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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE SAÚDE E TECNOLOGIA RURAL

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA FLORESTAL

CAMPUS DE PATOS

OSCAR MARQUES DE SOUSA NETO

USO DO ÍNDICE DE VEGETAÇÃO POR DIFERENÇA NORMALIZADA (IVDN) NA

MICROBACIA DA BARRAGEM DA CAPOEIRA, SEMIÁRIDO PARAIBANO, NO

PERÍODO DE 2010 – 2013.

PATOS – PARAÍBA ‒ BRASIL

2015

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OSCAR MARQUES DE SOUSA NETO

USO DO ÍNDICE DE VEGETAÇÃO POR DIFERENÇA NORMALIZADA (IVDN) NA

MICROBACIA DA BARRAGEM DA CAPOEIRA, SEMIÁRIDO PARAIBANO, NO

PERÍODO DE 2010 – 2013.

Monografia apresentada à Unidade

Acadêmica de Engenharia Florestal ‒

UFCG, como pré-requisito para obtenção

do Grau de Engenheiro Florestal.

Orientador: Dr. Izaque Francisco

Candeia de Mendonça

PATOS – PARAÍBA – BRASIL

2015

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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DO CSTR DA UFCG

S725u

Sousa Neto, Oscar Marques de

Uso do índice de vegetação por diferença normalizada (IVDN) na microbacia da barragem da Capoeira, Semiárido Paraibano, no período de 2010 –

2013 / Oscar Marques de Sousa Neto – Patos, 2015.

32f.: il. color. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Florestal) –

Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Saúde e Tecnologia Rural, 2015.

“Orientação: Prof. Dr. Izaque Francisco Candeia de Mendonça”.

Referências. 1. Geotecnologias. 2. Semiárido. 3. Monitoramento. I. Título.

CDU 528.8

4

Oscar Marques de Sousa Neto

USO DO ÍNDICE DE VEGETAÇÃO POR DIFERENÇA NORMALIZADA (IVDN) NA

MICROBACIA DA BARRAGEM DA CAPOEIRA, SEMIÁRIDO PARAIBANO, NO

PERÍODO DE 2010 ‒ 2013

Monografia apresentada à Unidade

Acadêmica de Engenharia Florestal ‒

UFCG, como pré-requisito para obtenção

do Grau de Engenheiro Florestal.

Aprovada em: 13/03/2015

____________________________________________________

Prof. Dr. Izaque Francisco Candeia de Mendonça (UAEF/UFCG)

Orientador

__________________________________________

Prof. Msc. Valdir Mamede de Oliveira (UAEF/UFCG)

Examinador l

_______________________________________

Prof. Dr. Ricardo Almeida Viégas (UAEF/UFCG)

Examinador II

5

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar a Deus por que sem ele minha existência não seria

possível.

A meus pais, José Azeneu e Genilda Morais que sempre estiveram ao meu

lado tanto na vida acadêmica como fora dela, sempre me apoiando, me

incentivando, acreditando nas minhas escolhas.

Aos meus irmãos Ana Lígia, Adenio e Ana Kerly pelo companherismo e pela

ajuda nos momentos em que precisei.

A toda minha família, tios e primos que me ajudaram a chegar até aqui.

Ao professor Izaque Francisco Candeia de Mendonça pela paciência e

dedicação para comigo.

Aos amigos e colegas da turma 2009.1 Jessily, Ewerton, Vilma, Bruno, Carlos

Magno(Djow), Cristiane, Jessica, Assis, Jefferson, Elineto, Gyacon, Fábio, Arthur,

Tamires e Jaily pelos momentos divertidos e outros nem tanto.

Aos amigos da UFCG Talytta, Marllus, Rubens, Yuri, Jordânia.

Aos professores da unidade de engenharia florestal, principalmente Izaque,

Valdir, Amador, Gilvan e Carminha.

A todos da turma 2010.1.

6

SOUSA NETO, O. M. Uso do índice de vegetação por diferença normalizada (IVDN) na microbacia da barragem da capoeira, semiárido paraibano, no período de 2010 ‒ 2013. 2015. Monografia (Graduação) Curso Engenharia

Florestal. CSTR/UFCG, Patos-PB, 2015. 32 p.

