MEGAINCÊNDIOS NO PARQUE NACIONAL DA CHAPADA DIAMANTINA (BA): CARACTERIZAÇÃO A PARTIR DO ÍNDICE ESPECTRAL NBR Cândida Caroline Souza de Santana Leite 1, Sarah Moura Batista dos Santos 2, Washington de Jesus Sant Anna da Franca-Rocha 3 1. Estudante de Geografia, Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana-Ba, candidaleite.geo@gmail.com 2. Geógrafa, Mestre em Ciências Ambientais, UEFS, Feira de Santana-Ba, saamoura@gmail.com 3. Geólogo, Professor titular da UEFS, Programa de Pós Graduação em Modelagem em Ciências da Terra e do Ambiente, Feira de Santana- Ba, wrocha@uefs.br RESUMO: O presente artigo tem por objetivo identificar as áreas queimadas por um megaincêndio ocorrido em 2008, no Parque Nacional da Chapada Diamantina, a partir do cálculo do índice espectral NBR, utilizando imagem LandSat 5. Com o índice espectral NBR pode-se caracterizar as cicatrizes de incêndio na imagem de satélite a partir da diferença normalizada entre bandas referentes ao infravermelho próximo e ao infravermelho de ondas curtas. Como resultado, foi obtido o mapa de cicatrizes do incêndio de 2008, histogramas que representam os pixels queimados e não queimados da imagem, sendo que este último, além de ter sido útil na quantificação das áreas assoladas, serviu também para validar a eficácia do índice. PALAVRAS-CHAVE: Índice espectral NBR, Incêndios, Parque Nacional da Chapada Diamantina. INTRODUÇÃO: Diversos estudos consideram a recorrência de incêndios como uma das principais ameaças às Unidades de Conservação, causando consideráveis prejuízos à bio e geodiversidade ao ocasionarem degradações ambientais sobre o solo, a vegetação, a fauna e o ar atmosférico (MIRANDA et. al., 1996). Observa-se ainda, grande recorrência desses episódios no tempo e no espaço, ameaçando diversas regiões do mundo. A cada ano, milhares de hectares de áreas cobertas por vegetação são consumidos pelo fogo, pondo em risco o meio-ambiente e a comunidade local (ALMEIDA, 2007). Para o presente estudo, utilizou-se como recorte temporal o incêndio ocorrido em 2008, no Parque Nacional da Chapada Diamantina (PNCD), Bahia, por ter sido um evento de grandes proporções, o qual apresentou, segundo dados do INPE in Silva et. al. (2013), cerca de 240 focos de calor. Neste sentido, a utilização de geotecnologias como o Sensoriamento Remoto tem se mostrado muito eficaz no estudo de uso e ocupação da terra, particularmente em relação ao fogo. Sobre esse tema, Silva et. al. (2013) afirmam que a partir dessa ferramenta é possível obter informações detalhadas e atualizadas sobre a localização e extensão das queimadas. Desta forma, a utilização de índices espectrais consiste em uma forma eficiente de caracterizar as cicatrizes de incêndio nas imagens de satélite estudadas, indicando com clareza os locais assolados pelo fogo, a partir de equações entre as bandas infravermelho próximo e do infravermelho de ondas curtas. Este trabalho objetiva identificar as áreas queimadas pelo incêndio ocorrido em 2008, dentro do PNCD, a partir do cálculo do índice espectral NBR, utilizando imagem LandSat 5. MATERIAL E MÉTODOS: O Parque Nacional da Chapada Diamantina (figura 1) compreende uma área de 152 mil ha, a qual está localizada dentro de um conjunto de relevo serranos, de sentido Norte/Sul, denominado Chapada Diamantina (CEZAR, 2011), que, por sua vez está inserido no grupo Serra do Espinhaço o qual se estende da região central da Bahia até o norte de Minas Gerais. A região apresenta, em sua maior parte clima semiárido, com épocas de seca bem marcadas entre os meses de Setembro a Dezembro, propenso aos episódios de queima. 112
Figura 1: Mapa de localização do PARNA Chapada Diamantina. Aquisição e Processamento Digital da Imagem Para este estudo, empregando critério de boa qualidade para processamento, foi utilizada uma imagem do sensor TM (Thematic Mapper) a bordo do satélite Landsat 5, visto que, as cenas do satélite mais recente na época (Landsat 7) continham ruídos, sendo assim, inapropriadas para o processamento. A imagem obtida tem data de passagem em 08 de Novembro de 2008 com órbita/ponto 217/69 e foi adquirida através do banco de dados do Serviço Geológico do Estados Unidos (USGS- United States Geological Survey), pelo endereço eletrônico (http://earthexplorer.usgs.gov/). A priori, a cena foi recortada a fim de delimitar a área de estudo, obtendo mais clareza e rapidez no processamento. Após o recorte foi realizada a calibração radiométrica da