ROSANA AMARAL CARRASCO

AVALIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DA RELAÇÃO ENTRE COBERTURA VEGETAL E TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE NO PONTAL DO

PARANAPANEMA UTILIZANDO IMAGENS ORBITAIS

Orientadora: Profa. Dra. Ana Paula M. RamosCo-orientador: Prof. Dr. Paulo Antônio da SilvaColaboradora: Profa. Dra. Rejane E. Cicerelli (UnB)Colaborador técnico: Doutorando Lucas P. Osco

Projeto de mestrado apresentado ao Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista. Área de concentração: Ciências Ambientais. Linha de pesquisa: Planejamento ambiental e Desenvolvimento Regional

Presidente Prudente – SP2016

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃOMESTRADO EM MEIO AMBIENTE E

DESENVOLVIMENTO REGIONAL - MMADRE

RESUMO

A supressão vegetal é um dos fatores que pode contribuir diretamente para a alteração do clima de uma região. O objetivo desse trabalho é avaliar se a mudança de temperatura de superfície na região do Pontal do Paranapanema tem relação com a alteração do uso e cobertura do solo nos últimos anos, por meio de dados de sensoriamento remoto. Imagens orbitais têm sido usadas no monitoramento da degradação ambiental, visando minimizar problemas ambientais, como a emissão de CO2 na atmosfera. Para tanto, será realizado a revisão de literatura sobre os temas que fundamentam o desenvolvimento da presente pesquisa. O método contempla as etapas de pré-processamento das imagens orbitais, como as correções de ordem geométrica, radiométrica e atmosférica, processamento dos dados para a extração das informações de cobertura vegetal e de temperatura, produção de mapas temáticos para a análise quali-quantitativa da alteração da cobertura vegetal e variação da temperatura de superfície. A principal contribuição desse trabalho é identificar a influência da dinâmica da vegetação na variação da temperatura de superfície da região do Pontal do Paranapanema-SP, e os impactos ambientais negativos associados.

Palavras-chave: cobertura vegetal, temperatura de superfície, mapas temáticos, imagens orbitais, Pontal do Paranapanema.

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1 INTRODUÇÃO

Dentre as diversas transformações ocorridas no meio ambiente, a

supressão da cobertura vegetal é uma daquelas que pode contribuir diretamente

para a alteração do clima de uma região. Sano et al. (2011) afirmam que processos

antrópicos intensificam a supressão da vegetação e citam, por exemplo, os

processos relacionados à produção de alimentos como os grandes responsáveis

pela remoção da vegetação nativa no Brasil.

A vegetação é um importante indicador de qualidade ambiental, por

atuar, dentre outros, na filtragem e dispersão da poluição atmosférica (ex.: CO2), na

distribuição de oxigênio, como fonte de matéria orgânica para o solo, na retenção da

umidade do solo e do ar e na redução das temperaturas, através do processo de

evapotranspiração (BARBOSA; DORIGON, 2014). Segundo o superintendente geral

da Fundação Amazônia Sustentável (FAS), Viana (apud SAIBA..., 2011), “O

desmatamento representa de 12% a 20% do total de emissões de gases de efeito

estufa (GEE) no planeta. No Brasil, ele representa de 50% a 70% de toda a emissão

de GEE”.

DESMATAMENTO... (2016), relata que o desmatamento da Amazônia

vem crescendo tanto que provocou o aumento de gases de efeito estufa. Os

números do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), apresenta que o

desmatamento da Amazônia subiu em 25% em 2015 em relação ao ano de 2014,

como consequência disso, houve um aumento de 3,5% nos gases do efeito estufa

no Brasil, ou seja, quase 2 bilhões de toneladas de gases poluíram o meio ambiente,

segundo observatório do clima. Com isso, pesquisadores do Imazon (Instituto do

Homem e Meio Ambiente da Amazônia), associam esse aumento nas emissões de

gases do efeito como sendo um reflexo da diminuição do número de analistas

ambientais para combater o desmatamento na Amazônia, além disso também

consideram que algumas regras do código florestal não são capazes de punir quem

desmata a floresta. O quadro acende um alerta para o Brasil, que, no acordo de

Paris, acertado em dezembro de 2015, pois o Brasil se comprometeu a zerar o

desmatamento, plantar 12 milhões de árvores, além disso, assumiu o compromisso

de reduzir suas emissões em 37% até 2025 e em 43% até 2030, sempre usando

como referência os níveis de lançamentos de 2005.

