modelagem e geotecnologias para a conservação, planejamento e gestão da biodiversidade e...

Modelagem e Geotecnologias para a

Conservação, Planejamento e Gestão da Biodiversidade

e GeodiversidadeVitor Vieira VasconcelosProfessor AdjuntoÁrea de Planejamento Territorial, Subárea de Dinâmicas Ecossistêmicas Aplicadas ao Planejamento TerritorialUniversidade Federal do ABC – UFABCDezembro de 2016

ConteúdoBiodiversidade e GeodiversidadeFundamentos de ModelagemModelagem Conceitual de EcossistemasAplicações de Modelagem Espacial

Corredores EcológicosAnálise de Área de vidaDistribuição potencial de espéciesAnálise de queimadasÍndices de Geodiversidade

Reflexões Finais2 de 25

Geodiversidade Biodiversidade

Modelagem

Modelos

• Representações simplificadas de um objeto, estrutura, ideia ou sistema.

• Estas representações atendem a algum propósito!!!• São menores, menos detalhados, menos complexos, ou

tudo isso junto…

Yi = 0 + Xi 1

MODELO = VISÃO REDUZIDA

Modelagem de Fenômenos Ambientais

Turner et al. (2001)Bolker (2008)

Perguntas inicias sobre o ecossistema (hipóteses)

Coletar Dados

Elaborar os modelos

Rodar os modelos

Analisar eficácia e testar hipóteses

Refinamento / Calibração do

modelo

Análise de SensitividadeValidação com outros

dadosResponder as

perguntas


Modelos determinísticos Funções matemáticas com respostas precisas Explicam os processos detalhadamente

Modelos estocásticos Explicação parcial dos padrões por modelos

estatísticos Explicitam a frequência, a probabilidade e a

incerteza dos fenômenos

Turner et al. (2001)Bolker (2008)

Combinando Modelos Determinísticos e Estocásticos

Dados Coletados

Sinal(Modelagem Determinística)

Ruído(Modelagem Estocástica)

Bolker (2008)

Características de Modelagemem Cada Escala

Turner et al. (2001)

Atributo Pequenas Áreas

Grandes Paisagens

Resolução de detalhes Alta Baixa

Ecologia

Ecologia de Paisagem


Grandes Paisagens

Resolução de detalhes Alta BaixaDensidade de amostragem

Alta Baixa


Grandes Paisagens


Alta Baixa

Manipulação experimental

Possível Difícil


Grandes Paisagens


Alta Baixa


Possível Difícil

Replicação Possível Difícil


Grandes Paisagens


Alta Baixa


Possível Difícil

Replicação Possível DifícilTestabilidade das hipóteses

Fácil Difícil


Grandes Paisagens


Alta Baixa


Possível Difícil


Fácil Difícil

Forma do modelo Determinístico

Estocástico


Grandes Paisagens


Alta Baixa


Possível Difícil


Fácil Difícil

Forma do modelo Determinístico

Estocástico

Generalização Difícil Possível

Modelagem Conceitual de Ecossistemas

Modelagem ConceitualExemplo: Modelagem Queimadas em uma Unidade de Conservação

Ambiente exógeno

ClimaTemperatura

ChuvaVento

Unidade de ConservaçãoPlantasGramíneasArbustosÁrvores

AnimaisTerrestresAquáticos

HumanosBrigadistas

SoloUmidade

Nutrientes

Modelando Relações

Predadores PresasRetroalimentação

negativa

Retroalimentação positiva Plantas Polinizador

es

Modelando RelaçõesEfeitos da reintrodução dos lobos no parque YellowstoneNúmero

de lobos

Número de

Veados

Crescimento das

Árvores

Número de Ursos

Número de Castores

Velocidade das Águas

Número e tamanho das

trutas

Crescimento de

suculentas

Carcaças Disponíve

is

Número de aves de rapina

Número de

Coiotes

Número de raposas

Número aves

canoras

Número de

Roedores

Robbins (2004)


