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Impacto da Conversão da Cobertura Natural em Pastagem e Área Urbana sobre Variáveis Biofísicas no Sul do Amazonas

Impact of the Conversion of Natural Coverage in Pasture and Urban Area on Biophysical Variables in the Southern Amazonas

Resumo

A substituição da cobertura natural por áreas de pastagem afeta o albedo superficial, que por sua vez influencia no saldo de radiação e na temperatura superficial. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar os impactos do desmatamento sobre variáveis biofísicas no município de Apuí-AM, por imagens Landsat 5 TM (Thematic Mapper). As imagens utilizadas nesse estudo foram fornecidas pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS). A imagem de 20/07/2010 foi processada por etapas intermediárias do SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land). O desmatamento no município de Apuí aumentou em 20% nos últimos 20 anos analisados. O NDVI da Floresta foi 20 e 43% maior que da pastagem e da área urbana, respectivamente. O albedo da superfície na pastagem e na área urbana foram 16% maiores que na área de Floresta e a temperatura de brilho da superfície na pastagem e na área urbana foram 16 e 10% maiores que na área de Floresta, respectivamente. O Rn na área de Floresta foi 8% e 6% maior que na área urbana e na pastagem, respectivamente. Portanto, a conversão da Floresta Amazônica modifica o balanço de radiação com maior disponibilidade de calor sensível da superfície nas áreas de pastagem e urbana.

Palavras-chave:
mudança do uso do solo; sensoriamento remoto; desmatamento; floresta úmida

Abstract

The replacement of natural cover by pasture areas affects the surface albedo, which in turn influences the balance of radiation and surface temperature. Thus, the objective of this work was to evaluate the impacts of deforestation on biophysical variables in the municipality of Apuí-AM, by Landsat 5 TM images (Thematic Mapper). The images used in this study were provided by the United States Geological Survey (USGS). The image of 07/20/2010 was processed by intermediate stages of the SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land). Deforestation in the municipality of Apuí increased by 20% in the last 20 years. Forest NDVI was 20 and 43% higher than pasture and urban area, respectively. The surface albedo in the pasture and in the urban area were 16% higher than in the Forest area and the surface gloss temperature in the pasture and in the urban area were 16 and 10% higher than in the Forest area, respectively. The Rn in the Forest area was 8% and 6% higher than in the urban area and in the pasture, respectively. Therefore, the conversion of the Amazon Forest modifies the radiation balance with greater availability of sensible surface heat in the pasture and urban areas.

Keywords:
change of land use; remote sensing; deforestation; rainforest

1. Introdução

A Floresta Amazônica desempenha papel fundamental na manutenção do clima em escala regional e global, influenciando diretamente na emissão ou retenção de carbono e no fornecimento de vapor de água para a atmosfera (Artaxo et al., 2014ARTAXO, P.; da SILVA DIAS, M.A.F.; NAGY, L.; LUIZÃO, F.J.; DA CUNHA, H.B. et al. Perspectivas de pesquisas na relação entre clima e o funcionamento da Floresta Amazônica. Ciência e Cultura, v. 66, n. 3, p. 41-46, 2014.). Sua extensão geográfica tem aproximadamente 7,5 milhões de km2, dos quais 67% estão em território brasileiro distribuídos em nove unidades federativas: Amazonas, Amapá, Acre, Roraima, Rondônia, Pará, Tocantins, Maranhão e Mato Grosso, denominado Amazônia legal (Ferreira e Coelho, 2015FERREIRA, M.D.P.; COELHO, A.B. Desmatamento Recente nos Estados da Amazônia Legal: uma análise da contribuição dos preços agrícolas e das políticas governamentais. Revista de Economia e Sociologia Rural, v. 53, n. 1, p. 91-108, 2015.).

