Fechar

@PhDThesis{Souza:2022:DyDiMA,
               author = "Souza, Alana Almeida de",
                title = "Dynamics of disturbance in MATOPIBA using time series of spectral 
                         indices",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2022",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2022-04-19",
             keywords = "disturbance detection, time series, Cerrado, vegetation indices, 
                         detec{\c{c}}{\~a}o de dist{\'u}rbios, s{\'e}ries temporais, 
                         {\'{\i}}ndice de vegeta{\c{c}}{\~a}o.",
             abstract = "The Cerrado is the second largest biome in Brazil, occupying 
                         around 2 million km2. It is considered a global hotspot of 
                         biodiversity that is threatened by agribusiness expansion and land 
                         degradation. The efforts to monitor the Cerrado by remote sensing 
                         are challenging, especially due to the confounding effects of the 
                         vegetation phenology with anthropogenic changes. In this study, 
                         data-driven approaches based on image time series of vegetation 
                         indices (VIs) processed on the Google Earth Engine platform were 
                         evaluated for the analysis of vegetation clearing and land 
                         degradation in the MATOPIBA region, the newest agricultural 
                         frontier in the Cerrado. For the detection of vegetation clearing 
                         in the 19852018 period, the LandTrendr algorithm was applied to 
                         the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) obtained from 
                         Landsat satellite instruments. In the evaluation of land 
                         degradation (20012015), the Trends.Earth algorithm considered NDVI 
                         data calculated from the Moderate Resolution Imaging 
                         Spectroradiometer (MODIS). By combining different datasets into 
                         the analysis, the relationships among savanna clearings, land 
                         degradation, topographic attributes, and fire frequency were 
                         evaluated. For recent disturbances events, seven VIs were 
                         calculated from the Landsat time series (20172019) and used as 
                         input data to the Continuous Change Detection and Classification 
                         (CCDC) algorithm. The effects of disturbance on these VIs and the 
                         accuracy of CCDC, considering individual VIs, ensemble VIs, and 
                         the type of disturbance (savanna clearing or fire), were assessed. 
                         Finally, the possible existence of seasonal patterns of 
                         disturbance in the study area was discussed. The results showed 
                         that 31.6% of native vegetation has been cleared in the MATOPIBA 
                         until 2018. The number of fire events increased with vegetation 
                         clearing. The number of landdegraded areas increased with fire 
                         frequency over agricultural fields, but remained relatively stable 
                         over native vegetated areas. The overall accuracy of CCDC 
                         detection of disturbance ranged from 51.2% to 65.9% for single 
                         VIs. It increased to 71.2% for ensemble VIs, whose multivariate 
                         approach reduced the omission errors. For detecting disturbance 
                         events, the most important VIs used near-infrared and shortwave 
                         infrared reflectance bands on their formulations (Normalized Burn 
                         Ratio - NBR, NBR2, and Moisture Stress Index - MSI). The CCDC 
                         accuracy was generally higher for detecting clearing than for 
                         mapping burned areas. In contrast, the recorded date of 
                         disturbance occurrence was less precise for detecting clearing 
                         than for recording events of fire, especially due to the existence 
                         of some gradual processes of vegetation degradation until complete 
                         clearing. The findings showed the existence of a seasonal pattern 
                         of disturbance occurrence. Savanna clearing predominated in the 
                         transition from the rainy to the dry season (April to July). It 
                         preceded most events of fire between August and October that 
                         occurred near the consolidated areas of agriculture and extended 
                         into the native vegetation areas. RESUMO: O Cerrado {\'e} o 
                         segundo maior bioma do Brasil, ocupando cerca de 2 milh{\~o}es de 
                         km2. {\'E} considerado um hotspot global de biodiversidade que 
                         est{\'a} amea{\c{c}}ado pela expans{\~a}o do agroneg{\'o}cio e 
                         pela degrada{\c{c}}{\~a}o das terras. Os esfor{\c{c}}os de 
                         monitoramento do Cerrado por sensoriamento remoto s{\~a}o 
                         desafiadores, especialmente devido {\`a} dificuldade em 
                         discriminar varia{\c{c}}{\~o}es fenol{\'o}gicas da 