RESUMO

O sensoriamento remoto é uma ferramenta relevante na coleta de dados e geração de informações sobre a superfície terrestre, ao estabelecer um método para monitorar a dinâmica da vegetação utiliza intervalos de comprimento de onda no espectro eletromagnético. O presente trabalho teve como objetivo comparar a cobertura vegetal da microbacia, em dois períodos distintos, um ano chuvoso e um ano de estiagem, através do IVDN. A microbacia da barragem da capoeira localiza-se no município de Mãe D’água, Paraíba, na região Central Sul, Mesorregião do sertão e Microrregião de Patos. Serão empregadas imagens do satélite Resourcesat – 1 (IRS-P6), sensor LISS – III, bandas 3 e 4 para os anos de 2010 e 2013; imagem ortorretificada GLS do Landsat 5 a ser empregada no georreferenciamento das imagens; imagens do Google Earth auxiliar na aquisição de pontos de controle geométrico; Carta planialtimétrica do exército na escala 1:100000, folha Patos; Sistema de Informações Geográficas Idrisi V.15.0 para o processamento digital de imagens. As imagens foram adquiridas no site do INPE através da opção Dados de Satélite-Catálogo de Imagens. A microbacia foi delimitada utilizando carta planialtimétrica elaborada pelo Exército Brasileiro. As imagens consideradas no estudo, foram convertidas para uma escala de radiância objetivando uniformizar as escalas de cinza. Adquiriu-se através do módulo Initial do SIG idrisi uma máscara com a poligonal da microbacia, cujas coordenadas dos seus vértices foram adquiridas se empregando carta planialtimétrica do exército na escala 1:100000. Através do módulo Change/ Time Series, sub-módulo Imagediff, gerou-se o IVDN para o ano 2010 para 2013 empregando –se para ambos os anos para as bandas 3 e 4. Quanto à dinâmica da vegetação, procedeu-se com o cálculo da imagem diferença, ou seja, subtraiu-se do ano 2013 a imagem de 2010. Os sistemas de informações geográficas são instrumentos que disponibilizam excelente otimização no processamento do IVDN. Os dados processados indicam estabilidade ambiental, relativa à cobertura em fitomassa na microbacia. Palavras-chave: Geotecnologias. Semiárido. Monitoramento.

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SOUSA NETO, O. M. The use of the normalized difference vegetation index (ndvi) in the watershed of the capoeira dam, Paraíba semi-arid region in the period of 2010-2013. 2015. Monograph work (Graduation) Forestry

Engineering Course. CSTR/UFCG, Patos-PB, 2015. 32 pages.

Abstract

Remote sensing is a relevant tool in data collection and generation of information about the land surface, at establishing a method to monitor the vegetation dynamics it is used wavelength intervals in the electromagnetic spectrum. This paper aimed to compare the vegetation cover of the watershed, in two different periods, a rainy year and a year of drought, through the NDVI. The watershed of the Capoeira dam is located in the municipality of Mãe D'água, Paraíba, in the South Central region, mesoregion the hinterland (Sertão) and the microrregion of Patos. It will be put Satellite images of ResourceSat - 1 (IRS-P6), LISS sensor - III, bands 3 and 4 for the years 2010 and 2013; GLS orthorectified image from Landsat 5 to be used in the georeferencing of images; Google Earth images assist in the acquisition of geometric points of control; planialtimetric letter of the army at the scale 1: 100,000, Patos sheet; Geographic Information System Idrisi V.15.0 for digital image processing. The images were obtained in the INPE website through the option Images Satellite-Catalog Data. The watershed was delineated using planialtimetric letter elaborated by the Brazilian Army. The considered images in the study were converted into a radiance scale aiming to standardize the gray scale. It is acquired through Initial module GIS (Geographic Information System) idrisi, a mask with the polygon of the watershed, whose coordinates of its vertices were acquired employing planialtimetric letter from the army at the scale 1: 100,000. Through the Change/Time Series module, Imagediff sub-module, it was generated the NDVI for 2010 to 2013 using to both years for the bands 3 and 4. Regarding the dynamics of vegetation, it was proceeded with the calculation of the difference image, so, it was subtracted from the year 2013 the image of 2010. Geographical information systems are instruments that provide excellent optimization in processing the NDVI. The data processed indicate environmental stability related to the cover in biomass in the watershed. Keywords: Geotechnologies. Semiarid region. Monitoring.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9

2 REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................................... 11

2.1 Bacias hidrográficas: definição e unidade de estudo .......................................... 11

2.2 Contexto atual do semiárido brasileiro ................................................................ 12

2.3 O sensoriamento remoto e o geoprocessamento na gestão ambiental............... 13

2.4 A razão entre bandas espectrais e os índices de vegetação: Índice de Vegetação

por Diferença Normalizada (IVDN). ........................................................................... 14

3 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 17

3.1 Caracterização da área de estudo ...................................................................... 17

3.2 Materiais e equipamentos ................................................................................... 17

3.3 Determinação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) ........ 17

3.3.1 Aquisição e georreferenciamento das imagens de satélite .............................. 17

3.3.2 Delimitação da microbacia ............................................................................... 18

3.3.3 Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) ................................. 18

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 20

4.1 Georreferenciamento das imagens ..................................................................... 20

4.2 Conversão das imagens para uma escala de radiância ...................................... 20

4.3 Geração de máscara com perímetro da microbacia ............................................ 21

4.4. Cálculo do IVDN ................................................................................................. 21

4.5 Cálculo da imagem diferença .............................................................................. 22

4.6 Cálculo da imagem diferença .............................................................................. 25

5 CONCLUSÕES ...................................................................................................... 28

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 29

9

1 INTRODUÇÃO

A vegetação desempenha importante função na dinâmica de uma bacia

hidrográfica, age como um subsistema, onde a água proveniente das precipitações é

captada por sua folhagem ou perdida por evapotranspiração, o remanescente fica

disponível para abastecer a bacia hidrográfica, seja pela as águas escoadas

superficialmente ou subterrâneas. Assim, a presença de vegetação controla a

entrada de energia e matéria na bacia, como a saída das mesmas para um sistema

externo (CHRISTOFOLETTI, 2002).

