Forest degradation is a significant yet underestimated source of carbon emissions. Traditionally, monitoring forest degradation has been difficult due to a lack of sufficiently frequent satellite observations and reliable analysis methods. Recent advancements in satellite remote sensing provide new opportunities to monitor, attribute and analyze forest degradation. This dissertation develops methods to monitor and attribute forest degradation and analyzes the spatial-temporal patterns of forest degradation and associated carbon emissions. A new method, Continuous Change Detection and Classification - Spectral Mixture Analysis (CCDC-SMA), was developed on Google Earth Engine (GEE) to monitor abrupt and gradual forest degradation in temperate climate zones using Landsat time series. CCDC-SMA was applied to the Republic of Georgia from 1987-2019. Results show that forest degradation affected a much larger area than deforestation. In addition, CCDC-SMA was extended to monitor forest degradation in the tropics and applied in Laos. Attribution of the drivers of forest degradation was based on a combination of CCDC-SMA results, post-disturbance land cover classification and object-based image analysis. Shifting cultivation is the largest kind of forest disturbance in Laos, affecting 32.9% ± 1.9% of Laos during 1991-2020. The results show that shifting cultivation has been expanding and intensifying in Laos, especially in the last five years. Furthermore, the length of fallow periods has been continuously declining, which indicates that shifting cultivation is becoming increasingly unsustainable. Combining biomass estimates from the Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) and area estimates of shifting cultivation, the net carbon emissions from shifting cultivation during 1991-2020 in Laos are 1.28 ± 0.12 petagrams of CO2 equivalent (Pg CO2 eq). Tree canopy height and aboveground biomass density are strongly correlated with the years of regrowth since the latest year of slash-and-burn activities, which can be expressed using logarithmic models. It takes 131 years for the biomass to recover to pre-disturbed levels based on the logarithmic models. In addition to advancements in remote sensing of forest degradation, the results of this dissertation provide valuable information for policy related to forest management and reduction of carbon emissions.

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Considering that pastures represent the largest land use in the Cerrado, and that such occupation is the main driver behind beef production, this work specifically focused on pasture expansion, based on the spatially-explicit analysis of historical census data. Likewise, we also investigated the expansion of the Cerrado agricultural frontiers, for which four distinct areas, representing both consolidated, as well as frontiers in development were selected and mapped regarding land cover and land use changes from 1975 to 2010: a) the central-south portion of the Goiás State, representative of consolidated areas; b) the central portion of Mato Grosso, near the Cerrado – Amazon border; c) the Bahia western portion, and d) the MAPITO region, encompassing the convergence of the Maranhão, Piauí, and Tocantins states. Clearly, the proximity to major consumption centers, induced by the demand for agricultural commodities governmental incentives, drove land occupation, at different rates. Thus, the biome central-south region, occupied more rapidly with both cultivated pastures and crops, can be characterized as a traditional frontier, which anticipated the establishment of the modern agriculture. On the other hand, expansion of the agricultural frontier in more remote areas occurred more recently, according to the consolidation of the private driven and state supported commodity agriculture. It is worth of mentioning that in both consolidated and expanding frontiers, cultivated pastures dispute the more suitable lands with the crop agriculture. Although pastures are usually constrained to low fertility soils and higher slope terrains, it remains close to the consumption centers, confirming the Cerrado ability in properly accommodating both economic activities. / O bioma Cerrado tem passado por intensas mudanças na cobertura e uso da terra desde a década de 1970, desencadeadas por ação estatal e particular que visavam implantar nesse espaço a agropecuária moderna. Como consequência, ocorreu a conversão de mais de 50% de sua cobertura vegetal e a fragmentação de grande parte dos remanescentes, bem como impactos de ordem sócio-territorial, como a migração de grande parte da população rural para as cidades. A presente pesquisa busca compreender essas transformações, privilegiando a dimensão espacial e temporal da substituição da vegetação natural pelas pastagens cultivadas e pela agricultura moderna. Tendo em vista que as pastagens representam a maior classe de uso das terras no Cerrado e que a produção de bovinos está intimamente ligada à sua ocupação, busca-se compreender a expansão das pastagens cultivadas desde a década de 1970, com base na espacialização de dados censitários para todo o bioma. Outro interesse é analisar os processos de expansão da fronteira agrícola no Cerrado em áreas de uso consolidado e onde a fronteira agrícola está em franca expansão. Nesse sentido, selecionaram-se quatro áreas para as quais foram elaboradas mapas de cobertura e uso da terra entre 1975 e 2010: a) o centro-sul goiano, representativa das áreas de Cerrado com uso consolidado; b) a porção central do estado do Mato Grosso, próximo à divisa do Cerrado com a Amazônia; c) o Extremo Oeste Baiano e; b) a região do Mapito, formada pela confluência dos estados do