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( ) Biodiversidade e Unidade de Conservação ( ) Gestão e Gerenciamento dos Resíduos (X ) Campo, Agronegócio e as Práticas Sustentáveis ( ) Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos ( ) Cidades Sustentáveis ( ) Saúde Pública e o Controle de Vetores ( ) Educação e Práticas Ambientais
APLICAÇÃO DO NDVI E NDWI PARA A AVALIAÇÃO DA SUPERFÍCIE
VEGETATIVA DO MUNICÍPIO DE ITABERÁ-SP
NDVI and NDWI application to the evaluation of the vegetative surface of Itaberá-SP
Aplicación NDVI y NDWI a la evaluación de la superficie vegetativo Itaberá-SP
Amanda Aparecida de Lima
Graduada em Engenharia Florestal, FAIT/Itapeva, Brasil aalima2603@gmail.com
Ana Clara de Barros
Mestranda em Agronomia – Energia na Agricultura, UNESP/Botucatu, Brasil anaclara_inha@hotmail.com
Felipe de Souza Nogueira Tagliarini
Mestrando em Agronomia – Energia na Agricultura, UNESP/Botucatu, Brasil felipe_tagliarini@hotmail.com
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RESUMO
Para o presente estudo utilizou-se as geotecnologias de Sensoriamento Remoto e o Sistema de Informação Geográfica. A área de estudo é o município de Itaberá-SP e nele teve como objetivo analisar em caráter temporal o resultado dos índices NDVI e o NDWI para gerar mapas temáticos que vão possibilitar uma visão da real situação da vegetação no município. Para isso, foi utilizado imagens de satélite do Landsat-5 e Landsat-8 dos anos de 2005 e 2015 movendo-as a uma plataforma SIG a fim de aplicar os índices previamente citados. Os resultados dos índices foram colocados no mapa sendo divididos em 6 classes, no qual os de maior significância foram apresentados no NDVI. Os índices variaram nos valores de -1 a 0, representando solo exposto; de 0,2 a 0,4, demonstram plantas em estágio de desenvolvimento mais avançado; e de 0,4 a 0,6, que indica vegetação fotossinteticamente ativa. Para o de NDWI a variação foi de -1 a 0, para solo exposto; 0,2 a 0,4, como áreas de plantio de exóticas e culturas anuais com estágio de desenvolvimento avançado; de 0,4 a 0,6 apresentam áreas de vegetação em pleno desenvolvimento, mais aparentes no ano de 2005; de 0,6 a 0,8, para áreas de vegetação com alto nível de biomassa. O índice NDWI complementa a informação obtida do NDVI, isso porque, quanto maior o valore desse índice, maiores serão as taxas de biomassa e de substâncias fotossinteticamente ativas, estando os valores também relacionados diretamente ao teor de água existente na vegetação.
PALAVRAS-CHAVE: Índice de Vegetação. Sistemas de Informação Geográfica. Sensoriamento Remoto.
ABSTRACT
For the present study was used the geotechnology of the Remot Sensing and the Geographic Information System. The study area is the county of Itaberá-SP and it had the objective of analyze temporally the results of the NDVI and NDWI index to creat thematics maps that will enable a vision of the real situation of the vegetation of the county. For that was used satelite images of the Landsat-5 and Landsat-8 of the 2005 and 2015 puting them in a GIS plataform to apply the aforementioned indexes. The indexes results were placed in the map being divided in 6 classes that the most signifcants was the NDVI index. The indexes have had the variation in values ranging -1 to 0, to bare soil; 0.2 to 0.4, showing plants on more advanced stage of development; and 0.4 to 0.6, that show vegetation photosynthetically active. For the NDWI index the variation was -1 to 0, to bare soil; 0.2 to 0.4, to exotic plantation areas and annual cultures with more advanced stages of developments; 0.4 to 0.6, showed vegetation areas in full fledge, more apparent in 2005; 0.6 to 0.8, to vegetation with the high level of the biomass. The NDWI index it is a complement of the information pass by NDVI, that why, how bigger is the index value, bigger will be the biomass rates and the photosynthetically active substances, also the related values directly to the water content of the vegetation.
