ANÁLISE DAS IMAGENS MODIS PARA O MONITORAMENTO DO CERRADO NO PERÍODO DE 2002 E 2008

Joana Carolina Silva Rocha Genival Fernandes Rocha

Gabriela Nogueira Ferreira da Silva Marlon Nemayer Celestino de Pontes

1Universidade Federal de Goiás - UFG/IESA, Programa de Pós-graduação em Geografia, 2Laboratório de

Processamento de Imagens e Geoprocessamento-LAPIG/UFG, Campus II, Cx. Postal 131, CEP: 74001-970, Goiânia - Goiás, Brasil

Joana18@geografia.grad.ufg.br, gfernandesr@gmail.com, gabriela.nogueira@pop.com.br,

mnemayer@yahoo.com.br;

RESUMO O presente artigo é resultado de estudos com o produto MOD13Q1 do sensor MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer), e tem por objetivo a análise da qualidade das imagens para os períodos de maio e junho de 2002 e 2008 utilizando imagens da coleção 5. Tais imagens foram filtradas de acordo com a imagem qualidade (Pixel Realiability), que é baseada nos metadados do MODIS, no qual o pixel de valor 0 é considerado bom. A imagem produto foi recortada para o limite do Bioma Cerrado e para as áreas de remanescentes de acordo com Probio-MMA, (2007). Como resultado, obteve-se a porcentagem de pixels que não continham interferências atmosféricas, ou seja, “pixels bons”. Identificou-se que o primeiro composite de junho (161) apresentou a maior quantidade de pixels de boa qualidade com uma média de 98,20%, seguidos pelo segundo composite de maio (145) com 97,79%, tendo o pior resultado o primeiro composite de maio (129) com média de 95,98%. Os resultados obtidos a partir do recorte de remanescentes mostraram respostas semelhantes, no qual o melhor composite foi o primeiro de junho (161) com 98,5% de pixels bons e posteriormente teve-se o segundo de maio (145) com 98,0% sendo o pior resultado com o primeiro composite de maio (129) 96,1%. Com estes resultados constatou-se que a data que contém a maior quantidade de pixels bons é a do primeiro composite de junho. Este resultado foi utilizado para identificar as mudanças ocorridas na cobertura vegetal (i.e. desmatamentos, sazonalidades devido ao clima, queimadas) com base no produto NDVI (Índice da Diferença Normalizada da Vegetação). Palavras chave: Cerrado, MODIS, monitoramento. Abstract This paper is result of research with the product MOD13Q1 of sensor MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) and it has for objective the analysis of the image quality for the periods of May and June of 2002 and 2008, using images of the five collection. These images went filtered based at pixels reliability that is based in metadata of the MODIS, where the pixel with value 0 is considerate good. The product image went cuted out for the Brazilian savanna locally know as the Cerrado and for natural vegetative cover according with Probio-MMA, (2007). As a result we the acquire the pixels percentage that have not atmospheric contamination i.e “good pixels”. We identify that first composite of June (161) showed a biggest quantity de good pixels with a means of 98,20%, and the second composite of May (145) with 97,79%. The worst result went of the first composite of May (129) with means of 95,98%. The results showed that answers akins, where the best composite went the first of June (161) with 98,5% of good pixels and after we had the second of May (145) with 98,0%, the worst result went the first composite of May (129) 96,1%. With this results we verify that the date of june, this is date that contain the biggest quantity of good pixels. This study went used to identify the changes at land cover (i.e, deforestation,seasonality, bonfires and etc.) based in the product NDVI (normalized difference vegetation index). Keywords: Brazilian savanna, Modis, monitoring.

Introdução

A Savana brasileira abrange uma área aproximada de 204 milhões de hectares (apoximadamente

de 24% do território nacional), e é a mais rica em biodiversidade do mundo. Concentra cerca de um

terço da biodiversidade do Brasil e 5% da mundial (Faleiro, 2007), comportando uma diversidade

florística de 6.429 plantas vasculares registradas até o momento (Mendonça et al., 1998). Esse bioma

desempenha um importante papel na distribuição dos recursos hídricos, por ser berço de três das

maiores bacias hidrográficas da América do Sul (Tocantins, São Francisco e Paraná), Latrubesse.,et al.

(2005).

A extensão e a complexidade do ambiente savânico brasileiro o fazem único e de valor

inestimável, e talvez nunca se saiba com precisão a riqueza e a quantidade de espécies que o habitam,

esse fato se deve a forma de ocupação que o cerrado vem sofrendo e a pouca preocupação em se

preservá-lo.

