CAPÍTULO I O ESTUDO DA PAISAGEM E SUA DINÂMICA

SUMÁRIO Resuo Abstract Lista de figuras Lista de tabelas Lista de equações pg. INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA OBJETIVOS 9 RESUMO DOS CAPÍTULOS 2 CAPÍTULO I O ESTUDO DA PAISAGEM E SUA DINÂMICA 7. A ECOLOGIA DE PAISAGEM 7.2 A PAISAGEM SEGUNDO A ECOLOGIA DE PAISAGEM 23.2. Eleentos de ua Paisage 25.2.2 A Estrutura da Paisage e suas Priitivas 30.2.2. Manchas 32.2.2.2 Corredores 39.2.2.3 Matriz 40.2.2.4 Descritores da Estrutura da Paisage 42.2.2.5 Discussão sobre a Aplicação dos Descritores da Estrutura da Paisage 50.3 MODELAGEM DE MUDANÇAS NA PAISAGEM 54.3. Introdução 54.3.2 Contribuição Interdisciplinar aos Modelos de Paisage 58.3.3 Modelos de Mudanças na Paisage 67.3.3. Modelos Segundo os Níveis de Agregação e Estrutura 69.3.3.2 Modelos Segundo a Mateática Epregada 73.3.3.3 Modelos Deterinísiticos e Baseados e Processos 74.3.3.4 Modelos Estocásticos 78

.3.4 Métodos de Construção e Paraetrização de Modelos Dinâicos de Paisage 88.3.4. Sensoriaento Reoto Aplicado à Construção de Modelos de Dinâica de Paisage 94.3.4.2 Sistea de Inforações Geográficas Aplicado ao Estudo da Dinâica de Paisage 96.3.5 Métodos de Coparação e Validação de Modelos Espaciais de Paisage 00.4 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO 03 pg. CAPÍTULO II A ÁREA DE ESTUDO E O MODELO CONCEITUAL DA DINÂMICA DE PAISAGEM 06 2. INTRODUÇÃO 06 2.2 A ÁREA DE ESTUDO 06 2.3 A PAISAGEM ORIGINAL 08 2.4 HISTÓRICO DA OCUPAÇÃO DA REGIÃO 4 2.4. A Subárea de Terra Nova 8 2.4.2 A Subárea de Guarantã 23 2.4.3 Os Processos de Uso do Solo por Pequenos Colonos do Ponto de Vista do Modelo de Dinâica de Paisage 26 2.4.4 A Subárea de Matupá 35 2.4.5 A Probleática sobre os Principais Agentes do Desataento Aazônico 39 2.4.6 O Garipo 42 2.5 OS PROCESSOS DE DEGRADAÇÃO, ABANDONO DE ÁREAS DESMATADAS E RECUPERAÇÃO FLORESTAL SOB A LUZ DO MODELO DE DINÂMICA DE PAISAGEM 47 2.6 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO: O MODELO DE DINÂMICA DA PAISAGEM 56 CAPÍTULO III DESENVOLVIMENTO METODOLÓGICO 63 3. SENSORIAMENTO REMOTO APLICADO AO ESTUDO DA DINÂMICA DE PAISAGEM 63

3.. Seleção da Base de Dados Multiteporais e Definição da Legenda de Mapeaento 64 3..2 Processaento de Iagens Aplicado à Detecção de Mudanças 68 3..2. Registro e Mosaico de Iagens Multiteporais 69 3..2.2 Algoritos de Realce de Iagens 70 3..2.3 Algoritos de Classificação de Iagens 78 3..2.4 Avaliação de Desepenho da Classificação 90 3..2.5 Algoritos de Detecção de Mudanças 95 3..2.6 Segentação de Iagens 96 3.2 ESTRUTURAÇÃO DA BASE DE DADOS ESPACIAIS 98 3.2. Processos de Conversão e Estruturação da Base de Dados 98 3.2.2 Processaento dos Dados Cartográficos 20 3.3 METODOLOGIA DE ANÁLISE DE MUDANÇAS DA PAISAGEM 206 3.3. Técnica de Regressão Logística para Obtenção dos Modelos Espaciais de Transição 209 3.4 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO 23 pg. CAPÍTULO IV RESULTADOS DO MAPEAMENTO E DA ÁNALISE DE DINÂMICA DA PAISAGEM 26 4. TAXAS E TENDÊNCIAS REGIONAIS DE MUDANÇAS NA PAISAGEM 26 4.2 COMPARAÇÃO DA DINÂMICA DE PAISAGEM DAS SUBÁREAS USANDO-SE DE MODELO DE PROJEÇÃO DISTRIBUICIONAL MARKOVIANO 225 4.3 MEDIDAS DA EVOLUÇÃO DA ESTRUTURA DA PAISAGEM 229 4.4 OS MODELOS ESPACIAIS DE MUDANÇAS RESULTANTES DA APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE REGRESSÃO LOGÍSTICA 230 4.4. Os Modelos Obtidos para a Subárea de Guarantã 234 4.4.2 Os Modelos Obtidos para a Subárea de Terra Nova 240 4.4.3 Os Modelos Obtidos para a Subárea de Matupá 245 4.4.4 Discussão dos Resultados 250 4.5 CONCLUSÕES DO CAPÍTULO 253

