Conectiv

(1)

Modelagem de conectvidade na paisagem

(2)

A configuração da paisagem é

importante!

Organismos precisam ser capazes de mover-se em várias escalas

Movementos intra-territoriais

• Busca de recursos do habitat

Movementos inter-territoriais

• Metapopulação • Dispersão • Mudança na distribuição Intr od uç ão

(3)

Definições de conectividade

Taylor et al. 1993: Grau em que a paisagem impede

ou facilita o movimento entre as manchas de recurso.

With et al. 1997: Relacionamento funcional entre manchas de hábitat, permitindo o contágio do

hábitat e a resposta de movimento dos organismos à estrutura da paisagem.

Singleton et al. 2002: A qualidade de uma área

heterogênea para prover passagem aos organismos (permeabilidade da paisagem).

Intr

od

uç

(4)

Conectividade

Estrutural

:

foco no arranjo espacial de

diferentes tipos de hábitata ou outros

elementos na paisagem.

Funcional

:

foco na resposta comportamental

de indivíduos, espécies ou processos

ecológicos a estruturas físicas da paisagem

3

Intr

od

uç

(5)

Teoria de Biogeografia de Ilhas

• MacArthur & Wilson 1967 - The Theory of Island

Biogeography

Desenho de reservas

• Soule 1987 - Viable Populations for Conservation

• Meffe & Carroll 1994 - Conservation Biology Textbook

Conservação de corredores

• Servheen & Sandstrom 1993 - Linkage Zones for

Grizzly Bears… End. Sp. Bul. 18

• Walker & Craighead 1997 - Analyzing Wildlife

Movement Corridors… Proc. ESRI Users Conf.

• Anos 2000 – muitas publicações sobre corredores e conectividade

Conectividade

Intr od uç ão

(6)

Processos na paisagem

• Final dos anos 2000 – maturação de técnicas em genética de paisagem e modelagem

Futuro?

 Mais dados empíricos relacionando processos e padrões na paisagem

 Simulações e modelagens mais sofisticados  Foco em adaptação à mudanças climáticas

Conectividade

Intr

od

uç

(7)

Abordagens de análise

1. Métricas

2. Teoria de Grafos

3. Análises de distância-custo

• Combinando teoria de grafos e distância-custo

4. Teoria de Cirucito

5. Modelos Baseados no Indivíduo

Abo rdage ns de aná li se

(8)

Abordagens de análise

1. Métricas

2. Teoria de Grafos

3. Análises de distância-custo

• Combinando teoria de grafos e distância-custo

4. Teoria de Cirucito

5. Modelos Baseados no Indivíduo

Abo rdage ns de aná li se Simples Poucas Assunções

Poucos dados de entrada Foco estrutural

Complexo

Muitas Assunções

Mais dados de entrada Foco no processo

(9)

Métricas de paisagem

(10)

• Busca quantificar o relacionamento entre manchas

• Mais focada no processo

• Baseada em sólida teoria matemática com muitas aplicações em outros campos (e.g. geografia, ciências da computação)

• Provê uma linguagem para descrever o relacionamento entre manchas

Teoria de Grafos

(11)

Teoria de Grafos

Vocabulário:

Nó (Node, Patch) – os pontos de interesse

Ligação (Link,Edge) – as conecções entre os nós

Grafo conectado (Connected Graph) – um grafo com um caminho

entre cada par de nós

Componente (Component,Subgraph) – parte de um grafo em que

cada nó é adjacente a outro nó naquela parte do grafo

(12)

Teoria de Grafos

(13)

• Mais foco na matriz

• Busca quantificar o isolamento entre as manchas • Pode identificar rotas e gargalos de maneira

espacialmente explícita

• Baseada no conceito de “custo de movimento” ,

com algum fundamento em teoria do forrageio, mas ainda com pouca documentação empírica

Análise de distância-custo

(14)

Passo da análise:

1) Identificar as manchas 2) Desenvolver a superfície de fricção 3) Avaliar a paisagem 3 1 2 10 1 0 2 1 1 1 3 3 10 3 1 2 1 3 2 10 3 0 2 3 3 3 1 1 10 1 3 2 Habitat Suitability: 0 = Barrier 1 = Poor 2 = Moderate 3 = Good 10 = Source Travel Cost: 0 = 99 1 = 3 2 = 2 3 = 1 10 = Source 6 5 2 10 6 103 4 3 3 4 5 4 10 1 4 6 Cost-distance 22 16

Análise de distância-custo

(15)

Passo 1: Identificar manchas fonte Abo rdage ns de aná li se

Análise de distância-custo

Singleton et al. 2002

(16)

Cost Model Parameters: Population Density 0 - 10 people/mi2 _1.0 10 - 25 people/mi2 _0.8 25 - 50 people/mi2 _0.5 50 - 100 people/mi2 _0.3 >100 people/mi2 _0.1 Road Density < 1mi/mi2 _1.0 1 - 2 mi/mi2 _0.8 2 - 6 mi/mi2 _0.5 6 - 10 mi/mi2 _0.2 >10 mi/mi2 _0.1 Land Cover

All Forest & Wetlands 1.0 Alpine, shrub, 0.8

grasslands

Agriculture, bare 0.3 Water, urban, ice 0.1 Slope 0 - 20% 1.0 20 - 40% 0.8 >40% 0.6 Road Density Land Cover Abo rdage ns de aná li se

