A quantificação de biomassa e carbono em florestas requer a aplicação de métodos adequados para se obter estimativas confiáveis de seus estoques. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de alguns métodos utilizados para a predição e estimação dessas variáveis em florestas nativas e restauradas da Mata Atlântica. Para isso, um primeiro capítulo aborda o uso do índice de vegetação NDVI como ferramenta auxiliar no inventário de estoques de biomassa em áreas de restauração florestal. Diferentes métodos de amostragem foram comparados em termos de precisão e conservadorismo das estimativas. Os resultados demonstraram que o NDVI apresentou adequada correlação com a biomassa estimada nas parcelas do inventário florestal instaladas em campo, sendo viável sua aplicação, seja para auxiliar na determinação de estratos, na aplicação da amostragem estratificada, seja como variável suplementar na utilização de um estimador de regressão relacionando-o à biomassa, no procedimento da amostragem dupla. Este último método, possibilitou minimizar as incertezas acerca das estimativas, valendo-se de uma intensidade amostral reduzida, fato que torna seu uso interessante, principalmente aos estudos em escala ampla, de modo a aumentar a confiabilidade das quantificações de estoques de carbono presentes na biomassa florestal, a custos de inventário reduzido. Um segundo capítulo discute a abordagem metodológica utilizada para inferir sobre a qualidade de modelos preditivos quando da seleção de modelos concorrentes para a aplicação em estudos de biomassa de florestas nativas. Para tanto, seis modelos considerando diferentes combinações de variáveis preditoras, incluindo diâmetro, altura total e alguma informação relativa à densidade da madeira, foram construídos a partir de dados de uma amostra de 80 árvores. As equações de predição de biomassa seca geradas por estes modelos foram avaliadas quanto à sua qualidade de ajuste e desempenho de aplicação. Neste segundo caso, aplicando-as aos dados de outra amostra composta por 146 árvores presentes em nove parcelas destrutivas instaladas em diferentes estágios sucessionais da floresta, de modo a possibilitar a avaliação dos vieses preditivos. No intuito de se verificar as discrepâncias nas estimativas de biomassa devido à aplicação das diferentes equações de predição de biomassa, as equações desenvolvidas, junto a outras disponíveis na literatura, foram aplicados aos dados de um inventário florestal realizado na área estudada. O estudo confirma a natureza empírica destas equações, atentando para a necessidade de prévia avaliação de seu desempenho de predição antes de sua aplicação, em especial, das ajustadas com amostras de outras florestas, expondo alguns dos principais fatores associados às causas de incertezas nas quantificações dos estoques de biomassa nos estudos realizado em florestas nativas. / The biomass and carbon quantification requires the application of appropriate methods to obtain reliable estimates of their stocks in natural and planted forests. The aim of this study was to evaluate different applicable methods to estimate biomass in both, natural and restored Atlantic Forests. The first chapter discusses the use of the vegetation index (NDVI) as an auxiliary tool in the inventory of biomass stocks in forest restoration areas. Different sampling methods were compared in terms of its accuracy and conservativeness. The results shown an adequate correlation between the vegetation index and the measured biomass, making the NDVI applicable either as supporting decision tool to define strata in the stratified sampling or as a predictor in the double sampling procedure. The last method allowed to the minimization of the uncertainties related to the biomass estimation combined to the reduction of sampling efforts. It makes the approach very interesting, especially in the context of large-scale surveys. The second chapter discusses the methodological approach used to evaluate the quality of predictive models applied to biomass studies in natural forests. For this, six models were fitted from 80 sample trees, using different combinations of predictor variables, such as, total height and information of wood density. The predictive equations generated by the models were evaluated according to their quality of fit and prediction performance. In order to evaluate its prediction performance, the equations were applied to the dataset of another 146 sample trees measured in nine destructive sample plots. The plots were located in different forest successional stages allowing the evaluation of model predictive bias among the stages. A third step of the analysis was the application of literature equations to a dataset of a forest inventory conducted in the study area, in order to verify the discrepancies in the estimates due to the use of these different models. The study confirms the empirical nature of the biomass equations and the need of previous evaluation in terms of prediction performance. This conclusion is even more relevant when we consider the equations that were obtained from other forests types, exposing some of the key factors associated to the causes of uncertainty in the biomass estimation applied to natural forests.