A ocupação do bioma aconteceu principalmente em função da Marcha para o Oeste, no governo

Vargas, que impulsionou o desenvolvimento econômico da região e em contra partida deu início a

conversão do cerrado para áreas de produção agropecuária. Até 1960 o Cerrado não era visto como

alternativa para aumentar o potencial agrícola do país, devido à distribuição das chuvas e a baixa

fertilidade dos solos que não atendiam satisfatoriamente as exigências da pecuária e da agricultura.

Através de estudos e de novas tecnologias desenvolvidas, o Cerrado passa a desempenhar um

importante papel no setor agropecuário, efetivando a importância econômica no cenário nacional e

mundial. Esse fato ficou conhecido como a maior revolução verde das últimas décadas de acordo com

Norman Borlaug, Prêmio Nobel da Paz, (1970). O êxito do agronegócio no planalto central leva o

Brasil a estar entre os países que possuem a maior produção agrícola e pecuária do mundo. Apesar de

todo o desenvolvimento que trouxe a revolução verde, se faz necessário ficar atento a todas as

mudanças decorrentes desse processo, visando principalmente os impactos causados por entre outros

fatores o desmatamento. Atualmente, estima-se que a área convertida para o uso agropecuário seja de

aproximadamente 40% do bioma Myers et al. (2000); Sano. (2002).

Dessa forma fica clara a importância do bioma, sendo o Sensoriamento Remoto a ferramenta que

se mostra mais eficiente para suprir as necessidades de monitoramento e planejamento visando a

preservação e o manejo sustentável do mesmo.

O uso de imagens de resolução moderada vem se mostrando satisfatório. O sensor MODIS

(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) é um dos cinco instrumentos do satélite TERRA. O

MODIS visualiza toda a superfície da Terra a cada 1-2 dias, com uma varredura de 2.330 km (swath),

adquirindo dados em 36 bandas espectrais distintas, (http://www.envi.com.br). As imagens desse

sensor MODIS que possuem resolução espacial de 250 até 1000m atendem as expectativas pelo fato de

serem gratuitas, georreferenciadas, corrigidas para efeitos atmosféricos, disponiblizadas na forma de

produtos, e com alta resolução temporal (composites a cada 16 dias). Apesar dessas propriedades, as

imagens MODIS ainda apresentam problemas causados pela presença de nuvens, sombras e aerossóis.

Assim, a análise dos produtos MODIS se torna indispensável para avaliar com o maior número de

precisão possível qual a melhor época do ano para se obter os composites (conjunto dos melhores

pixels recolhidos em um intervalo de 16 dias) com o menor número de contaminação atmosférica

possível, possibilitando a realização de melhores análises e de um monitoramento mais efetivo.

Materiais e Métodos

A área de estudo compreende todo o bioma Cerrado (figura 1) e ocupa aproximadamente 204

milhões de hectares do território brasileiro, IBGE. (2004). Localizado no Planalto Central, entre 5º e

20º de latitude Sul e de 45º a 60º de longitude Oeste, SILVA, (2008), o Cerrado está presente em 9

estados e no Distrito Federal e limita-se com quase todos os biomas brasileiros, a exemplo da

Caatinga, Amazônia, Floresta Atlântica, e à exceção dos ecossistemas costeiro e marinho e dos

Campos Sulinos.

Figura 1: Biomas Brasileiros, com destaque para o mapa antrópico do bioma Cerrado. Modificado de Sano et al. 2007.

Para a elaboração deste trabalho foram utilizadas os composites de 5 tiles (h12v10, h12v11,

h13v09, h13v10 e h13v11) do produto MODIS13Q1 que foram mosaicados e reprojetados para o

bioma Cerrado utilizando a ferramenta Modis Reprojection Tools. A metodologia utilizada no trabalho

pode ser vista na figura 2, na qual foram utilizadas imagens de duas datas (2002 e 2008), que foram

filtradas com base no pixel reliability e recortadas para o limite do bioma Cerrado (ver figura 4),

quantificando-se os pixels “bons” utilizando a ferramenta do Roi Tools do programa ENVI 4.5. A

imagem produto foi multiplicada pela máscara do Probio (figura 5) a fim de visualizar qual

porcentagem de remanescentes de Cerrado foram ocultadas pela filtragem.

Figura 2: Metodologia utilizada.

Para identificar o melhor composite, consideramos o trabalho realizado por Ferreira et al. 2009,

que identificou os meses de maio e junho como os meses com menores problemas atmosféricos (com

base nas máscaras pixel reliability do produto MOD13Q1- ver figura 3 e 4).

