Aplicações em Silvicultura

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1 Aplicações em Silvicultura Natural Resources Ressources naturelles Canada Canada

2 Aplicações em Silvicultura Espalhamento da onda de radar em florestas Efeitos ambientais Aplicações na floresta boreal Áreas desmatadas Cicatrizes de incêndios Aplicações na floresta tropical Mapeamento do tipo de cobertura Mapeamento do desflorestamento Mapeamento de floresta inundada Mapeamento de cicatrizes de incêndios Configurações recomendadas

3 Princípios do Espalhamento em Florestas Arquitetura ou estrutura da floresta controla o comportamento do espalhamento para todas as: freqüências polarizações ângulos de incidência A resposta do é uma função de importância relativa de diversos trajetos de espalhamento e tamanhos dos objetos espalhadores relativos ao comprimento de onda Fontes dominantes de retroespalhamento em florestas: Volume da copa das árvores Espalhamento direto do tronco Espalhamento direto da superfície do solo Espalhamento tronco-solo ou solo-tronco Espalhamento copa-solo or solo-copa

4 Espalhamento Florestal ~ Alvos Arborizados ~ Retroespalhamento da copa Reflexão solo-tronco (Refletor de canto) Retroespalhamento do solo Reflexão copa-solo

5 Dispersão Florestal ~ Fontes ~ Seção transversal de retroespalhamento (db) Seção transversal de retroespalhamento (db) Total Solo-tronco Copa total Solo direto Total Solo-tronco Copa total Solo direto Dossel I, Polarização HH (graus) Dossel I, Polarização VV Gráficos: Cortesia do F.T. Ulaby (graus) Figura H.6: Componentes de retroespalhamento da copa, polarização paralela e banda C vs. ângulo de incidência

6 Dispersão Florestal ~ Fontes ~ Seção transervsal de retroespalhamento (db) Seção transversal de retroespalhamento (db) Dossel I, Polarização HH (graus) Dossel I, Polarização VV Total Solo - Tronco Copa Total Solo Direto Total Solo - Tronco Copa Total Solo Direto (graus) Gráficos: cortesia do F.T. Ulaby Figura H.3 : Banda L, polarização paralela, componentes de retroespalhamento do dossel vs. ângulo de incidência

7 Dispersão Florestal ~ Floresta Inundada ~ Reflexão copa-água (refletor de canto) Retroespalham ento da copa Reflexão copa-água Retroespalhamento da água

8 Dispersão Florestal ~ Condições Inundadas ~ Retroespalhamento C-HH (db) Figura 1. Retroespalhamento modelado C-HH e C-VV da floresta inundada de igapó, Brasil Retroespalhamento L-HH (db) Figura 1. Retroespalhamento modelado L-HH e L-VV da floresta inundada de igapó, Brasil Retroespalhamento P-HH (db) Figura 1. Retroespalhamento modelado P-HH e P-VV da floresta inundada de igapó, Brasil Retroespalhamento C-VV (db) (a) Ângulo de incidência (graus) (b) Ângulo de incidência (graus) Fonte: Wang, Yong e John M. Melack, IGARSS 1994 Retroespalhamento L-VV (db) (a) Ângulo de incidência (graus) (a) Ângulo de incidência (graus) (b) Ângulo de incidência (b) Ângulo de incidência (graus) (graus) c Espalhamento volumétrico do dossel, d termo tronco-solo, m termo copa-solo, e t retroespalhamento total (t=c+d+m). Retroespalhamento P-VV (db)

9 SENSIBILIDADE À BIOMASSA Coeficiente de retroespalhamento (db) Biomassa (ton/ha) Banda C Fonte: Dobson, M.C., et al. 1992

10 SENSIBILIDADE À BIOMASSA Coeficiente de retroespalhamento (db) Biomassa (ton/ha) Banda L Fonte: Dobson, M.C., et al. 1992

11 SENSIBILIDADE À BIOMASSA Coeficiente de retroespalhamento (db) Biomassa (ton/ha) Banda P Fonte: Dobson, M.C., et al. 1992

12 Textura da Imagem Campo de milho Alvo espacialmente uniforme Textura fina Floresta Alvo espacialmente não-uniforme Textura rugosa Texture 300 m 300 m Fonte: Ulaby, Moore e Fung, 1986

13 Efeitos Ambientais ~ Efeitos da Precipitação ~ Efeito na interpretabilidade de imagens em geral, a precipitação reduz o intervalo dinâmico (i.e., o contraste) dentro da cena Efeito nos mecanismos de retroespalhamento a umidade torna-se excepcionalmente elevada, de modo que o retroespalhamento domina o processo de espalhamento e a estrutura (arquitetura) do alvo apresenta uma contribuição menor.