Análise de distância-custo

Passo 2: Desenvolver superfície de fricção

(17)

Análise de distância-custo

Passo 2: Desenvolver superfície de fricção

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 0.01 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Dispersal Habitat Suitability

C e ll W e ig h te d D is ta n c e ( m ) 90 Singleton et al. 2002

(18)

Passo 3: avaliar a paisagem

Análise de distância-custo

Abo rdage ns de aná li se Singleton et al. 2002

(19)

• Baseada em teoria da engenharia elétrica • Busca quantificar uma

medida de “fluxo” através de cada célula da paisagem

• Considera todos os possíveis caminhos

• Corresponde bem aos

modelos com random-walk • Medidas de resistência

podem ser usada em aplicações de grafos McRae et al. 2008 Abo rdage ns de aná li se

Teoria de circuito

(20)

Alta

Baixa

Fonte: Brad McRae

Teoria de circuito

Resistência Abo rdage ns de aná li se

(21)

• Modelos de movimento baseados no indivíduo (IBM)

– Simula movimentos de um indivíduo através da paisagem – Muitas escalas, de dispersão (grosseira) até forrageio (fina) • Análises de Viabilidade de Populações (PVA)

– Usa informação demográfica para projetar persistência das populações

• Modelos de População Espacialmente Explícitos (SEPMs)

– Integra PVA com a abordagem de uma paisagem heterogênea onde as taxas vitais variam (e.g. Ramas GIS)

Modelos Baseados no Indivíduo e outras

análises

(22)

Métricas de disponi bil idade de habi ta t

Novas métricas de disponibilidade de habitat

(habitat availability)

Índices de conectividade analisavam apenas posição da mancha

Área X Posição

Proposta de novos índices que consideram área e posição da mancha na mesma métrica

Conceito de disponibilidade de habitat

Índice Integral de Conectividade (IIC) (Pascual-Hortal & Saura 2006)

Probabilidade de Conectividade (PC) (Saura & Pascual-Hortal 2007)

(23)

Novas métricas de disponibilidade de habitat

(habitat availability)

Índice Integral de Conectividade (IIC)

(Pascual-Hortal & Saura 2006)

2 1 1 (1 ) L n i n j ij j i A nl a a IIC

 

    Onde: ai _{é o atributo (área) do nó i;} aj é o atributo (área) do nó j;

nl é o número de conexões entre os nós i e j ;

A_L é o valor máximo dos atributos da paisagem (área total da paisagem).

i a 100 (%) '    I I I dIIC Para a paisagem Onde:

I é o valor do índice após a

remoção de cada nó da paisagem

IIC – 0 a 1 Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(24)

Novas métricas de disponibilidade de habitat

(habitat availability)

Onde: n é o número de nós da paisagem; ai _{é o atributo (área)} _{do nó} _i; aj é o atributo (área) do nó j;

P*ij é o valor máximo do produto das probabilidades de todos os caminhos possíveis entre os fragmentos i e j ;

A_L é o valor máximo dos atributos da paisagem (área total da paisagem).

i a

Para a paisagem

Probabilidade de Conectividade (PC)

(Saura & Pascual-Hortal 2007)

100 (%) '    I I I dIIC dPC (%) Onde:

I é o valor do índice após a remoção de cada mancha da paisagem

PC – 0 a 1 2 1 1 L n i n j i j ij A a a PC







  P* Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(25)

Novas métricas de disponibilidade de habitat

(habitat availability)

i a Probabilidade de Conectividade (PC) Índice Integral de Conectividade (IIC) BINÁRIO

Ligações SIM / NÃO

PROBABILÍSTICO 0 - 1 Probabilidades Conefor manual Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(26)

Novas métricas de disponibilidade de habitat

(habitat availability)

i a

Tambosi et al. 2012 Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(27)

i a

Conefor manual Conefor Sensinode (www.conefor.org) Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(28)

i a

Particionando as métricas de disponibilidade de habitat (IIC, PC) em três diferentes frações

dIICk = dIICintrak + dIICfluxk + dIICconnectork

Fração Definição / contribuição Topologia

na rede?

Atributo intrínseco do nó?

dIICintra Área de habitat disponível pelo nó k

através da área por ele compreendida (conectividade intra-mancha).

Não Sim

dIICflux Fluxo das conexões do nó k com todos

os outros nós quando k é o nó inicial ou final de um caminho.

Sim Sim

dIICconnector Contribuição de k para a conectividade

entre outros nós, como elemento de conexão / stepping stone. Somente se

k está em um caminho ótimo entre

eles. Depende de caminhos alternativos após a perda de k.

Sim (nó + ligações) Não Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(29)

i a

Maneiras em que um nó pode contribuir para a conectividade e disponibilidade do habitat

Métricas de disponi bil idade de habi ta t

Três diferentes papéis / frações medidos nas mesmas unidades

(30)

i a

Índice Integral de Conectividade (IIC) _{Dezenas de aplicações em} conservação e restauração Métricas de disponi bil idade de habi ta t

(31)

i a

Métricas de disponi bil idade de habi ta t Dezenas de aplicações em conservação e restauração

(32)

Dúvidas?

Obrigada pela atenção!