Avaliar a densidade e distribuição da vegetação no espaço é considerável

para o conhecimento dos processos ambientais, gerenciamento e estratégia para o

uso racional dos recursos naturais e entendimento da dinâmica do ciclo hidrológico

(SANTOS, 2008).

O sensoriamento remoto é uma ferramenta relevante na coleta de dados e

geração de informações sobre a superfície terrestre, ao estabelecer um método para

monitorar a dinâmica da vegetação utiliza intervalos de comprimento de onda no

espectro eletromagnético, indicadores e combinações lineares de bandas, e destaca

a área de análise, seja a vegetação, ou áreas com presença de antropismo. Os

índices de vegetação resultam da união das informações espectrais, para melhorar a

visibilidade da vegetação e diminuir as oscilações na irradiância solar e a influência

do dossel da vegetação (JACKSON e HUETE, 1991).

A quantidade de métodos e tecnologias disponíveis aumentam com o passar

dos anos, e torna os estudos sobre cobertura vegetal cada vez mais precisos, um

destes é o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) (TUCKER et al.,

1985). Segundo Debiase et al., (2007) o IVDN é o índice mais utilizado e aceitável

para analisar a cobertura vegetal através do sensoriamento remoto orbital, devido ao

elevado grau de detalhamento que ele fornece a respeito da vegetação

fotossinteticamente ativa e ajusta os efeitos do espectro causados por acidentes

topográficos nas imagens de satélite (COSTA et al., 2007; PEOKING et al., 2007).

O uso de geotecnologias para o monitoramento da vegetação na microbacia

da barragem da capoeira se faz necessário pelo fato de haver poucos estudos na

área em questão e para acompanhar a dinâmica desta microbacia visando detectar

e avaliar os problemas relacionados ao meio ambiente.

10

O presente trabalho teve como objetivo comparar a cobertura vegetal da

microbacia, em dois períodos distintos, um ano chuvoso e um ano de estiagem,

através do IVDN.

11

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Bacias hidrográficas: definição e unidade de estudo

Bacia hidrográfica determinada como a área de captação da água de

precipitação (chuvas), canais e tributários, demarcada por divisores topográficos,

onde toda a água captada converge para um curso principal com vazão efluente, e

um único ponto de saída, o enxutório (saída diretamente no mar) sendo os rios seus

principais componentes (KARMANN, 2003). Quanto ao tamanho da fisionomia

desta, apresenta uma superfície maior que 3.000 km² (OLIVEIRA, 2010).

A partir da década de 1960, como unidade de análise e planejamento

ambiental, valorizada na geografia física e atualmente nas ciências ambientais

(BOTELHO; SILVA, 2007), a bacia hidrográfica possibilita avaliar de forma integrada

as ações antrópicas e seus desdobramentos sobre o equilíbrio hidrológico na bacia

de drenagem (SILVA, 2009).

A bacia hidrográfica também é citada na Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997,

que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, em um dos seus fundamentos,

como “a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos

Hídricos e atuação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos”

(BRASIL, 1997).

A necessidade de estudos e planejamentos ambientais que sejam capazes de

compreender e avaliar a degradação crescente dos recursos naturais é destacada

por Ferreti (2001). Contudo, a bacia hidrográfica é reconhecida no mundo como a

unidade mais satisfatória para o manejo dos recursos naturais, logo: as bacias e

sub-bacias hidrográficas se estabelecem como compartimentos geográficos lógicos

para planejamento integrado do uso e ocupação dos espaços rurais e urbanos com

vista ao desenvolvimento sustentado, no qual se coincidem atividades econômicas

com qualidade ambiental. (FERNANDES, 2002).

Portanto, os cursos d’água, e os demais elementos integrantes de uma bacia

hidrográfica, reagem tanto às influencias dos fatores naturais como às alterações

antrópicas, o que torna relevante, nos estudos ambientais em bacias hidrográficas, a

análise das suas características fisiográficas, com destaque para a cobertura

vegetal, fator determinante para a avaliação da degradação ambiental em uma bacia

(SILVA; ROSA, 2007).