pg. CAPÍTULO V O MODELO DE SIMULAÇÃO DA DINÂMICA DE PAISAGEM 255 5. A BASE CONCEITUAL 255 5.2 ALGORITMOS 258 5.2. Cálculo das Variáveis Dinâicas 258 5.2.2 Cálculo das Probabilidades Espaciais de Transição 260 5.2.3 Cálculo das Taxas e Quantidades de Transição 260 5.2.4 As Funções de Transição 262 5.2.4. Função de Expansão de Manchas 264 5.2.4.2 Função de Alocação 265 5.2.4.3 Função de Foração de Manchas 266 5.3 RESULTADOS E AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO 267 5.4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 277 5.5 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO 279 PRINCIPAIS CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS 282 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 286

LISTA DE FIGURAS Pg. i. Localização da região de estudo no Estado do Mato Grosso 9 i.2 Estrutura de desenvolviento da tese 4. A heterogeneidade da paisage 8.2 Fatores foradores da paisage, seus atributos e relacionaentos 2.3 Heterogeneidade vertical e horizontal na paisage coo objeto de estudo da Ecologia de Paisage e seu relacionaento co o sistea de classificação proposto por ZONNEVELD (972) 28.4 Eleentos de paisage e suas anchas 29.5 Diferentes padrões de paisagens de regiões de Minas Gerais 3.6 Efeito da relação borda/interior e diversas características ecológicas 38.7 Relação entre as áreas interiores e as argens de acordo co diferentes foras e taanhos de anchas 38.8 Diferentes tipos de configuração espacial de ua paisage hipotética 4.9 Valores de diensão fractal e núero de anchas e função de diferentes taanhos de grão e iagens de ua esa paisage 45.0 Sete étodos para o cálculo da atriz de coocorrência 48. Índices de contigüidade 50.2 Modelo de Hexágonos de Cristaller 60.3 Tipos de difusão espacial 6.4 Efeito de barreira causada pela Serra do Curral, que direcionou a expansão urbana de Belo Horizonte para N e NO. 62.5 Ondas de difusão, vistas e perfil 64.6 Capo édio de inforação de Hägerstrand 64.7 Modelo de difusão de Hägerstrand e 5 gerações 66.8 Dados onitorados por três tipos de odelos 70.9 Exeplo de odelo e osaico 72.20 Esquea de classificação dos odelos espaciais 74.2 Fluxograa e coponentes principais do odelo DELTA 86.22 Mapas de projeções de desataento para os três cenários da siulação 87.23 Exeplo de ajuste por últipla resoluções para ua cena de 0x0 co quatro categorias 02