KEY-WORDS: Vegetation Index. Geographic Information Systems. Remote sensing.
RESUMEN
Para este estudio se utilizó el geotecnologia de detección remota y Sistemas de Información Geográfica. El área de estudio es el condado del Itaberá-SP y su principal objetivo fue analizar el carácter temporal en el resultado de los índices NDVI y NDWI para generar mapas temáticos que permitirán una vista de la situación actual de la vegetación en la ciudad. Para eso, se utilizó Landsat-5 imágenes por satélite y Landsat-8 de 2005 y 2015 moviéndolos a una plataforma GIS con el fin de aplicar los tipos mencionados anteriormente. Los resultados de los índices se colocaron en el mapa que divididos en 6 clases, donde los más significativos se presentan en NDVI. Los índices variaron entre los valores de -1 a 0, lo que representa el suelo desnudo; 0,2 a 0,4, plantas que indican etapa más avanzada de desarrollo; de 0,4 a 0,6, indica la vegetación fotosintéticamente activa. Para el NDWI la variación era de -1 a 0 a suelo desnudo; 0,2 a 0,4, como zonas de plantaciones exóticas y cultivos anuales con avanzado estado de desarrollo; 0,4-0,6 tienen áreas de vegetación en pleno desarrollo, más evidente en 2005; De 0,6 a 0,8, para las áreas de vegetación con alta biomasa. El índice NDWI complementa la información obtenida de la NDVI, porque, cuanto mayor sea el valore de este índice, mayor es la tasa de biomasa y sustancias activas fotosintéticamente una vez que los valores también estan directamente relacionada con el contenido de agua de la vegetación.
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INTRODUÇÃO
O sensoriamento remoto é um instrumento de aquisição de dados da superfície terrestre, que compõe uma importante técnica para o monitoramento sistemático dinâmico da vegetação. Emprega faixas espectrais de bandas no espectro eletromagnético, índices e combinação de bandas, sobressaindo na área de análise à vegetação e eventos antrópicos. Segundo Jakson e Huete (1991) os índices de vegetação resultam de combinações lineares de dados espectrais, realçando o sinal da vegetação, que minimizam as variações na irradiância solar e os efeitos do substrato do dossel vegetal.
De acordo com Ponzoni e Shimabukuro (2007) o NDVI tem sido empregado para detectar os efeitos da sazonalidade, o estágio fenológico da vegetação, duração do período de crescimento, pico de verde, mudanças fisiológicas das folhas e períodos de senescência. Logo, a estimativa da cobertura vegetal através dos índices torna-se indispensável para monitorar as mudanças sazonais e interanuais no desenvolvimento e na atividade da vegetação e para constatar a ocorrência de estresse hídrico (JENSEN, 2009). Atualmente, o NDWI tem se destacado no monitoramento do estresse hídrico em ambiente semiárido, tendo em vista que as bandas do infravermelho próximo e do infravermelho médio são altamente correlacionadas com o conteúdo de água do dossel vegetal, conseguindo acompanhar melhor as alterações na biomassa vegetal, na estimativa da quantidade de água em culturas agrícolas, dentre outros. Comparando o NDVI com o NDWI, o benefício dá emprego do NDWI resulta de sua menor sensibilidade aos efeitos atmosféricos (OLIVEIRA et al., 2010).
Com a análise desses índices, objetiva-se criar mapas temáticos que vão possibilitar uma visão da real situação da vegetação no município de Itaberá, realizando a comparação temporal do ano de 2005 e 2015 do município com a aplicação do NDVI e NDWI. Tais resultados fornecerão embasamentos para pesquisas futuras produzindo dados do comportamento da vegetação para estudos de monitoramento da superfície vegetativa do solo.
OBJETIVO GERAL
O presente trabalho tem como objetivo aplicar os índices de vegetação NDVI e NDWI no município de Itaberá-SP e gerar mapas temáticos fazendo o uso das geotecnologias do Sensoriamento Remoto e Sistemas de Informação Geográfica.
