APLICAÇÃO DO NDVI NA CARACTERIZAÇÃO DA COBERTURA VEGETATIVA DE VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIA

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1 APLICAÇÃO DO NDVI NA CARACTERIZAÇÃO DA COBERTURA VEGETATIVA DE VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIA Nielson Pereira da Silva Bonfim (1) ; Danusia Valeria Porto da Cunha (2) ; Alexandre Troian (3) (1) Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Geografia; Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia UESB; nielsonpereira@gmail.com; (2) Engenheira Florestal, Mestre em Ciências Florestais; danusia.uesb@yahoo.com.br; (3) Doutorando no Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar; Universidade Federal de Pelotas UFPEL; xtroian@gmail.com. RESUMO Os índices de vegetação têm sido utilizados para identificar alterações no uso do solo, bem como para estabelecer modelos biofísicos associados à condição da vegetação. Assim, este estudo teve como objetivo a espacialização e geração de mapas temáticos da cobertura vegetal do município de Vitória da Conquista - Bahia, a partir do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). O índice foi calculado a partir de imagens de satélites obtidas em 19 de dezembro de Os procedimentos foram realizados no Sistema de Informação Geográfica - SIG QGIS, versão Para obtenção do NDVI foram escolhidas as bandas 4R (4 Red) e 5NIR (5 Ned Infrared NIR) e também foi utilizado o arquivo vetorial do limite municipal de Vitória da Conquista, na escala de 1: Inicialmente foi feito um recorte, através do QGIS, no arquivo vetorial de limites municipais que possibilitou o uso do limite do município em formato Shapefile. Em seguida fez-se a importação no QGIS das imagens baixadas, bem como a correção atmosférica e o cálculo do NDVI através da calculadora Raster. O valor obtido do NDVI foi de 0, O valor próximo ao nulo indica que o limite municipal de Vitória da Conquista não apresenta áreas com grande quantidade de cobertura vegetal densa, o que conotaria um valor de NDVI próximo de +1. Palavras-chave: Índice de vegetação, Sensoriamento remoto, Vegetação ABSTRACT Vegetation indexes have been used to identify changes in soil use, as well as to establish biophysical models associated with the vegetation condition. The aim of this study was the spatialization and generation of thematic maps of the vegetation cover of the city of Vitória da Conquista - Bahia, based on Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The index was calculated from images of satelliteobtained on December 19, The procedures were performed in the Geographic Information System - SIG QGIS, version In order to obtain the NDVI, the 4R (4 Red) and 5NIR (5 Ned Infrared NIR) bands were chosen and the vector file of the municipal boundary of Vitória da Conquista was also used, with a scale of 1: 580,000. Initially a cut was made, through the QGIS, in the vector file of municipal boundaries that made possible the use of the municipality limit in Shapefile format. Then the QGIS was imported into the downloaded images, as well as the atmospheric correction and NDVI calculation through the Raster calculator. The value obtained from NDVI was The value close to zero indicates that the municipal

2 boundary of Vitória da Conquista does not have areas with large amounts of dense vegetation cover, which would conclude an NDVI value of +1. Key words: Vegetation index, Remote sensing, Vegetation INTRODUÇÃO Atualmente os índices de vegetação estão sendo utilizados em vários seguimentos para identificar alterações no uso do solo, bem como para estabelecer modelos biofísicos associados à condição da vegetação (índice de área foliar, percentual de cobertura verde, biomassa, produtividade primária líquida e outros), que exerce importante função para o equilíbrio da biota (TUNDISI & MATSUMURA-TUNDISI, 2010). Para tanto, é preciso utilizar técnicas e métodos de processamento de dados de sensoriamento remoto da vegetação para estudo dos ecossistemas terrestres (BAYMA & SANO, 2015). Diferentes índices podem ser usados para o estudo e avaliação da vegetação, dentre eles o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) (MOREIRA, 2000) que está diretamente associado com a biomassa vegetal, possibilitando a descrição de aspectos biofísicos da vegetação (PONZONI & SHIMABUKURO, 2007), como alterações sazonais e interanuais da situação da vegetação (MOREIRA, 2011). Tal índice é um parâmetro radiométrico adimensional, calculado com base na razão normalizada entre as bandas do infravermelho próximo e a banda do vermelho que varia entre -1 e 1 (MOREIRA, 2000). Os índices de vegetação são razões matemáticas da reflectância, executados para que as características espectrais da vegetação, principalmente em zonas do vermelho e do infravermelho perto do espectro eletromagnético, sejam destacadas (WIEGAND et al., 1991), uma vez que é nessas áreas que a energia refletida está associada à fotossíntese e à estrutura da vegetação (FERREIRA et al., 2008). O NDVI é empregado com êxito para identificar o arranjo global de vegetação, deduzir alterações ecológicas e ambientais, geração de biomassa, radiação fotossintética ativa e a produção de culturas (LIU, 2007), bem como na avaliação do uso e manejo do solo e recuperação de áreas degradadas, constituindo condutas conservacionistas apropriadas para cada ambiente (OKIN, 2007). Além disso, esse índice se mostra sensível à resposta do solo e à saturação em situações onde são encontrados altos valores de biomassa. Por isso, quando a vegetação é muito densa, o NDVI não apresenta resposta devido à alta saturação (MUTANGA & SKIDMORE, 2004). Segundo Neto et al. (2011), o território de Vitória da Conquista, é marcado por várias problemáticas ambientais, como a degradação de recursos vegetais, a exemplo da mata ciliar, acarretando a perda de grande parte da biodiversidade e da qualidade dos seus recursos hídricos. Assim, este trabalho teve como objetivo a espacialização e geração de mapas temáticos da situação da cobertura vegetal do município de Vitória da Conquista - Bahia, a partir do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). MATERIAL E MÉTODOS A área de estudo localiza-se no município de Vitória da Conquista, Bahia, na região Sudoeste do estado. Para o cálculo do NDVI utilizou-se imagens do satélite Landsat-8, órbita 217/070, disponibilizadas de forma gratuita no site do United States Geological Survey USGS. As imagens foram obtidas em 19 de dezembro de Conforme Alvarenga & Moraes (2014), lançado em fevereiro de 2013, o satélite Landsat-8 apresenta órbita praticamente polar, posicionando-se de maneira heliossíncrona a uma altitude de aproximadamente 705 Km. Neste satélite existem dois sensores embarcados: o OLI (Operacional Land Imager) e o TIRS (Thermal Infrared Sensor), resolução espacial de 30 m para as bandas do

