Monitoramento da Vegetação do Estado da Paraíba nos Anos 2008 e 2009

Monitoramento da Vegetação do Estado da Paraíba nos Anos 2008 e 2009 Leonardo F. Ponciano Barbieri¹, Célia Campos Braga², Leandro F. de Sousa³ 1,2,3 Universidade Federal de Campina Grande UFCG Rua Aprígio Veloso, 882 Bairro Universitário Campina Grande PB Brasil, e-mail: poncianolf@yahoo.com.br; celia@dca.ufcg.edu.br; l.f.sousa@hotmail.com ABSTRACT: The aim of this study is to monitor space monthly vegetation in the state of Paraiba in the years 2008 and 2009, using images extracted from sensor systems AVHRR / NOAA in operation today. The image processing was done with the software ENVI. There was a monthly study of the spatial variability of vegetation in different areas of the state in years 2008 and 2009. The results showed that the vegetation index is associated with rainfall and types of coverage, and can be used with a good indicator of anomalous years. Palavras-chave: IVDN, variabilidade, chuva. 1 INTRODUÇÃO O sensoriamento remoto é uma ferramenta de grande importância em pesquisas direcionadas, não somente para estudar o comportamento dinâmico da vegetação, mas também com fins ambientais. O estudo procura tornar mais operacional o sistema de monitoramento da vegetação, principalmente de extensas áreas, tendo como apoio informações coletadas de satélites meteorológicos e ambientais, tais como, Landsat/TM, AVHRR/NOAA, MOPDIS, ASTER, etc. Neste estudo, os dados foram obtidos do sistema de sensores de alta resolução espacial e temporal AVHRR (Advance Very High Resolution Radiometer), instalados a bordo do satélite NOAA (National Oceanic and Atmosphere Administration), que são capazes de fazer o monitoramento da resposta espectral da vegetação de uma determinada área geográfica. A resposta espectral detectada pelos sensores na banda do visível (VIS) e no infravermelho próximo (NIR), em particular dos satélites meteorológicos da série NOAA, fornecendo informações da refletância da superfície vegetada, o que possibilita identificar e mapear áreas de cobertura vegetada no globo terrestre (Parkinson, 1997). A partir da radiação refletida no infravermelho próximo e no visível, obtida através de dados do sistema de sensores AVHRR do satélite NOAA e LANDSAT/TM, é possível fazer a distinção entre uma superfície vegetada e outros alvos da superfície, possibilitando assim definir o mapeamento da vegetação. Devido à sua pigmentação, a cor verde da vegetação sadia reflete mais no infravermelho próximo e menos no canal visível, o que ocasiona altos valores para o IVDN (Índice de Vegetação por Diferenças Normalizada). Quando a folha começa a secar, ela perde a sua pigmentação verde, aumentando sua refletância no visível e diminuindo no infravermelho próximo, produzindo valores menores de IVDN. Entretanto, esses valores ainda são maiores do que para os alvos da superfície, ajudando, portanto, a distinguir vegetação verde e seca dos demais alvos da superfície (Parkinson, 1997). Dados multitemporais obtidos de sensoriamento remoto de diferentes satélites meteorológicos e ambientais têm sido amplamente utilizados com diferentes finalidades em todo o mundo. Srivastava et al. (1997) utilizaram os dados remotos para estudar a relação entre IVDN e totais sazonais da precipitação e transpiração no Estado de Karnataka (Índia). Gutman & Ignatov (1998) utilizaram dados mensais do IVDN para produzir fração vegetação