A quantificação de biomassa e carbono em florestas requer a aplicação de métodos adequados para se obter estimativas confiáveis de seus estoques. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de alguns métodos utilizados para a predição e estimação dessas variáveis em florestas nativas e restauradas da Mata Atlântica. Para isso, um primeiro capítulo aborda o uso do índice de vegetação NDVI como ferramenta auxiliar no inventário de estoques de biomassa em áreas de restauração florestal. Diferentes métodos de amostragem foram comparados em termos de precisão e conservadorismo das estimativas. Os resultados demonstraram que o NDVI apresentou adequada correlação com a biomassa estimada nas parcelas do inventário florestal instaladas em campo, sendo viável sua aplicação, seja para auxiliar na determinação de estratos, na aplicação da amostragem estratificada, seja como variável suplementar na utilização de um estimador de regressão relacionando-o à biomassa, no procedimento da amostragem dupla. Este último método, possibilitou minimizar as incertezas acerca das estimativas, valendo-se de uma intensidade amostral reduzida, fato que torna seu uso interessante, principalmente aos estudos em escala ampla, de modo a aumentar a confiabilidade das quantificações de estoques de carbono presentes na biomassa florestal, a custos de inventário reduzido. Um segundo capítulo discute a abordagem metodológica utilizada para inferir sobre a qualidade de modelos preditivos quando da seleção de modelos concorrentes para a aplicação em estudos de biomassa de florestas nativas. Para tanto, seis modelos considerando diferentes combinações de variáveis preditoras, incluindo diâmetro, altura total e alguma informação relativa à densidade da madeira, foram construídos a partir de dados de uma amostra de 80 árvores. As equações de predição de biomassa seca geradas por estes modelos foram avaliadas quanto à sua qualidade de ajuste e desempenho de aplicação. Neste segundo caso, aplicando-as aos dados de outra amostra composta por 146 árvores presentes em nove parcelas destrutivas instaladas em diferentes estágios sucessionais da floresta, de modo a possibilitar a avaliação dos vieses preditivos. No intuito de se verificar as discrepâncias nas estimativas de biomassa devido à aplicação das diferentes equações de predição de biomassa, as equações desenvolvidas, junto a outras disponíveis na literatura, foram aplicados aos dados de um inventário florestal realizado na área estudada. O estudo confirma a natureza empírica destas equações, atentando para a necessidade de prévia avaliação de seu desempenho de predição antes de sua aplicação, em especial, das ajustadas com amostras de outras florestas, expondo alguns dos principais fatores associados às causas de incertezas nas quantificações dos estoques de biomassa nos estudos realizado em florestas nativas. / The biomass and carbon quantification requires the application of appropriate methods to obtain reliable estimates of their stocks in natural and planted forests. The aim of this study was to evaluate different applicable methods to estimate biomass in both, natural and restored Atlantic Forests. The first chapter discusses the use of the vegetation index (NDVI) as an auxiliary tool in the inventory of biomass stocks in forest restoration areas. Different sampling methods were compared in terms of its accuracy and conservativeness. The results shown an adequate correlation between the vegetation index and the measured biomass, making the NDVI applicable either as supporting decision tool to define strata in the stratified sampling or as a predictor in the double sampling procedure. The last method allowed to the minimization of the uncertainties related to the biomass estimation combined to the reduction of sampling efforts. It makes the approach very interesting, especially in the context of large-scale surveys. The second chapter discusses the methodological approach used to evaluate the quality of predictive models applied to biomass studies in natural forests. For this, six models were fitted from 80 sample trees, using different combinations of predictor variables, such as, total height and information of wood density. The predictive equations generated by the models were evaluated according to their quality of fit and prediction performance. In order to evaluate its prediction performance, the equations were applied to the dataset of another 146 sample trees measured in nine destructive sample plots. The plots were located in different forest successional stages allowing the evaluation of model predictive bias among the stages. A third step of the analysis was the application of literature equations to a dataset of a forest inventory conducted in the study area, in order to verify the discrepancies in the estimates due to the use of these different models. The study confirms the empirical nature of the biomass equations and the need of previous evaluation in terms of prediction performance. This conclusion is even more relevant when we consider the equations that were obtained from other forests types, exposing some of the key factors associated to the causes of uncertainty in the biomass estimation applied to natural forests.

