ANÁLISE DO TAMANHO DAS ÁREAS QUEIMADAS NA SERRA DE SÃO JOSÉ PARA O PERÍODO COMPREENDIDO ENTRE

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1 ANÁLISE DO TAMANHO DAS ÁREAS QUEIMADAS NA SERRA DE SÃO JOSÉ PARA O PERÍODO COMPREENDIDO ENTRE Ana Cláudia de Mello Silvério 1 Gabriel Pereira 1,2 Leonardo Cristian Rocha Universidade Federal de São João del Rei - UFSJ Departamento de Geociências - DEGEO Av. Visconde do Rio Preto, s/n São João del Rei MG anacmello.silverio@gmail.com, pereira@ufsj.edu.br, rochageo@ufsj.edu.br. 1 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE Divisão de Sensoriamento Remoto - DSR Caixa Postal São José dos Campos - SP, Brasil gabriel@dsr.inpe.br 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

2 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 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. Palavras-chave: Queimadas, MLME, Landsat 1766 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

3 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

4 entre e 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.

5 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 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: ρ i = a*veg i + b*solo i + c*sombra i + e i (1) em que ρ i 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, solo i e sombra i são as respostas

6 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.

7 1771 Figura 2: Área da Serra de São José (acima) e áreas Queimadas (em vermelho, abaixo).

8 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 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.

9 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 FREITAS, E.V. Queimadas no Brasil: Causa Real nas Rodovias Folhas. Pesquisa Voluntária. Itabira LOURENÇO, Luciano. Risco Meteorológico de Incêndio Florestal. ASEPIF 1996, P MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Plano de Ação para Prevenção e Controle do Desmatamento e de Queimadas no Cerrado PPCERRADO. Brasília, setembro de OLIVEIRA, J.C. Índice para avaliação de segmentação (IAVAS): uma aplicação em agricultura / J. C. Oliveira. São José dos Campos: INPE, SAADI, Allaoua. Ensaio Sobre a Morfotectônica de Minas Gerais. 1991

10 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). 1774