e encorparam em modelos numéricos de previsão de tempo e clima. Braga et al. (2003) utilizaram séries temporais do IVDN para determinar o tempo de resposta da vegetação às precipitações. Wessel et al. (2004) utilizaram informações de IVDN para identificar a quantidade de áreas degradadas e não degradadas. Braga et al. (2006) utilizaram dados do IVDN mensal para determinar a fração vegetação no leste da Bahia. Soares (2008) utilizou dados de 2007/2008, para calcular o IVDN e fração vegetação no Estado da Paraíba (Figura 1). Braga et al. (2009) usou informações do Landsat 5 durante dois anos e encontrou correlação entre diferentes parâmetros da vegetação. Considerando a importância da preservação das espécies vegetais nativas e da diversidade biológica que compõem o ecossistema do Estado da Paraíba, o objetivo desse estudo é dar continuidade ao monitoramento iniciado em anos anteriores, visando fazer um balanceamento da vegetação existente no Estado. Figura 1 Estado da Paraíba 2 MATERIAL E MÉTODOS Os satélites da série NOAA têm órbita polar heliossíncrona, carrega a bordo um sensor AVHRR, constituído de um radiômetro multiespectral acoplado a um sistema de varredura transversal à trajetória do satélite, que fornece imagens em vários canais no visível e infravermelho com resolução espacial no nadir de 1,1 km 2 (pixel = 1km x 1km). O NOAA orbita a uma altitude de 844 km. Cada satélite leva um período de 101,35 minutos para passar novamente na linha do equador e passa em uma mesma região em intervalos de aproximadamente 12 horas. Em junho de 1981 foram introduzidos novos sensores de alta resolução AVHRR com capacidade para monitorar a vegetação na banda espectral visível 0,58µm 0,68µm (Canal 1) e infravermelho próximo 0,725µm 1,10µm (Canal 2). Atualmente, encontram-se em funcionamento os NOAA 12, 14, 16, 17, 18 e 19, que disponibilizam informações sobre uma mesma área seis vezes por dia (três diurnas e três noturnas). Utilizou-se dados de sensoriamento remoto obtidos de satélites Meteorológicos da série NOAA do período de janeiro de 2008 a dezembro 2009. Esses dados são provenientes dos canais 1 e 2 (visível e infravermelho próximo) do sensor AVHRR e são convertidos em unidades de refletância usando processo de calibração com o software ENVI. Os dados são homogeneizados para resolução espacial de 4Km x 4Km. Neste trabalho também foram utilizados dados mensais das precipitações distribuídas no Estado para auxiliar na análise do IVDN. Esses dados são de estações climatológicas e postos pluviométricos no Estado da Paraíba e encontram-se disponíveis no site da Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba - AESA.

Como mencionado na introdução, o IVDN tem sido amplamente utilizado por originar um forte sinal da vegetação e oferecer um bom contraste com outros alvos da superfície (Parkinson (1997)). O IVDN é determinado pela seguinte proporção: = ( ) ( + ) I é medida da refletância na banda espectral do infravermelho próximo (0,725-1,10 m ) e R é a medida do visível (0,58-0,68 m ) do AVHRR/NOAA. Os valores do IVDN variam de -1 a +1. Fez-se mapas da distribuição espacial da precipitação para melhor entender o comportamento da vegetação em relação às chuvas no Estado da Paraíba. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As Figuras de 2a e 13b representam a distribuição espacial da variabilidade mensal do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) para os anos de 2008 e 2009. As Figuras 2a e 2b ilustram a variabilidade espacial do IVDN para o mês de janeiro de 2008 e 2009, respectivamente. Pode-se observar que na parte sudoeste (sertão) do Estado, a área de vegetação verde é maior em 2009. Isso está relacionado com as chuvas ocorridas no mês anterior de 2008 (AESA, 2010). Para o mês de fevereiro (início do período chuvoso), no setor oeste, as áreas com índices de vegetação mais elevados continuam aumentando mais em 2009 do que em 2008 (Figuras 3a e 3b). Em março de 2009, a área com índice elevado engloba quase todo o Estado (Figuras 4a e 4b). Já em 2008, na região central o IVDN continua baixo (pouca chuva) (AESA, 2010). A partir de abril, nos dois anos (2008 e 2009) observa-se que a vegetação está em pleno desenvolvimento até junho (Figuras 5a, 5b, 6a,6 b, 7a e 7b). Em julho de 2008, na parte norte do Estado, o IVDN começa a decair, enquanto que em 2009 a vegetação continua bem desenvolvida, com índice variando entre 0,4 e 0,6, e isso se deve a maior quantidade de chuva no ano de 2010. A partir de agosto, as áreas com menores IVDN estão mais presentes em 2008 que em 2009. Embora as chuvas tenham se prolongado em 2009, as chuvas em 2008 foram de maiores intensidades que em 2009 nos meses de abril a junho, com enchentes e inundações violentas em boa parte da região central da Paraíba (Cariris e circunvizinhanças), ocasionando danos irreparáveis para a população dessas regiões afetadas. Em setembro de 2009 ainda continua com mais área verde que em 2008 (Figuras 9a e 9b). A partir de setembro, o IVDN diminui em todo o Estado nos dois anos. Isso já é esperado, pois as chuvas diminuem (fim do período chuvoso), segundo a climatologia da região (Brito e Braga, (2005)). Estudos da variabilidade do IVDN para dois anos 2007/2008, feitos por Soares et al. 2008. mostraram também que as chuvas em 2008 foram mais intensas que em 2007. A distribuição anual e mensal das chuvas estão disponíveis na ( AESA, 2008, 2009). No setor leste, as chuvas ocorreram no período normal, ou seja, de maio a agosto, conforme pode ser observado nos mapas dos totais anuais para os dois anos (AESA, 2008 e 2009). Ficou evidente que o ano de 2008 foi considerado anômalo em quantidade de chuva. Já em 2009 a chuva foi melhor distribuída e prolongada até setembro. Considerando a variabilidade do IVDN nesses anos estudados, observa-se que ele pode ser um indicador das chuvas de um determinado lugar ou região. Salienta-se que no período chuvoso a cobertura do solo é bastante diversificada, devido as atividades agrícolas de subsistência em todo o Estado, que se confunde com a vegetação nativa na imagem. Comparando o ano de 2009 com o de 2008, podemos observar que o comportamento até junho foi muito parecido, embora as alturas pluviométricas em 2008 tenham sido um pouco maiores que em 2009, não influenciando, portanto o desenvolvimento da vegetação nesses meses. No entanto para os meses de agosto e setembro houve diferença significativa da vegetação conforme podemos ver nas Figuras 9a, 9b, 10a e 10b. No restante da região, segue a climatologia da Paraíba.