IntensidadeSinergia com outros fenômenos Importância (função para os ecossistemas ou grupos sociais)

Tempo• Duração• Cliclicidade ou Frequência• Tendência: crescente X estável X descrescente• Inércia (uma intervenção leva certo tempo até

aparecerem as consequências)Espaço

Thomaziello (1999) e Santos (2004)

Propriedades dos SistemasMillennium Ecosystem Assessment (2003)

Serv

iço E

coss

istêm

ico(p

olin

izaçã

o de

cul

tura

s)

Resiliência

TempoPrimeiro Impacto Segundo Impacto

Variabilidade

Limite de Irreversibilidade (1º estado)

Limite de Irreversibilidade (2º

estado)

Modelagem Espacial para Conservação, Planejamento e Gestão da Biodiversidade

Modelo ABC de Integração de Dados

Espaciais Dorney (1976)

Formas de Relevo

ESTRUTURAL

Processos Erosivos

FUNCIONAL

Nível 1 Dados de entrada

Abiótico Biótico CulturalSocioeconômico

Tipo de vegetação

ESTRUTURAL

Produtividade primáriaFUNCIONAL

Padrões de uso da terra

ESTRUTURAL

Territórios de

InfluênciaFUNCIONA

L

Nível 2 Mapas de

significâncias e

restrições ambientais

Significância Abiótica

Significância Biótica

Significância Cultural

Restrição Abiótica

Restrição Biótica

Restrição Cultural

Nível 3 Mapas de Síntese

Significância

AmbientalRestrição Ambiental

Mapa de Propostas de Manejo

Nível 4 Propostas de Manejo

Áreas prioritárias para conservação segundo o

método ABC, para proposição de um

corredor ecológico em Walton County, Atlanta

Ndubsi et al. (1975)

Modelos ABC de Integração

de Dados Espaciais

Mapa de Significânci

a Ambiental

Mapa Síntese

Final

Geotecnologias para Conservação do Pontal do

Paranapanema - SP

Uezo e Cullen Junior (2015)

Uso de sensoriamento remoto

para mapear a

fragmentação dos

ecossistemas

Geotecnologias para Conservação do Pontal do Paranapanema - SP


Modelagem de

riqueza de espécies sensíveis

de pássaros



Modelagem de áreas

prioritárias para

restauração de

corredores florestais

Distância de APPs Distância de vegetação

nativa

Distância de limites de

propriedade



Cenário proposto

para restauraçã

o de corredores ecológicos

Somando o kernel de cada

ponto

Mapas de Kernel

Câmara et al. (2004)Bergamaschi (2010)

Mapas de KernelMapa de Pontos de Focos de Queimada

Mapa de Kernel de Focos de Queimada

Kazmierczak, 2015

Densidade

http://www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas/




Diferentes Raiospara o Kernel

Fowler (2013)

Mapas de Kernel

Estimação de KernelOtimização por Validação Cruzada:Escolher a distância Hque minimize:

onde ĝ−1 ( si ) é a estimativa de g( si ) construída com o valor de banda h usando todos os dados com exceção do par (si, zi)

Softwares:• Crimestat• Kernel Density Estimation (R)• Home Range Tools (ArcGis)• Animove (Qgis)

cv

H

Estimação de KernelÁrea de Vida da

Leoa Tata

95%50%

MacFarlane (2014)

Estimação de Kernel

95%

50%

95%

50%

Área de vida e territórios de

espécimes e espécies de peixes

95%50%

95%50%

Recife de Coral Lover’s Point, Monterey

peninsula, Califórnia

Freiwald (2009)

Modelagem de Propagação de Incêndios no Parque Nacional das Emas, GO

Mapeamento por

sensoriamento remoto do

período sem queima de cada área do parque

Acúmulo de biomassa para

queimadasAlmeida (2012)