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A floresta é muito importante para o equilíbrio do ambiente terrestre,

por isso deve ser preservada. Borges et al. (2011) afirmam que temperaturas

amenas são observadas em regiões de mata ciliar, corpos d’água e aéreas cobertas

por vegetação, com valores ainda menores em áreas de vegetação nativa. Dessa

forma, é relevante a realização de pesquisas que investiguem a relação entre a

supressão da vegetação devido, por exemplo, ao aumento das áreas cultivadas e as

implicações ambientais decorrentes, como o aumento da temperatura de superfície.

Para Cunha et al. (2012), o estudo da relação entre a temperatura e a cobertura

vegetal possibilita diagnosticar não somente as alterações antrópicas em um meio,

mas também as alterações naturais na paisagem, e com isso orientar o

estabelecimento de políticas que minimizem um quadro de degradação ambiental.

Oliveira et al. (2012) apresentam que a temperatura de superfície está

envolvida no balanço de energia, na evapotranspiração da vegetação e em

processos de desertificação, sendo um indicador essencial de degradação ambiental

e mudança climática. Fenômenos socioambientais, incluindo os que alteram a

temperatura de superfície, como ocorre no processo de urbanização, como

apontado por Monteiro (1976), Landsberg (1981), Mascaró (1996), Romero (2001) e

Sorre (2006), podem ser investigados a partir do uso de dados de sensoriamento

remoto. Novo (2010) define sensoriamento remoto como uso conjunto de sensores e

equipamentos de processamento e de transmissão de dados, embarcados em

plataformas (ex.: satélites), para o estudo de eventos, fenômenos e processos que

ocorrem na superfície terrestre, a partir do registro e análise das interações entre a

Radiação Eletromagnética (REM) e as substâncias que os compõem em suas mais

diversas manifestações.

Soares Filho et al. (2004) afirmam que a análise espaço-temporal das

mudanças de cobertura do solo, além de permitir uma avaliação da história de

ocupação de uma região, serve para a criação de modelos de evolução da

paisagem. Para esse estudo, a fim de fazer um resgate da história ambiental do

Pontal do Paranapanema, será avaliado a mudança de temperatura de superfície na

região do Pontal e a alteração do uso e cobertura do solo nos últimos 30 anos, isto

porque de acordo com Mozar de Araújo Salvador, meteorologista do Instituto

Nacional de Meteorologia (Inmet), habitualmente é usado em estudos evolvendo

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análises multitemporal para fazer a média do clima dados de um período médio de

30 anos.

Para Ferreira et al. (2004), dentre os vários produtos que são obtidos

por meio de dados de sensoriamento remoto, mapas de temperatura de superfície

são um de destaque, principalmente, devido à grande utilidade que possuem para

auxiliar em tarefas de monitoramento agrícola, detecção de queimadas e estudos de

mudanças climáticas. Um estudo realizado nesse contexto no Pontal do

Paranapanema é o de Osco et al. (2015). Tais autores utilizaram imagens do satélite

Landsat-8 (bandas termais 10 e 11, sensor TIRS), para avaliar a influência do uso e

cobertura da terra na temperatura de superfície da região do alto curso da bacia do

rio Pirapozinho/SP em 2014. Osco et al. (2015) concluíram que as variações de

temperatura associam-se à dinâmica de uso da terra; entretanto, recomendam

novos estudos nessa área em diferentes épocas.

Monteiro (1991) afirma que as informações de sensoriamento remoto,

como uso e cobertura da terra e a variação da temperatura de superfície, são

parâmetros importantes quando se trata de estudos do clima de uma área

geográfica.