                         vegeta{\c{c}}{\~a}o daquelas resultantes de mudan{\c{c}}as 
                         antr{\'o}picas. Neste estudo, abordagens baseadas em dados de 
                         s{\'e}ries temporais de {\'{\i}}ndices de vegeta{\c{c}}{\~a}o 
                         (IVs) processadas na plataforma Google Earth Engine foram 
                         avaliadas para a an{\'a}lise de desmatamento e 
                         degrada{\c{c}}{\~a}o das terras na regi{\~a}o do MATOPIBA, a 
                         nova fronteira agr{\'{\i}}cola do Cerrado. Para a 
                         detec{\c{c}}{\~a}o de desmatamento no per{\'{\i}}odo 
                         1985-2018, aplicou-se o algoritmo LandTrendr ao {\'{\I}}ndice de 
                         Vegeta{\c{c}}{\~a}o por Diferen{\c{c}}a Normalizada (NDVI) 
                         obtido a partir de instrumentos do sat{\'e}lite Landsat. Na 
                         avalia{\c{c}}{\~a}o da degrada{\c{c}}{\~a}o da produtividade 
                         da vegeta{\c{c}}{\~a}o (2001 2015), utilizou-se o algoritmo 
                         Trends.Earth para analisar dados de NDVI calculados a partir do 
                         Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Ao combinar 
                         diferentes conjuntos de dados na an{\'a}lise, discutiu-se as 
                         rela{\c{c}}{\~o}es entre supress{\~a}o de savanas, 
                         degrada{\c{c}}{\~a}o da terra, atributos topogr{\'a}ficos e 
                         frequ{\^e}ncia de fogo. Para eventos de dist{\'u}rbios recentes, 
                         investigou-se sete IVs calculados a partir da s{\'e}rie temporal 
                         Landsat (20172019) e do algoritmo de Detec{\c{c}}{\~a}o e 
                         Classifica{\c{c}}{\~a}o Cont{\'{\i}}nua de Mudan{\c{c}}as 
                         (CCDC). Os efeitos dos dist{\'u}rbios sobre os IVs e a 
                         precis{\~a}o da detec{\c{c}}{\~a}o do CCDC considerando IVs 
                         individuais, IVs em conjunto e o tipo de dist{\'u}rbio 
                         (supress{\~a}o do Cerrado e fogo), tamb{\'e}m foram avaliados. 
                         Por fim, analisou-se a poss{\'{\i}}vel exist{\^e}ncia de 
                         padr{\~o}es sazonais de dist{\'u}rbios na {\'a}rea de estudo. 
                         Os resultados mostraram que 31,6% da vegeta{\c{c}}{\~a}o nativa 
                         foi removida no MATOPIBA at{\'e} 2018. O n{\'u}mero de eventos 
                         de fogo aumentou com o desmatamento da vegeta{\c{c}}{\~a}o. A 
                         quantidade de {\'a}reas degradadas aumentou com a frequ{\^e}ncia 
                         de fogo em {\'a}reas agr{\'{\i}}colas, mas permaneceu 
                         relativamente est{\'a}vel em {\'a}reas com vegeta{\c{c}}{\~a}o 
                         nativa. A precis{\~a}o geral da detec{\c{c}}{\~a}o de 
                         dist{\'u}rbios pelo CCDC variou de 51,2% a 65,9% para IVs 
                         isoladamente. Ela aumentou para 71,2% para IVs usados em conjunto, 
                         cuja abordagem multivariada reduziu os erros de omiss{\~a}o. Para 
                         detectar eventos de dist{\'u}rbios, os IVs mais importantes 
                         utilizaram bandas de reflect{\^a}ncia do infravermelho 
                         pr{\'o}ximo e infravermelho de ondas curtas em suas 
                         formula{\c{c}}{\~o}es (Normalized Burn Ratio - NBR, NBR2, e 
                         Moisture Stress Index - MSI). A precis{\~a}o do CCDC foi 
                         geralmente maior para detec{\c{c}}{\~a}o de desmatamento do que 
                         para mapeamento de {\'a}reas queimadas. Em contrapartida, a data 
                         registrada da ocorr{\^e}ncia do dist{\'u}rbio foi menos precisa 
                         para detectar o desmatamento do que para registrar os eventos de 
                         fogo, especialmente devido {\`a} exist{\^e}ncia de alguns 
                         processos graduais de degrada{\c{c}}{\~a}o da 
                         vegeta{\c{c}}{\~a}o at{\'e} o desmatamento completo. Nossos 
                         resultados mostraram a exist{\^e}ncia de um padr{\~a}o sazonal 
                         de ocorr{\^e}ncia de dist{\'u}rbios. A supress{\~a}o do cerrado 
                         predominou na transi{\c{c}}{\~a}o da esta{\c{c}}{\~a}o chuvosa 
                         para a seca (abril a julho). A maioria dos eventos de fogo ocorreu 
                         entre agosto e outubro, pr{\'o}ximo {\`a}s {\'a}reas 
                         consolidadas de agricultura, e se estendeu at{\'e} as {\'a}reas 
                         de vegeta{\c{c}}{\~a}o nativa.",
          affiliation = "{Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)}",
            committee = "Escada, Maria Isabel Sobral (presidente) and Galv{\~a}o, 
                         L{\^e}nio Soares (orientador) and K{\"o}rting, Thales Sehn 
                         (orientador) and Almeida, Cl{\'a}udio Aparecido and Sano, Edson 
                         Eyji and Moura, Yhasmin Mendes de",
         englishtitle = "Din{\^a}mica de dist{\'u}rbios no MATOPIBA usando s{\'e}ries 
                         temporais de {\'{\i}}ndices espectrais",
             language = "en",
                pages = "92",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "01 jun. 2024"
}


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