2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b 6a 6b 7a 7b 8a 8b 9a 9b

10a 10b 11a 11b 12a 12b 13a 13b As Figuras 2a à 13a e 2b à 13b correspondem ao IVDN dos meses de janeiro a dezembro de 2008 e 2009, respectivamente. 4 CONCLUSÕES A análise do IVDN perante a distribuição das chuvas no Estado da Paraíba pode-se chegar as seguintes conclusões: a variabilidade espacial do IVDN nos dois anos analisados nos leva a assegurar que o IVDN é bom indicador das chuvas de determinada área ou região. O IVDN nas regiões onde a vegetação predominante é a Caatinga estão diretamente relacionados com as chuvas, já na faixa litoral, onde predomina os remanescentes da Mata Atlântica e pequenos núcleos na região do brejo, a variabilidade do IVDN é pequena. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRAGA, C. C.; BRITO, J. I. B.; SANSIGOLO, C. A.. e RAO; T. V. R. Tempo de resposta da vegetação às variabilidades sazonais da precipitação no Nordeste do Brasil. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria-RS, v.11,n.1,p.149-157, 2003. BRAGA, C. C.; NEVES, G. D; BRITO, J. I. B. Estimativa da fração vegetação no leste da Bahia no período de 1982 a 1999. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Piracicaba-SP, v.14, n.3,p.252-260, 2006. BRAGA, C. C.; SOARES, F. R.; DANTAS, F. R. C.; BARBIERI, L. F. P. Determinação do albedo e índice de área foliar usando o sensor TM/LANDSAT 5. In: XIV SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 2009, Natal. Anais... Natal: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE, Brasil, 2009. p. 935-942. GUTMAN, G.; IGNATOV, A. The derivation of the green vegetation fraction from NOAA/AVHRR data for use in numerical weather prediction models. International Journal. Remote Sensing. 19, no.8, 1533-1543.1998.

PARKINSON, C. L. Earth from above. University Sciences Books, Sansalito. Land vegetation, 107-111, 1997. HA, K.; OH,H. e KIM, K. Inter Annual and Intra Annual Variabilities of NDVI, LAI and T s Estimated by AVHRR in Korea. Korea Journal of Estimated by AVHRR in Korea. Korea Journal of Remote Sensing. 2, 111-119. 2001. SOARES, F. R.; BRAGA, C. C. Monitoramento mensal do IVDN no Estado da Paraíba usando imagens do AVHRR/NOAA. In: V CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE, 2008, Campina Grande. SRIVASTANA, S.K., JAYRAMAN, V., NAGESWARA RAO, P.P., MANIKIAM, B., CHANDRASEKHAR, M.G. Interlinkages of NOAA/AVHRR derived integrated NDVI to seasonal precipitation and transpiration in dryland tropics. International Journal of Remote Sensing, v. 18, n. 14, p. 2831-2952, 1997. WESSELS, K. J.; PRINCE, S. D.; FROST, P. E.; ZYL, D. van. Assessing the effects of human-induced land degradation in the former homelands of northern South Africa with a 1 km AVHRR NDVI time-series. Remote Sensing of Environment. v. 91, p.47-67, 2004.