Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-07-12T18:49:35Z No. of bitstreams: 1 MARCIA VANESSA GOMES COSTA – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2015.pdf: 4478888 bytes, checksum: 1438314e0714853727e50726536e9cb7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-12T18:49:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCIA VANESSA GOMES COSTA – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2015.pdf: 4478888 bytes, checksum: 1438314e0714853727e50726536e9cb7 (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / Capes / A energia total que incide sobre a superfície da Terra, afeta diretamente o balanço de radiação à superfície de forma diferenciada, a depender de aspectos biogeofísicos. A obtenção dos fluxos energéticos torna possível o estudo da dinâmica temporal de uma região específica, porém nem sempre é possível obter tais dados, devido ao número limitado de estações micrometeorológicas existentes e/ou disponíveis. Para tanto, torna-se possível a estimativa desses fluxos, como também de índices vegetativos através da utilização de imagens orbitais. O objetivo do presente trabalho é comprovar a eficácia de produtos MODIS/Terra para a estimativa do saldo de radiação para a região semiárida da Paraíba, que é uma região onde predomina o bioma Caatinga, sem a utilização de dados auxiliares de superfície. Foram utilizadas imagens referentes aos dias de ordem do ano: 25, 33, 57, 65, 81, 105, 137, 169, 193, 209, 217, 233, 249, 281, 289, 313, 329 e 361, do ano de 2013, que recobrem o Estado da Paraíba. A metodologia utilizada foi baseada em equações propostas por Bisht e Bras (2011). A validação dos resultados foi realizada com dados de duas torres micrometeorológicas experimentais, ambas estão localizadas em área de caatinga preservada e degradada, situadas no município de Campina Grande, na Paraíba. Para chegar ao resultado do saldo de radiação instantâneo, foram utilizados albedos computados de duas formas: utilizando o MCD43-A3 e o MOD09-A1. Os valores de albedo foram maiores na área degradada. Embora as estimativas tenham sofrido superestimação e subestimação, foi possível comprovar a eficácia do produto MODIS de albedo pronto (MCD43-A3) para a estimativa do saldo de radiação, com o EMP e o EMA de 16,48% e de 79,95 W/m², respectivamente; em contrapartida, o saldo obtido com o MOD09-A1 foi mais satisfatório para a área preservada, com EMP de 16,91% e EMA de 94,35 W/m² para a área degradada. O NDVI apresentou uma correlação negativa com o saldo de radiação. / The total energy falling on the surface, directly affects the radiation balance at the surface in different ways, depending on biogeophysical aspects. Obtaining of energy flows makes it possible to study the temporal dynamics of a specific region, but it is not always possible to obtain such data, due to the limited number of micrometeorological stations and / or available. Therefore, it becomes possible to estimate these flows, as well as vegetation indices using satellite images. The objective of this study is to prove the effectiveness of product MODIS / Terra to estimate the net radiation for the semi-arid region of Paraiba, which is a region dominated the Caatinga biome, without the use of auxiliary surface data. Images were used referring to days order of year 25, 33, 57, 65, 81, 105, 137, 169, 193, 209, 217, 233, 249, 281, 289, 313, 329 and 361, the year 2013 that cover the state of Paraíba. The methodology used was based on equations proposed by Bisht and Bras (2011). The validation of the results was performed with two micrometeorological towers experimental data, both are located in preserved and degraded area, located in the city of Campina Grande, Paraiba. To get to the result of the instantaneous net radiation, computed albedos were used in two ways: using the MCD43-A3 and the MOD09-A1. The albedo values were higher in degraded areas. Although estimates have been overestimation and underestimation, it was possible to prove the effectiveness of MODIS Product ready albedo, MCD43-A3, with EMP 16.48% for the radiation balance and the EMA was 79.95 W / m²; on the other hand, the balance obtained with the MOD09-A1 was more suitable for the preserved area with EMP 16.91% and EMA of 94.35 W / m² for the degraded area. The NDVI showed a negative correlation with the radiation balance.

