Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761
Validação do Produto de Área Queimada MCD64A1 de Resolução Moderada
Validation of the MCD64A1 Moderate Resolution Burned Area Product
DOI:10.34117/bjdv6n11-504
Recebimento dos originais: 19/10/2020 Aceitação para publicação: 24/11/2020
Nayanne Silva Benfica
Doutoranda em Meio Ambiente e Desenvolvimento em Universidade Estadual de Santa Cruz,Ilhéu,BA.
E-mail: [email protected] Danilo Paulucio da Silva
Doutor , endereço: Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), Itapetinga, BA, Brasil Departamento de Ciências Exatas e Naturais
E-mail: [email protected] Raiânnata Machado Figueiredo
graduanda na Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia E-mail: [email protected]
Júlia Campista Brunow
Mestranda em Desenvolvimento Regional e Meio Ambiente na Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Ilhéus-BA
E-mail: [email protected] RESUMO
Áreas de vegetação são afetadas por queimadas em várias localidades distribuídas ao longo da superfície da Terra. No Parque Nacional da Chapada Diamantina não é diferente e o resultado são impactos nas esferas ambientais, sociais e até econômicas.Com o desenvolvimento de geotecnologias, e, concomitantemente sensoriamento remoto, estudos a respeito de áreas queimadas tem se tornado cada vez mais executável. O produto de Área Queimada MCD64A1, foi desenvolvido a partir do mapeamento do sensor de resolução moderada MODIS e permite o conhecimento da localização e quantificação de área queimada, o que é essencial para o desenvolvimento de políticas de gerenciamento ambiental. No entanto, devido à resolução moderada, o produto pode apresentar erros de omissão no total de as áreas que são classificadas queimadas quando comparado com imagens de melhor resolução espacial. Nesse sentido, o estudo buscou realizar a validação do produto do sensor MODIS para o Parque Nacional da Chapada Diamantina, a partir da comparação com imagens Landsat de melhor resolução espacial. O trabalho utilizou como forma de validação regressão linear simples e os resultados demonstraramcoeficientes satisfatórios, o que evidencia o potencial do produto de área queimada MCD64A1 auxiliar estudos na compressão da dinâmica de queimadas, sendo uma alternativa relevante para controle do fogo e mitigação de impactos por ele gerados.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 ABSTRACT
Vegetation areas are affected by fires in several locations distributed along the Earth's surface. The Chapada Diamantina National Park is no different and the result is impacts on environmental, social and even economic spheres. With the development of geotechnologies, and concomitant remote sensing, studies on burned areas have become increasingly feasible. The MCD64A1 Burned Area product was developed from the mapping of the MODIS moderate resolution sensor and allows the knowledge of the location and quantification of burned area, which is essential for the development of environmental management policies. However, due to the moderate resolution, the product may present omission errors in the total of the areas that are classified as burned when compared to better spatial resolution images. In this sense, the study aimed to perform the validation of the MODIS sensor product for the Chapada Diamantina National Park, from the comparison with Landsat images of better spatial resolution. The work used as a form of simple linear regression validation and the results showed satisfactory coefficients, which highlights the potential of the burned area product MCD64A1 to assist studies in the compression of the burn dynamics, being a relevant alternative for fire control and mitigation of impacts generated by it.
Keywords: Burnt areas, Remote sensing, MCD64A1.
1 INTRODUÇÃO
Áreas de vegetação são afetadas por queimadas em várias localidades distribuídas ao longo da superfície da Terra. No Parque Nacional da Chapada Diamantina– PNCD não é diferente, de acordo com o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis– IBAMA (2008),o parque é a unidade de conservação de proteção integral do Brasil que registra o maior número de focos de incêndio por temporada. Além do mais, as ocorrências de incêndios florestais podem acarretar impactos ambientais, sociais e econômicos (LOPES, 2013).