12

O critério para diferenciar os termos sub-bacias e microbacias hidrográficas

tem sido o tamanho ou o intervalo de área das mesmas (SILVA, 2009). Assim, para

bacia hidrográfica (BH), se considera uma superfície maior que 3.000 km²

(OLIVEIRA, 2010), para sub-bacia hidrográfica (SBH), o mesmo conceito de bacia

hidrográfica, acrescido do enfoque de que desagua diretamente em outro rio. As

sub-bacias hidrográficas têm dimensões superficiais que variam de 200 a 3.000 km²

(OLIVEIRA, 2010). Para microbacia hidrográfica (MBH), o conceito também é o

mesmo de bacia hidrográfica, com deságue em outro rio também, porém a dimensão

superficial da microbacia é menor que 200 km² (OLIVEIRA, 2010).

2.2 Contexto atual do semiárido brasileiro

As regiões semiáridas, presentes em diferentes pontos da superfície terrestre,

caracterizam-se pela deficiência hídrica, baixa precipitação pluviométrica e pelo alto

índice de evapotranspiração. No Brasil, a região semiárida ocupa 969.589,4 km²,

11% do território nacional (BRASIL, 2005b) e é intensamente afetada pela

degradação ambiental, o que tem provocado processos de desertificação com

graves consequências socioambientais (PACHECO; FREIRE; BORGES, 2006).

Atualmente, a área de abrangência oficial do semiárido brasileiro foi definida

em março de 2005, pela Portaria nº 89 do Ministério da Integração Nacional, e

considera por base três critérios técnicos: a precipitação pluviométrica média anual

inferior a 800 mm; o índice de aridez de até 0,5 calculado pelo balanço hídrico (que

relaciona precipitações e evapotranspiração potencial, entre 1961 e 1990); e o risco

de seca maior que 60%, com base o período entre 1970 e 1990 (BRASIL, 2005b).

Os Estados do Rio Grande do Norte e da Paraíba possuem o maior

percentual do seu território no semiárido, 91,69% e 89,65%, respectivamente, que

correspondem à segunda e terceira colocações, com o Estado do Ceará em primeiro

lugar, com 91,98% de sua área inserida na região semiárida (BRASIL, 2005a).

No Nordeste semiárido a rede hídrica superficial é caracterizada pela

intermitência dos seus cursos, causada pela irregularidade temporal e espacial das

chuvas, secas periódicas e cheias frequentes durante o período chuvoso

(MALTCHICK, 1999).

O semiárido brasileiro é caracterizado pela predominância de chuvas

convectivas e orográficas, irregularmente distribuídas e concentradas em um único

13

período (BRASIL, 2005a) e déficit hídrico elevado ao longo de todo o ano

(DRUMOND, 2000). A incidência de radiação solar é muito forte, com média anual

de 2800 horas/ano, e a umidade relativa é baixa, com médias anuais aproximadas

de 50% (ALVES, 2007). Desse modo, a avaliação dos aspectos climáticos,

comprova que a pluviosidade e a evaporação são fundamentais na caracterização

da região, uma vez que determinam um balanço hídrico deficitário (SILVA et al.,

2014).

Os rios no semiárido nordestino são alimentados essencialmente pelas águas

das chuvas, consequentemente fluem na estação chuvosa e desaparecem ao seu

término, de forma gradual, o que evidencia que o balanço hídrico é fortemente

afetado pela distribuição irregular das precipitações (PRADO, 2008).

Os recursos hídricos são importantes indicadores das condições dos

ecossistemas com relação aos efeitos do desequilíbrio das interações entre os seus

respectivos elementos, e o conhecimento das alterações ambientais provocadas

também, pela ação antrópica possibilita uma visão dos problemas existentes e

produz aporte para gestão dos recursos naturais (CAMPOS, 2004).

Silva (2011), concluiu que as diversas atividades humanas, na região

semiárida da Paraíba, como o uso inadequado do solo para agricultura, práticas

incorretas no manejo de solo e água, desmatamento, superpastoreio, rotatividade de

cultivos/culturas e outras práticas exploratórias, contribuem à degradação ambiental.

Como os processos de desertificação são peculiares à fragilidade natural do

ambiente, e intensificados pelo antropismo, o mapeamento geomorfológico contribui

para a identificação dos locais que são mais suscetíveis à degradação, pois alguns

fatores naturais e antrópicos quando associados, potencializam os danos ambientais

(LIMA; DIAS; VALE, 2012).

2.3 O sensoriamento remoto e o geoprocessamento na gestão ambiental

O sensoriamento remoto concede a aquisição de dados de um objeto ou

paisagem por sensores distantes dos alvos, como câmeras aerofotogramétricas, os

satélites artificiais e os aparelhos de radar (SILVA et al., 2014).

As imagens de satélite (forma de Sensoriamento Remoto), possibilitam o

monitoramento cada vez mais diversificado da superfície terrestre e sua paisagem,

definida como ferramenta indispensável para abordagens ambientais. A

14

periodicidade da captação das imagens é a vantagem citada na literatura pelo fato

de proporcionar as mais diversas avaliações ambientais ao envolver as mudanças

temporais (SILVEIRA, 2004).

