ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DA TEMPERATURA … · impacto significativo no microclima de uma região,...
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ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DA TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE EM RESPOSTA À COBERTURA VEGETAL NA BACIA DO RIBEIRÃO DAS POSSES, MINAS GERAIS Raianny Leite do Nascimento Wanderley 1 , Humberto Ribeiro da Rocha 2 , Jonathan Mota da Silva 3 , Helber Custódio de Freitas 4 1 Doutoranda em Ciência Ambiental, Instituto de Energia e Ambiente, USP, São Paulo-SP, [email protected] 2 Professor Titular, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo, [email protected] 3 Doutor em Ciência, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo-SP, [email protected] 4 Doutor em Ecologia Aplicada, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo-SP, [email protected] RESUMO: Alterações na cobertura vegetal da superfície por intervenção natural ou antrópica, tem impacto significativo no microclima de uma região, principalmente na temperatura. Por isso, o uso das geotecnologias tem se tornado cada vez mais eficiente na estimativa de variáveis microclimáticas, que são utilizadas pelas esferas governamentais a fim de criação e implantação de políticas públicas de manejo ambiental. Isso acontece na bacia do Ribeirão das Posses, Minas Gerais, onde ao longo de muitas décadas houve uma intensa conversão de cobertura florestal para fins agropecuários, e apenas no ano de 2006 foi implantado um programa proteção ambiental para conservação e ampliação das áreas florestadas. O objetivo deste estudo é analisar a distribuição da cobertura vegetal na bacia do Ribeirão das Posses e o seu padrão térmico instantâneo em resposta às alterações nessa cobertura, para seis datas do período seco de anos distintos (1987, 1996, 2006, 2009, 2011 e 2014), utilizando sensoriamento remoto em ambiente de sistemas de informações geográficas. Os resultados mostram que de 1987 a 2006 houve um decréscimo de 10% de vegetação densa. Após a implantação do programa houve um ganho de massa vegetativa de 20% e diminuição de solo exposto com transição em pastagem, amenizando a amplitude térmica. PALAVRAS-CHAVE: sensoriamento remoto, geoprocessamento, microclima. INTRODUÇÃO: As atividades antrópicas em sistemas florestais para a implantação de sistemas agropecuários têm acarretado na conversão significativa de floresta em pastagem, e isso tem causado impactos negativos ao meio ambiente, com desdobramentos no microclima. Por outro lado, o avanço do conhecimento científico-tecnológico tem possibilitado a quantificação dessas alterações e suas consequências para a vida humana e biovegetal. Nascimento (2012) pesquisou o impacto da conversão de floresta em pastagem na Amazônia por meio de sensoriamento remoto e comparou seus resultados com medidas de campo e chegou a conclusão que há o aquecimento da superfície e do ar, que interfere na disponibilidade de energia para realização de processos físicos e biológicos, e que também acarreta em desconforto térmico e aumento da evapotranspiração. Malhi et al (2008) realizaram estudos na floresta Amazônica que indicam que a conversão da floresta em pastagem tem grande influência não apenas no microclima, mas também no clima global. As maneiras para estimar e avaliar essas implicações estão sempre em processo de melhoramento, como medidas em campo com instrumentos mais modernos, e estimativas instantâneas, utilizando imagens de satélites de observação da terra, por meio de sensores como MODIS e TM. A importância desses estudos a nível de bacia hidrográfica está atrelada a como essa conversão interfere na temperatura e no sombreamento, alteram a capacidade de retenção de água precipitada e na manutenção dos aquíferos. Neste artigo, objetiva-se avaliar a evolução da cobertura vegetal da bacia do Ribeirão das Posses, bem como a resposta térmica da superfície, antes e após a implantação do Projeto Conservador de Águas, em 2006, que consiste basicamente no reflorestamento da bacia, principalmente no entorno das nascentes. MATERIAL E MÉTODOS: A bacia do Ribeirão das Posses é uma sub-bacia do sistema Cantareira, localizada ao sudoeste do município de Extrema, Minas Gerais e tem aproximadamente 12 Km² de área. Sua altitude varia em torno de 1000 m a 1350 m e sua declividade, segundo a classificação de Herz e De Biase (1989), é em média de 20% com um intervalo de variação entre 5 e 40% (Figura 1d). Anais do Simpósio Regional de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto - GEONORDESTE 2014 Aracaju, Brasil, 18-21 novembro 2014 109