Devido ao alto armazenamento de energia radiativa, a Floresta Amazônica atua como zona de baixa pressão atraindo grandes quantidades de vapor d'água originadas no oceano atlântico por meio dos ventos alísios. Grande parte da umidade disponível na Amazônia é deslocada ao longo da América do Sul garantindo o regime de chuvas nas regiões centro sul do Brasil, Argentina e Paraguai (Reboita et al., 2009REBOITA, M.S.; AMBRIZZI, T.; DA ROCHA, R.P. Relationship between the Southern Annular Mode and Southern Hemisphere Atmospheric Systems. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 1, p.48-55, 2009.).

Apesar dos serviços ambientais da Floresta Amazônica, parte de sua cobertura natural tem sido removida para exploração de madeiras, bem como para agricultura e pecuária (Fearnside, 2003FEARNSIDE, P.M. A Floresta amazônica nas mudanças globais. Manaus: INPA, 2003.; Domingues et al., 2012DOMINGUES, M.S; BERMANN, C. O arco de desFlorestamento na Amazônia: da pecuária à soja. Ambiente & Sociedade, v. 15, n. 2, p. 1-13, 2012.). Mesmo com grandes áreas ainda intactas, há expressiva perda de vegetação, em especial no “arco do desmatamento” ao longo das bordas sul e leste da Floresta (Fearnside, 2003FEARNSIDE, P.M. A Floresta amazônica nas mudanças globais. Manaus: INPA, 2003.). De acordo com o projeto PRODES do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), entre 1988 a 2013 a Amazônia Legal foi desmatada em 402 mil km2 (PRODES-INPE, 2015PRODES-INPE, 2015. Projeto de Monitoramento da Floresta Amazônica por Satélite-Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Disponível em: http://www.inpe.br/noticias/arquivos/pdf/TerraClass_2012.pdf. Acesso em: 30 out. 2015.
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). Contudo, cerca de 92% do desmatamento realizado neste período ocorreu entre 1988 a 2008, com expressiva redução entre 2009 e 2013.

A redução do processo de degradação deste bioma nos últimos anos demostra o avanço das políticas públicas. Contudo não diminuiu a abrangência das áreas desmatadas de aproximadamente 5.891 km2/ano em 2013 (equivalente a 825 campos de futebol). No sul do Amazonas encontra-se o município de Apuí, com aproximadamente 54 mil km2, onde 60% de seu território é composto por Unidades de Conservação, e a principal fonte de renda local é baseada na pecuária. Devido a isso, a área desmatada até 2014 foi 2021.1 km2. Área expressiva quando considerado um município com apenas 20 mil habitantes (PRODES-INPE, 2015PRODES-INPE, 2015. Projeto de Monitoramento da Floresta Amazônica por Satélite-Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Disponível em: http://www.inpe.br/noticias/arquivos/pdf/TerraClass_2012.pdf. Acesso em: 30 out. 2015.
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; IBGE, 2016INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Cidades. Censo. 2016.).