14 Efeitos Ambientais ~ Efeitos da Precipitação ~ RADARSAT-1 Modo Fino, Feixe 4, Asc. Whitecourt, Alberta 4 de agosto de 1996 (56,2 mm de precipitação durante as últimas 24 horas) Floresta Áreas desmatadas Floresta Floresta Floresta 15 de outubro de 1996 (condições de seca)

15 Efeitos Ambientais ~ Precipitação/Efeitos Sazonais ~ Floresta Úmida Tropical Condições Úmida vs. Seca (Costa do Marfim) Época Chuvosa Adquirida em: 10 de dezembro de 1997 Época Seca Adquirida em: 20 de fevereiro de 1998

16 Efeitos Ambientais ~ Efeitos do Ângulo de Incidência Local ~ Efeitos nos mecanismos de retroespalhamento A topografia modula a resposta do retroespalhamento O retroespalhamento é realçado quando o ângulo de incidência local (AIL) é próximo de 0 Efeitos relacionados: inversão de relevo, sombreamento de relevo e encurtamento de rampa Efeitos na interpretação de imagens Discriminação entre as feições naturais é reduzida O alvo será caracterizado pela assinatura que é uma função do AIL, dificultando a interpretação Solução Evitar ângulos de incidência elevados

17 Efeitos Ambientais ~ Efeitos do Ângulo de Incidência Local ~ loc loc Mais escuro - Ângulo de incidência loc Brilho nominal Mais brilhante - Ângulo de incidência local menor Sombra de radar local maior

18 Efeitos Ambientais ~ Efeitos do Ângulo de Incidência Local (AIL) ~ Declive voltado em direção oposta ao SAR Eixo da montanha Declive voltado para o SAR AIL Elevado AIL Nominal AIL Pequeno Direção de visada * Todas as setas estão apontando para áreas abertas / desflorestadas

19 Aplicações na Floresta Boreal Mapeamento de Áreas Abertas Mapeamento de Cicatrizes de Incêndios

20 Aplicações na Floresta Boreal ~ Mapeamento de Áreas Abertas ~ Efeitos na interpretabilidade da imagem Geralmente as áreas abertas apresentam retroepalhamento mais baixo do que a floresta natural Efeitos nos mecanismos de retroespalhamento Estruturas diferentes na arquitetura das árvores, topografia local (por exemplo, preparação da área) e derrubada são observados

21 Distinção de áreas abertas na floresta WHITECOURT, ALBERTA 25-jan-96 RADARSAT-1 Modo S7 ( = ) C-HH Resolução: 20m (Alc) x 27m (Az) Passagem ascendente (Visada à direita) Desmatamentos recentes (escuro) Imageamento total Espaçamento do pixel de visualização: 56 m Desmatamentos em regeneração (claro) 1996 Agência Espacial Canadense Imagem: cortesia do RSI

22 RADARSAT-1 Whitecourt, Alberta Direção de visada, ângulo de incidência local e efeitos sazonais na distinção de áreas desmatadas 5 de março de 1996: Modo fino, feixe 4, desc. Imagem Agência Espacial Canadense, de abril de 1996: Modo fino, Feixe 5, asc. Imagem Agência Espacial Canadense, 1996 Grupo de Informação Florestal

23 Aplicações na Floresta Boreal ~ Mapeamento de Áreas Desmatadas ~ Fatores que afetam o contraste: (por ordem decrescente de importância) Umidade da neve Declividade e aspecto em relação à iluminação Rugosidade superficial e resíduos da exploração florestal Vegetação residual Mapeamento de Áreas Abertas Configurações Recomendadas Seleção de épocas mais favoráveis para aumentar o contraste entre floresta e áreas abertas A época mais favorável é quando as áreas abertas estão cobertas por neve úmida

24 Aplicações na Floresta Boreal ~ Mapeamento de Cicatrizes de Incêndios ~ - O que influencia a interpretabilidade - Tipo de incêndio Alvo Incêndio na copa versus incêndio a nível do solo Dielétrico (teor de água) Arquitetura / estrutura arquitetura da árvore características do extrato arbóreo (composição, densidade) características do solo (vegetação, rugosidade) Geometria Sensor-alvo (incluindo topografia) Sensor Freqüência, polarização (tipo de polarizações transmitida e recebida)