imagem, a partir da função radiometric calibration, de modo a transformar os números digitais (ND) da mesma em valores de radiância. Dando continuidade ao pré-processamento da cena foi efetuada a correção atmosférica com o módulo FLAASH (Fast Line of sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes), o mesmo, de acordo com Lima e Ribeiro (2014) é baseado no código MODTRAN para estimar a reflectância de superfície a partir de modelagem das condições atmosféricas. Ao utilizar o FLAASH foram inseridos os seguintes parâmetros: modelo atmosférico Tropical, modelo de aerossol Rural, visibilidade de 30 km e altitude de 1,6 km. Efetuado os passos de pré-processamento, deu-se início ao processamento digital da imagem, calculando o índice espectral NBR (Normalized Burn Ratio - NBR), o qual consiste em um método de identificação da intensidade de uma queimada baseando-se na diferença normalizada entre o pico de reflectância no infravermelho próximo e do infravermelho de ondas curtas (ALLEN; SORBEL, 2008). Para tanto foi utilizada a equação 1, a seguir. Sendo que, no sensor utilizado usa-se NBR= R4 R7 R4+R7 Na qual, R4= Reflectância da banda 4 da imagem LandSat 5; R7= Reflectância da banda 7 da imagem LandSat 5. NBR= NIR SWIR NIR+SWIR Equação (1) Após o cálculo do NBR na imagem, foi possível, a partir dos dados estatísticos resultantes, gerar o 113
histograma NBR, de modo a dar um outro ângulo de observação na severidade dos incêndios do ano estudado. RESULTADO E DISCUSSÃO: Com base no cálculo do índice espectral NBR foi possível confeccionar o mapa de cicatrizes de incêndios de 2008 do PNCD (figura 2). Figura 2: Mapa das cicatrizes de incêndio do PNCD em 2008. Na figura 2 constata-se três locais de ocorrência de queima bem marcados (áreas com valores de NBR negativos), de modo que a menor delas é observada na porção Norte da área de estudo, enquanto a maior se encontra na porção Sul. A utilização do índice NBR para este tipo de estudo foi atestada por Key e Benson (2006), mostrando que quando o índice é zero, a R4 e a R7 são aproximadamente iguais, como ocorre com nuvens e vegetação improdutiva, por outro lado quando o NBR é negativo, segundo os autores, isso sugere um grande estresse hídrico na vegetação. O histograma NBR (figura 3), obtido com base no cálculo do índice realizado na imagem LandSat 5, traz a correlação entre o número de pixels queimados (valores negativos) e os pixels não queimados (valores positivos), sendo possível ver com clareza a quantidade de área acometida pelo fogo. Figura 3: Histograma NBR computado a partir dos dados obtidos pelo índice NBR na cena da área de estudo. De acordo com a figura 3, em torno de 300 mil pixels demonstram traços de queimadas o que 114
corresponde a aproximadamente 6 % da área pesquisada. O índice NBR varia entre -1.0 e 1.0, dessa forma, a variação observada no histograma é de -0.45 a 0.75, sendo que a média dos valores encontrados é de 0,1392, enquanto a mediana está em torno de 0,122, e o desvio padrão 0,2012. O histograma acima foi utilizado nesta pesquisa com o intuito de trazer com clareza a quantidade de área queimada nos incêndios de 2008. Em outros estudos, como Escuin et. al (2008) e Santos et. al. (2017), esta técnica é utilizada para comparar os valores NBR em épocas pré e pós incêndios, calculando a diferença multitemporal do índice, a fim de avaliar a extensão e a severidade da queimada a partir da relação dos índices NBR antes e depois dos episódios. Na figura 4 (a, b e c) pode ser observado em detalhe as áreas queimadas, a partir do perfil espectral traçado. Figura 4: Perfil espectral traçado nas áreas queimadas. Na 4. a observa-se a maior área queimada, encontrada ao Sul do Parque, a 4. b mostra o detalhe da queima encontrada na região central leste, enquanto a figura 4. c traz o detalhamento da menor ocorrência, esta encontrada mais ao Norte do PNCD. Na figura 4 observa-se o comportamento espectral das áreas queimadas. O modo como ocorre picos de absorção a medida que o transecto estende-se para onde de fato ocorreu queima e, através do perfil espectral, mostra os valores de NBR atingidos. Na figura 4 a, em 80 (distância em pixels) no perfil o valor NBR chega a -0.19, atestando a severidade da queima naquele local. Quanto aos valores resultantes do índice observados tanto nos transectos como no histograma, Key e Benson (2006) afirmam que áreas com valores próximo ou iguais a 0 correspondem a locais com nuvens e solo exposto, enquanto os valores negativos do índice representam o destaque da reflectância da banda 7 sobre a banda 4, indicando áreas com estresse hídrico e/ou assoladas pelo fogo. Em contrapartida, locais com valores positivos representam a sobreposição da reflectância da banda 4 sobre a banda 7, ou seja, mostram áreas com vegetação sadia. A título de validação foi realizada uma conversa com os brigadistas voluntários que ajudaram no combate aos incêndios do ano estudado, obtendo assim confirmação da queima nos locais onde 115
