Determinação de Índices de Vegetação para a análise da cobertura vegetal em bacia hidrográfica do Agreste pernambucano.

Transcrição

1 Determinação de Índices de Vegetação para a análise da cobertura vegetal em bacia hidrográfica do Agreste pernambucano. Adriana de Carvalho Figueirêdo 1, 3 Abelardo Antonio de Assunção Montenegro 1 Eduardo Silva dos Santos 1 Sergio Monthezuma Santoianni Guerra 1 Ana Cláudia Villar e Luna Gusmão 2 1 Universidade Federal Rural de Pernambuco Departamento de Tecnologia Rural Rua Dom Manuel de Medeiros, S/N, Dois Irmãos, CEP Recife PE, Brasil adrianacarfi@yahoo.com.br; abelardo.montenegro@yahoo.com.br; silvaufrpe@yahoo.com.br; smsguerra@hotmail.com 2 Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil. Av. Professor Moraes Rego, n. 1235, Cidade Universitária, CEP Recife PE, Brasil. villareluna@yahoo.com.br 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sertão Pernambucano IF Sertão Campus Salgueiro. BR 232, Km 504, CEP Salgueiro PE, Brasil. adriana.figueiredo@ifsertao-pe.edu.br Abstract This study aims to evaluate the vegetation cover in the Agreste of Pernambuco, using remote sensing techniques in determining vegetation indices, investigate the behavior of vegetation in the watershed. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was used and also the Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI). The TM/Landsat-5, orbit 215, Section 66, was applied for the month of September, the dry season in the study area, the dates of 09/23/2008 and 09/29/2010. The vegetation indices were calculated and grouped into nine classes. The average NDVI values obtained for 23/09/2008 and 29/09/2010 were and 0.402, respectively. The mean values of SAVI were for both studied periods. Rainfall data from a station located in Pesqueira were used to verify the influence of this parameter the plant on the behavior during the study period. The rainfall contribution in 2010 was higher than in 2008, with cumulative rainfall from January to September of mm and mm, reflecting positively on the vegetation response. Differences were observed between vegetable toppings determined by NDVI and SAVI. The cover crops classified as intermediate and dense had higher expression when observed in scenes generated by NDVI. Unlike the SAVI showed better representation of bare soil and sparse vegetation classes. Palavras-chave: remote sensing, semiárido, NDVI, SAVI, sensoriamento remoto, semiarid, NDVI, SAVI. 1. Introdução O Agreste pernambucano é caracterizado por apresentar uma agricultura de base familiar. Estudos, no âmbito hidrológico e de conservação de solo, vêm sendo realizados nos últimos 10 anos nessa região, na bacia do Alto Ipanema, buscando ampliar o conhecimento científico sobre a dinâmica da água, e contribuir com a produtividade agrícola local, além de buscar melhores condições para um manejo sustentável do ambiente. O manejo inadequado de bacias hidrográficas implica em impactos negativos gerados ao meio. Como consequência observam-se crescentes processos de 7009

