Caracterización de cambios e influencia climática sobre la cobertura vegetal en el semiárido brasileño mediante Análisis de Componentes Principales (ACP)

F.

Description

Resumen
Actualmente la detección y el monitoreo de los cambios en la cobertura vegetal es una de las mas importantes actividades de la teledetección orbital en la región semiárida. El conocimiento de las condiciones en que están siendo adquiridos los datos satelitáles es por lo tanto de la mayor impor-tancia y estas condiciones pueden ser conocidas utilizandose datos climáticos o inferidos del análi-sis de las imágenes conjuntamente con cartas de vegetación apropiadas. El área estudiada compren-de una superficie de 190,37 km2, localizada entre los paralelos 8° 00' y 8° 07' de latitud sur y 39° 45'y 39° 53' de longitud oeste, en el centro de la región semi árida del Nordeste brasileño, estado de Pernambuco. Se utilizó el Análisis de Componen-tes Principales (ACP) para la detección de cambios en la cobertura vegetal por minimizar los diferen-cias atmosféricas entre fechas de la adquisición de la imagen por el satélite. Se obtuvo como primer resultado la imagen detección y se actualizó la Carta de los tipos estructurales de la vegetación de 1983 para 1996, en forma satisfactoria y con poco gasto computacional. Este método se mostró sensi-ble al efecto de lluvias en porciones de la imagen, las que afectan los parámetros de la rotación apli-cada por la ACP. Esto sumado a las características simétricas del seccionado de la segunda componen-te principal, afectaron la totalidad de la imagen detección. En este trabajo se propuso como méto-dos alternativo al ACP una rotación controlada que disminuiría la influencia de las condiciones climá-ticas o de la pluviometría sobre las imágenes TM/Landsat usadas para la detección de cambios en la cobertura vegetal.
Abstract
The Brazilian semi-arid region has demostrated the pressure of bullan occupation changes, which are developed in non-sustainable forms. The analysis of the multi-temporal effects changes for the "Caat-inga" land cover, may provide sufficient informa-tion about dynamics for the typical exploitation of "Caatinga" semi-arid areas. Considering these objectives, the Principal Component Analysis (PCA), combining with the field survey data, was applied, which permitted the estimation of the point sample state in terms of re-occupation / degrada-tion. The selected area for this study is situated in the Central-Southem Semi-Arid part of the "Per-nambuco" State of Northertem Brazil. It covers about 190 km2 and lies between 8° 00' and 8° 07' S latitude
39° 45' and 39° 53' W longitude respec-tively. There were only five changed and un-changed classes of multi-temporal effects, with the combined use of the Geographical Information System (GIS) and appropriated field survey, the results of this study were evaluated. This study was less time consuming and economically significant for the period of 83-96. Also, the influence of irregular rain effects was observed with fue use of Landsat TM
which was resulted in fue generalized alteration for the PCA changes detection. Because of an affected part of the image fue total detection was suffered. Based on the analysis of the results and the errors in Confusion Matrix, an altemative method of PCA was suggested. This method is based on the rotative analogy of the PCA transfor-mation, where a smaller angle of rotation was applied.

Sujets

• Semiarido
• ACP
• Change detection
• Semi-arid climate
• PCA

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2000
• Nombre de lectures: 14
• Langue: Español
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Revista de Teledetección. 2000
Caracterización de cambios e influencia climática
sobre la cobertura vegetal en el semiárido
brasileño mediante Análisis de Componentes
Principales (ACP)
F. D. Maldonado* **, J. R. Dos Santos** y V. C. De Carvalho**
* Universidad Nacional de San Juan - UNSJ, Laprida 1130(0), CP.2400, San Juan, Argentina. Fax: +54264-
4204807
email: [e-mail]
** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, CP.515, 12.201-970 Slio José dos Campos, SP. Brasil.
Fax:[phone]
email: [e-mail], [e-mail]


RESUMEN ABSTRACT
Actualmente la detección y el monitoreo de los The Brazilian semi-arid region has demostrated the
cambios en la cobertura vegetal es una de las mas pressure of bullan occupation changes, which are
importantes actividades de la teledetección orbital developed in non-sustainable forms. The analysis
en la región semiárida. El conocimiento de las of the multi-temporal effects changes for the "Caat-
condiciones en que están siendo adquiridos los inga" land cover, may provide sufficient informa-
datos satelitáles es por lo tanto de la mayor impor- tion about dynamics for the typical exploitation of
tancia y estas condiciones pueden ser conocidas "Caatinga" semi-arid areas. Considering these
utilizandose datos climáticos o inferidos del análi- objectives, the Principal Component Analysis
sis de las imágenes conjuntamente con cartas de (PCA), combining with the field survey data, was
vegetación apropiadas. El área estudiada compren- applied, which permitted the estimation of the point
2de una superficie de 190,37 km , localizada entre sample state in terms of re-occupation / degrada-
los paralelos 8° 00' y 8° 07' de latitud sur y 39° tion. The selected area for this study is situated in
45'y 39° 53' de longitud oeste, en el centro de la the Central-Southem Semi-Arid part of the "Per-
región semi árida del Nordeste brasileño, estado de nambuco" State of Northertem Brazil. It covers
2Pernambuco. Se utilizó el Análisis de Componen- about 190 km and lies between 8° 00' and 8° 07' S
tes Principales (ACP) para la detección de cambios latitude; 39° 45' and 39° 53' W longitude respec-
en la cobertura vegetal por minimizar los diferen- tively. There were only five changed and un-
cias atmosféricas entre fechas de la adquisición de changed classes of multi-temporal effects, with the
la imagen por el satélite. Se obtuvo como primer combined use of the Geographical Information
resultado la imagen detección y se actualizó la System (GIS) and appropriated field survey, the
Carta de los tipos estructurales de la vegetación de results of this study were evaluated. This study was
1983 para 1996, en forma satisfactoria y con poco less time consuming and economically significant
gasto computacional. Este método se mostró sensi- for the period of 83-96. Also, the influence of
ble al efecto de lluvias en porciones de la imagen, irregular rain effects was observed with fue use of
las que afectan los parámetros de la rotación apli- Landsat TM; which was resulted in fue generalized
cada por la ACP. Esto sumado a las características alteration for the PCA changes detection. Because
simétricas del seccionado de la segunda componen- of an affected part of the image fue total detection
te principal, afectaron la totalidad de la imagen was suffered. Based on the analysis of the results
detección. En este trabajo se propuso como méto- and the errors in Confusion Matrix, an altemative
dos alternativo al ACP una rotación controlada que method of PCA was suggested. This method is
disminuiría la influencia de las condiciones climá- based on the rotative analogy of the PCA transfor-
ticas o de la pluviometría sobre las imágenes mation, where a smaller angle of rotation was
TM/Landsat usadas para la detección de cambios applied.
en la cobertura vegetal.

