VARIABILIDADE TEMPORAL DA VEGETAÇÃO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TAPEROÁ-PB, USANDO TÉCNICAS DE SENSORIAMENTO REMOTO

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1 p VARIABILIDADE TEMPORAL DA VEGETAÇÃO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TAPEROÁ-PB, USANDO TÉCNICAS DE SENSORIAMENTO REMOTO MARTINHO QUEIROGA SALGADO SOBRINHO JOSÉ FERREIRA DA COSTA FILHO TALITA FREITAS FILGUEIRA DE SÁ TALITA STEPHANNIE ALVES DA COSTA Universidade Federal da Paraíba DSER/CCA/UFPB Universidade Federal da Paraíba DSER/CCA/UFPB Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba IFPB Universidade Federal da Paraíba DSER/CCA/UFPB RESUMO - O fenômeno da desertificação é um processo de forte degradação ambiental. As áreas mais gravemente afetadas pela desertificação encontram-se na região Nordeste do Brasil, correspondendo a km 2. A análise de variáveis representativas do clima, vegetação, solos e aspectos socioeconômicos, é a principal forma de caracterizar o processo. O principal objetivo deste trabalho foi analisar a variação temporal da vegetação na Bacia Hidrográfica do Rio Taperoá-PB, aplicando-se técnicas de Sensoriamento Remoto como uma forma de dar suporte a estudos de degradação ambiental. Foram utilizadas duas imagens do satélite Landsat-5 TM, bandas 3 e 4, obtidas nos dias 18/06/2000 e 18/06/2005, junto ao INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Para a imagem de 2000 os valores do NDVI mínimo, médio e máximo, foram respectivamente, -1,501 (corpos d água), 0,297 (áreas vegetadas) e 0,787(áreas com maior densidade vegetativa). Para a imagem de 2005 os valores mínimo, médio e máximo do NDVI foram: -0,615, 0,059 e 0,604, respectivamente. Observou-se um decréscimo nos valores do NDVI da imagem de 2000 quando comparados com os valores da imagem de 2005, o que permite afirmar que no período de cinco anos (intervalo entre aquisição das imagens), verificou-se em média, que na área de estudo a cobertura vegetal diminuiu em decorrência provavelmente da intervenção humana. ABSTRACT- The phenomenon of desertification is a process of serious environmental degradation. The areas most severely affected by desertification are in the Northeast of Brazil, accounting for 181,000 km 2. The analysis of variables representing climate, vegetation, soil and socioeconomic factors, is the main form of the procedure. The main objective of this study was to analyze the temporal variation of vegetation in the River Basin Taperoá-PB, is applying remote sensing techniques as a way to support studies of environmental degradation. We used two images from Landsat-5 TM, bands 3 and 4, obtained on the days 18/06/2000 and 18/06/2005, with the INPE (National Institute for Space Research). For the image from 2000 the NDVI minimum, average and maximum values, were respectively, (water bodies), (vegetated areas) and (most dense vegetative area). For the 2005 image the NDVI minimum, average and maximum values were: , and 0.604, respectively. There was a decrease in the values of NDVI image of 2000 when compared with the values of image 2005, to suggest that within five years (range of image), it was found that on average the vegetated area basin decreased probably due to human intervention.

2 p INTRODUÇÃO indiretamente, de criar condições nocivas à saúde do homem, à sociedade e aos recursos naturais. A desertificação é essencialmente decorrente da Um requisito importante a ser observado nas interação de fatores ligados à atividade antrópica e ao Bacias é o aspecto físico como a topografia, constituição das rochas, clima, regime pluvial e as atividades humanas onde se desenvolve nas bacias, para depois, criar medidas que viabilizem o uso dos recursos hídricos, em termos de qualidade e quantidade (REIS, 2004; TRENTIN, 2004). O estado da Paraíba tem baixa disponibilidade hídrica, uma vez que em 70% do seu território o clima é do tipo semi-árido, com baixas e irregulares precipitações (Chaves, 1977). contexto geográfico local e regional, onde o sistema climático, físico e biológico tem uma importância fundamental para o seu desenvolvimento (BRASIL, 2005). Em estudo recente realizado pela EMBRAPA (2008), intitulado Aquecimento Global e a nova Geografia da Produção Agrícola no Brasil, evidencia-se que a região semi-árida nordestina sofrerá os maiores impactos das mudanças climáticas no Brasil, o que ampliará as áreas desertificadas nessa região. Cabe ressaltar que este processo é acompanhado