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ANÁLISE ESPAÇO-TEMPORAL DA TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE EM RESPOSTA À COBERTURA VEGETAL NA BACIA DO RIBEIRÃO DAS POSSES, MINAS GERAIS
Raianny Leite do Nascimento Wanderley1, Humberto Ribeiro da Rocha2, Jonathan Mota da Silva3, Helber Custódio de Freitas4
1Doutoranda em Ciência Ambiental, Instituto de Energia e Ambiente, USP, São Paulo-SP, [email protected]
2Professor Titular, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo, [email protected] 3Doutor em Ciência, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo-SP, [email protected]
4Doutor em Ecologia Aplicada, Departamento de Ciências Atmosféricas, USP, São Paulo-SP, [email protected]
RESUMO: Alterações na cobertura vegetal da superfície por intervenção natural ou antrópica, tem impacto significativo no microclima de uma região, principalmente na temperatura. Por isso, o uso das geotecnologias tem se tornado cada vez mais eficiente na estimativa de variáveis microclimáticas, que são utilizadas pelas esferas governamentais a fim de criação e implantação de políticas públicas de manejo ambiental. Isso acontece na bacia do Ribeirão das Posses, Minas Gerais, onde ao longo de muitas décadas houve uma intensa conversão de cobertura florestal para fins agropecuários, e apenas no ano de 2006 foi implantado um programa proteção ambiental para conservação e ampliação das áreas florestadas. O objetivo deste estudo é analisar a distribuição da cobertura vegetal na bacia do Ribeirão das Posses e o seu padrão térmico instantâneo em resposta às alterações nessa cobertura, para seis datas do período seco de anos distintos (1987, 1996, 2006, 2009, 2011 e 2014), utilizando sensoriamento remoto em ambiente de sistemas de informações geográficas. Os resultados mostram que de 1987 a 2006 houve um decréscimo de 10% de vegetação densa. Após a implantação do programa houve um ganho de massa vegetativa de 20% e diminuição de solo exposto com transição em pastagem, amenizando a amplitude térmica. PALAVRAS-CHAVE: sensoriamento remoto, geoprocessamento, microclima.
INTRODUÇÃO: As atividades antrópicas em sistemas florestais para a implantação de sistemas agropecuários têm acarretado na conversão significativa de floresta em pastagem, e isso tem causado impactos negativos ao meio ambiente, com desdobramentos no microclima. Por outro lado, o avanço do conhecimento científico-tecnológico tem possibilitado a quantificação dessas alterações e suas consequências para a vida humana e biovegetal. Nascimento (2012) pesquisou o impacto da conversão de floresta em pastagem na Amazônia por meio de sensoriamento remoto e comparou seus resultados com medidas de campo e chegou a conclusão que há o aquecimento da superfície e do ar, que interfere na disponibilidade de energia para realização de processos físicos e biológicos, e que também acarreta em desconforto térmico e aumento da evapotranspiração. Malhi et al (2008) realizaram estudos na floresta Amazônica que indicam que a conversão da floresta em pastagem tem grande influência não apenas no microclima, mas também no clima global. As maneiras para estimar e avaliar essas implicações estão sempre em processo de melhoramento, como medidas em campo com instrumentos mais modernos, e estimativas instantâneas, utilizando imagens de satélites de observação da terra, por meio de sensores como MODIS e TM. A importância desses estudos a nível de bacia hidrográfica está atrelada a como essa conversão interfere na temperatura e no sombreamento, alteram a capacidade de retenção de água precipitada e na manutenção dos aquíferos. Neste artigo, objetiva-se avaliar a evolução da cobertura vegetal da bacia do Ribeirão das Posses, bem como a resposta térmica da superfície, antes e após a implantação do Projeto Conservador de Águas, em 2006, que consiste basicamente no reflorestamento da bacia, principalmente no entorno das nascentes.
