Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-19T10:58:35Z No. of bitstreams: 2 Tese - Érika Gonçalves Pires - 2017.pdf: 34121792 bytes, checksum: 01fa175be83636fb98bdf7e861506b3f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-19T10:59:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Érika Gonçalves Pires - 2017.pdf: 34121792 bytes, checksum: 01fa175be83636fb98bdf7e861506b3f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-19T10:59:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Érika Gonçalves Pires - 2017.pdf: 34121792 bytes, checksum: 01fa175be83636fb98bdf7e861506b3f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-17 / The changes in land-cover and land-use are among the main causes of a series of environmental, social, and economic impacts. In particular, the formation of artificial reservoirs, due to the construction of hydroelectric plants (HPP), has been the subject of scientific studies in the country, mainly due to the changes they cause to the environment. Specifically, the construction of the Luís Eduardo Magalhães HPP in 2001 (along the Tocantins River), in a context of large-scale constructions in the state of Tocantins, resulted in a large flooded area (~ 630 km²), significant changes in the landscape, and relocation of rural and urban populations. In this sense, this work aimed to evaluate and quantify, through various satellite datasets and land-cover and land-use mapping of the area under the influence of the reservoir of the Luís Eduardo Magalhães HPP (in the period before and after its implementation), changes in the landscape and associated biophysical parameters. At the landscape scale, the following surface parameters, derived from Terra-MODIS images, were evaluated seasonally: temperature, vegetation index, evapotranspiration, and albedo. The analysis of these data, in the spatial - temporal domains, involved three experimental models: a) considering the area of influence of the reservoir as a whole (equidistance of 30 km); b) analysis considering the equidistance or proximity to the reservoir (through buffers, latitudinal transects, and areas of interest); c) comparisons between the MODIS sensor results and the biophysical parameters obtained from Landsat images (transformed by the SEBAL algorithm). The results of our research show the potential of using remote sensing images in the study of variations of biophysical parameters. The implementation of the Luís Eduardo Magalhães HPP reservoir boosted the occupation of areas around it, especially: the São João irrigation project (irrigation from lake water), the increase in real estate speculation through the creation of new land subdivisions and closed condominiums with direct access to the lake, occupation of other areas due to the relocation of families (as in the case of the district of Luzimangues-Porto Nacional), and the creation of condominiums near the reservoir. Between 2000 and 2014, there was a 111% decrease in the Cerrado native vegetation (forest formations, grassland formations, open and dense Cerrado Strict Sensu physiognomies) and an increase of 66% in urban areas and 947% in the agricultural areas. It was also observed that almost half of the entire study area (42%) suffered some kind of alteration in the land cover. The changes observed in the local biophysical parameters were a direct result of the reservoir implantation and the State's occupation and development policies (such as soybean financing), which influenced the spatial configuration of the various land-cover classes and existing land use in the study area. As a result, a number of negative environmental / climatic impacts are already perceived in the area. Therefore, it is suggested to implement public policies regarding the systematic monitoring of biophysical parameters in the area, with a view to minimizing and mitigating more severe long-term environmental impacts. / As mudanças na cobertura e uso da terra estão entre os principais causadores de uma série de impactos de ordem ambiental, social e econômica. Em particular, a formação de reservatórios artificiais, em virtude da construção de usinas hidrelétricas (UHE), tem sido tema de estudos científicos no país, principalmente devido às alterações que causam ao meio ambiente. Especificamente, a construção da UHE Luís Eduardo Magalhães em 2001 (ao longo do Rio Tocantins), em um contexto de implementação de obras de grande porte no estado do Tocantins, resultou em uma grande área alagada (~ 630 km²), mudanças significativas nas paisagens e remanejamento de populações rurais e urbanas. Neste sentido, este trabalho buscou avaliar e quantificar, por meio de dados satelitários diversos e mapeamentos da cobertura e uso da terra na área de influência do reservatório da UHE Luís Eduardo Magalhães (no período anterior e posterior à sua implantação), as mudanças na paisagem e nos parâmetros biofísicos superficiais associados. À escala da paisagem, foram avaliados, sazonalmente, os seguintes parâmetros superficiais derivados de imagens Terra-MODIS: temperatura, índice de vegetação, evapotranspiração e albedo. A análise destes dados, em uma perspectiva espaço-temporal, envolveu três modelos experimentais: a) considerando a área de influência do reservatório como um todo (equidistância de 30 km); b) análise considerando a equidistância ou proximidade com o reservatório (através de buffers, transectos latitudinais e áreas de interesse); c) comparações entre os resultados do sensor MODIS com os parâmetros biofísicos obtidos das imagens Landsat (transformadas por meio do algoritmo SEBAL). Os resultados de nossa pesquisa evidenciam o potencial de uso de imagens de sensoriamento remoto no estudo das variações de parâmetros biofísicos. A implantação do reservatório da UHE Luís Eduardo Magalhães impulsionou a ocupação de áreas no entorno do mesmo, destacando-se: o projeto agrícola de irrigação São João (irrigação a partir da água do lago), o aumento da especulação imobiliária através da criação de novos loteamentos e condomínios horizontais fechados com acesso direto ao lago, ocupação de outras áreas em