Os incêndios florestais representam um risco significativo para os seres humanos e para o funcionamento dos ecossistemas (MORITZ et al., 2014). Ao nível ambiental o fogo pode destruir a fauna e flora, emitir gases nocivos, como carbono e compostos nitrogenados e aumentar processos erosivos, visto que com a queima é realizada a retirada da camada vegetal. Os incêndios florestais também podem ocasionar impactos na vida humana, seja por meio da destruição de habitações circunvizinhas ou por partículas que são lançadas na atmosfera na queima, podendo provocar problemas na saúde humana (MARTINS, 2010). Ainda podem ser citados, a perda de lavouras e pastagens afetadas pelo fogo. Desse modo, são necessários estudos sobre a dinâmica de ocorrência de incêndios florestais, a fim de controlá-los e diminuir impactos.
Com o desenvolvimento de geotecnologias, estudos a respeito de áreas queimadas tem se tornado cada vez mais executável. O produto de Área Queimada MCD64A1, foi desenvolvido a partir do mapeamento do sensor Spectroradiometer de Imagem de Resolução Moderada – MODIS. De acordo com Ruiz et al. (2014), o produto de Área Queimada do sensor MODIS pode fornecer informações
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 sobre a sazonalidade do fogo, a frequência de ocorrência, localização e quantificação da área queimada, o que é essencial para o desenvolvimento de políticas de gerenciamento ambiental. O sensor demonstra vantagens em virtude de sua resolução temporal de 1 a 2 dias e 36 bandas espectrais (Giglio, 2016). No entanto,possui 500 metros de resolução espacial e pode apresentar erros na detecção de áreas queimadas, quando comparado com imagens de melhor resolução espacial. Nesse sentido, o trabalho buscou realizar a validação do produto do sensor MODIS para o Parque Nacional da Chapada Diamantina, a partir da comparação com imagens Ladsant.
2 METODOLOGIA 2.1 ÁREA DE ESTUDO
O Parque Nacional da Chapada Diamantina localiza-se no centro do estado da Bahia, entre os paralelos 12°24’23’’ e 13°11’57’’S e entre os meridianos 41°35’38’’ e 41°05’45’’O (Figura 1). A unidade de conservação de proteção integral foi criada a partir do Decreto nº 91.655 de 17 de setembro de 1985 para delimitar a área de 1520 km², em virtude da grande diversidade ecológica, estando inserido na zonanúcleodetrêsReservasdaBiosfera,MataAtlântica,CerradoeCaatingae para proteção ao desmatamento e queimadas (MMA,2007). A vegetação do parque nacional é constituída de um mosaico de diferentes formações. Estão incluídas vegetações com características deciduais, semideciduais e perenifoliadas, vegetação comum do bioma de Mata Atlântica. O parque também conta com formações campestres, caracterizado por intensa cobertura de gramíneas, desprovidas de árvores, tipo de vegetação associada ao bioma Cerrado.”. Há ainda, pequena parcela de vegetação xerofíticas, típicas do bioma da Caatinga. Destaca-se também as áreas alagadas, ao leste, com vegetação típica local, predominando macrófitas aquáticas (CPRM, 1994).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 Figura 1. Representação do Parque Nacional da Chapada Diamantina e áreas queimadas a partir da imagem Landsat em composição RGB 5,4,3 de novembro de 2008
Fonte: Fonte: (INPE, 2019)
2.2 PRODUTOS ORBITAIS
Para o presente estudo, foram utilizados dois tipos de produtos orbitais, o produto de Área queimada (MCD64A1) do sensor MODIS e as imagens Landsat para validação. O estudo foi realizado entre o período de 2006 e 2016, em virtude da maior disponibilidade de imagens com qualidade do satélite Landsat desde o inicio da série temporal do produto MCD64A1, em 2000.