MATERIAL E MÉTODOS: A bacia do Ribeirão das Posses é uma sub-bacia do sistema Cantareira, localizada ao sudoeste do município de Extrema, Minas Gerais e tem aproximadamente 12 Km² de área. Sua altitude varia em torno de 1000 m a 1350 m e sua declividade, segundo a classificação de Herz e De Biase (1989), é em média de 20% com um intervalo de variação entre 5 e 40% (Figura 1d).
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Figura 1 - Mapas de localização geográfica da bacia do Ribeirão das Posses, Minas Gerais, bem como sua altimetria (m) e declividade (%).
O período escolhido para classificação da cobertura vegetal e da variável temperatura da superfície corresponde ao final período seco (agosto e setembro), quando há pouca presença de nuvens na região. O sensor escolhido foi Thematic Mapper (TM), dos satélites Landsat-5 e os sensores Operational
Land Imager (OLI) e Thermal Infrared Sensor (TIRS) do Landsat-8, disponibilizados pelo INPE e pelo Earth Explorer. A climatologia oficial do município de Extrema pode ser observada na Figura 2.
Figura 2 – Gráfico da climatologia de Extrema-MG, incluindo a média anual das temperaturas mínimas e máximas (eixo Y esquerdo) e da precipitação anual (eixo Y direito) (Fonte: Jornal do Tempo).
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Na Tabela 1 estão listados os produtos e datas escolhidos para serem utilizados. Essa escolha foi baseada na história do processo de desmatamento da bacia para a implantação de sistemas agropastoris. A bacia do Ribeirão das Posses é alvo de vários estudos científicos, devido à distribuição quase simétrica das suas vertentes e também por ser uma das principais bacias que alimentam o sistema Cantareira. Os softwares utilizados para o pré e pós-processamento das imagens foram: Spring, Erdas e ArcGis. Tabela 1 – Datas escolhidas para processamento e seus respectivos sensores de origem.
Data Satélite - Sensor 09-ago-1987 Landsat-5 – TM 17-ago-1996 Landsat-5 – TM 14-set-2006 Landsat-5 – TM 05-ago-2009 Landsat-5 – TM 28-set-2011 Landsat-5 – TM 19-ago-14 Landsat-8 – OLI e TIRS
Para a classificação de vegetação foi utilizada a técnica de classificação supervisionada do Spring, que consiste na coleta de amostras poligonais na imagem composta pelas bandas 3, 4 e 5 do sensor TM e 4, 5 e 6 do sensor OLI. As informações detalhadas desse procedimento podem ser encontradas no site da Divisão de Processamento de Imagens (DPI). A estimativa da temperatura instantânea da superfície foi realizada com o Surface Energy Balance Model (SEBAL), via ferramenta Model Maker do Erdas para as imagens do Landsat-5. O SEBAL utiliza as radiâncias e reflectâncias correspondentes a cada banda para computar componentes do balanço de energia à superfície. Uma descrição detalhada do SEBAL pode ser encontrada em Bastiaanssen (1998a, b). Para a estimativa da temperatura a partir do Landsat-8, foi utilizado o método descrito na página do Landsat no site do U. S. Geological Survey. O ArcGis foi utilizado para o georreferenciamento das imagens, contagem de pixels e elaboração final dos mapas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Entre os anos de 1987-2006 as áreas com vegetação foram substituídas por pastagem, preferencialmente nas regiões de cabeceira e exutório da bacia (Figura 3 a-c). A área com vegetação passou de 2,5 para 1,3 km², uma redução de 48% da vegetação, enquanto que a área de pastagem aumentou de 9,5 para 10,7 km² (Tabela 2), ocupando 89% da cobertura da bacia. A redução da vegetação neste período foi causada pela expansão agropastoril, que foi reduzida com a implementação do projeto Conservador das Águas (2006) na bacia, durante o ano 2006. A partir deste ano as áreas de pastagem foram substituídas por espécies nativas (vegetação, Figura 3 c-f), o que resultou em um aumento de 20% de vegetação em 2014 comparado a 2006 e superou a área coberta com vegetação em 1987 em 10% (Tabela 2).