A substituição da cobertura natural por áreas de pastagem ou cultivadas, altera as características aerodinâmicas e radiativas da superfície e modifica o padrão das trocas de energia e massa na interface superfície-atmosfera (Biudes et al., 2009BIUDES, M.S.; CAMPELO JUNIOR, J.H.; NOGUEIRA, J.S.; SANCHES, L. Estimativa do balanço de energia em cambarazal e pastagem no norte do Pantanal pelo método de razão de Bowen. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 2, p. 135-143, 2009.; 2012BIUDES, M.S.; NOGUEIRA, J.S.; DALMAGRO, H.J.; MACHADO, N.G.; DANELICHEN, V.H.M. et al. Mudança no microclima provocada pela conversão de uma Floresta de cambará em pastagem no norte do Pantanal. Revista de Ciências Agro-Ambientais, v. 10, p. 61-68, 2012.; 2015BIUDES, M.S.; VOULITIS, G.L.; MACHADO, N.G.; DE ARRUDA, P.H.Z.; NEVES, G.A.R. et al. Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradiente in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, v. 202, p. 112-124, 2015.; Pavão et al., 2016PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; PAVAO, L.L.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Variação espacial e temporal do saldo de radiação superficial em uma área do sul do Amazonas, brasil. Revista Ra'ega, v. 37, p. 333-352, 2016.). Variáveis como albedo, temperatura e saldo de radiação (Rn) são diretamente afetados por essas mudanças, principalmente quanto efetuadas em larga escala (Pavão et al., 2014PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; QUERINO, J.K.A.S.; MARTINS, P.A.S.; SIQUEIRA, L.F. et al. Análise da radiação solar global (Rg) e albedo superficial sobre um ecossistema de Floresta nativa em Humaitá AM durante o período chuvoso. Revista EDUCAmazônia - Educação, Sociedade e Meio Ambiente, v. 12, p. 42-56, 2014.; 2015PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; PAVAO, L.L.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Temperatura e albedo da superfície por imagens TM Landsat 5 em diferentes usos do solo no Sudoeste da Amazônia brasileira. Revista Brasileira de Climatologia, v. 16, p. 169-183, 2015.; 2016PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; PAVAO, L.L.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Variação espacial e temporal do saldo de radiação superficial em uma área do sul do Amazonas, brasil. Revista Ra'ega, v. 37, p. 333-352, 2016.). Quanto maior a biomassa e vigor da vegetação, menor albedo e temperatura da superfície, e maior é o efeito termohidroregulador da superfície. Dessa forma, a energia disponível é usada prioritariamente para o processo de evapotranspiração, principalmente em áreas com grande disponibilidade hídrica como é o caso da Floresta Amazônica (Silva e de Paula, 2009SILVA, R.W.C.; de PAULA, B.L. Causa do aquecimento global: antropogênica vs. natural. Terra e Didática, v. 5, n. 1, p. 42-49, 2009.; Biudes et al., 2009BIUDES, M.S.; CAMPELO JUNIOR, J.H.; NOGUEIRA, J.S.; SANCHES, L. Estimativa do balanço de energia em cambarazal e pastagem no norte do Pantanal pelo método de razão de Bowen. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 2, p. 135-143, 2009.; 2015BIUDES, M.S.; VOULITIS, G.L.; MACHADO, N.G.; DE ARRUDA, P.H.Z.; NEVES, G.A.R. et al. Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradiente in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, v. 202, p. 112-124, 2015.). Por outro lado, áreas com baixa biomassa, como pastagem e áreas urbanas, o Rn é convertido prioritariamente em calor sensível, responsável pelo aquecimento do ar (Biudes et al., 2009BIUDES, M.S.; CAMPELO JUNIOR, J.H.; NOGUEIRA, J.S.; SANCHES, L. Estimativa do balanço de energia em cambarazal e pastagem no norte do Pantanal pelo método de razão de Bowen. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 2, p. 135-143, 2009.; 2015BIUDES, M.S.; VOULITIS, G.L.; MACHADO, N.G.; DE ARRUDA, P.H.Z.; NEVES, G.A.R. et al. Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradiente in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, v. 202, p. 112-124, 2015.; Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.; Fausto et al., 2016FAUSTO, M.A.; ANGELINI, L.P.; MARQUES, H.O.; FILHO, A.S.; MACHADO, N.G. et al. Impacto da alteração do uso do solo no saldo de radiação no Cerrado do sul de Mato Grosso. Ambiente & Água - An Interdisciplinary Journal of Applied Science, v. 11, n. 2, p. 350-361, 2016.).

O uso de variáveis como o albedo, temperatura da superfície e Rn são fundamentais na a identificação e análise de impactos da conversão de áreas naturais em áreas antropizadas. Contudo, medir estas variáveis in loco implica em gastos elevados, tanto para instalação quanto para manutenção de sensores usados neste tipo de experimento. Ademais, a aferição por meio de interpolação dos valores pontuais em escalas maiores, muitas vezes não corresponde à realidade da região (Gusmão et al., 2012GUSMÃO, A.C.V.L.; SILVA, B.B.; MONTENEGRO, S.M.G.L.; GALVÍNCIO, D. Determinação do saldo radiativo na Ilha do Bananal, TO, com imagens orbitais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 16, p. 1107-1114, 2012.).