virtude da realocação de famílias (como é o caso do distrito de Luzimangues-Porto Nacional), além da criação de condomínios de chácaras próximos ao reservatório. Entre os anos de 2000 e 2014, constatou-se uma diminuição de 111% nas áreas de vegetação nativa do Cerrado (Formações florestais, Formações campestres, Cerrado sentido restrito ralo e denso) e um aumento de 66% nas áreas urbanas e de 947% nas áreas agrícolas. Observou-se ainda que quase metade de toda a área de estudo (42%) sofreu algum tipo de alteração na cobertura da terra. As alterações observadas nos parâmetros biofísicos locais foram resultado direto da implantação do reservatório e das políticas de ocupação e desenvolvimento promovidas pelo Estado (como por exemplo, os financiamentos para a produção de soja), as quais influenciaram a configuração espacial das diversas classes de cobertura e uso da terra existentes na área de estudo. Em consequência, vários impactos ambientais/climáticos negativos já são percebidos na área de estudo. Deste modo, sugere-se a implementação de políticas públicas de monitoramento sistemático dos parâmetros biofísicos nesta área, com vistas a minimizar e mitigar impactos ambientais mais severos a longo prazo.

Esse trabalho utilizou sensores remotos, em escala local e regional, para caracterizar o padrão espectral da canola e propor metodologias de criação de máscaras de cultivo, através da classificação de imagens de satélite, e de geração de estimativas de variáveis biofísicas, a partir de índices de vegetação medidos ao longo do ciclo. As medições das variáveis biofísicas foram realizadas em parcelas experimentais, na Embrapa-Trigo no município de Coxilha, e em lavouras monitoradas nas mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul, para as safras 2013 e 2014. As variáveis biofísicas medidas foram altura de plantas, matéria seca das folhas, da haste e das síliquas e, também, foi estimado o índice de área foliar. Os dados espectrais para as parcelas experimentais foram obtidos através de um espectrorradiômetro. Para as lavouras monitoradas, os dados espectrais foram obtidos dos produtos MCD43B4 e MOD09A1, medidos pelo sensor MODIS (satélites Terra/Aqua), e de imagens do sensor OLI (satélite Landsat 8). A partir destes foi realizada a caracterização espectral da canola ao longo do seu ciclo de desenvolvimento, gerando perfis completos e perfis das bandas espectrais. Os índices de vegetação foram utilizados para caracterizar o padrão espectral e para a criação de modelos de estimativas das variáveis biofísicas, os quais foram calculados usando as bandas espectrais simuladas. Os índices de vegetação foram utilizados para classificar as áreas cultivadas com canola para as mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul e, posteriormente, aplicados os modelos de estimativas de variáveis biofísicas. A caracterização do padrão espectral da canola foi consistente entre os dois anos avaliados e para todos os sensores, com variação temporal semelhante a outras culturas agrícolas, exceto pela redução nos índices de vegetação durante a floração da cultura. Os modelos de estimativa das variáveis biofísicas, apresentaram coeficientes de determinação elevados, com exceção das variáveis matéria seca das folhas e índice de área foliar. A classificação da área cultivada com canola, utilizando os produtos MODIS, apresentou resultados coerentes com o esperado de acordo com dados de série histórica, apresentados pela CONAB. As estimativas de variáveis biofísicas mostraram coerência com os obtidos pelas medições nas lavouras monitoradas. Os resultados obtidos nesse estudo demonstram, portanto, o potencial da utilização de dados espectrais multisensor para o mapeamento de lavouras e realização de estimativas de variáveis biofísicas da cultura da canola. / This study used remote sensors, at local and regional levels, in order to characterize the spectral pattern of canola and propose methodologies to create crop masks, through satellite image classification, and generation of estimates of biophysical variables, from vegetation indices measured along the cycle. The measurements of biophysical variables were performed on experimental plots at Embrapa Trigo in Coxilha, and in crop sites monitored in the mesoregions Northeast and Northwest of Rio Grande do Sul, in 2013 and 2014. The biophysical variables measured were plant height, dry matter of the leaves, stem and pods and also, the leaf area index was estimated. The spectral data for the experimental plots were obtained using a spectroradiometer. For monitored crop fields, spectral data were obtained from the products MCD43B4 and MOD09A1, measured by MODIS (Terra / Aqua satellite) sensor, and images from the OLI sensor (Landsat 8). These data were used to perform the spectral characterization of canola along its development cycle, generating full spectral profiles and spectral bands profiles. The vegetation indices were used to characterize the spectral pattern and creating models to estimate the biophysical variables, which have been calculated using the simulated spectral bands. The vegetation indices were used to classify the areas planted with canola for the mesoregions Northeast and Northwest and then applied to the models for estimates of biophysical variables. The characterization of the canola's spectral pattern was consistent between the two years and for all sensors with temporal variation similar to other agricultural crops, except for the reduction in the vegetation indices during the flowering phase of culture. The biophysical variables estimation models showed high correlation coefficients, except for the variables dry matter of leaves and leaf area index. The canola classification using MODIS products, showed results consistent with the expected according to historical data series presented by CONAB. Estimates of biophysical variables were consistent with those obtained by measurements in the monitored fields. The results of this study show, therefore, the potential of using multi-sensor data for the spectral mapping of canola the estimation of biophysical variables.

