegetal, primordialmente em áreas de conservação e preservação ambiental, o que
vem facilitando a gestão ambiental em áreas de interesse.
3 – LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo se localiza na Macrorregião de Planejamento Sertão Central, mais
precisamente nas coordenadas 4º 21’ 32’’ latitude Sul e 39º 18’ 42’’ longitude Oeste
(Figura 01), com uma área de aproximadamente 3.218,42 Km² de extensão o
equivalente a 2,16% do Estado do Ceará.
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Figura 01: Mapa de Localização da Área de Estudo
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O município de Canindé está a 149 metros de altitude aproximadamente, possuindo
um clima Tropical quente semi-árido com chuva concentradas de fevereiro a abril. A
precipitação pluviométrica média anual é 756 mm e temperatura máxima de 32°C e
mínima de 24°C (médias), caracterizando uma baixa amplitude térmica.
A área de estudo geologicamente integra o complexo nordestino que se posiciona
no Pré-Cambriano Inferior a Médio e Complexo Itatira do Pré-Cambriano Superior
(RADAMBRASIL, 1981). Do ponto de vista geomorfológico, abrange os domínios dos
Depósitos Sedimentares Cenozóicos, com planícies e terraços fluviais, e o Domínio dos
escudos e maciços antigos, caracterizado por maciços residuais e depressões
sertanejas.
A área de estudo está compreendida por solos Bruno não Cálcico, Solos Litólicos,
Planossolo Solódico e Podzólico Vermelho-Amarelo, levando em consideração a nova
classificação de solos da Embrapa. A vegetação é composta por Caatinga Arbustiva
Aberta, Caatinga Arbustiva Densa e Floresta Subcaducifólia Tropical Pluvial.
4 – METODOLOGIA
Os índices de vegetação foram criados, entre outras coisas, para diminuir o trabalho
na análise de dados orbitais, por meio da maximização das informações espectrais da
vegetação ao menor número de bandas e sensores o que possibilita um resultado mais
eficiente nas análises. Eles foram criados para ressaltar o comportamento espectral da
vegetação em relação ao solo e a outros alvos da superfície terrestre, uma vez que a
vegetação possui uma assinatura espectral especifica se distinguido dos demais alvos.
“...Os índices de vegetação resultam de transformações lineares da reflectância
obtidas em duas ou mais bandas do espectro eletromagnético, mediante soma, razão
entre bandas, diferença ou qualquer outra combinação...” (WIEGAND, 1991).
Com base nos parâmetros estabelecidos por Baret e Guyot (1991), os índices de
vegetação podem ser agrupados em duas grandes classes: índices na forma de razão
como é o caso do NDVI, SAVI, entre outros e índices caracterizados pela distância
ortogonal como, por exemplo, o PVI e GVI.
Segundo Moreira (2005), na literatura são encontrados mais de 50 índices de
vegetação; entretanto, os dois mais comumente utilizados são: Razão Simples (RVI) e
Índice de Vegetação Diferença Normalizada (NDVI).
Matematicamente falando os dois índices apresentam equivalência funcional, no
entanto o NDVI foi escolhido como método para realização do trabalho em virtude de
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ser mais sensível à vegetação esparsa do que a RVI, se mostrando o mais adequado
para o estudo em questão.
4.1 – Material
4.1.1- Dados Orbitais
Na pesquisa foram utilizadas imagens do sensor TM do satélite LANDSAT 5, pixel de
30 metros na composição das bandas 3, 4 e 5 que recobrem a área de estudo. As
imagens foram adquiridas no catálogo de imagens do INPE – Brasil (2008). Para a
retificação das imagens LANDSAT 5 dos anos 1985, 1991 e 2006, na órbita 217 no
ponto 63, foi utilizada a imagem LANDSAT Geocover (2000), setor s-24-00-2000,
disponibilizada no site da NASA. A imagem LANDSAT Geocover é georreferenciada e
ortorretificada, ou seja, suas coordenadas x, y e z estão corrigidas.