Objetivos específicos
Fazer uma análise do comportamento da vegetação em caráter temporal do ano de 2005 e comparando com o ano de 2015. Além disso, gerar base de dados para pesquisas futuras relacionadas à temática de estudos de monitoramento da superfície vegetativa do solo.
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METODOLOGIA
O município de Itaberá (Figura 1) localiza-se na região sudeste a uma latitude 23°51’43”Sul e longitude 49°08’14” Oeste, estando a 318 km da Capital.
O clima da região, conforme classificação de Köppen, é do tipo Cwa sendo definido como clima subtropical/clima tropical de altitude; a temperatura média anual é de 20,6°C e precipitação média anual de 1193,7 mm, com altitude de 640 metros (CEPAGRI, 2014).
Conforme IPT (2006), o município de Itaberá possui vocação agrícola, voltada para as atividades da pecuária e o cultivo das culturas temporárias, com destaque para o milho, feijão, trigo e soja.
Figura 1: Localização do Município de Itaberá/SP.
Fonte: Elaborada pelo autor.
As imagens utilizadas para o desenvolvimento desse trabalho foram originadas do Landsat 5, obtidas gratuitamente, junto à Divisão de Geração de Imagens do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE e do Landsat 8, obtidas gratuitamente, através do site americano Earth Explorer – USGS.
A região estudada está inserida nas imagens de órbita/ponto 221/76 e 221/77 do Landsat 5, sendo utilizada duas cenas do dia 04 de maio de 2005 e uma cena do Landsat 8, órbita/ponto 221/76 do dia 19 de julho de 2015. A data das imagens foi escolhida em função da ausência de nuvens e por corresponder a períodos do ano em que a vegetação está fotossinteticamente ativa, evitando interferências equivocadas, com isso, acaba ocorrendo uma análise mais específica do comportamento da vegetação.
As bandas espectrais utilizadas foram: 3, 4, 5 do Landsat 5 e 4, 5, 6 do Landsat 8 que correspondem aos comprimentos de ondas do vermelho (RED), infravermelho próximo (NIR) e infravermelho médio (MidIR), respectivamente.
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Com os devidos ajustes de irradiância e reflectância das bandas, partiu-se para o cálculo dos índices de vegetação NDVI (Eq. 1) proposto por Rouse et al. (1973) e NDWI (Eq. 2), de acordo com Gao et al. (1996):
Eq. 1: NDVI =no qual referem-se as bandas do infravermelho próximo e vermelho,
respectivamente.
Eq.2: NDWI =cujo referem-se as bandas do infravermelho próximo e infravermelho
médio, respectivamente.
Para uma melhor interpretação dos dados os índices foram separados em seis classes, na qual a primeira classe vai de -1 até 0, e de 0 a 1 para as demais.
RESULTADOS
Os índices de vegetação, os valores mais próximo de 1 correspondem as áreas com maiores quantidade de vegetação fotossinteticamente ativa, enquanto que os valores próximos a 0 dizem respeito as menores quantidades de vegetação (PONZONI e SHIMABUKURO, 2010) como, solo exposto, ao passo que valores próximo a -1 representam os pixeis escuros como água ou sombra.
Na tabela 1 apresentada a seguir mostra os valores médios dos índices gerados pelo software SIG para identificação das médias dos índices.
Tabela 1: Estatística de classificação dos mapas
Mínimo Máximo Média Desvio Padrão
NDVI 2005 -0,91 0,89 0,25 0,19
NDVI 2015 -0,18 0,59 0,32 0,11
NDWI 2005 -0,92 0,97 0,09 0.20
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Os índices de NDVI variaram em 2005 de -0,91 a 0,89, com média de 0,25 e com desvio padrão de 0,19. No ano de 2015 os índices variaram de -0,18 a 0,59, com média de 0,32 e com desvio padrão de 0,11. Como é possível observar nos mapas os índices que mais variaram foram com os valores de -1 a 0 que representa solo exposto, 0,2 a 0,4 que são plantas em estágio de desenvolvimento mais avançado e de 0,4 a 0,6 vegetação fotossinteticamente ativa.
Figura 2. Mapa do Índice de Vegetação NDVI do município de Itaberá/SP
Fonte: Imagem Landsat 5 datada em 04-05-2005.