Nesta perspectiva, técnicas de sensoriamento remoto acoplados a modelos físicos de trocas de energia têm possibilitado a obtenção e espacialização do albedo, do índice de vegetação, da temperatura da superfície e do Rn com rapidez e satisfatória precisão (Giongo et al., 2010GIONGO, P.R.; MOURA, G.B.A.; SILVA, B.B.; ROCHA, H.R.; MEDEIROS, S.R.R.; NAZARENO, A.C. Albedo à superfície a partir de imagens Landsat 5 em áreas de cana-de-açúcar e cerrado. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola Ambiental, v. 14, n. 3, p. 279-287, 2010.; Silva et al., 2011SILVA, B.B.; BRAGA, A.C.; BRAGA, C.C. Balanço de radiação no perímetro irrigado São Gonçalo - PB mediante imagens orbitais. Revista Caatinga, v. 24, p. 145-152, 2011.; Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.; Fausto et al., 2014FAUSTO, M.A.; MACHADO, N.G.; NOGUEIRA J.S.; BIUDES, M.S. Net radiation estimated by remote sensing in Cerrado areas in the Upper Paraguay River Basin. Journal of Applied Remote Sensing, v. 8, n. 1 p. 1-17, 2014.). Outra grande contribuição do sensoriamento remoto é a possibilidade de análise da evolução da mudança do uso do solo ao longo dos anos, com destaque ao sensor Thematic Mapper (TM) a bordo do satélite Landsat 5 com dados de 1984 a 2011.

Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar os impactos do desmatamento sobre variáveis biofísicas no município de Apuí-AM, por imagens Landsat 5 TM (Thematic Mapper).

2. Material e Métodos

2.1. Área de estudo

O estudo foi realizado em um quadrante medindo 77x62 km abrangendo áreas de Floresta e áreas antropizadas (aqui consideradas como pastagem, zona urbana e solo exposto) no município de Apuí no estado do Amazonas. O município de Apuí está localizado ao longo da Rodovia Transamazônica (BR 230), cerca de 610 km de Porto Velho – RO e 408 km ao sul da capital Manaus – AM com área de aproximadamente 54.000 km2 (Fig. 1). Apuí surgiu com o avanço da malha viária, e, por conseguinte da atividade agropecuária na região após a construção da BR 230 no início da década de 1970. Em 1982, o Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (INCRA), criou na região o Projeto de Assentamento Rio Juma (PARJ) que consiste em 5000 lotes em uma área de aproximadamente 444.000 hectares tornando-se município denominado Apuí em 1987 (IBGE, 2012INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Cidades. Censo. 2012.).

Figura 1
Localização da área de estudo no município de Apuí, Amazonas.

O clima da região é classificado como Am segundo a classificação de Köpper (Alvares et al., 2014ALVARES, C.A.; STAPE, J.L.; SENTELHAS, P.C.; GOLÇALVES, J.L. de MORAES GONÇALVES, J.L. et al. Köppen's climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v. 22, n. 6, p. 711-718, 2014.), ou seja, clima tropical chuvoso (chuvas do tipo monção), com período chuvoso iniciando em outubro e prolongando-se até junho, com temperaturas variando entre 25 e 27 °C e umidade relativa do ar entre 85 e 90%. A região é composta basicamente por três tipos de fitofisionomias distintas. A primeira é Floresta Ombrófila Densa, caracterizada por fatores climáticos tropicais de elevadas temperaturas e precipitações bem distribuídas durante o ano. A segunda fitofisionomia é a Floresta Ombrófila Aberta que apresenta quatro faciações florísticas (Cipó, Palmeiras, Bambu e Sororoca) e apresentam mais de sessenta dias secos por ano. A terceira fitofisionomia localizada na área de estudo é a Savana (Cerrado), conceituada como uma vegetação xeromorfa que ocorre em distintos tipos de clima, revestindo solos lixiviados aluminizados, com ocorrência em toda a Zona Neotropical e, prioritariamente, no Brasil Central (VELOSO et al., 1991VELOSO, H.P.; RANGEL FILHO, A.L.R.; LIMA, J.C.A. Classificação da vegetação brasileira adaptada a um sistema universal. Rio de Janeiro: IBGE, Departamento de Recursos Naturais e Estudos Ambientais, 124 p., 1991.; IBGE, 2012INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Cidades. Censo. 2012.).