Pg. 2. Área de Estudo 07 2.2 Precipitação édia ensal edida pela estação de Matupá 08 2.3 Mapa de relevo sobreado da região de estudo 09 2.4 Mapa de Vegetação 2.5 Mapa de solos 2 2.6 Painel dos tipos de vegetação 3 2.7 Prieiros desataentos da região interpretados de iage MSS de 977 7 2.8 Coposição colorida TM 4R5G3B georreferenciada da região de estudo - aio/994. 7 2.9 Arquitetura tradicional dos projetos de assentaento do INCRA 20 2.0 Modelo arquitetônico do Projeto Terra Nova, baseado na hierarquia de lugares centrais e otiização de construção de estradas 20 2. Dispersão fundiária a partir da divisão original dos projetos de assentaento nas subáreas de Terra Nova, Guarantã 23 2.2 - Projeto Original do INCRA de partição dos lotes rurais para a região de Guarantã 26 2.3 Detalhe de apa ultiteporal do desataento, ostrando o avanço deste a partir da frente do lote rural 28 2.4 Painel sobre os diferentes tipos de ocupação 38 2.5 Distribuição fundiária na subárea de Matupá 40 2.6 Valores édios de desataento por classe de taanho de propriedades rurais 42 2.7 Painel sobre o garipo 46 2.8 Extensão das áreas degradadas pelo garipo, coo interpretadas da iage TM/Landsat-5, aio de 994 47 2.9 Cainhos e estados sugeridos da degradação e recuperação do ecossistea florestal e ua paisage aazônica doinada pelo uso de pastagens 52 2.20 Estados e transições da dinâica de ua paisage aazônica de fronteira de colonização 58 2.2 Modelo de transições e estados sugeridos da degradação e recuperação do ecossistea florestal e ua paisage aazônica 58 2.22 Modelo siplificado da trajetória da paisage da região de estudo 59

Pg. 3. Exeplos de áreas e regeneração 67 3.2 Etapas de trataento de iagens de sensoriaento reoto 69 3.3 Curvas espectrais para os valores de radiância e níveis de cinza obtidos paras as classes teáticas discriinadas na região de estudo 73 3.4 O odelo 3D do Tasseled Cap 74 3.5 Iagens resultantes da transforação IVDN e Tasseled Cap 77 3.6 Coposição colorida das bandas IVDN, Matéria Verde e Uidade, associadas, respectivaente, aos canais RGB 78 3.7 Detalhe de iage SPOT/PAN, ostrando as anchas de regeneração florestal R), áreas de pastagens P) e atas M) 8 3.8 Diagraas de dispersão, ostrando os loci espectrais das classes de apeaento 83 3.9 Coparação entre coposição 4R5G3B e a áscara de vegetação 86 3.0 Parte da iage binária resultante da classificação dos corpos d'água 87 3. Esquea de verificação da conectividade usado pelo filtro de reoção de pequenas anchas 89 3.2 Coparação dos detalhes de iagens antes a) e após b) a utilização do filtro de reoção de pequenas anchas 89 3.3 Mapas de vegetação a) obtido via classificação de iagens b) por interpretação visual 94 3.4 Região recé-desatada 97 3.5 Iage segentada da Paisage da subárea de Guarantã 97 3.6 Diagraa do processo de ontage do banco de dados cartográficos 99 3.7 Detalhe de apas da paisage de 994 às diferentes resoluções 202 3.8 Caadas de dados a sere usadas pelas análises espaciais de udanças para a subárea de Guarantã 204 3.9 Caadas de dados a sere usadas pelas análises espaciais de udanças para a subárea de Guarantã (continuação) 205 3.20 Fluxograa da etodologia de sensoriaento reoto desenvolvida para o apeaento e análise da dinâica de paisage 25 4. Evolução do desataento na região de estudo 27 4.2 Série ultiteporal da evolução das paisagens das subáreas de Guarantã e Terra Nova 29 4.3 Série ultiteporal da evolução da paisage da subárea de Matupá 220

