SENSORIAMENTO REMOTO E A VEGETAÇÃO

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1 SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO NOS ESTUDOS DA VEGETAÇÃO. Dra. Marisa Dantas Bitencourt LEPaC - Lab. de Ecologia da Paisagem e Conseração Departamento de Ecologia Instituto de Biociências Uniersidade de São Paulo SENSORIAMENTO REMOTO: é a ciência que estuda as propriedades físicas e químicas dos alos da superfície terrestre, sem ter contato físico com os mesmos, baseando-se somente na interação destes alos com a radiação eletromagnética. Esta interação é medida pela sua reflectância e pode ser imageada ou não. Quando imageada, interpreta-se esta imagem a partir do comportamento espectral que cada alo apresenta, em cada faixa espectral. As faixas espectrais mais comuns são as do óptico (isíel e infraermelho), do termal e das microondas. SENSORIAMENTO REMOTO E A VEGETAÇÃO - espacialização da cobertura egetal distribuição paisagem - densidade da cobertura egetal - identificação de comunidades - algumas ariáeis ecofisiológicas - identificação de indiíduos - ação antrópica sobre a cobertura egetal - uso e ocupação COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA VEGETAÇÃO As propriedades físicas da FOLHA - no VIS -> Pigmentos - no IVP -> arranjo espacial do mesofilo - no IVM -> moléculas de água Fatores que interferem nesta interação - idade das folhas - outras ariáeis fenológicas - arquitetura dos indiíduos - porcentagem de solo exposto - porcentagem de necromassa Interação da REM e a FOLHA no VIS -> absorção pelos cloroplastos no IVP -> retroespalhamento - ariação de coeficiente de refração entre os espaços inrtercelulares e os espaços aéreos o IVM -> absorção pelas moléculas de H2O presente nas células A Reflectância tem relação: - DIRETA com: - Índice de Área Foliar - Fitomassa foliar erde - INDIRETA com: - Pigmentos na célula - Teor de água na célula 1

2 Os sensores podem ser PASSIVOS ou ATIVOS Passios usam o SOL como fonte de energia LANDSAT e IKONOS(americanos) SPOT (francês) CBERS (satélite sino-brasileiro) Atios usam fontes ARTIFICIAIS ERS banda C (europeu) JERS banda L (japones) RADARSAT banda C (canadense) Futuro próximo banda P 2

3 I. Análise Qualitatia: - Composição colorida (imitando fotografia falsa-cor ou fotografia colorido natural) - escolher 3 faixas espectrais que representem as ariáeis de interesse; - atribuir uma das 3 cores primárias a cada imagem ; e - usar a imagem do infraermelho próximo como guia. II. Análise Quantitatia: -Índices de Vegetação (modelos numéricos, lineares ou não, que são proporcionais a densidade de egetação ia por área). NDVI * (normalized difference egetation index) = (ip - erm)/(ip + erm) TVI (transformed egetation index) = NDVI + 0,5 PVI (perpendicular egetation index) = NDVI + cura do solo SAVI (soil-adjusted egetation index) = NDVI + solo + atmosfera Mosaico de imagens Landsat TM do estado de São Paulo - INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) * ou IVDN IVDN i i i IVDN 3

4 IVDN NDVI MATA y = 346 * 0.05 * normal (x; ; ) CC y = 199 * 0.05 * normal (x; ; ) PASTO y = 222 * 0.05 * normal (x; ; ) <= 0 (0;.05] (.05;.1] (.1;.15] (.15;.2] (.2;.25] (.25;.3] (.3;.35] (.35;.4] >.4 MATA CC PASTO IAF 1 IAF 2 IAF 3 IAF 4 Comportamento do Índice de Vegetação Diferença Normalizada (IVDN) em função de mudanças no alor do Índice de Área Foliar (IAF) Reflectância (%) IVDN i i isíel Comprimento de onda (m) Infraermelho Fonte: Modificado de Jensen, 2000 IAF Fonte: Modificado a partir de Huete (1999). Comportamento do Índice de Vegetação Ajustado ao Solo (SAVI) em função de mudanças no alor do Índice de Área Foliar (IAF). Cobertura egetal x Índices de egetação IAF IAF i SAVI ( 1 L) L i Campo cerrado IVP V NDVI IVP V Mata No of obs Fonte: Modificado a partir de Soares, 2001 Sazonalidade Obserando a imagens IVDN Landsat TM da área em duas datas diferentes fica mais fácil entender o motio que lea a os erros de classificação. 4