pelo declínio na produtividade das terras e, nessa perspectiva, pode-se afirmar que uma de suas principais conseqüências é a degradação dos solos decorrente da pressão pela produção exercida sobre os recursos naturais, a qual pode ser verificada de diversas formas, tais como, erosão acelerada, laterização, assoreamento, empobrecimento da flora e fauna nativas e desestruturação econômica (NIMER, 1988; CONTI, 1995). Diante do exposto, o estudo da desertificação assume uma importância fundamental e o mapeamento de áreas susceptíveis ao processo de degradação através do uso das técnicas de Geoprocessamento, torna-se relevante pela geração de informações, armazenamento, produção de mapas temáticos, integrações de dados e segurança no material produzido. Nesse contexto, uma das áreas que se destaca pela potencialidade ao processo de degradação ambiental é a região do Cariri paraibano, onde se insere a Bacia Hidrográfica do Rio Taperoá Sensoriamento Remoto Uma técnica bastante utilizada em todo o mundo, sendo definida por Lillesand & Kiefer (2004) como ciência e a arte de obter informações sobre um objeto, área ou fenômenos através de análise de dados adquiridos por um instrumento que não esta em contato com o objeto, área ou fenômeno sob investigação é o Sensoriamento remoto. A observação da Terra por meio de satélites é a maneira mais efetiva e econômica de coletar os dados necessários para monitorar e modelar estes fenômenos, especialmente em países de grande extensão territorial, como o Brasil. Através de softwares dedicados exclusivamente para tratamento de imagens, pode-se gerar imagens com diferentes composições de cores, ampliações de partes das imagens 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, rede de drenagem, inundações, entre outros Índices de Vegetação 2. REVISÃO DE LIETERATURA 2.1.Bacias Hidrográficas Uma Bacia Hidrográfica é o conjunto de terras drenadas por um rio principal e seus afluentes. O referido conceito inclui naturalmente a existência de cabeceiras ou nascentes, cursos de água principais, divisores de água superficiais e subterrâneos, afluentes e sub-afluentes (SÁ, 2009). A formação da bacia hidrográfica dá-se através dos desníveis dos terrenos que orientam os cursos da água, sempre das áreas mais altas para as mais baixas. Essa área é limitada por um divisor de águas que a separa das bacias adjacentes e que pode ser determinado nas cartas topográficas. Para Hidalgo (1992), qualquer alteração das propriedades físicas, químicas ou biológicas dos recursos naturais renováveis (solo, vegetação, ar, água, fauna), causada por alguma forma de energia ou elementos produzidos por atividades humanas são capazes direta ou O índice de vegetação, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), é baseado em uma combinação aritmética que focaliza o contraste entre os modelos de respostas da vegetação nas faixas do vermelho e do infravermelho próximo. A reflectância da cobertura vegetal na banda vermelha é baixa, aparecendo nas imagens em tons de cinza escuros, devido à absorção da clorofila existente nas folhas. Entretanto, no infravermelho próximo apresenta alta reflectância com tons de cinza claros devido a dispersão causada pela estrutura das folhas (Lillesand & Kiefer, 1994), o qual consiste em uma equação que tem como variáveis as bandas do vermelho e infravermelho próximo, como se segue: NDVI: (IVP V) /( IVP + V) (1) onde, IVP: valor da refletância da banda no Infravermelho próximo; V: valor de refletância da banda no vermelho.

3 p MATERIAL E MÉTODOS Esta fase se preocupa em converter os números digitais de cada pixel em radiância espectral de cada 3.1 Descrição da Área de Estudo banda ( ), isto porque os satélites medem as radiâncias O estudo foi realizado na bacia hidrográfica do Rio Taperoá, localizada na parte central do Estado da Paraíba (Microrregião do Cariri paraibano). O Rio Taperoá (ver Figura 1) é o principal rio da bacia, de regime intermitente, nasce na Serra do Teixeira e desemboca no Rio Paraíba, no açude Boqueirão. Esta bacia drena uma área de 5.667,49 Km 2 e seu perímetro é de 435,75 Km, estando inserida, segundo a classificação climática de Koeppen (1948), numa região semi-árida quente, devido as médias pluviométricas baixas (< 450 mm ano -1 ) e temperaturas médias mensais sempre superiores a 18 ºC. Nessa região, observa-se que a maior concentração do total precipitado ocorre em um período aproximado de dois a quatro meses (janeiro a