2.2. Aquisição e processamento das imagens

As imagens de refletância da superfície e temperatura de brilho medida pelo Landsat 5 TM (Thematic Mapper) na orbita 230 e ponto 65 na data 20/07/2010 foram obtida junto à U. S. Geological Survey (espa.cr.usgs.gov). A imagem da refletância da superfície passou por correção radiométrica, correção atmosférica, correção geométrica sistemática, correção de precisão usando chips de controle chão, e o uso de um modelo digital de elevação para corrigir erro de paralaxe devido ao relevo topográfico local (Claverie et al., 2015CLAVERIE, M.; VERMOTE, E.F.; FRANCH, B.; MASEK, J.G. Evaluation of the Landsat-5 TM and Landsat-7 ETM + surface reflectance products, Remote Sensing of Environment, v. 169, p. 390-403, 2015.).

Além da imagem utilizada na estimativa do Rn, também foram obtidas imagens de 12/09/1989 e 19/07/1998 para a classificação da ocupação. As imagens analisadas neste estudo foram classificadas pelo método da verossimilhança considerando as classes Floresta e área antropizada (pastagem e área urbana), com objetivo de analisar a evolução do desmatamento ao longo dos anos. Todas as imagens analisadas nesse trabalho foram obtidas durante a estação seca da área de estudo por facilitar a comparação espaçotemporal dos alvos no município.

2.3. Modelos de estimativas das variáveis biofísicas

O saldo de radiação instantâneo (Rn) foi calculado de acordo com a Eq. (1).

(1) R n = R S ( 1 α s u p ) R L + R L ( 1 ε 0 ) R L

em que RS representa a radiação solar global incidente (W m-2), αsup representa o albedo superficial, RL é a radiação de onda longa emitida pela superfície (W m-2), RL é a radiação de onda longa emitida pela atmosfera (W m-2) e ε0 é emissividade da superfície.

A radiação solar global incidente (RS↓) foi estimada de acordo com Allen et al. (2007)ALLEN, R.G.; TASUMI, M.; MORSE, A.; TREZZA, R.; WRIGHT, J.L. et al. Energy Balance for Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC) - Applications. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, v. 133, p. 395-406, 2007., considerada como função da variação no ângulo de incidência dos raios solares (ângulo zenital) e condições atmosféricas locais, acrescida pela correção da excentricidade do sol. Neste modelo a influência atmosférica é abordada em termos de transmissividade atmosférica local, que por sua vez é dependente principalmente da água precipitável na atmosfera, bem como a quantidade de poeira e aerossóis no ar (ASCE-EWRI, 2005ASCE-EWRI. The ASCE standardized reference evapotranspiration equation. ASCE-EWRI Standardization of Reference Evapotranspiration Task Committe Report, ASCE, Reston, v. 2005.) (Eq. (2)).

(2) R S = R 0 d 2 cos θ z τ o c

em que R0 é a radiação solar incidente no topo da atmosfera (adimensional), cosθz é o cosseno do ângulo zenital, d2 é o quadrado da distância média Terra-Sol obtido pela Eq. (3) e τoc é a transmitância atmosférica obtida pela Eq. (4) (ASCE-EWRI, 2005ASCE-EWRI. The ASCE standardized reference evapotranspiration equation. ASCE-EWRI Standardization of Reference Evapotranspiration Task Committe Report, ASCE, Reston, v. 2005.).