La cartographie du couvert végétal est un outil essentiel au suivi et à la gestion et des milieux « naturels ». Des cartes caractérisant les essences forestières à l'échelle régionale sont nécessaires pour la gestion des milieux forestiers. Les séries temporelles d'images satellitaires optiques à moyenne résolution spatiale, peuvent permettre de satisfaire ce besoin. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la classification supervisée d'une série temporelle afin de produire des cartes à l'échelle régionale détaillant la composition en essences de la végétation forestière. Nous avons d'abord évalué l'apport de la stratification du site d'étude pour améliorer les résultats de la classification d'une série temporelle d'images MODIS. Le recours à une stratification à partir d'une segmentation orientée objet améliore la classification supervisée, avec une augmentation de la valeur de Kappa et du taux de rejet des pixels à classer. Un seuil minimal et un seuil maximal de la surface de végétation à classer ont été identifiés, correspondant respectivement à un taux de rejet trop élevé et à une absence d'effet de la stratification. Nous avons ensuite évalué l'influence de l'organisation de la série temporelle d'images à moyenne résolution spatiale et du choix de l'algorithme de classification. Cette évaluation a été effectuée pour trois algorithmes (maximum de vraisemblance, Support Vector Machine, Random Forest) en faisant varier les caractéristiques de la série temporelle. On observe un effet de la temporalité et de la radiométrie sur la précision de la classification particulièrement significatif et la supériorité de l'algorithme Random Forest. Sur le plan thématique, des confusions subsistent et certains mélanges d'essences sont mal distingués. Nous avons alors cherché à évaluer l'apport du changement de résolution spatiale des images composant la série temporelle pour améliorer les résultats de classification. Les conclusions effectuées précédemment avec les données MODIS sont confortées, ce qui permet de conclure qu'elles sont indépendantes des données d'entrée et de leur résolution spatiale. Une amélioration significative est apportée par le changement de résolution spatiale, avec une augmentation de l'indice de Kappa de 0,60 à 0,72 obtenue grâce à la diminution de la proportion de pixels mixtes. Quelle que soit la résolution spatiale des images utilisées, les résultats obtenus montrent que la définition d'une procédure optimale améliore sensiblement les résultats de la classification. / Forest cover mapping is an essential tool for forest management. Detailed maps, characterizing forest types at a régional scale, are needed. This need can be fulfilled by médium spatial resolution optical satellite images time sériés. This thesis aims at improving the supervised classification procédure applied to a time sériés, to produce maps detailing forest types at a régional scale. To meet this goal, the improvement of the results obtained by the classification of a MODIS time sériés, performed with a stratification of the study area, was assessed. An improvement of classification accuracy due to stratification built by object-based image analysis was observed, with an increase of the Kappa index value and an increase of the reject fraction rate. These two phenomena are correlated to the classified végétation area. A minimal and a maximal value were identified, respectively related to a too high reject fraction rate and a neutral stratification impact.We carried out a second study, aiming at assessing the influence of the médium spatial resolution time sériés organization and of the algorithm on classification quality. Three distinct classification algorithms (maximum likelihood, Support Vector Machine, Random Forest) and several time sériés were studied. A significant improvement due to temporal and radiométrie effects and the superiority of Random Forest were highlighted by the results. Thematic confusions and low user's and producer's accuracies were still observed for several classes. We finally studied the improvement brought by a spatial resolution change for the images composing the time sériés to discriminate classes of mixed forest species. The conclusions of the former study (MODIS images) were confirmed with DEIMOS images. We can conclude that these effects are independent from input data and their spatial resolution. A significant improvement was also observed with an increase of the Kappa index value from 0,60 with MODIS data to 0,72 with DEIMOS data, due to a decrease of the mixed pixels rate.