Maranhão, Piauí e Tocantins. Evidencia-se que a distância dos grandes centros consumidores fez com que houvesse diferentes densidades de ocupação do espaço, modeladas pela demanda por produtos agropecuários e induzidas pela ação estatal. Assim, a porção centro-sul do bioma foi ocupada mais rapidamente pelas pastagens cultivadas e pela agricultura mercantil, criando aí uma fronteira agrícola tradicional, que precedeu a chegada das modernas técnicas de produção. A expansão da fronteira agrícola em espaços mais longínquos se deu mais recentemente e representa a consolidação da produção de commodities, cada vez mais conduzidas pelas ações privadas, tendo o Estado como um aliado estratégico. Consegue-se evidenciar, ainda, que tanto nas fronteiras agrícolas antigas quanto nas mais recentes as pastagens cultivadas disputam as melhores terras com a agricultura moderna, mas acaba por se conformar em áreas de solos menos férteis e mais declivosos, mantendo, por outro lado, a proximidade dos mercados consumidores, de modo que essas duas atividades se complementam na ocupação do bioma Cerrado, que mescla condições propícias ao desenvolvimento de ambas.

Transformações nas condições de vida da Terra fazem parte da nossa história evolutiva. Atualmente, as ações humanas provocam impactos tão intensos que já se considera que estamos marcando uma nova era geológica, o Antropoceno. As alterações globais de origem antropogênica estão relacionadas ao nosso modo de vida moderno e modelo de consumo, assim como ao crescimento demográfico, econômico, agropecuário, industrial que tem demanda crescente por recursos. Todos esses fatores apresentam potenciais efeitos comprometedores às funções ecossistêmicas e dos bens e serviços ambientais. Neste contexto, os sistemas aquáticos continentais, são significativamente impactados pela construção de barragens. As represas envolvem inúmeras transformações ambientais e ecológicas, sociais e econômicas. Já as regiões do seu entorno podem ser beneficiadas com a utilização das águas represadas. Entender a dinâmica da cobertura e uso do solo e analisar se há a abertura de oportunidade para o desenvolvimento de novas atividades econômicas, aproximam a compreensão dos seus impactos como base para a gestão desses ambientes. O objetivo geral desse trabalho foi analisar a influência das Usinas Hidrelétricas Canoas I e II nos municípios do seu entorno, a partir da analise espaço-temporal das mudanças no uso e cobertura do solo e das dinâmicas socioeconômicas relacionadas ao desenvolvimento das atividades de piscicultura. Os resultados obtidos caracterizam as atividades agropastoris da região como a maior força das dinâmicas ambientais e socioeconômicas. A extrema fragmentação da vegetação nativa é a mais importante consequência ecológica desse processo. Já em termos sociais e econômicos às mudanças no perfil da agricultura geraram a urbanização e o exôdo rural, marginalizando pequenos agricultores. A construção dos barramentos de Canoas I e II teve influência na composição da paisagem após a perda, principalmente de terras agrícolas e coincidiu com o aumento das áreas de urbanização, associada a um aumento da área dos fragmentos da cobertura vegetal nativa e um melhora no índice de proximidade, indicando maior conexão entre os mesmos. Para os entrevistados na pesquisa os reservatórios representam uma oportunidade de desenvolvimento da piscicultura, que já desperta interesse na população como a atividade econômica. Mas, há dificuldades a serem superadas para que se concretizem as expectativas de aproveitamento das águas represadas. / Transformations in Earth life conditions are part of our evolutionary history. Currently human activities result in impacts of such magnitude that it has been proposed and widely accepted that we are entering a new geologic era, the Anthropocene. Human induced global changes are related to our modern way of life and the consumption model, as well as to demographic, economic, agricultural and industrial growth, that have an increasing resources demand. All these factors have potential compromising effects on ecosystems functions and good and services that they provide. Furthermore, fresh water ecosystems are highly impacted by river dams. These impoundments involve innumerous environmental and ecological, social and economic transformations, while surrounding areas can benefit from its water use. Understand the land use and cover dynamic and analyze if there are opportunities for new economic activities level the comprehension of their impacts for further environmental management. The overall objective of this study was to analyze the Hydroelectric Power Canoas I and II influence on the watershed counties, by a couple analysis of the spatial and temporal land use changes and the related socio-economic dynamic related to fish farming activities development. Our results show that agriculture and cattle ragging are the main driver of environmental and socio-economic behavior. An extreme native vegetation fragmentation was the most important ecological consequence of this process. In term of social and economic aspects, changes in the agricultural profile lead to an urbanization and rural exodus, marginalizing small framers. The constructions of Canoas I and II dams resulted in losses of agricultural lands, which was associated with an urban sprawl and an area increase of native vegetation patches and proximity index, indicating that they became more connected. For the interviewed local people. The dams represent an opportunity for fish farm developing, since it arouses interest in the population as an economic activity. However, there are difficulties to be overcame to meet the expectation of the impounded waters use.