2 desertificação do solo, riscos de enchentes, contaminação de mananciais entre outros. O sensoriamento remoto, largamente empregado em estudos ambientais, por meio do processamento e interpretação de imagens de satélites, é uma das técnicas que subsidiam a gestão de bacias, buscando alternativas que visam minimizar a ação desses processos. Segundo Accioly et al. (2011), a utilização de dados espectrais, na estimativa de parâmetros estruturais da vegetação, constitui-se num dos mais importantes potenciais do sensoriamento remoto dos ecossistemas naturais. Nesse contexto, os índices de vegetação surgem como importantes indicadores da qualidade ambiental, além de serem bastante utilizados nos estudos sobre o meio ambiente (Demarchi et al., 2011), constituindo-se em operações algébricas envolvendo faixas de reflectância específicas que possibilitam a determinação da cobertura vegetal e a sua densidade (Cruz et al., 2011), tornando-se um importante índice de monitoramento e identificação de mudanças na cobertura de uma determinada região, uma vez que muitas variáveis interferem na mudança dos valores desse índice (Giongo, 2011). Diversos índices de vegetação têm sido propostos na literatura com o objetivo de explorar as propriedades espectrais da vegetação, especialmente nas regiões do visível e do infravermelho próximo. Esses índices são relacionados a parâmetros biofísicos da cobertura vegetal, como biomassa e índice de área foliar, além de minimizarem os efeitos de iluminação da cena, declividade da superfície e geometria de aquisição, que influenciam os valores de reflectância da vegetação (Ponzoni et al., 2012). Entre os inúmeros índices empregados da determinação da cobertura vegetal, dois deles vem sendo bastante empregados: o NDVI e o SAVI. O NDVI (Normalized Difference of Vegetation Index) é um elemento importante para o estudo de mudanças climáticas, utilizando a vegetação como índice de cálculo, atribuindo à área estudada um determinado valor que dependerá do estado em que se encontra essa vegetação (Lopes et al., 2010). Buscando minimizar os efeitos do solo de fundo no sinal da vegetação, Heute (1988), citado por Oliveira e Galvíncio (2009), propôs um índice de vegetação ajustado por solo (Soil Adjusted Vegetation Index SAVI), incorporando o fator L, que corresponde a uma constante de ajuste de solo, no denominador da equação NDVI (Marcussi et al., 2010). Segundo o mesmo autor, esse índice é indicado para aplicação em ambientes áridos e semiáridos. Diante do exposto, vê-se a necessidade de desenvolver estudos relacionados ao comportamento da vegetação da bacia Alto do Ipanema, tendo em vista a sua relevância para processos hidrológicos, e para o emprego de técnicas que possam contribuir com seu manejo. Esse trabalho tem como objetivo avaliar a cobertura vegetal da bacia do Alto Ipanema utilizando técnicas de sensoriamento remoto na determinação de índices de vegetação. 2. Metodologia de Trabalho A bacia do rio Ipanema, possui área de 7.884,84 km 2 distribuída nos estados de Pernambuco (Figura 1) e Alagoas abrangendo 29 municípios, dos quais 24 parcialmente e 5 totalmente inseridos na bacia. A área de estudo corresponde a uma porção da bacia do rio Ipanema, denominada Alto Ipanema. Situada no Agreste pernambucano, apresenta uma área de km 2 e perímetro correspondente a 418,4 km. Nessa região as chuvas, características do semiárido, são mal distribuídas, ocasionando longos períodos com escassez hídrica. No entanto, o período chuvoso se concentra entre os meses de abril a julho, e o seco nos demais meses (Figura 2). 7010

3 Figura 1. Vista parcial da bacia do rio Ipanema em Pernambuco. Fonte: SRHE (2011). Buscando analisar sua cobertura vegetal foram utilizadas imagens TM/Landsat-5, órbita 215, ponto 66, obtidas na website do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, através da busca de imagens (INPE, 2011). O período de obtenção das imagens corresponde ao mês de setembro, período seco na região de estudo, nas datas de 23/09/2008 e 29/09/2010. A projeção utilizada foi Córrego Alegre UTM (Universal Transversa de Mercator), Zona 24 S. Para avaliar o comportamento da vegetação utilizaram-se o Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) e o Índice de Vegetação Ajustado para o Solo (SAVI). O NDVI é obtido através da razão entre a diferença das refletividades das bandas do infravermelho próximo e do vermelho, e pela soma das mesmas, expressas na Equação 1: ρ4 ρ3 NDVI (1) ρ4 ρ3 Em que: ρ4 e ρ3 são as refletâncias das bandas 4 e 3, respectivamente, para o LANDSAT 5. O SAVI foi determinado pela Equação 2, sendo utilizada a constante L igual a 1.0, que é sugerido para baixa cobertura vegetal: ρ4 ρ3 SAVI (2) 1 L ρ4 ρ3 L Em que: L é um fator atribuído ao tipo de solo. Os índices de vegetação NDVI e SAVI, foram determinados através do software ERDAS 9.1., e sua classificação foi realizada utilizando o software ArcGis 9.3. Dados pluviométricos de uma estação automática localizada no município de Pesqueira, e operada pelo Laboratório de Água e Solo da UFRPE, foram utilizados para 7011