Atualmente as técnicas de sensoriamento remoto apresentam utilidade para

obtenção de informações a respeito das características naturais, do uso da terra e

da distribuição da cobertura vegetal de forma global, rápida, confiável e repetitiva.

Com aplicações no geoprocessamento e nos Sistemas de Informação Geográfica

(SIG’s), ganham importância no desenvolvimento de trabalhos de análise ambiental

(SILVA, 2009; DUARTE et al., 2009; SOUZA; ARAÚJO; GALVÍNCIO, 2007).

A relação entre as técnicas do sensoriamento remoto e os indicadores biofísicos é

relevante para estudos de diagnose e monitoramento, com ênfase em habitats

vulneráveis e utilizados para classificação de solos, uso da terra, levantamento dos

recursos naturais e monitoramento do meio ambiente (NOVO, 1988; FREITAS et al.,

2005).

O sensoriamento remoto se integra ao geoprocessamento, e promove

consideráveis avanços no desenvolvimento de pesquisas e facilita a interatividade

com outras áreas de conhecimento e se torna essencial para a obtenção de

resultados e análises mais precisas. O Geoprocessamento é entendido como uma

técnica que, com utilização de Sistemas de Informações Geográficas, busca realizar

levantamentos, análises e cruzamentos de informações georreferenciadas com vista

à realização do planejamento, manejo e/ou gerenciamento de um espaço específico,

se apoia na cartografia digital para manipulação de dados (FITZ, 2005).

A realização de Zoneamentos Geoambientais é compreendida como o

diagnóstico físico-biótico, cujo objetivo é individualizar zonas do terreno com

similaridade, para orientar os critérios de planejamento e possibilitar a elaboração de

prognósticos. Diante disso, as bacias hidrográficas se revelam como excelentes

áreas de estudo para o planejamento, uma vez que possuem caráter integrador das

dinâmicas nas unidades geoambientais (ROCHA, 1997).

2.4 A razão entre bandas espectrais e os índices de vegetação: Índice de

Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN).

Para a análise dos dados coletados a partir das imagens orbitais, com

maximização das informações espectrais da vegetação em menor número de

15

bandas de operação dos sensores, apresentação de formas distintas e passíveis de

mensuração, foram criados os índices de vegetação, que ressaltam o

comportamento espectral da vegetação e do solo (MOREIRA, 2005).

A vegetação é essencial na manutenção do ciclo hidrológico, protege o solo

dos fatores erosivos, aumenta sua porosidade e permeabilidade pela ação das

raízes, reduz o escoamento superficial e mantêm a umidade e a fertilidade pela

presença de matéria orgânica (BELTRAME, 1994). Diante do pressuposto, a

distribuição e densidade da vegetação definem o estado de conservação do

ambiente. Portanto, analisar a densidade e espacialidade da cobertura vegetal é

relevante para estudos voltados à análise da degradação ambiental, gestão e

planejamento dos recursos naturais, compreensão dos processos do ciclo

hidrológico e diagnóstico da dinâmica no espaço agrário, principalmente com a

utilização da microbacia hidrográfica como unidade espacial do estudo (MELO;

SALES; OLIVEIRA, 2011).

Os índices de vegetação são medidas quantitativas, baseadas nos valores

digitais, que medem biomassa ou vigor vegetativo, geralmente obtidos pela

combinação de diferentes bandas espectrais que são adicionadas, subtraídas,

divididas ou multiplicadas, e produzem um valor único que indique a quantidade ou o

vigor da vegetação (SANTOS; PELÚZIO; SAITO, 2010).

A obtenção do índice de vegetação, de forma mais simples, é dada pela razão

entre duas bandas espectrais, sendo o quociente entre medidas de reflectância em

porções separadas do espectro, e efetiva em realçar ou revelar informações quando

existe uma relação inversa entre duas respostas espectrais para o mesmo fenômeno

biofísico (LOPES, 2008; SANTOS; PELÚZIO; SAITO, 2010).

A operação de razão de bandas pode: remover efeitos de ganho provenientes

de variações espaciais ou temporais, quando ocorrem em bandas de uma mesma

imagem; diminuir variações de radiância da imagem, provenientes de efeito de

topografia, declividade e aspecto; aumentar diferenças de radiância entre solo e

vegetação. A redução do efeito de iluminação também elimina o efeito do

sombreamento topográfico (LOPES, 2008).

Para Moreira (2005), no sensoriamento remoto orbital, o índice de vegetação

mais empregado, na avaliação do vigor da cobertura vegetal, é o Índice de

Vegetação por Diferença Normatizada (IVDN).