Segundo Rodrigues et al. (2009), por meio de imagens de

sensoriamento remoto é possível avaliar parâmetros essenciais ao monitoramento

da degradação ambiental usando índices de vegetação, tal como o Índice de

Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). Vários trabalhos (TSUYUGUCHI et

al., 2010; CASTRO et al., 2013; BARBOSA e DORIGON, 2014; SANTOS e

OLIVEIRA, 2015) têm utilizado de índices de vegetação, como o NDVI, para o

estudo da supressão da vegetação. Isto, seja em áreas urbanas ou rurais como se

verifica nas obras de Araújo e Di Pace (2010) e Silva et al. (2011), respectivamente.

Assim, a interpretação de dados termais associados a índices de vegetação pode

ser uma alternativa eficaz no estudo da correlação entre aumento de temperatura e

redução de cobertura vegetal, viabilizando o estudo de fenômenos ambientais ou a

alteração de ecossistemas.

A partir desse estudo, é possível avaliar a qualidade ambiental da

região do Pontal do Paranapanema, identificando a dinâmica da cobertura vegetal,

como também será realizado estudos comparativos com a influência da supressão

vegetativa no aumento da temperatura de superfície. Assim, será realizado um

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estudo de maneira indireta, relacionando a literatura com os resultados do presente

trabalho, para entender se houve um aumento dos gases atmosféricos poluentes na

região, e por fim, identificar os possíveis impactos em razão desses resíduos

atmosféricos.

2. JUSTIFICATIVA

O presente estudo se justifica, sobretudo, por duas razões. A primeira é

a falta estudos no Pontal do Paranapanema que evidenciem as consequências da

dinâmica da cobertura vegetal e seus possíveis impactos ambientais negativos,

como alteração climática e aumento da poluição atmosférica. Nesse temática,

aponta-se a necessidade de uma pesquisa que responda questões do tipo: “Houve

supressão da vegetação no Pontal do Paranapanema nos últimos 30 anos?”; “Em

caso positivo, de quanto foi essa perda de vegetação?”; “Houve variação da

temperatura de superfície no Pontal nos últimos 30 anos?”; “Em caso positivo, essa

variação de temperatura pode ser correlacionada à alteração no uso e cobertura da

terra?”. A partir desses resultados, futuros estudos podem investigar outras questões

de pesquisa, tais como: “Quais atividades antrópicas desenvolvidas na região do

Pontal que possivelmente contribuem para a supressão da vegetação?” ou “Quais

áreas no Pontal passaram por grandes transformações socioambientais nos últimos

30 anos e que explicam as mudanças climáticas do local?”.

A segunda razão que justifica o presente estudo é o aumento no uso

de imagens orbitais para estudos ambientais, principalmente, devido ao baixo custo

dessas, quando não gratuitas, se comparado aos tradicionais métodos de

levantamento fotogramétrico e topográfico. O sensoriamento remoto contribui de

forma eficaz no estudo do meio ambiente, pois as imagens orbitais permitem uma

visão sinóptica da superfície (JENSEN, 2011) viabilizando, entre outras, a análise de

impactos naturais e antrópicos e o monitoramento de indicadores da qualidade

ambiental, como a cobertura vegetal. Assim, produtos cartográficos temáticos, como

mapas ou carta-imagem, possuem fundamental importância em análises ambientais,

pois comunicam os fatores e os elementos que auxiliam na compreensão do estado

ambiental de uma região. Todo esse contexto evidencia a importância da

Cartografia, enquanto arte, técnica e ciência (ICA, 1966) e, mais atualmente, das

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Geotecnologias, tal como os softwares de Sistema de Informação Geográfica (SIG)

e os sensores de sensoriamento remoto, para suporte à atividade de análise

ambiental de um meio.

Cabe ressaltar que a disponibilidade gratuita de imagens orbitais de

baixa e média resolução espacial, bem como os softwares de SIG, torna possível a

produção de dados cartográficos de qualidade a um baixo custo (CREPANI, 2005).