3 visível (multiespectral), 15 m para a banda pancromática (Banda 8) e 100 m para as bandas termais (Bandas 10 11). Segundo a USGS (2013) citada pelos autores, os sensores OLI e TIRS proporcionam um melhor desempenho radiométrico (16 bits) possibilitando uma maior caracterização de alvos da imagem, contribuindo bastante para a diminuição do efeito de sombras. Os procedimentos metodológicos foram realizados no Sistema de Informação Geográfica - SIG QGIS versão , utilizando as imagens selecionadas, por serem as mais atuais com as características desejadas: baixa presença de nuvens, o que possibilitou uma melhor classificação das imagens estudadas e alcance na quase totalidade do município. Para obter o NDVI foram escolhidas as bandas 4R (4 Red) e 5NIR (5 Ned Infrared NIR), que trabalham com comprimento de ondas visíveis na cor vermelha e comprimento de ondas no infravermelho próximo. Ainda foi utilizado para composição dos trabalhos, o arquivo vetorial do limite do município, na escala de 1: A primeira etapa consistiu em realizar um recorte no arquivo vetorial de limites municipais disponibilizados pela Superintendência de Estudos Econômicos e Sociais da Bahia SEI/Governo do Estado da Bahia. Este recorte possibilitou o uso apenas do limite municipal de Vitória da Conquista em formato Shapefile. O recorte foi realizado no QGIS utilizando a ferramenta Selecionar feição. A próxima etapa foi a importação no QGIS das imagens baixadas (Bandas B4 e Banda B5) e o cálculo de reflectância através da Calculadora Raster, sendo usado inicialmente a fórmula para correção atmosférica descrita abaixo: p = ((Mp x Qcal) + Ap)/ Seno (SE) Onde: Mp = Fator de Multiplicação (0,0002) Qcal = Nível digital (ND) do pixel da banda, (ND da Banda 4 = e Banda 5 = 35756) Ap = Fator aditivo de redimensionamento (-0,1) Seno (SE) = Seno da elevação solar (53,6013) Utilizando os dados do nível digital (ND) do pixel das bandas utilizadas temos os seguintes dados para correção atmosférica: Correção atmosférica (Banda 4) 0,63767 e Correção atmosférica (Banda 5) 0, Com a devida correção atmosférica foi possível calcular o NDVI através da Calculadora Raster do QGIS, através da fórmula apresentada a seguir, onde, ρnir e ρred são, respectivamente, os elementos de reflectância bidirecional de superfície para as bandas do infravermelho próximo (NIR) e do vermelho (RED). NDVI = ρnir ρred ρnir + ρred RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores obtidos através do cálculo do NDVI estão divididos e classificados conforme tabela a seguir, onde uma grande quantidade de cobertura vegetal densa conotaria um valor de NDVI próximo de + 1: Tabela 1 Classificação das classes de índice de Vegetação da Diferença Normalizada NDVI em Vitória da Conquista/BA. Índice de Vegetação da Diferença Caracterização Normalizada (NDVI -1,0 Nuvens; área fora do mosaico de imagem -0,5 Solo exposto 0 Área edificada 0,5 Vegetação arbustiva ou em transição para