As imagens utilizadas para validação foram da série doLandsat5 (sensor TM ThematicMapper) e Landsat 8 (sensor OLI Operational Land Imager), referentes à cena orbita 217 e ponto 69 disponível na página web do INPE. As bandas utilizadas possuem resolução espacial de 30 metros e tempo de revista de 16 dias. Foram utilizadas para validação, todas as imagens disponíveis para a área de estudo e sem cobertura de nuvens nas áreas queimadas, contemplando o período analisado (Tabela 1).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 Tabela 1- Imagens Landsat utilizadas para validação de áreas queimadas MCD64A1
Data Satélite 27/05/2006 Landsat5 02/08/2007 Landsat5 13/03/2008 Landsat5 30/11/2008 Landsat5 20/06/2009 Landsat5 30/05/2013 Landsat8 22/09/2014 Landsat8 24/08/2015 Landsat8 25/09/1015 Landsat8 14/12/2015 Landsat8 30/12/2015 Landsat8 03/03/2016 Landsat8 Fonte: Fonte: (INPE, 2019)
O produto de Área Queimada MCD64A1 é disponibilizado em formato HDF via web USGSpara cada mês, com seu respectivo ano e células classificadas como áreas queimadas. O produto também apresenta valores classificados como água e áreas que não foram queimadas. Cada célula possui resolução espacial de 500 metros(GIGLIO et al., 2018). O produto é dividido por cenas que compreendem linhas horizontais e verticais em toda cobertura terrestre, sendo aquelas que contemplam a área em estudo, linha horizontal 13 e Vertical 10. Para satisfazer o período de investigação (de 2006 à 2016) foram necessárias 12 imagens, respectivas a cada mês e ano de cada imagem do satélite Landsat para análise.
2.3 PROCESSAMENTO DE DADOS ORBITAIS
As imagens do satélite Landsatforam tratadas utilizando o Sistema de Informação Geográfica ArcGiS 10.3. Primeiramente, todas as imagens foram convertidas para o sistema de projeção SIRGAS 2000, Zona 24 S e posteriormente realizada a extração para contemplar apenas a área de estudo. As imagens foram georreferenciadas com base na Hidrografia 1:1.1:1.000.000 disponibilizada pela Agência Nacional das Águas e realizado a criação dos polígonos de áreas queimadas sobre as imagens Landsat.Para o produto de Área Queimada MCD64A1, primeiramente os dados foram processados no MODIS Reprojection Tool (MRT), a fim de torná-los em formato GEOTIF e para converter o sistema de projeção sinusoidal. Em segundo momento, os dados foram realocados para o ArcGiS 10.3, para recorte do produto de Área Queimada apenas para o Parque Nacional da Chapada Diamantinae contabilização de todas células de queimadas. Desse modo, foram contabilizadas áreas queimadas para os dois produtos orbitais, de resolução moderada MODIS e de melhor resolução espacial Landsat. Validação
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 Para verificar o desempenho do produto de Área Queimada (MCD64A1) de resolução moderada, frente as imagens Landsat de melhor resolução, foi realizada regressão linear simples, método utilizado por estudos para validação do produto anterior, MCD45A1 (TSELA et al., 2010, ARAÚJO E FERREIRA, 2015). A condição de perfeita igualdade entre os dados, seria aquela em que o coeficiente linear é igual a zero e os coeficientes angular e determinação são iguais a 1.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Figura 2 são apresentados os valores de áreas queimadas quantificadas a partir de imagens do MODIS em função das áreas quantificadas com imagens Landsat, durante o período compreendido entre 2006 e 2016. Na figura ainda são apresentados os parâmetros da função linear ajustada, bem como a linha de tendência e coeficiente de determinação. Nota-se na figura 2 alto grau de correspondência entre os dados obtidos partir do produto MCD64A1 do sensor MODIS e os obtidos com imagens Landsat, visto que o coeficiente linear é próximo a zero e os coeficientes angular e de determinação próximos à unidade.