Além da questão econômica, outra importante característica das imagens orbitais, e

que também justifica a realização do presente estudo, é devido essas imagens

viabilizarem o mapeamento de grandes áreas em extensão territorial, como é

caracterizada a região do Pontal do Paranapanema (Figura 1). A extensão do Pontal

é de 18.844,60 km² e sua população estimada em 583.703 habitantes, distribuídos

em 32 municípios, dos quais 89,74% residem em área urbana, segundo o último

Censo do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), em 2010.

Segundo a Fundação Instituto de Terras do Estado de São Paulo

(ITESP, 2013), a região do Pontal do Paranapanema possui um histórico de intensa

ocupação territorial, sem a devida preocupação com os impactos negativos oriundos

dessa ocupação. Pesquisas apontam que as terras do Pontal sofrem um processo

contínuo de mudança do uso e cobertura, devido, principalmente, à pecuária e a

monocultura da cana-de-açúcar (DIBIESO; LEAL, 2008; ZANATTA et al. 2011).

Todavia, essas análises são de caráter qualitativo, sendo desconexas de uma

avaliação quantitativa dessas áreas como possibilitam as geotecnologias. Se, no

passado, o Pontal do Paranapanema era palco para a produção de lavouras de café,

algodão, amendoim e menta (MONBEIG, 1981; LEITE, 1989), atualmente, a

agricultura de cana-de-açúcar, pastagem e os assentamentos rurais (THOMAZ JR.,

2009) caracterizam as atividades antrópicas mais acentuadas nessa região do

Brasil.

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Figura 1: Localização dos municípios do Pontal do Paranapanema no Estado de São Paulo.

3. OBJETIVOS

Avaliar se a mudança de temperatura de superfície na região do Pontal

do Paranapanema tem relação com a alteração do uso e cobertura do solo nos

últimos anos a partir de imagens orbitais gratuitas.

Como objetivos específicos, tem-se:

• Caracterizar as fitofisionomias vegetais predominante na região do

Pontal do Paranapanema;

• Detectar mudanças espaço temporal da vegetação nativa nos últimos

30 anos;

• Quantificar a mudança de temperatura de superfície na região do

Pontal do Paranapanema;

• Correlacionar os resultados de índice de vegetação com os de

temperatura; e

• Relacionar os impactos da alteração da cobertura vegetal com o

aumento dos resíduos atmosféricos.

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4 HIPÓTESE

O esforço de compreender a influência da vegetação no clima significa

entender a importância que as florestas possuem na preservação do equilíbrio

ambiental. A remoção da cobertura vegetal pode provocar diretas alterações no

clima, como também contribui no acúmulo de dióxido de carbono (CO2) impactando

no aumento da poluição atmosférica (BARBOSA e DORIGON, 2014).

A hipótese dessa pesquisa é que se houve o aumento da temperatura

de superfície no Pontal do Paranapanema nos últimos 30 anos está associado à

supressão da vegetação nessa região por atividades antrópicas.

5 REVISÃO DE LITERATURA

A revisão da literatura permitirá aprimorar o conhecimento nos

seguintes tópicos: geotecnologias aplicadas no estudo ambiental, com destaque

para princípios de sensoriamento remoto, como: sistemas sensores, comportamento

espectral de alvos, técnicas de interpretação de imagens, processamento digital de

imagens (correções geométrica, radiométrica, atmosférica, técnicas de realce),

métodos de extração de dados em imagens orbitais (índice de vegetação,

classificação de imagens, estimativa da temperatura usando dados termais).

Para tanto, pretende-se consultar as obras de Florenzano (2011), Novo

(2010), Jensen (2011), Moreira (2011), bem como periódicos na área, incluindo os

que tratam de estudos de caso similares, como o de Lock e Kirchner (1997) e

Amaral et al. (2009). Além desses tópicos relacionados à Cartografia, pretende-se

realizar uma revisão da literatura sobre os conceitos relacionados à vegetação.