Anos sem queima até maio de 2002

Modelagem de Propagação de Incêndios no Parque das Emas

Mapeamento por sensoriamento remoto dasáreas queimadas de 1984 - 2010

Modelagem do risco de recorrência de incêndios

Almeida (2012)

Intervalo de anos sem queima

Risc

o de

Incê

ndio


Entrada do Modelo Dados Climáticos

Temperatura Umidade do ar Direção do Vento Intensidade do Vento

Dados Espaciais: Combustível Vegetal Declividade Orientação da Vertentes Obstáculos (rios e aceiros) Ponto inicial do incêndio

Almeida (2012)

Simulação do Incêndio

Simulação temporal de

propagação e um Incêndio

Início do Incêndio


Almeida (2012)


Início do Incêndio

Repetição da simulação por

1000 vezes

Mapa de probabilidade de cada área ser queimada

Almeida (2012)

Incêndio Real Simulação

Modelagem de Propagação de Incêndios no Parque das EmasAlmeida (2012)

Modelos de Distribuição de Espécies

Entrada: Dados de ocorrência e distribuição de espécies Variáveis ambientais

Resultados Mapa de distribuição potencial das espécies

Onde posso criar uma unidade de conservação para proteger essa espécie?

Efeito das variáveis ambientais O que acontecerá com uma espécie se construirmos uma

nova estrada?Wegman et al. (2016)

Sistema BIOGEO – Biogeografia da Flora e dos Fungos do Brasil

Dados de ocorrência de 700 espécies Variáveis ambientais

Altitude Variação de temperatura Variação de pluviosidade

Ocorrência potencial do Samambaiaçu ImperialDicksonia sellowiana

Em Perigo de Extinção

http://biogeo.inct.florabrasil.net/



Modelagem de distribuição de espécies em cenários de mudanças

climáticas Alteração na

área potencial de ocorrência de

Araucária angustifólia em

cenário de mudança climática

Atual

Ano 2057

Meireles et al. (2007)

Análise de Geodiversidade

Diversidade de ambientes é base para diversidade de espécies• Diversidade de habitats = Biodiversidade Beta

Ambientes singulares podem apresentar espécies endêmicas especialmente adaptadas

Diversidade de recursos auxilia sobrevivência para os seres vivos (incluindo os seres humanos)

Índice de Geodiversidade na Bacia do rio

Xingu

• Geologia• Geomorfologia• Contatos

estruturais• Hidrografia

(ordens de sthraler)

• Padrões de Drenagem

• Solos• Unidades

paleontológicas• Ocorrências

MineraisSilva et al. (2015)

Análise de Geodiversidade

Mapa Síntese de Geodiversidade para a Bacia do

Rio Xingu

Silva et al. (2015)

Análise de GeodiversidadeCompensações ambientais de mineração em campos de altitude no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais.Lei da Mata Atlântica: Protege os campos de

altitude Supressão exige preservar

um outro ecossistema com as mesmas caracteristicas

Alto grau de endemismo em relação ao substrato geológico

Vasconcelos (2014)

Reflexões Finais Os modelos nos ajudaram a entender melhor os ecosssistemas• Ressalva: são sempre simplificações e

aproximações da realidade A modelagem no espaço e no tempo permite compreender melhor a dinâmica ecológica

Os modelos nos estudos de caso mostraram ser possível incorporar relações entre a geodiversidade e a biodiversidade

As aplicações trouxeram informações relevantes para as estratégias de conservação, planejamento e gestão da biodiversidade e geodiversidade