Une tendance à l’augmentation des dépérissements forestiers est observée et risque de s’accentuer dans le contexte actuel de changement climatique. La télédétection peut proposer des méthodes innovantes pour l’évaluation de l’état et du devenir des écosystèmes forestiers. Ce travail de thèse vise à proposer, valider et interpréter des mesures de baisse d’activité des résineux du Sud du Massif-Central et de la sapinière pyrénéenne. Le premier objectif est, par l’utilisation de séries temporelles d’images à moyenne résolution spatiale (images NDVI-MODIS), d’identifier les méthodes permettant de mesurer des baisses d’activité, et de vérifier qu’elles correspondent à des baisses de vitalité, dans des peuplements où se manifestent des phénomènes de dépérissement. La détection de changement d’activité, que l’on peut assimiler à des perturbations, repose sur deux approches : la première mesure des écarts ou des tendances de paramètres de phénologie de surface et la deuxième utilise une procédure de décomposition de la série temporelle. Les mesures de changement ont été réalisées sur la période 2000-2011. La détection des ruptures négatives et de forte amplitude dans la réponse de NDVI de 2003 à 2011 confirme l’influence de la sècheresse de 2003, qui se traduit à la fois par les baisses d’activité liées à l’état des arbres mais également par des coupes de dépérissement qui se sont succédées les années suivantes. Un travail préliminaire à l’étape de validation des baisses de vitalité détectées, a consisté à proposer et appliquer un modèle de détection des coupes afin d’éliminer ces situations des zones d’observation. Une procédure de validation des baisses de vitalité a été mise en place dans le cas de la sapinière des Pyrénées. Pour cela, deux approches ont été utilisées : (1) la confrontation à des données indirectes de l’état des peuplements mais spatialement exhaustives, à travers les inventaires des coupes de dépérissement sur la période 2000-2012 et une cartographie du dépérissement datant de 2001 et (2) la confrontation à des données d’observations directes de l’état des Sapins dans le Pays de Sault (Est des Pyrénées), en utilisant une méthode de diagnostic basée sur l’architecture des arbres (méthode ARCHI), avec un échantillonnage adapté à l’échelle des pixels MODIS (Lambert et al. 2013). Des relations ont été mises en évidence, permettant de valider les méthodes utilisées, mais aussi d’en ressortir des limites d’interprétation. Enfin, pour donner des éléments d’interprétation des phénomènes observés, les variations d’activité observées par télédétection ont été confrontées à des données climatiques et édaphiques spatialisées, adaptées à l’étude des milieux forestiers. Les résultats montrent que les baisses de vitalité constatées dans les peuplements de Sapins du Pays de Sault sont significativement corrélées au facteur climatique température et dans une moindre mesure, aux précipitations. Dans les Pyrénées Centrales, où les facteurs de causalité semblent être multiples, l’influence des conditions de sècheresse hydrique et édaphique n’a pas pu être démontrée. / An increasing trend of forest decline is observed and is likely to increase in the current context of climate change. Remote sensing can provide innovative methods for the forest ecosystems status assessment. This thesis aims at proposing, validating and interpreting activity measurements of some Southern Massif Central and Pyrenees mountains coniferous stands. The first objective is, using of time series of medium spatial resolution (MODIS-NDVI) images, to identify methods to measure decreases of activity, and to verify if they correspond to vitality decreases in stands in which has been observed forest decline. Change detection of activity, which can be considered as disturbances, is based on two approaches: the first allows to measure differences or trends of phenology surface parameters, and the second uses a method based on the time series decomposition. Changes that occur during the 2000-2011 times-period were measured. The detection of high magnitude negative breakpoints in NDVI time series from 2003 to 2011 confirms the influence of the 2003 summer drought, which both led to decreases in activity related to trees heath status and also to clear-cuts during the following years. Before the validation process, a clear-cut detection method was proposed in order to eliminate these situations in the study areas. A validation procedure was implemented on Pyrenean fir stands. For this step, two approaches were implemented: (1) the use of spatially extensive state stands proxies, through cuts inventory inventories during the 2000-2012 times-period and a 2001 forest decline map, and (2) the use of data from direct tree heath’s observations in the fir stands of Pays de Sault region (Eastern Pyrenees) using a diagnostic method based on the observation of tree architecture (ARCHI method). For this second approach, an appropriate sampling was assessed to deal with the MODIS pixels scale (Lambert et al. 2013). Relationships have been identified, allowing to validate the used methods, but also to highlight theirs interpretation’s limits. Finally, to provide an interpretation of the observed phenomena, the remote sensing activity variations were compared to climatic and soil spatial data which are adapted to the study of forest environments. The results show that vitality declines in Pays de Sault fir stands are significantly correlated with climatic factors, temperature and to a lesser degree to precipitations. In the Central Pyrenees, where the causal factors appear to be numerous, the influence of water and soil drought conditions has not been demonstrated.

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