Anรกlisis Multitemporal de cambios de uso de suelo / cobertura de la tierra e ร ndices de Vegetaciรณn Santiago Gonzalez Arriola Especialista Auxiliar en Sistemas de Informaciรณn y Redes de Comunicaciรณn
Contenido • Introducción Conceptual – Problemática – Requisitos de datos
• Metodologías de análisis • Modelos de cambio – Degradación / Recuperación – Procesos de deforestación
Introducciรณn Conceptual โ ข El principio general de un estudio de cambio de suelo/cobertura es la comparaciรณn entre 2 fechas de รกreas correspondientes a una determinada clase de uso/cobertura
Diferentes métodos • Comparación de superficies “reportadas” por académicos – Esconde las dinámicas espaciales de los cambios – Se usan para hacer extrapolaciones de los cambios en regiones grandes, basadas en estudios detallados de sitios.
• Analisis espacial – Cuantifica y captura la dinámica espacial de los cambios a la escala a la que ocurren
Problemática • Normalmente existen diferentes bases de datos de uso / cobertura del suelo (para diferentes fechas), en diferentes instituciones, y/o países. – No son compatibles en su formato – No son compatibles en sus sistemas de clasificación.
Requisitos • Hay que armonizar y homogenizar los datos espaciales para permitir su comparación. – Escala – Formato – Sistema de clasificación
Creando un sistema que pueda incorporar clases divergentes y permita su comparación a través de distintas bases de datos (tiempo)
Metodología – Estadísticas Generales • Sirven para identificar patrones generales en el cambio del uso/cobertura de la tierra • Únicamente demuestran el área total (del área de estudio) representada por cada categoría de uso/cobertura para cada fecha. • No demuestran que uso/cobertura es el reemplazante en un cambio • Ni sus características espaciales.
Metodología – Proceso General • Convertir imágenes raster a vector – En ArcGIS importar a shapefile
• Crear tabla de atributos descriptiva – Nombre de categoría de uso/cobertura
• Calcular el área de los polígonos generados – Considerando la unidad de área deseada.
• Calcular área cumulativa de cada categoría y exportar resultados a Excel. • Verificar y analizar datos
Modelos de cambios – Degradación / Recuperación • Permite hacer un análisis mas detallado • Es necesario reclasificar las clases en: – Usos/Coberturas Humanas – Coberturas Naturales
• Requieren del calculo de Matrices de Cambios mas complejas.
Matrices de Cambio
Modelo de procesos de deforestación • Permite un análisis aun mas detallado de las dinámicas del cambio. En particular contabiliza: – – – – –
Alteraciones a bosques/selvas primarias Deforestación en bosques/selvas secundarias Otros procesos de degradación Re-vegetación Sucesión secundaria en bosques/selvas
• Requiere de un nivel de clasificación de la cobertura que distinga entre bosques/selvas primarios y secundarias.
Indices de Vegetacion
Definicion de IV’s • La medida de una propiedad vegetativa, calculada a través de radiación solar reflejada en el espectro electromagnético. • Un índice de vegetación se deriva de las propiedades reflectivas de la vegetación; las cuales principalmente dependen de la estructura y comportamiento (químico y físico) de la vegetación. – Permiten relacionar un valor (índice) a propiedades (de estado, estructura y composición) de la vegetación en un ecosistema.
Indices De Vegetacion • Existen Varios diferentes IV’s (>30) que sirven diferentes necesidades, ofrecen diferentes posibilidades, y limitaciones. • La relación entre los índices y las propiedades vegetativas, no se han comprendido a detalle en términos ni: físicos, químicos ni biológicos, sino que se han establecido (fuertemente) a través de evidencia emperica.
Como Funciona? • La vegetación principalmente refleja en la parte “roja” e “infrarroja” del espectro, debido a la interacción que los componentes que forman las hojas, tienen con la radiación solar en estas ondas. • Los componentes de las hojas que mas afectan sus propiedades reflectabas son: – – – –
Pigmentos Agua Carbón Nitrógeno
Pigmentos - Intensidad Relativa de Absorción de Luz • La vegetación varia según las concentraciones de pigmento que poseen. • Cada pigmento tiene una respuesta distinta (firma) en diferentes rangos del espectro
Intensidad de absorción - Agua y Carbono • Plantas de diferentes especies contienen diferentes cantidades de agua en sus estructuras, basado en: – La geometría de las hojas – Estructura del dosel – Requerimientos hídricos
• La celulosa y la lignina están compuestas por Carbono principalmente.
Nitrógeno • Las hojas contienen (aproximadamente 6%) nitrógeno en la clorofila • Los IV’s que son sensibles a la detección del contenido de clorofila normalmente son bastante sensibles al contenido de nitrógeno en las plantas. • Otros componentes químicos tales como el Fosforo, Calcio, etc., no afectan significativamente las propiedades espectral de las plantas y por ende. no se pueden medir directamente a través de sensores remotos
Refección en el follaje • En el rango “visible” la señal principal proviene de la absorción de radiación incidente por los pigmentos. • En el rango “cerca-infrarrojo” de la absorción por el agua. • La reflectancia en el rango de “microondas infrarrojas” se le atribuye parcialmente al agua, y ampliamente al nitrógeno y carbono.
Ejemplo de Reflectancia y Transmisividad de hojas en follajes: a)HerbĂĄceos b)LeĂąosos
Reflexión de distintos Follajes • Diferentes follajes tienen diferentes propiedades reflectivas fundamentalmente debido a sus diferencias estructurales (pastizales, bosques de pinos, selvas) • Dos medidas distintivas de propiedades estructurales de doseles: – (LAI ); “índice de área de la hoja” – (LAD); “Distribución angular de las hojas”
LAI y LAD
Ajuna radiaci贸n llega a ser capturada dentro del dosel y reflejada, lo cual nos permite extraer informaci贸n mas all谩 de la capa mas alta del dosel.
Tierra y VNF • Vegetación nofotosintetica (muerta o durmiente) refleja distinto que la viva. • Los suelos expuestos en muchos casos interfieren con la reflectancia de la vegetación.
Para que Sirven? • • • • • • • • • •
Analizar el estado (de stress) de la vegetación Patrones de precipitación y temperatura. Productividad de la vegetación. Área foliar. Efectos del calentamiento global sobre la vegetación. Realizar “pronósticos ecológicos”. Predicción de cosechas. Condiciones de sequía. Riesgo de incendio. Permiten crear imágenes cuantitativas para ser usadas en otros modelos ambientales (productividad vegetal, humedad del suelo).
NDVI • Es ampliamente utilizado en varias aplicaciones debido a su simplicidad y alta correlación con distintas propiedades vegetativas. • Se ha usado desde los principios de las plataformas de sensores remotos • Diferentes sensores actuales lo producen directamente:
Valores de: -1 a 1
Valores cercanos a -1 corresponden a cuerpos de agua Valores cercanos a 0 (-0.1 a 0.1) corresponden a zonas “abiertasâ€? de arena, rocas y/o nieve . PequeĂąos valores positivos (0.2 a 0.4) corresponden a pastizales y arbustos. Altos valores positivos corresponden a indican bosques templados y/o selvas tropicales.
Otros IV’s • SAVI (efectos de suelos) • IIDVI (estres hidrico, quemadas, atmosfera) • GEMI (efectdos de atmosfera) • AFRI (Usado en areas atmosfericamente contaminadas) • EVI (NDVI “correjido”)