Pg. 4.4 Quantidades anuais de transições para as três subáreas 224 4.5 Quantidades anuais de transições para toda a região 225 4.6 Modelo de projeção distribuicional arkoviano, usando-se as atrizes de transição 9-94 para toda a região 227 4.7 Modelos de projeção distribuicional arkoviano para as três subáreas 228 4.8 Coparação da evolução dos índices de estrutura de paisage e cada ua das subáreas selecionadas, usando-se grão de 30 etros 230 4.9 Esquea de aplicação da regressão logística para obtenção das P ij s do odelo espacial de udanças 232 4.0 Mapas das probabilidades espaciais de transição obtidos pela regressão logística para a subárea de Guarantã 239 4. Mapas das probabilidades espaciais de transição obtidos pela regressão logística para a subárea de Terra Nova 244 4.2 Mapas das probabilidades espaciais de transição obtidos pela regressão logística para a subárea de Matupá 249 5. Fluxograa do odelo de siulação da dinâica de paisage 257 5.2 Projeção de u desataento hipotético, usando-se o efeito de saturação produzido pela equação n. 55 262 5.3 Máscara de convolução utilizada pelo operador de côputo da probabilidade da vizinhança na função de expansão 265 5.4 Arranjos de P ij s antes a) e depois b) da convolução do operador de côputo da probabilidade da vizinhança 265 5.5 Esquea de ordenaento e seleção usado pelo operador espacial da função de foração de anchas 266 5.6 Índices de estrutura das paisagens siuladas obtidos para a série: Expansão = 0 00, Alocação = 00 0 e Foração = 0 267 5.7 Índices de estrutura das paisagens siuladas obtidos para a série: Expansão = 0, Alocação = 0 00 e Foração = 00 0 268 5.8 Índices de estrutura das paisagens siuladas obtidos para a série: Expansão = 0 00, Alocação = 0 e Foração = 00 0 268 5.9 Casos extreos de utilização das funções de transições coparados à paisage observada para a subárea de Guarantã 270 5.0 Caadas de dados geradas pela saída do prograa de siulação após oito iterações. Subárea de Guarantã 272

Pg. 5. Iage do tepo de peranência e coparação entre os apas das paisagens siuladas co as observadas para a subárea de Guarantã 273 5.2 Coparação entre os apas das paisagens siuladas co as observadas da subárea de Terra Nova 274 5.3 Coparação entre os índices de estrutura de paisage obtidos para os apas das paisagens siuladas. Valores obtidos para 20 rodadas 275 5.4 Avaliação dos ajustes dos apas das paisagens siuladas e últiplas resoluções 275 5.5 Paisage siulada da subárea de Guarantã para o ano de 2030 277 5.6 Modificação do núero e taanho das anchas e função do rearranjo de ua única célula da paisage 278

LISTA DE TABELAS Pg. 2. Produção garipeira de ouro 982/995 da região de estudo 44 3. Base de iagens de satélite 66 3.2 Matriz de correlação e covariância das bandas originais TM/Landsat da cena de 994 77 3.3 Matriz de correlação e covariância das bandas Tasseled Cap e IVDN cena de 994 77 3.4 Matriz de Confusão Iage Classificada 994/Iage de Referência gerada pelas aostras de validação 9 3.5 Matriz de Confusão Mapa de vegetação obtido via classificação/ aostras de validação 92 3.6 Matriz de Confusão Mapa de vegetação obtido via classificação/ Mapa de Vegetação obtido via interpretação visual 93 3.7 Base de apas topográficos 200 3.8 Exeplo de codificação de variáveis de planejaento para as três classes de vegetação 22 4. Matrizes de transições absolutas e relativas para a subárea de Guarantã 22 4.2 Matrizes de transições absolutas e relativas para a subárea de Terra Nova 22 4.3 Matrizes de transições absolutas e relativas para a subárea de Matupá 222 4.4 Matrizes de transições absolutas e relativas para toda a região 222 4.5 Caadas cartográficas da base de dados 233 4.6 Guarantã: 986-99 y = 0 ata ata; y= ata desatado 236 4.7 Guarantã: 986-99 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 237 4.8 Guarantã: 99-994 y = 0 ata ata; y= ata desatado 237 4.9 Guarantã: 99-994 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 238 4.0 Guarantã: 99-994 y=0 regeneração regeneração; y= regeneração desatado 238

Pg. 4. Terra Nova: 986-99 y = 0 ata ata; y= ata desatado 24 4.2 Terra Nova: 986-99 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 242 4.3 Terra Nova: 99-994 y = 0 ata ata; y= ata desatado 242 4.4 Terra Nova: 99-994 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 243 4.5 Terra Nova: 99-994 y=0 regeneração regeneração; y= regeneração desatado 243 4.6 Matupá: 986-99 y = 0 ata ata; y= ata desatado 246 4.7 Matupá: 986-99 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 247 4.8 Matupá: 99-994 y = 0 ata ata; y= ata desatado 247 4.9 Matupá: 99-994 y=0 desatado desatado; y= desatado regeneração 248 4.20 Matupá: 99-994 y=0 regeneração regeneração; y= regeneração desatado 248 4.2 Principais variáveis e seus efeitos nos três tipos de transição 252 5. Coeficientes finais das funções de cálculo das P ij s 27 5.2 Parâetros finais do prograa de siulação 27