25 Mapeamento de Incêndio Florestal - Detecção da Alteração Lago Labeau - Quebec (50 45 N W) LANDSAT TM : 1996 Modo S1 desc. RADARSAT-1: 5 de maio de 1998 Cicatrizes de incêndio: 1996 e anteriores Floresta Cicatrizes de incêndio: 1996 e anteriores Cicatrizes de incêndio: : 1997 Floresta Imagem Ministère des Ressources Naturelles du Québec 1998, Agência espacial canadense Vetores extraídos do RADARSAT

26 Aplicações na Floresta Boreal ~ Mapeamento de Cicatrizes de Incêndios ~ Cicatrizes de incêndios Configurações recomendadas Tempo de aquisição após o incêndio Durante ou logo após o incêndio, as áreas queimadas nem sempre são visíveis, a menos que tenha ocorrido uma grande mudança na estrutura do dossel Na primavera (condições úmidas), subseqüente ao incêndio, a floresta queimada pode ser mapeada

27 Aplicações na Floresta Tropical Mapeamento do tipo de cobertura Mapeamento do desflorestamento Mapeamento da floresta inundada Mapeamento de cicatrizes de incêndios

28 Aplicações em Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Mapeando Classes Tipos de cobertura florestal Florestas primárias /secundárias Plantações Florestas perturbadas Pastagens e agrosilvicultura Pântanos Savanas...

29 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Ambientes tropicais Vegetação densa, constantemente úmido Densa cobertura florestal mascara a topografia Não há retroespalhamento do sinal de SAR do solo para SARs com alta freqüência Ambientes de savana Vegetação esparsa, condições de solo seco Retroespalhamento controlado principalmente pela umidade do solo e pela rugosidade superficial Se possível, evitar campanhas em dias chuvosos.

30 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Savana Cobertura Florestal Mosaico de RADARSAT-1 Desflorestamento Modo Largo, Feixe 1, Ascendente 9 e 16 de junho de 1998 Roraima, Brasil Pântanos Planícies Aluviais 1997 Agência Espacial Canadense Imagem: cortesia do RSI

31 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Mapeamento de Pântanos (Roraima, Brasil) Pântano com vegetação em pé Floresta Floresta Planície aluvial Pântano sem vegetação em pé RADARSAT-1, Modo Estendido Baixo, Desc. : 22 de junho de 1998

32 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Mapeamento do tipo de floresta (Costa do Marfim) Floresta primária e secundária Dados multitemporais do RADARSAT-1 Modo Standard 7 Vermelho = 10 de dez Verde = 20 de fev Azul = Contraste de textura 1998, Agência espacial canadense Floresta pantanosa Ráfia Monoculturas

33 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ RADARSAT S7 10 de dezembro de 1997 (R); 20 de fevereiro de 1998 (G); texture (B) 1998, Canadian Space Agency LEGENDA FO = Floresta primária & secundária PF = Plantações NI = Floresta alagada RA = Rafia SC = Agrofloresta secundária & misturada CS = Agrofloresta e floresta secundária misturada CC = Agrofloresta misturada SV = Savana

34 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Mapeamento do tipo de cobertura Configurações recomendadas Ângulo de incidência Ângulos menores fornecem melhor discriminação para mapeamento de cobertura florestal Ângulos menores preservam as informações de áreas desflorestadas (mata de galeria, regeneração, culturas agrícolas ) Ângulos maiores fornecem melhor distinção entre floresta vs. nãofloresta em áreas planas; imagens adquiridas com esses ângulos elevados sofrem distorções geométricas que comprometem a precisão espacial Época de aquisição Imagens da época seca mostram melhor discriminação entre classes de florestas, quando comparada com imagens da época chuvosa Imagens da estação chuvosa permitem uma melhor discriminação de classes de floresta, quando combinadas com imagens da época seca

35 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Tipo de Cobertura ~ Mapeamento do tipo de cobertura Configurações recomendadas Conjunto ideal de dados Aquisições multitemporais (estações úmida e seca) combinadas com um canal de textura/contraste oferecem os melhores resultados Modo de imageamento O modo fino deve ser utilizado para detectar estradas, texturas finas e matas de galeria A abordagem de múltiplos feixes deve ser considerada nos mapeamentos de grandes territórios Freqüência Determina a penetração no interior do dossel e a amostragem de diferentes partes do dossel da floresta