observam-se cicatrizes com base no índice de queimada. CONCLUSÕES: O índice NBR demonstrou grande eficiência no estudo das áreas acometidas pelos incêndios de 2008 no PNCD, destacando os locais que sofreram queima. Com a utilização do histograma foi possível calcular o percentual de área queimada, bem como ter uma visão clara da relação de pixels queimados, não queimados e áreas de solo exposto. A partir dos perfis espectrais, trazendo em detalhe as áreas assoladas pelos incêndios, foi possível identificar a dinâmica de valores de NBR entre áreas com vegetação sadia e não sadia, observando os picos de valores positivos e os picos de valores negativos e assim relacioná-los com o transecto na imagem. A identificação dos locais com ocorrência de incêndios naquele ano possibilitou observar os locais onde houve maiores prejuízos à biodiversidade, e a partir dessas constatações será viável construir um plano de prevenção e combate desses episódios. Diante do exposto, verifica-se a eficácia da metodologia aplicada, a qual possibilitou alcançar o objetivo desta pesquisa, permitindo identificar as áreas com incidência de queima em toda extensão do Parque Nacional da Chapada Diamantina. AGRADECIMENTOS: À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia por financiar o plano de trabalho que desencadeou este estudo. Ao projeto de Mapeamento Anual da Cobertura e Uso do solo no Brasil (MapBiomas), que esta pesquisa está vinculada, ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Terra e do Ambiente por disponibilizar laboratórios que foram imprescindíveis no desenvolvimento desta pesquisa e ao Instituto Chico Mendes por toda colaboração. REFERÊNCIAS: ALMEIDA, R. M. Modelo de propagação do fogo em incêndios de superfície baseado no método Nodal. 2008. 113 p. Dissertação (Mestrado em Computação aplicada) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, 2007. ALLEN, J. L.; SORBEL, B. Assessing the differenced Normalized Burn Ratio s ability to map burn severity in the boreal forest and tundra ecosystems of Alaska s national parks. International Journal of Wildland Fire. 2008. CEZAR, R. V. Carta Geoambiental da região turística do Vale do Pati- Chapada Diamantina, Ba (Mestrado em Geociências e Meio Ambiente). Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro- SP. 2011. KEY, C. H.; BENSON, N. C. 2006. Landscape assessment: Sampling and analysis methods USDA Forest Service General Technical Report RMRS-GTR- 164-CD.). Disponível em: <http://www.fs.fed.us/postfirevegcondition/documents/publications/firemon_landscapeassessmen t.pdf > Acesso em: 29 de Abril de 2017 LIMA, R. N. DE S.; RIBEIRO, C. B. DE M. Comparação de métodos de correção topográfica em imagens Lansat sob diferentes condições de iluminação. Revista Brasileira de Cartografia. 2014 n. 66/5. Rio de Janeiro-RJ, p. 1097-1116. MIRANDA, H. S.; ROCHA E SILVA, E. P.; MIRANDA, A. C. Comportamento do Fogo em Queimadas de Campo Sujo. In: Simpósio sobre Impacto das queimadas sobre os ecossistemas e mudanças globais. Anais... Brasília: UnB, 1996. ESCUIN, S.; NAVARRO, R.; FERNÁNDEZ, P. Fire severity assessment by using NBR (Normalized Burn Ratio) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from LANDSAT TM/ETM images. International Journal of Remote Sensing, v. 29, n. 4, p. 1053 1073, 2008. SILVA, T. B.; ROCHA, W. de J. S. da F. ANGELO, M. F. Quantificação e análise espacial dos focos de calor no Parque Nacional da Chapada Diamantina BA. In: XVI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO. 2013, Foz do Iguaçu. Anais... p. 6969-6976 SANTOS, S. B. M.; LEITE, C. C. S. S.; FRANCA-ROCHA, W. de J. S. da; BAPTISTA, G. M. de M.; GONÇALVES, A. J. B. Análise do grau de severidade em área queimada no Parque Nacional da Chapada Diamantina, Bahia: estudo comparativo em dados dos sensores MUX-IRS\CBERS-4 e OLI\LANDSAT-8. In: XVIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO. 2017, Santos. Anais... 116