Esse trabalho utilizou sensores remotos, em escala local e regional, para caracterizar o padrão espectral da canola e propor metodologias de criação de máscaras de cultivo, através da classificação de imagens de satélite, e de geração de estimativas de variáveis biofísicas, a partir de índices de vegetação medidos ao longo do ciclo. As medições das variáveis biofísicas foram realizadas em parcelas experimentais, na Embrapa-Trigo no município de Coxilha, e em lavouras monitoradas nas mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul, para as safras 2013 e 2014. As variáveis biofísicas medidas foram altura de plantas, matéria seca das folhas, da haste e das síliquas e, também, foi estimado o índice de área foliar. Os dados espectrais para as parcelas experimentais foram obtidos através de um espectrorradiômetro. Para as lavouras monitoradas, os dados espectrais foram obtidos dos produtos MCD43B4 e MOD09A1, medidos pelo sensor MODIS (satélites Terra/Aqua), e de imagens do sensor OLI (satélite Landsat 8). A partir destes foi realizada a caracterização espectral da canola ao longo do seu ciclo de desenvolvimento, gerando perfis completos e perfis das bandas espectrais. Os índices de vegetação foram utilizados para caracterizar o padrão espectral e para a criação de modelos de estimativas das variáveis biofísicas, os quais foram calculados usando as bandas espectrais simuladas. Os índices de vegetação foram utilizados para classificar as áreas cultivadas com canola para as mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul e, posteriormente, aplicados os modelos de estimativas de variáveis biofísicas. A caracterização do padrão espectral da canola foi consistente entre os dois anos avaliados e para todos os sensores, com variação temporal semelhante a outras culturas agrícolas, exceto pela redução nos índices de vegetação durante a floração da cultura. Os modelos de estimativa das variáveis biofísicas, apresentaram coeficientes de determinação elevados, com exceção das variáveis matéria seca das folhas e índice de área foliar. A classificação da área cultivada com canola, utilizando os produtos MODIS, apresentou resultados coerentes com o esperado de acordo com dados de série histórica, apresentados pela CONAB. As estimativas de variáveis biofísicas mostraram coerência com os obtidos pelas medições nas lavouras monitoradas. Os resultados obtidos nesse estudo demonstram, portanto, o potencial da utilização de dados espectrais multisensor para o mapeamento de lavouras e realização de estimativas de variáveis biofísicas da cultura da canola. / This study used remote sensors, at local and regional levels, in order to characterize the spectral pattern of canola and propose methodologies to create crop masks, through satellite image classification, and generation of estimates of biophysical variables, from vegetation indices measured along the cycle. The measurements of biophysical variables were performed on experimental plots at Embrapa Trigo in Coxilha, and in crop sites monitored in the mesoregions Northeast and Northwest of Rio Grande do Sul, in 2013 and 2014. The biophysical variables measured were plant height, dry matter of the leaves, stem and pods and also, the leaf area index was estimated. The spectral data for the experimental plots were obtained using a spectroradiometer. For monitored crop fields, spectral data were obtained from the products MCD43B4 and MOD09A1, measured by MODIS (Terra / Aqua satellite) sensor, and images from the OLI sensor (Landsat 8). These data were used to perform the spectral characterization of canola along its development cycle, generating full spectral profiles and spectral bands profiles. The vegetation indices were used to characterize the spectral pattern and creating models to estimate the biophysical variables, which have been calculated using the simulated spectral bands. The vegetation indices were used to classify the areas planted with canola for the mesoregions Northeast and Northwest and then applied to the models for estimates of biophysical variables. The characterization of the canola's spectral pattern was consistent between the two years and for all sensors with temporal variation similar to other agricultural crops, except for the reduction in the vegetation indices during the flowering phase of culture. The biophysical variables estimation models showed high correlation coefficients, except for the variables dry matter of leaves and leaf area index. The canola classification using MODIS products, showed results consistent with the expected according to historical data series presented by CONAB. Estimates of biophysical variables were consistent with those obtained by measurements in the monitored fields. The results of this study show, therefore, the potential of using multi-sensor data for the spectral mapping of canola the estimation of biophysical variables.