(3) d 2 = 1 + 0 , 33 cos ( D J / 365 )

em que DJ é o dia juliano ou dia sequencial do ano.

(4) τ o c = 0 , 35 + 0 , 627 exp [ 0 , 00146 P o K t cos θ z 0 , 075 ( W cos θ z ) ]

em que Po é a pressão atmosférica local (kPa) (considerada 99,9 kPa neste este estudo), Kt é o coeficiente de turbidez atmosférico (utilizou-se Kt = 0,65) e W é o conteúdo de água precipitável na atmosfera em (mm) estimado pela Eq. (5) (Garrison e Aldler, 1990GARRISON, J.D.; ADLER, G.P. Estimation of precipitable water over the United States for application to the division of solar radiation into its direct and diffuse components. Solar Energy, v. 44, p. 225-241, 1990.).

(5) W = 0 , 14 e a P o + 2 , 1

em que ea é a pressão de vapor d'água atual do ar.

O albedo da superfície (αsup) foi obtido pela combinação linear das refletâncias monocromáticas das bandas 1, 3, 4, 5 e 7 do sensor TM no Landsat 5 (Eq. (6)) (Liang, 2000LIANG, S. Narrowband to broadband conversions of land surface albedo I Algorithms. Remote Sensing of Environment, v. 76, p. 213- 238, 2000.).

(6) α s u p = 0 , 356 ρ 1 + 0 , 130 ρ 3 + 0 , 373 ρ 4 + 0 , 085 ρ 5 + 0 , 072 ρ 7 0 , 0018

A radiação de onda longa incidente pela atmosfera (RL) e a emitida pela superfície (RL) foram obtidas pelas Eqs. (7) e (8), respectivamente.

(7) R L = ε a σ T a 4
(8) R L = ε 0 σ T s 4

em que σ é a constante de Stefan-Boltzman (5,67.108 W m-2 K-4); TS é a temperatura de brilho da superfície (K) obtida a partir da banda 6 do Landsat 5 TM, Ta é a temperatura do ar para região de estudo, εa é a emissividade da atmosfera obtida de acordo com Duarte et al. (2003) e ε0 é a emissividade da superfície obtida de acordo com Tasumi et al. (2003) (Eq. (9)).

(9) ε 0 = 0 , 095 + 0 , 01 I A F

em que IAF é o índice de área foliar (m2 m-2). Os valores de ε0 foram calculados pela Eq. (9) quando 0 < IAF < 3, quando IAF ≥ 3 foi utilizado ε0 = 0,98, e quando NDVI < 0 (água) foi utilizado ε0 = 0,985.

O IAF foi calculado pela Eq. (10) a partir do Índice de Vegetação Ajustado para os Efeitos do Solo (Soil Ajusted Vegetation Index – SAVI), obtido pela Eq. (11) (Huete, 1988). O Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (Normalized Difference Vegetation Index – NDVI) foi obtido pela Eq. (12).

(10) I A F = In ( 0 , 69 S A V I 0 , 59 ) 0 , 59
(11) S A V I = ( 1 + L ) ( ρ i v ρ v ) ( L + ρ i v + ρ v )
(12) N D V I = ρ i v ρ v ρ i v + ρ v

em que L é função do tipo de solo, considerado nesse estudo L = 0,1, e ρiv e ρv são as refletâncias nas bandas 4 e 3 do satélite Landsat 5.