6 METODOLOGIA

6.1 Materiais

Os materiais necessários para a realização dessa pesquisa consistem

em computadores e impressoras, software de Sistema de Informação Geográfica

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(SIG), como: QGIS 2.14, SPRING 5.4 e ArcGis 10.4. Além disso, serão utilizadas

base de dados vetoriais dos municípios do Pontal do Paranapanema, imagens

orbitais, por exemplo, série Landsat, RapidEYE, CBERS, Modelo Digital de Elevação

(MDE) obtido de imagem de radar a partir da missão SRTM (Shuttle Radar

Topography Mission) e dados meteorológicos da região disponibilizados pela

FCT/UNESP - INMET (Estação Meteorológica da Faculdade de Ciências e

Tecnologia da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”).

6.2 Método

A paisagem, segundo Bertrand (2004), é produto da combinação

dinâmica dos elementos físicos, biológicos e antrópicos que atuam uns sobre os

outros e fazem da paisagem um conjunto único e indissociável, em contínua

transformação. Para o presente estudo, pretende-se empregar uma metodologia

quantitativo-qualitativa na busca de se analisar e interpretar a alteração da cobertura

vegetal e da temperatura de superfície na região do Pontal do Paranapanema, nos

últimos 30 anos, a partir de imagens orbitais. Martins (1998) afirma que a

abordagem quantitativa se caracteriza por mensurar as variáveis de pesquisa, ou

seja, uma maneira de se quantificar dados na forma de coleta de informações. Na

abordagem qualitativa, o ato é analisar e compreender os resultados, afirma o

mesmo autor.

A partir da proposta quantitativo-qualitativa, o método de investigação

proposto ocorrerá por meio de um estudo de caso, na qual o objeto de estudo é a

região do Pontal do Paranapanema-SP. Para Tull e Hawkins (1976), um estudo de

caso é uma análise intensiva de uma situação particular. Assim, o método da

presente pesquisa está dividido em três grandes etapas: pré-processamento das

imagens, processamento dos dados para a extração do índice de vegetação e dados

de temperatura, e produção de mapas temáticos. Essas etapas e suas fases estão

descritas no fluxo de metodológico, apresentado na Figura 2.

13

Figura 2 – Fluxo metodológico.

6.2.1 Seleção das imagens orbitais

A elaboração dos produtos temáticos de interesse - mapas para a

estudo da variação da cobertura vegetal e da temperatura de superfície, será

realizada a partir de imagens orbitais gratuitas. A priori, têm-se três possibilidades de

uso de sistemas com diferentes características, em termos de resolução espacial,

radiométrica, espectral e temporal, quais sejam: série Landsat, CBERS e

RAPIDEYE. Assim, será realizado um estudo para definir qual desses sistemas

sensores será utilizado no desenvolvimento da pesquisa, lembrando que se pode

realizar a integração de imagens de diferentes sensores.

As imagens CBERS e Landsat podem ser obtidas na página do

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)1 (Figura 3).

1 Disponível em: <http://www.dgi.inpe.br>.

ETAPAS

Pré-processamento dos dados

Seleção das Imagens orbitais

Correção das imagens

Realce das imagens

Processamento dos dados

Estimativa da cobertura vegetal por índice de vegetação

Extração da temperatura de superfície Validação dos dados em campo

Produção de mapas temáticos

Mapa do índice de vegetação

Mapa de temperatura

Correlação/Análise dos Mapas

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Figura 3 – Página para download de imagens orbitais no site do INPE.

Fonte: www.dgi.inpe.br

As imagens do satélite Landsat, também estão disponíveis página do

Serviço Geológico dos EUA, o USGS2 (Figura 4). As imagens RAPIDEYE são

fornecidas pelo governo brasileiro a intuições públicas ou de pesquisa no país.

2 Disponível em: <http://earthexplorer.usgs.gov/>.

15

Figura 4 – Página para download de imagens orbitais no site da USGS.