5 A ariação climática sazonal está relacionada com a ariação fenológica egetatia (abscisão, senescência e brotamento) e ambas estão relacionadas à ariação na resposta espectral. Sensores Atios: Radar Gradiente fitofisionômico na Gleba Pé-de-gigante (Parque Estadual de Vassununga - SP) Bandas espectrais de radar X= 2,4 a 3,75 cm C= 3,75 a 7,5 cm L= 15 a 30 cm P= 77 a 136 cm Raios Gama Raios-X Raios Raios UltraioletaInfraermelho Radar FM TV ondas curtas AM Visíel Comprimento de onda (m) Comprimento de onda (nm) Resolução espectral: Comportamento espectral das microondas: Faixa (cm) f (Mhz) Ka K Ku X C S L P Permite mudar a polarização: HH, HV, VH e VV Características geométricas: rugosidade da superfície releo por exemplo. Características elétricas: reflectiidade e condutiidade dos materiais que compõem a superfície, representada pela constante dielétrica (E). A maior parte dos materiais têm E entre 3 e 8, quando secos. A água tem E semelhante a 80. Assim, a presença de umidade, tanto do SOLO como na VEGETAÇÃO, pode significar aumento na reflectiidade. A egetação é bom refletor assim como os metais. A reflectiidade aria com o TAMANHO dos alos e o comportamento espectral muda conforme a POLARIZAÇÃO (H e V), ampliando assim o espectro de obseração. 5

6 RESPOSTA DA VEGETAÇÃO: Penetração da radiação das diferentes bandas de radar no dossel egetal As microondas interagem com o dossel de conformidade com seus componentes (folhas, galhos, troncos). O fato de a egetação estar rodeada de solo pode resultar no espalhamento da energia que penetra do dossel. L C X Quando o se aproxima do tamanho dos componentes da planta, o olume de espalhamento é forte: se o dossel for denso, erifica-se um retroespalhamento forte partindo da egetação. - menores (de 2 a 6 cm) são bons para sensoriar plantações herbáceas e folhas de árores; e - maiores (de 10 a 30 cm) são bons para sensoriar troncos. Com relação a umidade, quanto mais úmida a egetação mais reflete microondas. Banda L 23 cm Banda C 6 cm Banda X 2 cm Relação entre o coeficiente de retroespalhamento (db) na banda P e a biomassa de uma floresta Relação entre o coeficiente de retroespalhamento (db) na banda L e o logaritmo da biomassa de uma floresta Coef. de retroespalhamento (db) Coef. de retroespalhamento (db) Biomassa do tronco (t/ha) Log. Biomassa aérea (t/ha) Fonte: Luckman et al., 1998 Fonte: le Toan et al.,

7 Pontos amostragem de Fitomassa aérea * (t. ha -1) Fitomassa aérea média (kg) DAP (cm) Distância média (m) (db) * Obtida por método alométrico. GEOPROCESSAMENTO Conjunto de técnicas que permite gerar e analisar informações georreferenciadas (com coordenadas geográficas). Estas informações são oriundos: a) b) c) d) Da literatura (mapas diersos) Dados de campo marcadas com GPS Imagens geradas em ambiente computacional (MNT) Imagens obtidas por sensores remotos diersos Mapas da literatura informações pretéritas Dados de campo dados atuais MNT modelo numérico do terreno (imagem sintética cujos pixels guardam os alores de altitude). - Gerado a partir de curas de níel digitalizadas e transformadas em imagem que pode ser analisada em termos da topografia, da decliidade e da orientação de ertentes. Imagens de satélite dados pretéritos e atuais sobre a cobertura egetal, sua qualidade e sua fitomassa. 7

8 Imagem Composição Colorida (RGB) com a Cor Verde na faixa do IVP. Imagem sintética MNT (modelo numérico do terreno) Com o limite do Parque Nacional da Serra Cipó em branco. Os alores estão em metros. Mapa Hipsométrico Mapa Hipsométrico (com drenagem) Imagem com a ariação da decliidade (em graus) da área. 8

9 360o / 0o 270o 90o Mapa Clinográfico 180o Imagem da orientação de ertentes (em graus) de toda a área. N O L S Mapa de classes de Orientação de Vertentes (sentido horário) Imagem NDVI Mapa Hipsométrico (cinza + alto, erde escuro mais baixo) Mapa da cobertura egetal Parque Nacional da Serra do Cipó - MG Perfil topográfico 620m 660m 1500 m de extensão 9

10 Exercício Atiidade em grupo: 1) Examine a imagem composição colorida (RGB) e coloque na tabela o conjunto de alos pertencente a cada grande grupo de alo terrestre (água, egetação, rochas); 2) Numa escala de Branco (255) e Preto (zero), indique em que interalo aproximado de níel de cinza está cada um dos alos identificados pelo grupo na imagem composição colorida; 3) Construa uma cura de comportamento espectral para cada conjunto de alos (todos os egetais, todos os solos expostos, todas as águas), no mesmo gráfico; e 4) Indique que faixa(s) espectral(ais) são melhores para distinguir as árias coberturas egetais. Imagem no Azul ND = 0 (preto) a 225 (branco) Faixas espectrais Azul (0,45-0,51 µm) Verde (0,52-90,59µm) Vermelho (0,63-0,69 µm) IVP (0,77-0,89 µm) IVM (1,55-2,35 µm) Imagem No Verde Imagem no Vermelho Imagem No IVM Imagem No IVP 10

11 Imagem no Termal ND = 0 (preto) A 128 (branco) Imagem Camposição Colorida Vermelho R IVP G IVM B Imagem Composição Colorida Vermelho B IVP G IVM R 11