PALABRAS CLAVE: Detección de cambios, KEY WORDS: Change detection, semiarid, PCA.
semiárido, ACP



de la distribución de la población humana. El pro-INTRODUCCIÓN
ceso de degradación al cual está siendo sometida la
En el nordeste brasileño como en otras áreas de región nordestina de Brasil, produce una significa
condiciones semiáridas, la situación climática tiva emigración resultante de una reducción de la
comanda la evolución del paisaje y es responsable capacidad de subsistencia y productividad de la
Nº 13 – Junio 2000 1 de 9 F. D. Maldonado, J. R. Dos Santos y V. C. De Carvalho
tierra. Esto tiene preocupado a la población, a la pudiendo detectar estados tempranos de degrada-
comunidad técnico científica y a los tomadores de ción o recuperación.
decisiones en cuestiones de planeiirniento socioe- En relación con el uso de los términos "degrada-
conómico. ción" y "recuperación" en el presente trabajo, el
Este proceso es desencadenado por la excesiva primero fue utilizado por Drumond (1979), para
actividad agropecuaria en ambientes susceptibles a referirse a las caatingas que han perdido elementos
la erosión y está directamente relacionado a la de valor para la economía maderera y el uso agro-
aridez, tipo de suelo y cobertura vegetal. En este pecuario y el término "recuperación" fue usado por
contexto, actualmente se propone que la investiga- Sobrino (1986), entre otros, al introducir conside-
ción de los procesos de desertificación de una raciones en la metodología de estudio de la deserti-
región, emplee una metodología que incluya la ficación acerca de las posibilidades de "recupera-
teledetección para apoyar la caracterización y ción" espontánea o conducida de las áreas por él
localización geográfica de la degradación, además estudiadas.
de la magnitud y expansión de la acción antrópica. En los estudios de la relación degrada-
La utilización de la técnica de Análisis de Com- ción/recuperación de la cobertura vegetal de áreas
ponentes Principales (ACP), en el tratamiento de que incluyen tierras agrícolas, se precisan métodos
datos orbitales, puede auxiliar en la colecta de de evaluación que consideren el sistema de pro-
informacion sobre cambios relacionadas a la ocu- ducción agrícola local. Particularmente en regiones
pación del suelo, sirviendo así como herramienta del semiárido donde el sistema productivo es de
de caracterización y monitoreo ambiental de bajo tipo itinerante, incluyendo tierras en uso y en des-
costo. Las potencialidades de esta técnica, según canso, según Maldonado (1999). La evaluación del
Richards y Jia (1998), provienen del análisis de la uso con precisión, necesita cuantificar los cambios
correlación entre las bandas de imágenes multi- directos provocadas por el uso intensivo de la
temporales en regiones que presentan una dinámi- tierra o desmonte de las tierras en diferentes esta-
ca espacio-temporal observable a través de su dos dentro del ciclo agrícola local.
comportamiento radiométrico. La generación de la imagen detección es necesa-
El objetivo general del presente trabajo es la de- riamente precedida por la elección de la banda
tección y caracterización de cambios en la cobertu- espectral mas apropiada para identificar los cam-
ra vegetal en un área del semiárido brasileño bios en la cobertura vegetal de la caatinga. En este
(Quixaba-PE), utilizando la técnica de Análisis de sentido, las observaciones generales de Huete
Componentes Principales (ACP) de imágenes (1985) indican que las bandas del rojo e infrarrojo
multitemporales TM/Landsat. cercano se comportan inversamente correlaciona-
das en áreas vegetadas. Contrariamente, en el se-
miárido se encuentran correlaciones positivas ANTECEDENTES BIBLIOGRAFICOS
significativas entre las bandas TM/Landsat 3 y 4,
Los estudios de la cobertura de la tierra en re- como fue observado por Maldonado (1999), en la
giones del semiárido se vienen valiendo de técni- época seca. Esto, tambien fue anteriormente obser-
cas de procesamiento de imágenes con combina- vado en el comportamiento del NDVI en el semi-
ciones de bandas espectrales específicas, obtenien- árido por Carvalho (1986) y Kazmierczac (1993).
do resultados significativos en la discriminación de Este índice se comporta desde el comienzo de la
los ambientes y en el estudio de los cambios en la época seca a la húmeda, saturando de forma rápida
cobertura vegetal. los máximos valores, hasta alcanzar valores tan
La complejidad de la dinámica de la cobertura altos como los del bosque denso. Este rápido au-
vegetal del semiárido brasileño, fue estudiada por mento del índice de vegetación fue explicado por
Carvalho (19