Figura 3. Mapa de Índice de Vegetação NDVI do Munícipio de Itaberá/SP.
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As áreas foram analisadas visualmente por meio da evolução temporal das composições no intervalo 10 anos, sendo assim, foi possível analisar que as áreas que representam a classe de solo exposto no ano de 2005 comparada com a de 2015 foram substituídas pela agricultura anual e alguns fragmentos de florestas plantadas. Pode-se observar também que teve um aumento na área irrigada, pois consequentemente ficou visível o aumento da classe em que os indivíduos apresentam desenvolvimento pleno.
Para melhor entendimento das diferentes classes gerados pelo índice do NDWI, apresentadas nos mapas (Figura 4 e 5), constatou-se os principais resultados: -1 a 0 para solo exposto, 0,2 a 0,4 identifica-se como áreas de plantio de exóticas e de culturas anuais, com estágio de desenvolvimento avançado; 0,4 a 0,6 apresentam áreas de vegetação em pleno desenvolvimento, mais aparentes no ano de 2005; 0.6 a 0.8 para áreas de vegetação com alto nível de biomassa.
Os índices de NDWI, a partir da análise temporal, variaram no ano de 2005 -0,92 a 0,97, com média de -0,09 e com desvio padrão 0,20. No ano de 2015 os índices variam de -0,22 a 0,45, com média de 0,17 e com desvio padrão 0,13.
Figura 4. Mapa do Índice de Vegetação NDWI do município de Itaberá/SP
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De modo geral, as áreas que apresentam solo exposto em determinados locais no ano de 2005 apresentam uma alteração apresentada por solo coberto por vegetação na mesma localidade. Portanto, o índice foi expressivo na detecção dessas rotações de cultura.
Também foi possível analisar que em 2015 houve uma maior quantia de áreas irrigadas por pivôs centrais em culturas anuais de produção. Por meio dos mapas de aplicação de NDWI, nos anos de 2005 e 2015, foi possível constatar que esse índice, por apresentar maior sensibilidade à umidade na vegetação, foi subentendido que no mês de maio de 2005 a precipitação foi maior, pois a classe de 0,4 a 0,6 que, apresentam áreas com vegetação em pleno desenvolvimento, são bem significativas.
Figura 5. Mapa de Índice de Vegetação NDWI do Munícipio de Itaberá/SP
Fonte: Landsat 8 datada em 19-07-2015.
Os índices de NDVI e NDWI apresentaram resultados muito aproximados, representando de forma satisfatória o comportamento da vegetação na região estudada. Percebe-se que as áreas que possuem baixos valores de NDVI, correspondem as áreas pouco expressivas quanto à resposta da fotossíntese, que são ainda mais realçadas negativamente em relação à presença de umidade. Os valores mais elevados, como esperado, são encontrados nas faixas de culturas tanto no NDVI tanto quanto no NDWI, pois além de fotossinteticamente ativa apresenta também alta taxa de umidade devido à proximidade dos corpos d’água.
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CONCLUSÃO
As bandas utilizadas no estudo foram escolhidas pelo fato de que as mesmas são necessárias à implementação dos índices de vegetação utilizados nesta pesquisa (NDVI e NDWI) e também para a elaboração da composição colorida na etapa de fotointerpretação das imagens, respondendo positivamente ao que se era esperado.
Os índices de vegetação NDVI e NDWI estudados neste trabalho proporcionaram a análise de forma ampla a cobertura vegetal do município de Itaberá/SP.
O índice NDWI complementa a informação obtida do NDVI, isso porque, quanto maior os valores desse índice, maiores serão as taxas de biomassa e de substâncias fotossinteticamente ativas, estando os valores também relacionados diretamente ao teor de água existente na vegetação.
A utilização das geotecnoligias de Sensoriamento Remoto e do Sistema de Informação Geográfica foram fundamentais para a realização da produção dos mapas e aplicação dos índices de vegetação.
AGRADECIMENTO
À professora Célia Regina Lopes Zimback por toda instrução e atenção dada durante as aulas de embasamento teórico para a produção desse trabalho.
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