4 verificar a influência desse parâmetro no comportamento vegetal local, no período de estudo. A Figura 2 apresenta o comportamento pluviométrico na bacia do Alto Ipanema. Os valores totais de precipitação para o mês de setembro dos anos de 2008 e 2010, respectivamente, foram de 4,8 e 26 mm, o que caracteriza um período de poucas chuvas Precipitação (mm) Precipitação (mm) 0 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ CUM 2010 CUM 0 Figura 2. Regime pluviométrico com valores mensais e acumulados, referente aos anos de 2008 e 2010, localizado na bacia do Alto Ipanema-PE. 3. Resultados e Discussão A Figura 3 apresenta os NDVI e SAVI calculados para a bacia do Alto Ipanema. Os intervalos utilizados para interpretação dos índices de vegetação foram os mesmos para o NDVI e o SAVI, totalizando nove classes. As médias dos valores de NDVI obtidas para 23/09/2008 e 29/09/2010 foram respectivamente iguais a 0,401 e 0,402. Os valores médios do SAVI foram os mesmos (0,273) para os dois períodos estudados. Os valores negativos de NDVI e SAVI representam os corpos d água. As áreas antropizadas, de afloramento rochoso e de solo exposto apresentaram valores entre 0,1 e 0,2 para o NDVI. Os NDVI com valores entre 0,2 e 0,4 caracterizam vegetação rala, entre 0,4 e 0,6 representando áreas de vegetação intermediária e, valores maiores que 0,6áreasde vegetação densa. Entretanto, os intervalos atribuídos às classes para o SAVI, exceto para corpos d água, diferiram das do NDVI. 7012

5 (A) (B) (C) (D) Figura 3. NDVI dos dias de 23 de setembro de 2008 (A) e 29 de setembro de 2010 (B);SAVI dos dias de 23 de setembro de 2008 (C) e 29 de setembro de 2010 (D) para a bacia Hidrográfica do Alto Ipanema. 7013

6 Quando comparados os NDVI nos anos estudados, verificou-se que em setembro de 2010 a vegetação rala foi predominante na área de estudo e que em 2008 a bacia apresentou maior exposição do solo para o mesmo período do ano. Esses cenários podem estar relacionados à contribuição pluviométrica no ano de 2010 que foi superior ao ano de 2008,com chuvas acumuladas até o mês referente de 811,20 mm e 554,45 mm. No SAVI, as áreas antropizadas, de afloramento rochoso e de solo exposto apresentaram valores entre 0,1 e 0,2, e foram mais expressivas no ano de A vegetação rala foi caracterizada pelo intervalo de 0,2 a 0,3, e as de vegetação intermediária entre 0,3 e 0,5. Valores superiores a 0,5caracterizaram áreas de vegetação densa. Os baixos valores de vegetação encontrados pelo SAVI podem estar relacionados à época do ano de imageamento das imagens, realizado em período seco, refletindo menor densidade de cobertura vegetal. Oliveira e Galvíncio (2008), verificaram condições similares de baixo índice de vegetação na bacia do rio Moxotó, região semiárida de Pernambuco, com imagens imageadas nos meses de setembro e outubro. Ao comparar o NDVI e o SAVI, a cobertura vegetal intermediária e densa mostrou-se mais aparente nas cenas apresentadas pelo NDVI. A Tabela 1 apresenta uma relação entre o NDVI e o SAVI, obtidas por meio da diferença de seus valores, correspondentes a pontos aleatórios dentro da área de estudo, sendo estabelecidos por oito alvos diferentes. Analisando a relação entre os índices, observa-se que 75% dos valores encontrados pelas diferenças foram superiores nos anos de As maiores diferenças encontradas entre os índices correspondem a pontos que apresentam vegetação mais densa (Tabela 1). Esses valores corroboram com os encontrados por Viganó et al. (2011), em estudo realizado no município de Petrolina, em que analisaram o desempenho dos índices de vegetação NDVI e SAVI. Tabela 1. Diferenças entre valores de NDVI e SAVI. ANO 2008 Diferenças ANO 2010 NDVI SAVI entre índices NDVI SAVI Diferenças entre índices Conclusões A análise dos índices de vegetação aplicados à bacia do Alto Ipanema permitiu constatar diferenças entre as coberturas vegetais determinadas pelo SAVI e NDVI. Os índices foram divididos em nove classes. As coberturas vegetais classificadas como intermediárias e densas tiveram maior expressão quando observadas nas cenas geradas pelo NDVI. Diferentemente, o SAVI apresentou melhor representatividade das classes de solo exposto e vegetação rala. 7014