Figura 2 - Áreas queimadas obtidas a partir do produto MCD641 versus áreas obtidas com Landsat
O total de áreas queimadas entre o período de 2006 e 2016 observado foi de 398,8941km²e 387,928129 km² pelo MCD64A1 e Landsat, respectivamente. Embora os resultados tenham demonstrado correspondência, deve ser mencionada a vantagem observada neste estudo do produto de Área Queimada (MCD64A1) em relação ao satélite Landsat. Em virtude da resolução temporal de 1 a 2 dias do sensor MODIS, alvos em chamas são detectados e classificados como células queimadas com o dia da queima, enquanto o satélite Landsat, por possuir resolução temporal de 16 dias, em muitas
y = 0,97x + 1,55 R² = 0,99 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Landsat (km²) M O DIS M CD6 4 A1 ( k m ²)
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 vezes, nuvens interferem na verificação da área queimada, o que pode ocasionar maior incerteza do dia da queima e confusão na classificação do polígono como área queimada, com outros alvos semelhantes, como por exemplo, solo úmido e rochas, esse último, muito predominante no Parque Nacional da Chapada Diamantina (Figura 1). Outro aspecto relevante observado no parque nacional, refere-se a capacidade de regeneração da vegetação e disponibilidade de imagem do satélite Landsat com qualidade. Em alguns casos, as marcas deixadas pela queimada podem desaparecer rapidamente a depender do tipo de vegetação regenerada, e emvirtude da ausência de disponibilidade de imagem com qualidade do satélite Landsat, áreas queimadas deixam de ser contabilizadas.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos nesse estudo a cerca da validação do produto de Área Queimada MCD64A1 e série Landsat, foram satisfatórios para o produto de resolução moderada no Parque Nacional da Chapada Diamantina. Desse modo, o produto MCD64A1 demonstra potencial para auxiliar no gerenciamento e controle de áreas que são afetadas por queimadas, bem como na consequente diminuição dos impactos que são gerados.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 11, p.91164-91171, nov. 2020. ISSN 2525-8761 REFERÊNCIAS
ANA - Agência Nacional das Águas. Disponível em: <http://hidroweb.ana.gov.br/default.asp> Acesso em: 5jul de 2019.
ARAÚJO, M, F; FERREIRA, G, L; Satellite-based Automated Burned Area Detection: A Performance Assessment of the MODIS MCD45A1 in the Brazilian Savana.International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. v. 36, p. 94-102, 2015.
CPRM. Projeto Chapada Diamantina. Parque Nacional da Chapada Diamantina – BA. Informações Básicas para a Gestão Territorial. Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA)/Serviço Geológico do Brasil (CPRM), Salvador, 1994.
GIGLIO, L. et al. Collection 6 MODIS Burned Area Product User’s Guide Version 1.0.p. 26, 2016. GIGLIO, L.; BOSCHETTI, L.;ROY, D.; HUMBER, M.; JUSTICEA, C. The Collection 6 MODIS Burned Area Mapping Algorithm and Product. Remote SensingofEnvironment. v. 217, p. 72-85, 2018.
IBAMA. Estatísticas Relativas às UC Federais. Disponível em: http://www.ibama.gov.br>. Acesso em: 7 jul. de 2019
INPE, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Catálogo de Imagens. Disponível em: <http: //www.inpe.br> Acesso em: 7 jul. de 2019.
LOPES, L. S. Modelação do risco e dinâmica do fogo para apoio ao planeamento e gestão do espaço florestal: Caso de estudo-bacia hidrográfica do Rio Estorãos.Dissertação de Mestrado em Gestão Ambiental e Ordenamento do Território – Instituto Politécnico de Viana Castelo, 2013. 135p. MARTINS, S. D. R. Incêndios florestais: Comportamento, Segurança e Extinção. Dissertação de Mestrado Interdisciplinar em Dinâmicas Sociais, Riscos Naturais e Tecnológicos - Faculdade de Ciências, Coimbra, 2010. 96p.
MMA/Instituto Chico Mendes/IBAMA. Plano de Manejo do Parque Nacional da Chapada Diamantina.Brasilia-Brasil, 2007.
MORITZ, M. A, et al., Learning to Coexist with Wildfire.Nature, v. 515, p 58 – 66, 2014.
RUIZ, M. A. J; et al. Burned Area Mapping in the North American Boreal Forest Using Terra-MODIS LTDR (2001–2011): A Comparison with the MCD45A1, MCD64A1 and BA GEOLAND-2 Products. Remote Sensing. v. 6, p. 815-840, GEOLAND-2014.
TSELA, P. L. et al.,.Validation of the MODIS Burned-Area Products Across Different Biomes in South Africa. IGARSS. p. 3652-3655, 2010.
USGS, U.S.Geological Survey.<https://eros.usgs.gov/sites/all/files/external/eros/about- us/fs20153081.pdf> Acesso em: 1 jul. de 2019.