36 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Por que mapear desflorestamento? Para monitorar desflorestamento planejado não planejado Para monitorar extrações em reservas florestais Para avaliar expansão agrícola

37 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Desflorestamento para Criação de Gado avaliação atual de mudanças em áreas desflorestadas mata de galeria, regeneração em pastagens Problemas desflorestamento biodiversidade, potencial para as mudanças climáticas maiores sustentabilidade questionável fertilidade de solo, erosão do solo, sucessões naturais, qualidade da água

38 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Colonização Agrícola localização de colonizações não planejadas mudanças nos limites de áreas abertas produtividade uso da terra: pastagem vs. culturas vs. pousios Problemas Colonizações não planejadas Falhas nas colonizações planejadas questões sobre sustentabilidade repetidas migrações aquisição de terras por um número de proprietários cada vez menores desflorestamento excessivo perdas na biodiversidade, liberação do carbono para a atmosfera

39 ProRADAR Exemplo de Desflorestamento Tropical Povoado de Humaitá, Acre, Brasil 15-Maio-98 Modo standard, RADARSAT-1( = ) Resolução: 24,2m (Alc) x 27m (Az) Agência Espacial Canadense 1996 Centro Canadense de Sensoriamento Remoto (CCRS) Agência de Desenvolvimento Internacional do Canadá (CIDA) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

40 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Estado do Acre, Brasil Vetores de detecção de mudança em floresta tropical Landsat TM: Bandas 5 4 3, 1996 RADARSAT-1 Modo S6, Desc. : 31 de Janeiro de 1999 Imagem INPE 1999, Agência Espacial Canadense 1996, Imagem RSI Vetor de alteração em florestas: 1996 até 1999 (Detecção S6)

41 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Desflorestamento Tropical Configurações Recomendadas Ângulo de incidência Ângulos pequenos fornecem melhor discriminação entre áreas florestadas e desflorestadas Ângulos pequenos preservam informações sobre áreas desflorestadas (mata de galeria, regeneração, culturas agrícolas ) Ângulos grandes (Estendido Baixo ou Standard 1) fornecem melhor distinção entre áreas florestadas e não -florestadas em superfícies planas. Imagens adquiridas com esses ângulos grandes sofrem distorções geométricas que comprometem a precisão espacial Modo de imageamento Deverão ser utilizados modos finos na deteção de estradas, feições finas e matas de galeria Abordagem dos modos múltiplos deve ser considerada nos mapeamentos de territórios grandes

42 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento do Desflorestamento ~ Desflorestamento tropical Configurações recomendadas Polarização Polarização cruzada (HV ou VH) fornece melhor discriminação de feições artificiais (despolarização) - (RADARSAT-2) Época de aquisição Imagens da época seca mostram melhor discriminação entre classes de florestas, quando comparadas com imagens da época chuvosa Conjunto ideal de dados Abordagem multitemporal fornece melhor precisão sobre o estado de crescimento em áreas desflorestadas A condição seca é preferível (final da estação seca é o melhor)

43 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Inundação ~ Inundação de Floresta Extensão de inundação Lagos em planícies de inundação Vegetação em planícies de inundação aquáticas terrestres

44 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Inundação ~ Reservatório de Tucuruí, Estado do Pará, Brasil Imagem multitemporal do RADARSAT-1 Reservatório nas águas altas Solos e árvores que emergem nas águas baixas S6A (05/12/1996) S5A (14/08/1996) S6A (27/05/1996) Macrófitas

45 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Inundação ~ Lago Grande, Estado do Pará, Brasil Inundação Vegetação de planície de inundação Imagem multitemporal do RADARSAT-1 S5D (28/11/1996) S6D (07/08/1996) S6D (27/05/1996) Áreas arbertas para agricultura Vegetação flutuante

46 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Inundação ~ Extensão da inundação, rio Limpopo (Moçambique) RADARSAT-1 28/02/2000 RADARSAT-1 01/03/ Agência espacial canadense, Courtesia: RSI RADARSAT-1 23/03/2000