7 A bacia do Alto Ipanema apresentou uma redução na vegetação entre os anos estudados, observadas através do aumento da vegetação rala e consequentemente pela diminuição da vegetação intermediária e densa. Referências Bibliográficas Accioly, L.J.O.; Pachêco, A.; Costa, T.C.C.; Lopes, O.F.; Oliveira, M.A.J. Relações empíricas entre a estrutura da vegetação e dados do sensor TM/LANDSAT. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.6, n.3, p , Cruz, M.A.S.; Souza, A.M.B.; Jesus, J.S. Avaliação da cobertura vegetal por meio dos Índices de Vegetação SR, NDVI, SAVI e EVI na bacia do rio Japaratuba-Mirim em Sergipe. In: XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, 30 de abril a 05 de maio de 2011, INPE p In: XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 2011, Curitiba. Anais... São osé dos Campos: INPE, Artigos, p CD-ROM. Demarchi, J.C.; Piroli, E.L.; Zimback, C.R.L. Análise temporal do uso do solo e comparação entre os índices de vegetação NDVI e SAVI no município de Santa Cruz do Rio Pardo - SP usando imagens Landsat-5. Ra'ega, v. 21, p , Giongo, P.R. Mapeamento do balanço de energia e evapotranspiração diária por meio de técnicas de sensoriamento remoto p. Tese (Doutorado em Ciências) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE. Disponível em: < Acesso em: 01.out Lopes, A.S.; Silva, H.P.; Araujo, I.R.; Alencar, B.P.B.; Melo, A.L. Utilização de imagens de satélites e dados meteorológicos visando o monitoramento de mudanças climáticas. In: III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação, Recife, PE. 2010, p Marcussi, A.B.; Bueno, C.R.P.; Miqueloni, D.P.; Arraes, C.L. Utilização de índices de vegetação para os sistemas de informação geográfica. Caminhos de Geografia - Revista online: v. 11, n. 35, 2010, p Oliveira, T.H. e Galvíncio, J.D. Caracterização ambiental da bacia hidrográfica do Rio Moxotó-PE usando sensoriamento remoto termal. Revista Brasileira de Geografia Física, v.1, n. 02, pag , Ponzoni, F.J.; Shimabukuro, Y.E.; Kuplich, T.M. Sensoriamento Remoto da Vegetação. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, v. 1, 176p. Secretaria de Recursos Hídricos e Energéticos - SRHE. Disponível na Internet em: < Acesso em: 14 de outubro de Viganó, H.A.; Borges, E.F.; Rocha, W.J.S.F. Análise do desempenho dos Índices de Vegetação NDVI e SAVI a partir de imagem. In: XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (SBSR), 2011, Curitiba. Anais... São José dos Campos: INPE, Artigos, p CD-ROM. 7015