LISTA DE EQUAÇÕES Pg. P ) Mi = 44 2 π A ( ) 2* A π 2) CCR = Eixoaior 44 3) P A D/2 44 4) r i = n j = d ij j = i 45 j= 5) ai = d j= ij 45 6) H' = Piln Pi i= 7) D = ln H' 46 8) ( Hax H) Dn = Hax 9) S = 2 pi i= 0) E = i= j= 47 ln 48 Pij Pij ) D2 = 2ln + Pij ln Pij 48 i= j= 2 2) SMA = ( Pij) 49 i= j= 2 [ ] 3) = ( ) CON i j * Pij 49 n i= i= j= C ij / nj 4) Cj = + 50 5) MIJ = f ai, bj, cij 62 46 47

Pg. 6) T ij kww i j = b 66 d ij 7) X t+ = f ( X t, Yt) 73 8) ( t + ) = P n. ( t) 78 9) P ij = n ij n n j = ij 78 P P2 P3 20) P = P 2 P22 P23 P3 P32 P33 79 2) P = = HVH 80 t t = 22) P = HV H 80 0 = 23) P = H 0 0 H 80 24) Q = Pij Fij() t 8 25) ( t + ) = P f ( t) t 82 [ ] () 26) q ij =n ij /n 83 q=+ a r=+ a i X i k+ q, l+ r 27) Yk, l= q= a r= a( 2a + ) 2 83 28) Pij PY ij j * = N 84 YP j ij i= 29) Pijk = Xβij + εijk 94 30) F tw p s= i= w = tw ai ai 2w 2 2 0

3) Ft= n w= n Fe w w= e k( w ) k( w ) Pg. 02 χ 3 5 tdd tdr t' dd t' χ dr 32) = 8 ' ' t = t = 0 rd trr t rd t rr t 60 td t t' d t' χ Desatado 33) = Re generação 60 Mata ( ) =( = t 34) xyt p( ij)( xy ) i d, r, ) 60 xy 35) Pdr P = P rd 6 Pd e i, j x, y 36) P( i, j)( x, y) = γi, j. νx, y 6 + e 37) [ a b ] i, j = c γ. ν γ 6 rxy 38) ν xy = u xy 6 t xy 39) IVDN = t4-t3/t4+t3 7 40) U = R T X + D 75 4) Brilho = t* 0.3037 + t2*0.2793 + t3*0.4743 + t4*0.5585 + t5*0.5082 + t7*0.863 75 42) Matéria Verde = t*-0.2848 + t2*-0.2435 + t3*-0.5436 + t4*0.7243 + t5*0.0840 + t7*0.800 75 43) Uidade = t* 0.509 + t2*0.973 + t3*0.3279 + t4*0.3406 + t5*-0.72 + t7*-0.4572 75 _ A r 44) R 20 4

45) (x,y) = [(tanθ x ) 2 + (tanθ y ) 2 ] /2 202 Pg. 2 46) I x, y = n = An d 0 n 203 0 e + e β + β X 47) x) = X 20 π ( β + β 0 π ( x) 48) g( x) = ln = β 0 + β X π ( x) 20 49) l( β ) = n ζ ( x i ) i= yi 50) ζ ( xi) = π( xi) [ π( x )] 5) ( ) ( ) y n [ ] ( ) i { i [ i ] ( i) [ ( i) ]} L β = ln l β = y ln π x + y ln π x i= { i [ ]} 2 0 0 52) G = L ( ) n ( n ) + n ( n ) n ( n ) i 20 20 20 β ln ln ln 2 53) W = β 2 SE β i 54) dn rn( K N ) = dt K 26 ( M v) 55) Taxa ata desatado = Taxaata desatado * ( P v) 26 xy ( ) xy ( ) 57) Se > ( 2 * ) / 2) i, j)( x, y ) P ( i, j )( * ( n j ) P, j)( x, y) = P( i, j)( x, y). ( ) / 2 56) ( ij)( xy ) xy ( ) ( ) p = Q ij (n* p( ij)( xy ) e + * p( ij)( xy ) a + r* p( ij)( xy ) f) 262 n j ( x, y ) ( P = senão i 264 xy