47 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Inundação ~ Mapeamento de inundação Configurações recomendadas Ângulo de incidência Ângulos médios (30-40 ) são recomendados para a discriminação de tipos de floresta com baixa densidade e florestas inundadas Freqüência Alta freqüência pode detectar vegetação aquática de porte pequeno (detecta macrófitas indistingüíveis na banda L) Baixa freqüência é melhor para detecção de água sob dosséis densos Época de aquisição Imagens multitemporais permitem o monitoramento do crescimento e o movimento da vegetação flutuante Conjunto ideal de dados A freqüência múltipla poderá levar a uma melhor caracterização do ecossistema dinâmico das áreas periodicamente inundadas

48 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Cicatrizes de Incêndios ~ Na floresta tropical as cicatrizes deixadas pelo fogo na floresta nem sempre podem ser detectadas (função do tipo de fogo e estado da mudança estrutural da floresta) o tempo de reação é crítico na aquisição de dados (o ecossistema tropical é muito dinâmico) Na floresta tropical incêndio na copa resulta no aumento do retroespalhamento proveniente da floresta queimada para ângulos de incidência elevados redução do retroespalhamento proveniente da floresta queimada para ângulos de incidência pequenos; é mais difícil de detectar cicatrizes de incêndio em ângulos pequenos do que em ângulos elevados A detectabilidade de cicatrizes de incêndios é uma função do tipo de incêndio se o estrato superior (camada) da floresta não foi afetado significativamente, a probabilidade de detectar cicatrizes de incêndios é consideravelmente reduzida

49 Incêndios Recentes no Estado do Acre, Brasil Dados multitemporais do RADARSAT (Vermelho = S3, Verde = S7, Azul = Diferença) RADARSAT S7 Asc. (23 de abril de 1996) Centro Canadense de Sensoriamento Remoto (CCRS) Agência Internacional de Desenvolvimento do Canadá (CIDA) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) RADARSAT S3 Desc. (23 de outubro de 1996 com 18,5 mm de precipitação) Agência espacial canadense 1996

50 Aplicações na Floresta Tropical ~ Mapeamento de Cicatrizes de Incêndios ~ Mapeamento de cicatrizes Configurações recomendadas Ângulo de incidência Ângulos elevados permitem melhor discriminação entre floresta queimada e não queimada por tipo de queimada nas copas por exemplo, Standard 1,2 Época de aquisição O tempo de resposta é crítico; a aquisição deverá ser efetuada durante ou próximo do final da estação seca Conjunto ideal de dados Aquisição multitemporal aumenta as possibilidades de mapear as cicatrizes de incêndios (queimadas nas copas) Aquisições durante o período de incêndio (estado seco) e no início da estação chuvosa fornecem os melhores conjuntos de dados

51 Resumo e Recomendações

52 Aplicações em Silvicultura ~ Resumo e Recomendações ~ Seleção do Feixe Considerações Ângulos de incidência elevados Maiores efeitos radiométricos devido à modulação da topografia (veja ângulo de incidência local) Menor retorno relacionado com a arquitetura do alvo Mais sensível à umidade (relativo ao regime de espalhamento) Ângulos de incidência pequenos A estrutura das árvores contribui mais para o retroespalhamento, portanto, elementos da floresta com diferentes arquiteturas serão discriminados mais facilmente A topografia tem uma influência menor nos mecanismos de retroespalhamento pois o ângulo de incidência local geralmente será > 20

53 Aplicações em Silvicultura ~ Resumo e Recomendações ~ Planejamento da Aquisição Considerações Utilize mudanças sazonais em seu benefício A estação seca fornece melhor contraste Evite a estação chuvosa e os meses de muita poeira no ar se voce planeja uma única aquisição Selecione o tempo de aquisição (ascendente vs. descendente) Mudanças diárias ocorrem na umidade da vegetação Explore a fenologia da vegetação Sem folhas vs. com folhas NOTA: Sempre monitore a precipitação a partir de 2 dias antes do momento de aquisição

54 Aplicações em Silvicultura ~ Resumo e Recomendações ~ Fusão de dados Considerações Imagens da estação seca normalmente possuem um intervalo dinâmico grande (maior possibilidade de discriminação de feições no terreno) Conjunto multitemporal de dados adicionam novas dimensões e melhor discriminação para efeitos de mapeamento Composições coloridas de imagens adquiridas durante estações seca e chuvosa, mais um canal de textura (contraste) da época seca fornecem melhor discriminação A fusão RADARSAT-TM através do uso da técnica de transformação IHS, parece fornecer melhores resultados qualitativos - especialmente para interpretação visual A fusão de dados óticos-sar fornece melhor otimização da dimensionalidade oferecida pelos dados de sensoriamento remoto (radiometria e textura)