Evolução temporal do comportamento espectral de área queimada em formação campestre do Cerrado

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2014.A utilização de imagens de satélite na identificação de áreas queimadas no Cerrado é dificultada pela efemeridade dos indícios da ocorrência do fogo, limitando a identificação às queimadas mais recentes e forçando a utilização de imagens com alta resolução temporal e baixa resolução espacial, resultando em subestimativas das áreas afetadas. Diante disso, o presente estudo teve como objetivo avaliar, por meio de espectrorradiometria de campo, a existência de padrões na evolução temporal do comportamento espectral de uma área queimada, que pudessem ser utilizados no desenvolvimento de métodos capazes de identificar queimadas por meio de imagens de satélite, especialmente as queimadas mais antigas. Para tanto, foi considerada uma área de estudo localizada na região central do Distrito Federal com cerca de 3,5 hectares de extensão e formada por vegetação do tipo campo limpo, a qual foi afetada por um incêndio no dia 05 de agosto de 2012. A obtenção dos espectros ocorreu em um intervalo de 66 dias após a ocorrência do fogo, tendo sido realizados levantamentos nos dias 07 e 27 de agosto, 17 de setembro e 10 de outubro de 2012. Por meio dos espectros reamostrados para as configurações do sensor TM foi possível identificar padrões em sua evolução temporal, padrões estes que foram utilizados na elaboração de dois métodos de identificação de queimadas, um baseado no índice NDVI e outro baseado no índice NBR. Ambos os índices foram aplicados na classificação de uma imagem TM (órbita/ponto 221/071) referente a dia 09 de outubro de 2010 (final da temporada de queimadas), a fim de permitir uma avaliação a respeito da potencialidade dos métodos. Ambos os métodos foram capazes de identificar queimadas, porém, o método baseado no índice NDVI apresentou resultados significativamente superiores. O método baseado no NDVI apresentou um índice de acertos de 80,6%, tendo sido capaz de identificar mais de 90% das queimadas com cerca de 96 dias de ocorrência, ao passo que o método baseado no NBR apresentou índice de acertos de apenas 34,8%. No que diz respeito aos erros de omissão, o método baseado no NDVI também se mostrou superior, tendo apresentado um índice de 19,4%, contra 65,2% referentes ao método baseado no NBR. Apenas em relação aos erros de comissão o método baseado no NDVI se mostrou pior, tendo apresentado um índice de 30,2%, contra apenas 14,3% relativo ao método baseado no NBR. Apesar dos resultados satisfatórios para o método baseado no NDVI, o elevado índice de erros de comissão sugere que estudos semelhantes a este sejam realizados a fim de contribuir para refinamento do método proposto ou até mesmo, para a sugestão de novos métodos também baseados na evolução temporal do comportamento espectral de áreas queimadas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe use of satellite images to identify burned areas in the Cerrado depends on the temporal resolution of the images, since fire evidences normally disappear in a few days. Such situation may limit the identification of old burned areas if images as Landsat, which have 16 days of temporal resolution, are used. Thus, this study aimed to evaluate, through the use of field spectroradiometry, the existence of temporal evolution patterns in the reflectance spectra of a burned area, in order to help with the development of methods to identify burned areas through satellite image, especially older burned areas. For such study, an area in the Distrito Federal, Brazil, was considered, with about 3,5 hectares of extension and recovered by grassland vegetation, which was affected by a fire on August, 5th 2012. The spectral radiometric measurements were collected on August 7th, September 27th, October 17th and October 10th, encompassing a period of 66 days. They have evidenced interesting temporal evolution patterns related with the reduction of the black ashes and the consequent increase of soil exposition, and vegetation regrowth. These spectral patterns were used as a guide to create two methods, both based on Decision Tree classifier, to identify burned areas in Landsat TM images. One method was based on the NDVI index and the other based in the NBR and both methods were applied to classify a TM image at the end of the fire season. Although both methods were capable to identify burned areas, the NDVI based method has shown significantly better results. The method based on the NDVI index presented an 80,6% success, being capable to identify more than 90% of the fires after 96 days of its occurrence. The method based on the NBR index presented a success rate of only 34,8%. Regarding omission errors, the method based on the NDVI index indicated better results, with a 19,4% error against 65,2% of the NBR based method. Only regarding commission errors has the NDVI based method displayed a worse result, with a 30,2% rate, against a 14,3% rate of the NBR based method. Although with satisfactory results for the NDVI index based method, the high rate for commission errors suggests that further studies similar to this one should be done to contribute to the present method or to suggest new methods also based on the temporal evolution of the spectral behavior of burned areas