16

É o índice mais utilizado para estimar a biomassa com o uso de imagens

orbitais, adequado para as regiões semiáridas, por essas apresentarem variações

significativas da biomassa em diferentes períodos, com predominância de solos

claros, em consequência do baixo teor de umidade e matéria orgânica, que ocasiona

decréscimo nos valores do IVDN em relação às áreas que predominam solos

escuros, que ocorrem acréscimos nos valores do IVDN (LOEBMANN, 2008).

O Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN) é caracterizado

pela aplicação de técnicas de realce de imagem através da operação matemática da

diferença (subtração) pela razão entre a soma das faixas espectrais do

infravermelho próximo e do vermelho: NDVI = (IVP – V) / (IVP + V), onde IVP – valor

da refletância da banda no infravermelho próximo; e V – valor de refletância da

banda no vermelho (MELO; SALES; OLIVEIRA, 2011; MOREIRA, 2005).

Os valores obtidos no Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN)

podem variar de -1 (menos um) a +1 (mais um), quanto mais próximo de 1, maior a

densidade da cobertura vegetal ou seja, a vegetação está mais densa, úmida e

portanto, desenvolvida. A água tem melhor reflectância na banda 3 (faixa do

vermelho) comparada com a banda 4 (faixa do infravermelho próximo), no IVDN ela

apresenta valores negativos, próximo a -1. Solos expostos ou com pouca vegetação

apresentam valores positivos mas, não tão elevados. Quanto às nuvens, o valor

tende a 0 ou próximo, em consequência da reflectância ser semelhante em ambas

as faixas do espectro eletromagnético (MELO; SALES; OLIVEIRA, 2011).

Com a classificação feita pelo Índice de Vegetação por Diferença Normalizada

(IVDN), se pode avaliar as condições da vegetação ao longo de diferentes anos, ao

gerar um mapa como resultado, o que permite a verificação das diferenças entre os

IVDN’s dos anos destacados no estudo como também, identificar precisamente os

locais de maior alteração da cobertura vegetal (LOURENÇO; LANDIM, 2004).

A realização de estudos detalhados dos alvos espectrais da região semiárida

nordestina, inclusive a utilização do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada

(IVDN) para auxiliar a análise do estado da cobertura vegetal dessa região, e

permitir informações que contribuirão para as decisões à gestão ambiental e

desenvolvimento de práticas conservacionistas (RIBEIRO; MARACAJÁ, 2008).

17

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Caracterização da área de estudo

A microbacia da barragem da capoeira localiza-se no semiárido paraibano, na

região Central Sul, Mesorregião do sertão e Microrregião de Patos. Está inserida na

sub-bacia do Espinharas. Possui área de 17.756,58 hectares, está circunscrita às

coordenadas geográficas 7º 25’ 7.63’’ a 7º 6’ 34.36’’de latitude sul e 37º 31' 4.33" a

37º 16’ 27.29’’ de longitude a oeste de Greenwich

O clima da área de estudo segundo Köppen é do tipo Bsh – de baixa latitude

e altitude, semiárido com chuvas de verão. A média anual de precipitação é 734 mm,

concentrados nos quatro primeiros meses do ano.

A vegetação predominante é a Caatinga hiperxerófila, do tipo arbustiva arbórea

aberta.

3.2 Materiais e equipamentos

Serão empregadas imagens do satélite Resourcesat – 1 (IRS-P6), sensor

LISS – III, bandas 3 e 4 para os anos de 2010 e 2013; imagem ortorretificada GLS

do Landsat 5 a ser empregada no georreferenciamento das imagens; imagens do

Google Earth auxiliar na aquisição de pontos de controle geométrico; Carta

planialtimétrica do exército na escala 1:100000, folha Patos; Sistema de Informações

Geográficas Idrisi V.15.0 para o processamento digital de imagens.

3.3 Determinação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN)

3.3.1 Aquisição e georreferenciamento das imagens de satélite

As imagens foram adquiridas no site do INPE através da opção Dados de

Satélite-Catálogo de Imagens. Serão empregadas imagens do ResourceSat-1,

sensor LISS3, nas bandas 3 e 4 no período de 01/08/2010 e 16/07/2013. Para

georreferenciar as imagens se utilizará uma imagem ortorretificada da área de

interesse e o Google Earth para coleta de pontos de controle marcados em

18

interseções entre estradas, estradas e caminhos, encontro de rios e pontos

facilmente identificados tanto na imagem quanto no Google Earth, 45 pontos no

total. No módulo RESAMPLE do IDRISI serão inseridas as coordenadas dos pontos

de controle e em seguida se eliminarão os maiores erros residuais até que o RMS

alcance o limiar de erro médio quadrático pré-estabelecido, que será de 0,5 pixel.