Figura 2 - Proporção de pixels "bons"

Fonte: Ferreira et al. 2009.

Figura 3 - Coeficiente de variação. Fonte: Ferreira et al. 2009.

Figura 4: recorte das máscaras pixel reliability para o limite do Cerrado no programa ENVI 4.5.

Figura 5: Demonstração da multiplicação das máscaras no ENVI 4.5 utilizando a ferramenta Band Math (float(b1)*(b2)). Resultados e Discussões

Para a elaboração desse trabalho foi compilado um conjunto de imagens MODIS a fim de montar

um banco de dados e identificar qual o melhor composite no intervalo de 2002-2008, ou seja, com o

mínimo possível de contaminação atmosférica (aerossóis, nuvens etc.).

Com a máscara do pixel reliability foi possível quantificar a porcentagem de “pixels bons” para o

recorte do Cerrado (ver tabela 1), para os composites 129, 145 e 161.

Tabela 1: Porcentagens de pixels “bons” das máscaras pixel reliability.

Composites/ano Quantidade de pixel (máscaras pixel reliability)

% de pixel qualidade

Mascara/Cerrado 36.881.316 100

129/2002 36.064.808 98,8

129/2008 35.989.488 97,6

145/2002 36.320.628 98,5

145/2008 36.508.211 99,0

161/2002 36.277.065 98,4

161/2008 36.766.039 99,7

A tabela 1 apresentou os dados das 6 máscaras do cerrado compreendendo imagens de dois anos.

Os melhores resultados foram para o primeiro composite de junho, e o pior foi apresentado pelo

primeiro composite de maio.

A figura 5 com a Porcentagem de pixels “bons” para o limite do Cerrado, mostra de forma clara

essa diferença. É importante salientar que esses valores acima de 97% são apenas de datas com o

menor número de nuvens possíveis correspondendo a “estação seca” do Cerrado brasileiro.

O mapa do Probio elaborado pelo Ministério do Meio Ambiente com base em imagens Landsat

TM+ do ano 2002 apresenta a cobertura e uso da Terra para todo o bioma Cerrado e serve para

identificar as áreas de remanescestes ainda presentes.

Com intuito de identificar a melhor época do ano para se fazer o monitoramento do Cerrado em

áreas de remanescentes foi feita a multiplicação pela máscara do Probio. Isto se fez necessário para

identificar a quantidade de pixels que seriam descartados por estarem localizados em meio a áreas de

cobertura natural do bioma. O problema identificado é o descarte desses pixels ruins em áreas de

remanescentes.

Figura 5: Gráfico das Porcentagens de pixels “bons” para o limite do Cerrado.

Tabela 2: Porcentagens de pixels “bons” para as áreas remanescentes de Cerrado.

Probio x Composites/ano Quantidade de pixel qualidade % de pixel de qualidade

Probio/vegetação natural 21.570.320 100

Probio x 129(02x08) 20.725.320 96,1

Probio x 145(02x08) 21.137.058 98,0

Probio x 161(02x08) 21.246.824 98,5

Figura 7: Gráfico das Porcentagens de pixels “bons” para o limite de remanescentes de Cerrado.

% de pixels bons

96,597

97,598

98,599

99,5100

129/2002 129/2008 145/2002 145/2008 161/2002 161/2008

Composite/ano

Por

cent

agem

Probio x Composites-2002/2008

94

95

96

97

98

99

Probio x 129(02x08) Probio x 145(02x08) Probio x 161(02x08)

Composite/ano

porc

enta

gem

Pixel bom

Conclusões

Através dos gráficos foi possível constatar a influência da sazonalidade interferindo na qualidade

dos pixels que cobrem o bioma. Foi constatado a partir da elaboração desse artigo que o primeiro

composite de junho apresenta a maior quantidade de pixels bons (98,5%) o que significa dizer que o

mesmo apresenta uma menor quantidade de contaminação atmosférica sendo de melhor utilização com

pesquisas que envolvem o monitoramento do Cerrado.

Agradecimentos Este trabalho foi desenvolvido no âmbito da parceria entre a UFG/LAPIG, Conservation International

(CI) e The Nature Conservancy (TNC), cujo objetivo é a análise dos padrões espaciais e temporais dos

desmatamentos no bioma Cerrado. Os autores desse trabalho são bolsistas do Laboratório de

Processamento de Imagens e Geoprocessamento da Universidade Federal de Goiás.

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