Fonte: www.usgs.gov

6.2.2 Processamento dos dados

Todas as etapas de pré-processamento e processamento dos dados

será realizada no SPRING3 e (ou) ArcGIS 10.4. A produção dos mapas será

realizada no QGIS e (ou) ArcGIS 10.4. Para mapear a alteração da cobertura

vegetal do Pontal nos últimos 30 anos, serão consultados trabalhos que comparem

os diferentes índices de vegetação, e será empregado aquele recomendado pela

literatura.

Deve-se salientar que o NDVI tem sido um índice muito utilizado para o

mapeamento da cobertura vegetal (TSUYUGUCHI et al., 2010; CASTRO et al.,

2013; BARBOSA e DORIGON, 2014; SANTOS e OLIVEIRA, 2015).

Segundo Jensen (2011), o NDVI é estimado com base na equação 01:

NDVI = (NIR – R) / (NIR + R) (1)

3 Disponível em: <http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/index.html>

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Em que:

NIR é a refletância no comprimento de onda correspondente ao

Infravermelho Próximo (0,76 a 0,90 μm);

R é a refletância no comprimento de onda correspondente ao Vermelho

(0,63 a 0,69μm).

Quanto ao mapeamento da temperatura, de acordo com Jensen

(2011), a temperatura de superfície diz respeito ao fluxo de calor dado em função da

energia que chega e sai do alvo, sendo de suma importância para o entendimento

das interações entre a superfície terrestre e a atmosfera. A faixa espectral que

permite uma maior transmissão da energia emitida da Terra registrada pelo sensor é

a região do infravermelho termal, cujo intervalo é de 8,0 a 14,0 µm (micrometro)

(STEINKE et al., 2010). Para mapear a variação de temperatura de superfície na

região do Pontal, nos últimos 30 anos, serão consultadas abordagens como a

empregada por Osco et. al (2015).

Para a extração da temperatura de superfície, um dos métodos que

será utilizado é um plugin4 oferecido pelo software QGIS (FIGURA 5), desenvolvido

com a finalidade de extrair a temperatura de superfície de uma imagem orbital

infravermelha (sensor TIR - Thermal InfraRed) adquirida nos satélites das séries

Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ e Landsat 8 TIRS.

FIGURA 5 - QGIS Land Surface Temperature Estimation (LTS) Plugin

4 QGIS Land Surface Temperature Estimation (LTS) Plugin

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Fonte: QGIS.

6.2.3 Produção de mapas temáticos

Para a produção dos mapas temáticos, seja de variação da cobertura

vegetal ou de alteração de temperatura de superfície, serão aplicados os conceitos

de projeto cartográfico (Sluter, 2008) e de Cartografia temática descritos em

Martinelli (2011) e Menezes e Fernandes (2013) visando a eficiência do processo de

comunicação cartográfica. A partir desses mapas temáticos será possível uma

análise quali-quantitativa das áreas do Pontal do Paranapanema.

Vale ressaltar que os resultados representados nos mapas temáticos,

seja para a cobertura vegetal ou temperatura, serão validados a partir de dados de

campo sempre que oportuno. Além disso, os dados de temperatura extraídos das

imagens orbitais serão validados com os dados meteorológicos disponibilizados pela

FCT/UNESP – INMET.

18

7 CRONOGRAMA

No Quadro 1 tem-se um cronograma de execução das atividades da

pesquisa, a qual tem início previsto para o mês de março do ano de 2017 e previsão

de término em fevereiro de 2019.

Quadro 1 – Cronograma de pesquisa.

ATIVIDADES SEMESTRE1º 2º 3º 4º

Obtenção de Créditos X X Revisão de Literatura X X X XLevantamento dos dados X Treinamento nos softwares X X Preparação da base de dados X X Pré-processamento dos dados X Processamento dos dados X X Geração do mapa de uso X Geração do mapa de temperatura X Análise dos resultados X Participação em eventos X X X XExame de qualificação X X Defesa da dissertação X

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