3.3.2 Delimitação da microbacia

A microbacia foi delimitada utilizando carta planialtmétrica elaborada pelo

Exército Brasileiro. As coordenadas do limite da microbacia foram inseridas

manualmente no MapSource para salvar o arquivo como DXF e mudar o sistema de

referência para WGS 84, em seguida este arquivo DXF foi importado para o IDRISI e

usando o módulo Digitize os pontos foram ligados formando a poligonal da

microbacia após o polígono gerado foi criado um arquivo vetor para cada imagem

georreferenciada, usando os módulos Data Entry e Initial do IDRISI este arquivo

gerado é chamado de máscara, através da função Reformat-RasterVector este

arquivo vetor e o polígono da microbacia são convertidos para imagem a partir disso

é feita uma sobreposição de imagem para extrair apenas a área da microbacia,essa

sobreposição é feita utilizando o botão GisAnalysis/DataBaseQuery/Overlay.

3.3.3 Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (IVDN)

Para o cálculo do IVDN os pixels de cada imagem considera para o estudo da

microbacia será transformado em radiância, ou seja dados físicos, objetivando

converter a escala dos números digitais, que é variável em diferentes bandas, para

uma escala física, uniforme para ambas as bandas empregadas no cálculo do

índice. A etapa seguinte consistirá do cálculo do IVDN, para os anos de 2010 e

2013, através do módulo VEGINDEX do SIG Idrisi. Processados os índices para os

anos considerados será feita a subtração de imagens para avaliar a dinâmica da

cobertura vegetal entre os anos estudados. O aumento da vegetação verde é

diretamente proporcional à reflexão do infravermelho próximo, e inversamente

proporcional na banda do vermelho. O que amplia a razão entre as duas bandas e

destaca a vegetação (MELO; SALES; OLIVEIRA, 2011). A formula para calcular o

IVDN proposta por Jensen, (1996) é:

19

IVDN = (IVP - V) / (IVP + V)

Sendo:

IVDN – Índice de Vegetação por Diferença Normalizada;

IVP – Reflectância no comprimento de onda correspondente ao Infra-Vermelho

Próximo (0,76 a 0,90 μm);

V - Refletância no comprimento de onda correspondente ao Vermelho (0,63 a

0,69μm).

20

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Georreferenciamento das imagens

Foram adquiridas para as imagens consideradas no estudo 45 pontos de

controle geométrico, selecionando-os em convergência e/ou confluência de estradas

e em confluência de drenos, esta opção é motivada pela pouca dinâmica destes

aspectos físicos no decorrer dos anos. O georreferenciamento foi processado no

módulo Resample do SIG Idrisi. Alcançou-se para as imagens um Erro Médio

Quadrático (RMS) de 0,5 pixel, sendo este o limiar de erro pré-estabelecido. A

reamostragem dos pixels para a grade georreferenciada de saída foi feita pelo

método do vizinho mais próximo, sendo atribuído para cada pixel da imagem de

saída o valor do nível de cinza mais próximo deste na imagem de entrada, este

cálculo foi realizado por uma função de mapeamento linear.

4.2 Conversão das imagens para uma escala de radiância

As imagens consideradas no estudo, foram convertidas para uma escala de

radiância objetivando uniformizar as escalas de cinza, permitindo, deste modo,

realizar-se operações de álgebra boolena nas imagens, como é o caso do IVDN. As

imagens dados foram processadas no módulo Radiance do SIG Idrisi, empregou-se

consoante exigências deste módulo os valores de radiância máxima e mínima,

observando dados do satélite Resourcesat 1 – Sensor LISS III, sendo:

Banda 3

Radiância Mínima = 0

Radiância máxima = 15.131

Banda 4

Radiância Mínima = 0

Radiância máxima = 15.757

Radiância máxima = 15.131

21

4.3 Geração de máscara com perímetro da microbacia

Gerou-se através do módulo Initial do SIG Idrisi uma máscara com a poligonal

da microbacia, cujas coordenadas dos seus vértices foram adquiridas se

empregando carta planialtimétrica do exército na escala 1:100000. A determinação

do divisor de águas foi feita em observação da rede hidrográfica.

4.4. Cálculo do IVDN

Empregou-se para geração do plano de informação IVDN o módulo Change/

Time Series, sub-módulo Imagediff. Gerou-se inicialmente o IVDN para ano 2010,

empregando-se as bandas 3 e 4, correspondente as faixas do vermelho e do infra-

vermelho próximo, do mesmo modo, procedeu-se para o ano 2013, Figura 1. Para o

cálculo do IVDN de 2013 foram realizados os mesmos procedimentos técnicos

empregados para o ano de 2010, Figura 2.

Figura 1‒ IVDN para o ano 2010 da microbacia da Barragem de Capoeira, PB.

22

O IVDN de 2010 ficou compreendido entre -0,7 e 0,79. Sendo os valores

negativos às proximidades de -0,7 correspondentes a corpos d’água e 0,76

correspondentes a vegetação densa.

Figura 2 ‒ IVDN para o ano 2013 da microbacia da Barragem de Capoeira, PB.