4 vegetação arbórea 1,0 Sombra de nuvens; fragmentos de vegetação arbórea Conforme amostragem extraída de área dentro do limite do município (Figura 1), há porções de cores que variam de +1 (grande quantidade de cobertura vegetal em verde escuro) a -1 (áreas mascaradas por presença de nuvem ou fora do mosaico, em cor vermelha). Pode-se perceber que na porção central da imagem há uma grande área em cor laranja, caracterizada com o valor de -0,5. Por análise remota das áreas, estas se manifestam no espaço como áreas sem edificações e com solos expostos, sendo áreas que sofreram um processo de supressão da mata nativa ou em estágio inicial/médio de recuperação, dando lugar às atividades agropecuárias com árvores de pequeno porte ou ausentes, a exemplo de pastagens para criação de bovinos ou culturas de subsistência, com destaque para mandiocultura em boa porção da área rural do município. Percebe-se uma boa parcela de áreas em amarelo (NDVI com valor zero). Estas áreas apresentam-se com edificações e demonstram, pela dispersão desta cor na imagem, uma aleatoriedade na ocupação espacial do solo no território do município, fazendo frente a áreas com vegetações arbustivas e áreas utilizadas para atividades agropecuárias. A ocupação territorial implantada sem planejamento ou preocupação socioambiental por parte dos órgãos públicos ou mesmo da sociedade em geral, talvez explique o baixo índice de fragmento arbóreo de áreas com NDVI próximo a +1 e o indiscriminado desmatamento da mata nativa existente, ocasionando sérios passivos ambientais para gerações futuras. Figura 1 Composição colorida Landsat-8 para área dentro do limite municipal de Vitória da Conquista/BA. A Figura 2 exemplifica os cuidados que o profissional ligado ao geoprocessamento deve ter em suas análises ambientais por ferramentas remotas. Nesta, há uma grande quantidade de nuvens esparsas e representadas com valor de -1 (cor vermelha) e que conforme Alvarenga e Moraes (2014), para superfícies com presença de alguma vegetação o valor do NDVI é positivo, para superfícies sem vegetação o valor é nulo, já para a água e nuvens o valor, geralmente, é negativo.

5 Há de se ressaltar e considerar a qualificação profissional em perceber que áreas em verde escuro e com valores de +1 demonstrada em imagem e em ampla maioria, são as sombras das nuvens presentes. Tal afirmação é considerada com observações, análise do formato e simetria entre as nuvens e as sombras existentes. Na região do Planalto da Conquista é muito comum o adensamento de nuvens como demonstrado, fornecendo resultados inconsistentes em relação à assinatura espectral destes alvos captados Figura 2 Composição colorida Landsat-8 para área dentro do limite municipal de Vitória da Conquista/BA. Através da Calculadora Raster do SIG QGIS pôde-se observar que o valor obtido através do cálculo do NDVI para toda a extensão territorial de Vitória da Conquista foi de 0, Este valor indica que todo o limite municipal se encontra em processo de forte urbanização, seja através da sede municipal ou dos seus Distritos Municipais e povoados.

6 Figura 3 Mapa temático do NDVI no limite municipal de Vitória da Conquista/BA. CONCLUSÕES O valor do NDVI para toda a extensão territorial de Vitória da Conquista foi de 0,09027, indicando que todo o território, tanto a sede municipal como seus Distritos e povoados, se encontra em processo de forte urbanização. Portanto, este índice pode se tornar uma importante ferramenta de monitoramento da expansão urbana do município em determinados períodos, bem como das alterações do espaço geográfico ao longo do tempo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVARENGA, A.S; MORAES, M.F. Utilização de imagens LANDSAT-8 para caracterização da cobertura vegetal. Disponível em:< >. Acesso em: 06 Jan BAYMA, A.P.; SANO, E.E. Séries temporais de índices de vegetação (NDVI e EVI) do sensor Modis para detecção de desmatamentos no Bioma Cerrado. Bol. Ciênc. Geod., 21: , FERREIRA, L.G.; FERREIRA, N.C.; FERREIRA, M.E. Sensoriamento remoto da vegetação: evolução e estado-da-arte. Acta Sci. Biol. Sci., 30: , LIU, W.T.H. Aplicações de Sensoriamento Remoto. Ed. UNIDERP. 881p, MOREIRA, R. C. Influência do posicionamento e da largura de bandas de sensores remotos e dos efeitos atmosféricos na determinação de índices de vegetação. São José dos Campos, INPE, p. (Dissertação de Mestrado).

7 MOREIRA, M. A. Fundamentos de Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação. 4. ed. Viçosa: Ed. UFV, MUTANGA, O.; SKIDMORE, A.K. Narrow band vegetation indices overcome the saturation problem in biomass estimation. Int. Journal of Remote Sensing, 25: , NETO, A.P.S.; PINHEIRO, M.P.; FERREIRA, J.S. Reflorestamento participativo do rio Verruga em Vitória da Conquista BA. Disponível em: < >. Acesso em 06 Jan OKIN, G.S. Relative spectral mixture analysis a multitemporal index of total vegetation cover. Remote Sensing of Environment, Toulouse, 106: , PONZONI F.J.; SHIMABUKURO Y.E. Sensoriamento Remoto no Estudo da Vegetação. São José dos Campos-SP: INPE-Editora Parêntese, TUNDISI, J.G.; MATSUMURA-TUNDISI, T.M. Impactos potenciais das alterações do Código Florestal nos recursos hídricos. Biota Neotropical, v. 10(4), p , WIEGAND, C.L.; RICHARDSON, A.J.; ESCOBAR, D.E.; GERBERMANN, A.H. Vegetation indices in crop assessments. Remote Sensing of Environment, 35: , 1991.