abril), correspondendo a 65% da pluviosidade anual. L espectrais emitidas e refletidas pelos alvos e armazena os dados em formato digital. Portanto, para converter os números digitais (DN) de cada pixel em radiância espectral, usam-se os correspondentes coeficientes de calibração. Essas radiâncias representam a energia solar refletida por cada pixel, por unidade de área, de tempo, de ângulo sólido e de comprimento de onda, medida no sensor TM do satélite Landsat 5 nos canais 1, 2, 3, 4, 5 e 7. O valor de L foi obtido pela equação a seguir, proposta por Markham & Baker (1987): b a 255 i i L = DN + ai (2) Figura 1 Rede Hidrográfica da região estudada Fonte: Adaptado IBGE, Quanto à temperatura, a média anual é de 24 ºC, com as máximas ocorrendo em dezembro/janeiro (32 ºC) e mínimas em julho/agosto (21 ºC). A vegetação é praticamente uniforme, sendo a caatinga, tipo regional de savana estépica, a formação natural predominante apresentando-se, às vezes, baixa e densa, outras vezes, baixa e esparsa (SOUZA, 1999). As áreas desmatadas e utilizadas para a agricultura são, em geral, ocupadas pelas culturas de palma forrageira, agave e algodão, além de milho e feijão, representando uma pequena área da bacia; a pedologia é mais variada, englobando vários tipos de solo, todos pouco espessos, cascalhentos ou pedregosos. Os municípios inseridos na bacia (total ou parcialmente) perfazem ao todo 19, conferindo-lhe uma população de habitantes, conforme o Censo Demográfico/PB (2000). onde a e b são as radiâncias espectrais mínimas e Wm 2 sr µm máximas ( ) conforme Tabela 01; DN é o número digital ou intensidade do pixel (número inteiro de 0 a 255) e i identifica o canal do sensor TM. A partir da radiância espectral estimada para todas as bandas, através da Equação (2), foi calculada a refletância monocromática também para cada pixel. O cálculo da refletância monocromática de cada banda (ρ ) do Landsat 5-TM é dado pela razão entre o fluxo de radiação solar refletida e o fluxo de radiação solar incidente. Para uma superfície que apresenta refletância hemisférica, a radiação espectral deve ser integrada hemisfericamente, o que corresponde multiplicar a radiância espectral (L λ ) por π esterorradiano: ρ πl = (3) k cosz d r Wm sr µm 2 onde: L ( ) é a radiância espectral de cada banda; k é a irradiância solar espectral de cada banda no topo da atmosfera; Z é o ângulo zenital solar obtido através do cabeçalho das imagens adquiridas e d r é o inverso do quadrado da distância relativa Terra-Sol) (Duffie & Beckman 1980): 2π dr = 1+ 0,0033cos DJ (4) Metodologia onde, DJ é o dia seqüencial do ano (dia Juliano) e o Foram utilizadas imagens do satélite Landsat-5 2π ângulo DJ é dado em radianos. Os valores de dr TM, nas bandas 3 e 4, nas datas de 18/06/2000 e /06/2005. Após serem processadas, as imagens foram variam entre 0,97 e 1,03 e são adimensionais. usadas para se estimar as densidades de fluxo.

4 p O NDVI é a razão entre a diferença das Conforme o histograma de freqüência da carta de refletividades das bandas no infravermelho próximo e no NDVI, Figura 3, os valores tiveram uma pequena vermelho e a soma dessas mesmas refletividades. oscilação e dispersão dos valores, isso devido a Segundo Costa Filho et al. (2007), tanto as imagens do irregularidade de tipos de cobertura na cena estudada. satélite Landsat-5 TM como do satélite CBERS-2 tem Destaca-se na figura o valor médio do NDVI (linha grande potencialidade para a determinação do índice de vermelha). vegetação da diferença normalizada IVDN. Calcula-se o IVDN, segundo a expressão abaixo: IVDN = ( ρ ρ ) 4 ( ρ + ρ ) (5) onde, ρ 4 e ρ 3 são as refletâncias das bandas 4 e 3, respectivamente. O NDVI é um indicador sensível da quantidade e condição da vegetação verde. Seus valores variam entre 1 e +1; superfícies verdes têm um IVDN entre 0 e 1 e a água e nuvens têm geralmente IVDN menor que zero. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 2 a seguir é um recorte da imagem da Landsat 5 TM do dia 18/06/2000, que abrange a Bacia Hidrográfica do Rio Taperoá, com destaque para o açude Epitácio Pessoa (Boqueirão) no canto inferior direito, que não faz parte da referida bacia e outros corpos d água. Está representada na imagem a variabilidade do índice de vegetação da diferença normalizada (NDVI), cujos valores mínimo, médio e máximo encontrados foram respectivamente, -1,501, 0,297 e 0,787. Os valore negativos referem-se aos corpos d água e solos úmidos, enquanto os valores compreendidos entre 0,428 e 0,787 representam áreas com maior densidade vegetativa (coloração verde-escura). Os valores de NDVI entre 0,065 e 0,248 (coloração marrom) são áreas de solos expostos ou com pouca vegetação. Figura 3- Histograma de frequência da imagem de 18/06/2000. Segundo Huete & Tucker (1991), os valores do NDVI para solo exposto estão geralmente entre 0,05 e 0,30 e devido a grande variabilidade das propriedades óticas do solo, não se pode definir uma faixa rigorosa de valores de NDVI para solos com pouco ou nenhuma cobertura vegetal. Como se observa, o NDVI é um importante indicador do estado vegetativo da superfície e pode contribuir na identificação de áreas susceptíveis a desertificação. Figura 2 - Carta do NDVI da Bacia do Rio Taperoá-PB - 18/06/2000. Figura 4 - Carta do NDVI da Bacia do Rio Taperoá-PB - 18/06/2005 Na Figura 4 observa-se um decréscimo nos valores do NDVI quando comparados com os valores da imagem de A área de coloração verde-limão próxima ao açude Epitácio Pessoa (Boqueirão) apresentou um NDVI

5 p entre os valores 0,270 e 0,604, enquanto a imagem de 2000 os valores máximos do NDVI estiveram entre 0,428 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS e 0,787. Isto se deveu provavelmente a um decréscimo das áreas irrigadas, bem como, a deterioração de muitas BRASIL, Ministério do Meio Ambiente. PAN Brasil. áreas pela atividade humana. Esta segunda hipótese é a Programa Nacional de Combate à Desertificação e mais provável em razão de muitas áreas da bacia se Mitigação dos Efeitos da Seca. Brasília: Ministério do encontrar em processo de desertificação pelo Meio Ambiente; Secretaria de Recursos Hídricos, 2005, desmatamento 213p. O histograma de freqüência Figura 5 da imagem de 2005, mostra os valores dos pixels em relação ao número CHAVES, I.B. Erosividade das chuvas na micro-região de pixels. Observa-se na imagem o valor médio dos pixels homogênea brasileira n 0 98 (Estado da Paraíba), (linha vermelha), bem como, uma menor dispersão e 99f. Dissertação (Mestrado) Piracicaba-SP, ESALQ-USP, oscilação dos valores confirmando uma menor irregularidade da vegetação. Conforme citado anteriormente, há uma maior área com vegetação mais CONTI, J.B. Desertificação nos trópicos: Proposta de homogênea, com NDVI variando entre 0,131 a 0,270 e metodologia de estudo aplicada ao Nordeste brasileiro. uma menor área com NDVI entre 0,270 e 0, , 265f. Tese Livre-Docência-USP. São Paulo, EMPRESA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (EMBRAPA). Aquecimento Global e a nova Geografia da Produção Agrícola no Brasil. Cepagr/Unicamp, São Paulo, 2008, 85p. HIDALGO, P. Diagnóstico socioeconômico. João Pessoa: PRM/METROPLAN/AGP-RS p. Curso sobre Manejo Conservacionista de Bacias Hidrográficas Figura 5- Histograma de frequência da imagem de 18/06/ CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos pode-se concluir o que se segue: a resposta espectral dos alvos estudados esteve dentro do intervalo considerado padrão para esses alvos; houve uma diminuição dos valores do NDVI quando se compara as imagens de 2000 e 2005; a diminuição dos valores do NDVI está associado a atividades antrópicas e provavelmente a diminuição de áreas irrigadas; como se observa, o NDVI é um importante indicador do estado vegetativo da superfície e pode contribuir na identificação de áreas susceptíveis a desertificação. LILLESAND, T.M., KIEFER, R.W. Remote Sensing and Image Interpretation. John Wiley & Sons. 3a Ed., New York, 1994, 750p. NIMER. E. Desertificação: Realidade ou Mito? Rev. Brasileira de Geografia. IBGE/RS, v.50, n.1, 1988, pp REIS, R. B. A influencia da ocupação antrópica dentro do processo de gestão de bacias hidrográficas com auxilio de sensoriamento remoto e SIG. In: CONGRESSO NACIONAL DE GEOGRAFIA, 6., 2004, Goiânia: Anais... AGN, SÁ, T. F. F de. Sistema de Informações Geográficas (SIG) para a Gestão e Planejamento de Bacias Geográficas. 2009, 136f. Dissertação (Mestrado), PPGMSA-Programa de Pós-Graduação em Manejo de Solo e Água, Centro de Ciências Agrárias-UFPB, Areia- PB, SOUZA, B. I. Contribuição ao estudo da desertificação na bacia do Taperoá-PB. 1999, 120f. Dissertação (Mestrado). PRODEMA-UFPB, João Pessoa, TRENTIN, G. A influencia da Declividade no uso da terra na Bacia Hidrográfica do Rio Tigre, Severiano de Almeida-RS. UFSM. In: CONGRESSO NACIONAL DE GEOGRAFIA, 6, 2004, Goiânia: Anais... Goiânia: AGN, 2004.

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