O IVDN de 2010 ficou compreendido entre -0,7 e 0,76. Sendo os valores

negativos às proximidades de -0,7 correspondentes a corpos d’água e 0,76

correspondentes a vegetação densa.

4.5 Cálculo da imagem diferença

Objetivando-se avaliar a dinâmica da vegetação no período considerado no

estudo, procedeu-se com o cálculo da imagem diferença, ou seja, subtraiu-se do ano

2013 a imagem de 2010, este procedimento conduz a avaliação de que as áreas

com valores de desvio-padrão superiores a média estatística indicam incremento de

fitomassa, portanto, maior proteção do solo. Valores com desvios-padrão inferiores a

23

média estatística indicam redução de fitomassa, portanto, menor proteção de

cobertura vegetal, Figura 3.

Quadro 1 ‒ Classes da imagem diferença 2013-2010

Classes DESVIO MÉDIA SITUAÇÃO

1 +2 3,492 Incremento

A imagem diferença representada na Figura 3 foi gerada a partir das classes

de proteção conforme consta no Quadro 1, as classes foram estabelecidas a partir

da média da imagem, com a seguinte configuração: até dois desvios abaixo da

média ocorreu perda de cobertura, desvios próximo da média indica estabilidade e

desvios acima da média indica incremento de fitomassa. Objetivando-se gerar um

plano de informação conciso e representativo do IVDN, reclassificou-se a imagem

diferença nas três classes legendadas na Figura 3, a saber: redução de fitomassa;

estabilidade e incremento de fitomassa.

24

Figura 3 ‒ Imagem diferença para IVDN entre os anos 2010 e 2013.

Em análise aos dados gerados pelos diferentes planos de informações,

observa-se que a microbacia da barragem de capoeira, no seu conjunto está

mantendo uma relativa cobertura florestal. As inclinações do relevo, observadas

nesta área contribui para limitar ações antrópicas nesta área. Os quadros abaixo

demonstram esta afirmativa.

25

4.6 Cálculo da imagem diferença

Quadro 2 ‒ Classes de proteção das imagens IVDN 2010 e 2013

Observa-se no Quadro 1 que as classes de proteção tiveram uma relativa

diminuição da sua área de cobertura devido aos anos que se seguiram com a

precipitação abaixo da média, em 2010 a média anual foi de 562mm, seguido de

2011 com 806,1mm, 2012 com 129,5mm e 2013 com 443,2mm. A caatinga

arbustiva árborea e a florestal semidecidual ao contrário das demais aumentaram

sua cobertura.Isso se deve ao fato da caatinga ter uma resposta muita rápida à

precipitação, mesmo com as chuvas abaixo da média anual na região, o mês de

junho que antecedeu a data da imagem de 2013, teve uma precipitação acima do

esperado para esta época, com 67,2mm.

As figuras 4 e 5 mostram a mudança na paisagem ocorrida entre os anos de

2010 e 2013, entre as alterações estão a diminuição no volume dos corpos d’agua

devido as poucas chuvas, redução da caatinga arbustiva que deu lugar a caatinga

arbustiva arbórea esta por sua vez teve um incremento junto com a floresta

estacional semidecidual Montana.

ANO

Corpos d’agua

Caatinga arbustiva

Caatinga arbustiva árborea

Caatinga áborea

Floresta estacional

semidecidual Montana

ha

2010 228,72 4540,55 9593,28 3374,26 19,75

2013 147,05 3695,90 10720,68 3165,46 27,47

Diferença 81,67 844,65 -1127,4 208,8 -7,72

26

Figura 4 ‒ Classes de proteção IVDN 2010

Figura 5 ‒ Classes de proteção IVDN 2013

27

Objetivando-se avaliar a dinâmica da vegetação no período considerado no

estudo, procedeu-se com o cálculo da imagem diferença, ou seja, subtraiu-se do ano

2013 a imagem de 2010, este procedimento conduz a avaliação de que as áreas

com valores de desvio-padrão superiores a média estatística indicam incremento de

fitomassa, portanto, maior proteção do solo. Valores com desvios-padrão inferiores a

média estatística indicam redução de fitomassa, portanto, menor proteção de

cobertura vegetal.

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5 CONCLUSÕES

Os resultados permitem afirmar que os sistemas de informações geográficas

são instrumentos que disponibilizam excelente otimização no processamento do

IVDN, por suas características de integração de diferentes planos de informações,

permitindo a operacionalização de operações algébricas com grande eficiência;

Os dados processado indicam estabilidade ambiental, relativa a cobertura em

fitomassa na microbacia da barragem de capoeira.

Em estudos na região semiárida do nordeste brasileiro é importante observar

a integração de dados climatológicos das áreas de estudo, em observância a grande

resposta da vegetação, em termos de incremento de fitomassa, em eventos de

precipitação pluviométrica, em curto espaço de tempo.

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