BibliografiaALMEIDA, R.M. Modelagem da Propagação do fogo como ferramenta de auxílio à tomada de decisão no combate e prevenção de incêndios no parquet nacional das Emas, GO. Tese de Doutorado. INPE, São José dos Campos, 2012.BERGAMASCHI, R. B. SIG Aplicado a segurança no trânsito - Estudo de Caso no município de Vitória – ES. Universidade Federal do Espírito Santo – UFES, 2010BOLKER, B. Ecological Models and Data in R. Princeton: Princeton University Press, 2008BRILHA, J. B. Património geológico e geoconservação: a conservação da natureza na sua vertente geológica. Viseu: Palimage, 2005CÂMARA, Gilberto; CARVALHO, Marilia Sá. Análise espacial de eventos. Em: Análise espacial de dados geográficos. Embrapa Cerrados, Planaltina, p. 53-122, 2004.FIDALGO, E. C. C. (2003). Critérios para a análise de métodos e indicadores ambientais usados na etapa de diagnóstico de planejamentos ambientais. Tese de Doutorado, UNICAMP: Campinas.FREIWALD, J. 2009. Causes and consequences of the movement of temperate reef fishes. PhD dissertation. University of CaliforniaFOWLER, H.G. 2013. Amostragem por pontos. Ecologia de Populações. Em: http://pt.slideshare.net/popecologia/amostragem-pontual KAZMIERCZAK, M. 2015. Queimadas em Cana-de-Açúcar: Monitoramento e Prevenção. MundoGeo. Em: http://mundogeo.com/blog/2015/09/28/queimadas-em-areas-de-cana-de-acucar-monitoramento-e-prevencao-2/ MACFARLANE, K. 2014. Lioness HF012 “Tata”. Kalahari Lion Research. Em: http://www.kalaharilionresearch.org/2014/07/23/lioness-hf012-tata/

http://pt.slideshare.net/popecologia/amostragem-pontual

http://mundogeo.com/blog/2015/09/28/queimadas-em-areas-de-cana-de-acucar-monitoramento-e-prevencao-2/

http://mundogeo.com/blog/2015/09/28/queimadas-em-areas-de-cana-de-acucar-monitoramento-e-prevencao-2/

http://www.kalaharilionresearch.org/2014/07/23/lioness-hf012-tata/

BibliografiaNDUBISI, F., DEMEO, T., DITTO, N. D. (1995). Environmentally sensitive areas: a template for developing greenway corridors. Landscape and Urban Planning, 33(1), 159-177.PRIMACK, R. B.; RODRIGUES, E. Biologia da Conservação. Londrina: Gráfica Editora Midiograf, 2001ROBBINS, J. (2004) ‘Lessons from the Wolf’, Scientific American, vol. 290, issue 6, pp. 76–81.SANTOS, R. Planejamento ambiental: teoria e prática. São Paulo: Oficina de Texto, 2004SILVA, J.P.; RODRIGUES, C.; PEREIRA, D.I. Mapping and Analysis of Geodiversity Indices in the Xingu River Basin, Amazonia, Brasil. Geoheritage (2015), 7:337-350THOMAZIELLO, S.A. Planejamento ambiental e conservação de florestas urbanas: Mata Ribeirão Cachoeira, Campinas, SP. Dissertação de Mestrado – UNICAMP, Campinas, 1999TURNER, M.G.; GARGNER, R.H.; O'Neill, R. V.l.. Landscape Ecology in Theory and Practice: Pattern and Process. New York: Springer, 2001UEZO, A.; CULLEN JUNIOR, L. Da Fragmentação Florestal à Restauração da Paisagem: aliando conhecimento científico e oportunidades legais para a conservação. In: Paese, A., Uezu, A., Lorini, M. L., & Cunha, A. (ed.) (2015). Conservação da Biodiversidade com SIG. Oficina de TextosVASCONCELOS. V.V. Campos de Altitude, Campos Rupestres e Aplicação da Lei da Mata Atlântica: estudo prospectivo para o Estado de Minas Gerais. Boletim de Geografia – UEM. Vol 32, n. 2, p. 110-133, Agosto, 2014.WEGMANN, M.; LEUTNER B.; DECH, S. Remote Sensing and GIS for Ecologists: Using Open Source Software. Exeter : Pelagic Publishing, 2016.

Obrigado!