[pt] Nesta tese é proposta a incorporação da estratégia de amostragem dupla, já utilizada em inspeção de lotes, ao gráfico de controle de np (número de defeituosos), com o objetivo de aumentar a sua eficiência, ou seja, reduzir o número médio de amostras até a detecção de um descontrole (NMA1), sem aumentar o tamanho médio de amostra (TMA) nem reduzir o número médio de amostras até um alarme falso (NMA0). Alternativamente, este esquema pode ser usado para reduzir o custo de amostragem do gráfico de np, uma vez que para obter o mesmo NMA1 que um gráfico de np com amostragem simples, o gráfico com amostragem dupla requererá menor tamanho médio de amostra. Para vários valores de p0 (fração defeituosa do processo em controle) e p1 (fração defeituosa do processo fora de controle), foi obtido o projeto ótimo do gráfico, ou seja, aquele que minimiza NMA1, tendo como restrições um valor máximo para TMA e valor mínimo para NMA0. O projeto ótimo foi obtido para vários valores dessas restrições. O projeto consiste na definição dos dois tamanhos de amostra, para o primeiro e o segundo estágios, e de um conjunto de limites para o gráfico. Para cada projeto ótimo foi também calculado o valor de NMA1 para uma faixa de valores de p1, além daquele para o qual o projeto foi otimizado. Foi feita uma comparação de desempenho entre o esquema desenvolvido e outros esquemas de monitoramento do número de defeituosos na amostra: o clássico gráfico de np (com amostragem simples), o esquema CuSum, o gráfico de controle de EWMA e o gráfico np VSS (gráfico adaptativo, com tamanho de amostra variável). Para a comparação, foram obtidos os projetos ótimos de cada um desses esquemas, sob as mesmas restrições e para os mesmos valores de p0 e p1. Assim, uma contribuição adicional dessa tese é a análise e otimização do desempenho dos esquemas CuSum, EWMA e VSS para np. O resultado final foi a indicação de qual é o esquema de controle de processo mais eficiente para cada situação. O gráfico de np com amostragem dupla aqui proposto e desenvolvido mostrou ser em geral o esquema mais eficiente para a detecção de aumentos grandes e moderados na fração defeituosa do processo, perdendo apenas para o gráfico VSS, nos casos em que p0, o tamanho (médio) de amostra e o aumento em p0 (razão p1/p0) são todos pequenos. / [en] In this thesis, it is proposed the incorporation of the double-sampling strategy, used in lot inspection, to the np control chart (control chart for the number nonconforming), with the purpose of improving its efficiency, that is, reducing the out-of-control average run length (ARL1), without increasing the average sample size (ASS) or the in-control average run length (ARL0). Alternatively, this scheme can be used to reduce the np chart sampling costs, since that in order to get the same ARL1 of the single-sampling np chart, the doublesampling chart will require smaller average sample size. For a number of values of p0 (in-control defective rate of the process) and p1 (out-of-control defective rate of the process), the optimal chart designs were obtained, namely the designs that minimize ARL1, subject to maximum ASS and minimum ARL0 constraints. Optimal designs were obtained for several values of these constraints. The design consists of two sample sizes, for the first and second stages, and a set of limits for the chart. For each optimal design the value of ARL1 was also computed for a range of p1 values besides the one for which the design ARL1 was minimized. A performance comparison was carried out between the proposed scheme and the classical (single-sampling) np chart, the CuSum np scheme, the EWMA np control chart and the VSS np chart (the variable sample size control chart). For comparison, optimal designs for each scheme were considered, under same constraints and values of p0 and p1. An additional contribution of this thesis is the performance analysis and optimization of the np CuSum, EWMA and VSS schemes. The final result is the indication of the most efficient process control scheme for each situation. The double-sampling np control chart here proposed and developed has proved to be in general the most efficient scheme for the detection of large and moderate increases in the process fraction defective, being only surpassed by the VSS chart in the cases in which p0, the (average) sample size and the increase in p0 (p1/p0 ratio) are all small.