4.1.2 – Dados Vetoriais
Mapa digital do município de Canindé (IPECE): mapas e bases em formato vetorial
do limite do município, vias de acesso, drenagem, todos georreferenciados.
4.2 – Método
O método utilizado para identificar as mudanças na fitomassa da caatinga na região
de Caridade, foi o NDVI, por se adequar mais ao tipo de vegetação dessa região, que se
caracteriza de forma rarefeita e de coloração acinzentada se assemelhando muito a
coloração do solo, nessa região.
4.2.1 – Processamento Digital das Imagens
O processamento digital da imagem LANDSAT 5 sensor TM foi realizado no
programa Arcgis 9.2, no intuito de melhorar a qualidade visual da informação para a
interpretação humana, e geométrica da imagem, elaborada em duas etapas
independentes: pré-processamento e NDVI.
4.2.2 - Pré-processamento
Consiste na preparação dos dados da imagem digital para a classificação. Nesta
fase, empregaram-se técnicas visando melhorar a qualidade dos dados, realçando a
coloração da imagem, corrigindo, retificando geometricamente e registrando.
No realce da imagem, os dados foram processados, buscando o melhoramento do
contraste espectral e aumentando a qualidade visual, sendo feito ajustes no
histograma da imagem.
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Na correção geométrica, procurou-se eliminar o deslocamento geográfico devido ao
movimento do satélite e da curvatura da terra, e registrando dentro do Sistema de
Projeção Universal Transversa de Mercator (UTM), no Sistema de Referência da
América do Sul (SAD-69: South American Datum de 1969), o qual não é geocêntrico.
4.2.3 – NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada)
Com o intuito de facilitar a visualização e interpretação visual das imagens em que o
objeto de estudo é a vegetação destaca-se o uso de imagens com técnicas de NDVI,
onde na imagem são aplicados valores nos pixeis que variam de 1 a -1 em tons de
vermelho, amarelo, azul e laranja, onde o vermelho representa a vegetação sadia com
bastante clorofila, a coloração amarela a vegetação com pouca clorofila, a azul
representa a água ou a ausência total de vegetação (solo exposto) e a laranja
representa a vegetação com clorofila moderada. Para tanto se utiliza a seguinte
operação: O Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), expresso pela
equação 1:
Equação 1 – Fórmula de calculo do Índice de Vegetação por Diferença
Normalizada
NDVI = (Infravermelho – Vermelho)/ ( Infravermelho + Vermelho)
5 – RESULTADOS
Baseado no NDVI como indicador da presença de vegetação facilmente se
compreende, que utilizando imagens de diferentes datas e calculando a diferença dos
correspondentes NDVI, é possível detectar áreas onde houve alterações na vegetação.
As imagens produzidas nesta etapa foram utilizadas para a análise espectro-temporal
dos processos degradatórios no município de Canindé – CE. As figuras abaixo estão
dispostas a cena que representa a área de estudo do LANDSAT 5 , em forma de NDVI,
representados por valores no histograma que vai de 1 a -1.
O NDVI das imagens abaixo podem ser interpretados da seguinte forma: a cor
marrom está empregada onde não há clorofila ou não há presença de vegetação
podendo ser água ou vegetação fortemente degradada chegando a solo exposto, já a
cor amarela para laranja está representando a vegetação degradada a parcialmente
degradada, onde a presença de clorofila é bem pequena. Já a cor esverdeada
representa a vegetação conservada podendo haver resquícios de mata nativa.
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Nas figuras abaixo nota-se que de 1985 a 1991houve um grande processo de
degradação da vegetação, já no ano de 2006 houve uma regressão desse processo
degradatório, havendo um equilíbrio nos NDVI’s dos anos 1985 e 2006.
Figura 02: NDVI da área de estudo na data de 20/07/1985
Figura 03: NDVI da área de estudo na data de 21/ 07/1991
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Figura 04: NDVI da área de estudo na data de 14/ 07/2006
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