Esse trabalho utilizou sensores remotos, em escala local e regional, para caracterizar o padrão espectral da canola e propor metodologias de criação de máscaras de cultivo, através da classificação de imagens de satélite, e de geração de estimativas de variáveis biofísicas, a partir de índices de vegetação medidos ao longo do ciclo. As medições das variáveis biofísicas foram realizadas em parcelas experimentais, na Embrapa-Trigo no município de Coxilha, e em lavouras monitoradas nas mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul, para as safras 2013 e 2014. As variáveis biofísicas medidas foram altura de plantas, matéria seca das folhas, da haste e das síliquas e, também, foi estimado o índice de área foliar. Os dados espectrais para as parcelas experimentais foram obtidos através de um espectrorradiômetro. Para as lavouras monitoradas, os dados espectrais foram obtidos dos produtos MCD43B4 e MOD09A1, medidos pelo sensor MODIS (satélites Terra/Aqua), e de imagens do sensor OLI (satélite Landsat 8). A partir destes foi realizada a caracterização espectral da canola ao longo do seu ciclo de desenvolvimento, gerando perfis completos e perfis das bandas espectrais. Os índices de vegetação foram utilizados para caracterizar o padrão espectral e para a criação de modelos de estimativas das variáveis biofísicas, os quais foram calculados usando as bandas espectrais simuladas. Os índices de vegetação foram utilizados para classificar as áreas cultivadas com canola para as mesorregiões Nordeste e Noroeste do Rio Grande do Sul e, posteriormente, aplicados os modelos de estimativas de variáveis biofísicas. A caracterização do padrão espectral da canola foi consistente entre os dois anos avaliados e para todos os sensores, com variação temporal semelhante a outras culturas agrícolas, exceto pela redução nos índices de vegetação durante a floração da cultura. Os modelos de estimativa das variáveis biofísicas, apresentaram coeficientes de determinação elevados, com exceção das variáveis matéria seca das folhas e índice de área foliar. A classificação da área cultivada com canola, utilizando os produtos MODIS, apresentou resultados coerentes com o esperado de acordo com dados de série histórica, apresentados pela CONAB. As estimativas de variáveis biofísicas mostraram coerência com os obtidos pelas medições nas lavouras monitoradas. Os resultados obtidos nesse estudo demonstram, portanto, o potencial da utilização de dados espectrais multisensor para o mapeamento de lavouras e realização de estimativas de variáveis biofísicas da cultura da canola. / This study used remote sensors, at local and regional levels, in order to characterize the spectral pattern of canola and propose methodologies to create crop masks, through satellite image classification, and generation of estimates of biophysical variables, from vegetation indices measured along the cycle. The measurements of biophysical variables were performed on experimental plots at Embrapa Trigo in Coxilha, and in crop sites monitored in the mesoregions Northeast and Northwest of Rio Grande do Sul, in 2013 and 2014. The biophysical variables measured were plant height, dry matter of the leaves, stem and pods and also, the leaf area index was estimated. The spectral data for the experimental plots were obtained using a spectroradiometer. For monitored crop fields, spectral data were obtained from the products MCD43B4 and MOD09A1, measured by MODIS (Terra / Aqua satellite) sensor, and images from the OLI sensor (Landsat 8). These data were used to perform the spectral characterization of canola along its development cycle, generating full spectral profiles and spectral bands profiles. The vegetation indices were used to characterize the spectral pattern and creating models to estimate the biophysical variables, which have been calculated using the simulated spectral bands. The vegetation indices were used to classify the areas planted with canola for the mesoregions Northeast and Northwest and then applied to the models for estimates of biophysical variables. The characterization of the canola's spectral pattern was consistent between the two years and for all sensors with temporal variation similar to other agricultural crops, except for the reduction in the vegetation indices during the flowering phase of culture. The biophysical variables estimation models showed high correlation coefficients, except for the variables dry matter of leaves and leaf area index. The canola classification using MODIS products, showed results consistent with the expected according to historical data series presented by CONAB. Estimates of biophysical variables were consistent with those obtained by measurements in the monitored fields. The results of this study show, therefore, the potential of using multi-sensor data for the spectral mapping of canola the estimation of biophysical variables.