Análisis Multitemporal de cambios de uso de suelo /

cobertura de la tierra e Índices de Vegetación

Análisis Multitemporal de cambios de uso de suelo /

cobertura de la tierra e Índices de VegetaciónVegetaciónVegetación

Santiago Gonzalez ArriolaEspecialista Auxiliar en Sistemas de

Información y Redes de Comunicación

ContenidoContenido

• Introducción Conceptual– Problemática– Requisitos de datos

• Metodologías de análisis• Metodologías de análisis• Modelos de cambio

– Degradación / Recuperación– Procesos de deforestación

Introducción ConceptualIntroducción Conceptual

• El principio general de un estudio de cambio de suelo/cobertura es la comparación entre 2 fechas de áreas correspondientes a una determinada clase correspondientes a una determinada clase de uso/cobertura

Diferentes métodosDiferentes métodos

• Comparación de superficies “reportadas” por académicos– Esconde las dinámicas espaciales de los

cambioscambios– 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

ProblemáticaProblemática

• Normalmente existen diferentes bases de datos de uso / cobertura del suelo (para diferentes fechas), en diferentes instituciones, y/o países. instituciones, y/o países. – No son compatibles en su formato– No son compatibles en sus sistemas de

clasificación.

RequisitosRequisitos

• Hay que armonizar y homogenizar los datos espaciales para permitir su comparación. – Escala– Formato– Sistema de clasificación– 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

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 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

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

Modelos de cambios –Degradación / Recuperación

• Permite hacer un análisis mas detallado• Es necesario reclasificar las clases en:

– Usos/Coberturas Humanas– Coberturas Naturales– Coberturas Naturales

• Requieren del calculo de Matrices de Cambios mas complejas.

Matrices de CambioMatrices de Cambio

Modelo de procesos de deforestación

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– 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 VegetacionIndices de Vegetacion

Definicion de IV’sDefinicion 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 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 VegetacionIndices De Vegetacion

• Existen Varios diferentes IV’s (>30) que sirven diferentes necesidades, ofrecen diferentes posibilidades, y limitaciones.

• La relación entre los índices y las • 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?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. 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

Pigmentos - Intensidad Relativa de Absorción de Luz

• La vegetación varia según las concentraciones de pigmento que poseen. poseen.

• Cada pigmento tiene una respuesta distinta (firma) en diferentes rangos del espectro

Intensidad de absorción - Agua y Carbono

Intensidad de absorción - Agua y Carbono

• Plantas de diferentes especies contienen diferentes cantidades de agua en sus estructuras, basado en: basado en: – La geometría de las

hojas– Estructura del dosel– Requerimientos hídricos

• La celulosa y la lignina están compuestas por Carbono principalmente.

NitrógenoNitrógeno

• 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 bastante sensibles al contenido de nitrógeno en las plantas.

• Otros componentes químicos tales como el Fosforo, Calcio, etc., no afectan significativamente las propiedades espectralde las plantas y por ende. no se pueden medir directamente a través de sensores remotos

Refección en el follajeRefección 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 • En el rango “cerca-infrarrojo” de la absorción por el agua.

• La reflectancia en el rango de “micro-ondas infrarrojas” se le atribuye parcialmente al agua, y ampliamente al nitrógeno y carbono.

Ejemplo de Reflectancia y Transmisividad de hojas en follajes:

a)Herbáceosb)Leñosos

Reflexión de distintos Follajes

Reflexión de distintos Follajes

• Diferentes follajes tienen diferentes propiedades reflectivas fundamentalmente debido a sus diferencias estructurales (pastizales, bosques de pinos, selvas)(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 LADLAI y LAD

Ajuna radiación llega a ser capturada dentro del dosel y

reflejada, lo cual nos permite extraer información mas allá de

la capa mas alta del dosel.

Tierra y VNFTierra y VNF

• Vegetación no-fotosintetica(muerta o durmiente) refleja distinto que la viva. que la viva.

• Los suelos expuestos en muchos casos interfieren con la reflectanciade la vegetación.

Para que Sirven?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”.• 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).

NDVINDVI

• Es ampliamente utilizado en varias aplicaciones debido a su simplicidad y alta correlación con distintas propiedades vegetativas. 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 aguaValores cercanos a 0 (-0.1 a 0.1) corresponden a zonas 0.1) corresponden a zonas “abiertas” de arena, rocas y/o nieve .Pequeños 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’sOtros IV’s

• SAVI (efectos de suelos)• IIDVI (estres hidrico, quemadas, -

atmosfera)• GEMI (efectdos de atmosfera)• GEMI (efectdos de atmosfera)• AFRI (Usado en areas atmosfericamente

contaminadas)• EVI (NDVI “correjido”)