Transformações nas condições de vida da Terra fazem parte da nossa história evolutiva. Atualmente, as ações humanas provocam impactos tão intensos que já se considera que estamos marcando uma nova era geológica, o Antropoceno. As alterações globais de origem antropogênica estão relacionadas ao nosso modo de vida moderno e modelo de consumo, assim como ao crescimento demográfico, econômico, agropecuário, industrial que tem demanda crescente por recursos. Todos esses fatores apresentam potenciais efeitos comprometedores às funções ecossistêmicas e dos bens e serviços ambientais. Neste contexto, os sistemas aquáticos continentais, são significativamente impactados pela construção de barragens. As represas envolvem inúmeras transformações ambientais e ecológicas, sociais e econômicas. Já as regiões do seu entorno podem ser beneficiadas com a utilização das águas represadas. Entender a dinâmica da cobertura e uso do solo e analisar se há a abertura de oportunidade para o desenvolvimento de novas atividades econômicas, aproximam a compreensão dos seus impactos como base para a gestão desses ambientes. O objetivo geral desse trabalho foi analisar a influência das Usinas Hidrelétricas Canoas I e II nos municípios do seu entorno, a partir da analise espaço-temporal das mudanças no uso e cobertura do solo e das dinâmicas socioeconômicas relacionadas ao desenvolvimento das atividades de piscicultura. Os resultados obtidos caracterizam as atividades agropastoris da região como a maior força das dinâmicas ambientais e socioeconômicas. A extrema fragmentação da vegetação nativa é a mais importante consequência ecológica desse processo. Já em termos sociais e econômicos às mudanças no perfil da agricultura geraram a urbanização e o exôdo rural, marginalizando pequenos agricultores. A construção dos barramentos de Canoas I e II teve influência na composição da paisagem após a perda, principalmente de terras agrícolas e coincidiu com o aumento das áreas de urbanização, associada a um aumento da área dos fragmentos da cobertura vegetal nativa e um melhora no índice de proximidade, indicando maior conexão entre os mesmos. Para os entrevistados na pesquisa os reservatórios representam uma oportunidade de desenvolvimento da piscicultura, que já desperta interesse na população como a atividade econômica. Mas, há dificuldades a serem superadas para que se concretizem as expectativas de aproveitamento das águas represadas. / Transformations in Earth life conditions are part of our evolutionary history. Currently human activities result in impacts of such magnitude that it has been proposed and widely accepted that we are entering a new geologic era, the Anthropocene. Human induced global changes are related to our modern way of life and the consumption model, as well as to demographic, economic, agricultural and industrial growth, that have an increasing resources demand. All these factors have potential compromising effects on ecosystems functions and good and services that they provide. Furthermore, fresh water ecosystems are highly impacted by river dams. These impoundments involve innumerous environmental and ecological, social and economic transformations, while surrounding areas can benefit from its water use. Understand the land use and cover dynamic and analyze if there are opportunities for new economic activities level the comprehension of their impacts for further environmental management. The overall objective of this study was to analyze the Hydroelectric Power Canoas I and II influence on the watershed counties, by a couple analysis of the spatial and temporal land use changes and the related socio-economic dynamic related to fish farming activities development. Our results show that agriculture and cattle ragging are the main driver of environmental and socio-economic behavior. An extreme native vegetation fragmentation was the most important ecological consequence of this process. In term of social and economic aspects, changes in the agricultural profile lead to an urbanization and rural exodus, marginalizing small framers. The constructions of Canoas I and II dams resulted in losses of agricultural lands, which was associated with an urban sprawl and an area increase of native vegetation patches and proximity index, indicating that they became more connected. For the interviewed local people. The dams represent an opportunity for fish farm developing, since it arouses interest in the population as an economic activity. However, there are difficulties to be overcame to meet the expectation of the impounded waters use.