Tabela 2 – Áreas ocupadas por vegetação e solo/pastagem* (Km²) da bacia Ribeirão das Posses (~ 12 Km²) para os anos 1987, 1996, 2006, 2009, 2011 e 2014.
Cobertura 1987 1996 2006 2009 2011 2014 Vegetação 2,5 2,0 1,3 1,7 1,3 3,7 Solo/Pastagem 9,5 10,0 10,7 10,3 10,7 8,3
*Solo exposto em transição para pastagem.
A segunda análise proposta por essa pesquisa é avaliar o padrão da temperatura em resposta às mudanças na cobertura da superfície. Na Figura 3 são exibidos os mapas da distribuição espacial da classificação supervisionada da cobertura vegetal, separada em duas classes (vegetação e solo/pastagem) para cada ano estudado e sua respectiva temperatura instantânea da superfície em ° C.
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Figura 3 – Mapas da distribuição espacial instantânea da cobertura vegetal e respectiva temperatura instantânea da superfície da bacia do Ribeirão das Posses para os anos estudados, sendo a) 1987; b) 1996; c) 2006; d) 2009; e) 2011; f) 2014, por meio de imagens do Landsat-5 e Landsat-8.
A primeira apreciação visual dos mapas nos indica que o ano de 2006 e 2011 (Figura 3), entre os anos estudados, foram os que apresentaram mais evidentemente a falta de vegetação significativa na superfície e também o ano com temperaturas mais elevadas. A precipitação acumulada em setembro dos anos estudados foi próxima da climatologia (30 mm), entretanto, setembro de 2011 apresentou um número menor de dias consecutivos com chuva, 6 dias, enquanto os demais anos estudados apresentaram 10 dias consecutivos com chuva em média. A queda do número de dias chuvosos contribuiu para uma elevada temperatura do ar em 2011 comparada aos demais anos em análise. Por outro lado, observa-se que em 2006, apesar da quantidade de dias consecutivos com chuva terem sido iguais a média, a temperatura do ar foi elevada (Figura 3c), que pode estar associada a pouca presença de área de vegetação representativa neste ano (Tabela 2), principalmente próximo a região de cabeceira da bacia (Figura 3c). Na imagem de 2014 (19 de agosto) é notório o efeito da expansão da vegetação e consequente diminuição da área de solo e pastagem em relação aos anos anteriores (Figura 3). Observando seu aspecto térmico espacial é possível identificar bolhas quentes nas regiões da bacia que ainda são áreas de pastagem (Figura 3f).
CONCLUSÕES: Após a análise dos resultados obtidos, conclui-se que o processo de conversão de floresta em pastagem (e vice-versa) interfere nas variáveis meteorológicas de microescala (cerca de 1 km de altura), visto que é onde ocorrem os fluxos turbulentos mais intensos e sensíveis à interação biosfera-atmosfera, que delinearão o regime microclimático de uma região. As geotecnologias, modelagem ambiental e modernização de instrumentos de campo são ferramentas que, quando reunidas, potencializam a identificação de perdas e ganhos de serviços ambientais de maneira eficiente, o que os tornam cada vez mais indispensáveis à pesquisa científica e aos gestores públicos, facilitando à tomada de decisões para a elaboração e aplicação de projetos que viabilizem de maneira correta o uso do solo. Esse estudo continuará por mais alguns anos, coletando informações em campo com novos instrumentos, que servirão também para a validação das estimativas por meio de sensoriamento remoto.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Laboratório de Clima e Biosfera da Universidade de São Paulo por fornecer infraestrutura física e material de qualidade para a elaboração das pesquisas que têm sido efetuadas ao longo dos anos, à interação da equipe que compõe o laboratório pela
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dedicação e seriedade no trabalho e à FAPESP pelo apoio financeiro disponibilizado para a execução das pesquisas.
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