2.4. Análise estatística

Foram estudadas o NDVI, albedo, temperatura de brilho e o saldo de radiação das áreas de Floresta, pastagem e urbana. Para isso, foram amostrados 300 pixels aleatoriamente em cada uma das classes. As médias de cada variável em cada área com intervalo de confiança de ± 95% foram calculadas por bootstrapping de 1000 iterações das reamostragens aleatórias com substituição (Efron e Tibshirani, 1993EFRON, B.; TIBSHIRANI, R.J. An introduction to the bootstrap. Chapman & Hall, New York. p. 443, 1993.).

3. Resultado e Discussão

3.1. Evolução do desmatamento na área de estudo

As áreas de Florestas em Apuí foram substituídas por áreas antropizadas entre 1989 a 2010 (Fig. 2). Essa substituição, no quadrante de estudo, é de aproximadamente 20% nos últimos 20 anos. A área antropizada em 1998 foi 51% maior que em 1989, e em 2010, esse aumento foi de 59% em relação ao ano de 1998 (Tabela 1).

Figura 2
Localização de áreas de Floresta e antropizada em 1989, 1998 e 2010 no município de Apuí, Amazonas.
Tabela 1
Representação espacial em hectare e percentual das áreas de Floresta, antropizada, nuvem e o incremento de área antropizada em 1989, 1998 e 2010 no município de Apuí, Amazonas.

Entre 1989 e 1998, o Projeto de Assentamento Rio Juma (PRAJ) se encontrava em pleno desenvolvimento, quando o incentivo ao uso da terra e, consequentemente, ao desmatamento foi intenso. Contudo, a procura por terras na região norte do Brasil era pequena devido às dificuldades de acesso. Assim, a população estimada na região em 1992 foi de aproximadamente 6 mil habitantes. Porém, entre 1998 e 2010, houve um aumento na população local estimada em aproximadamente 18 mil habitantes em 2010 (IBGE, 2016INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Cidades. Censo. 2016.).

3.2. Análise do NDVI, albedo, temperatura e saldo de radiação superficial

O NDVI variou entre valores menores que 0 (cinza claro) a valores superiores a 0,8 (cinza escuro) ao longo da área de estudo (Fig. 3a). O albedo variou entre 0,02 (cinza claro) e 0,3 (cinza escuro) (Fig. 3b). Valores de NDVI menores que 0 e albedo variando entre 0 e 5% são, em sua maioria, oriundos de corpos d'águas, devido à baixa refletância da água em praticamente todo o espectro solar (Pereira et al., 2007PEREIRA, G.; MORAES, E.C.; ARAI, E. OLIVEIRA, L.G.L. Estudo preliminar da estimativa da reflectância e albedo de microssistemas pantaneiros a partir de imagens de satélite. Revista Brasileira de Cartografia, v. 59, n. 1, p. 55-61, 2007.). Valores de NDVI superiores a 0,7 indicam uma vegetação sadia com pleno crescimento ativo, com baixa refletância na faixa do vermelho, e alta refletância no infravermelho próximo. Valores do albedo entre 0,25 e 0,3 são provavelmente oriundos de áreas de solo exposto e pastagem, pois, quando secos, esses locais apresentam uma coloração clara e, por conseguinte maior albedo (Galvíncio et al., 2006GALVÍNCIO, J.D.; CORRÊA, A.C.B.; ARAÚJO, M.S.B. Determinação do albedo no município de Belem do São Francisco, com base em imagens Landsat 7. Revista de Geografia, v. 23, n. 3, p.103-118, 2006.; Pavão et al., 2014PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; QUERINO, J.K.A.S.; MARTINS, P.A.S.; SIQUEIRA, L.F. et al. Análise da radiação solar global (Rg) e albedo superficial sobre um ecossistema de Floresta nativa em Humaitá AM durante o período chuvoso. Revista EDUCAmazônia - Educação, Sociedade e Meio Ambiente, v. 12, p. 42-56, 2014.; 2015PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; PAVAO, L.L.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Temperatura e albedo da superfície por imagens TM Landsat 5 em diferentes usos do solo no Sudoeste da Amazônia brasileira. Revista Brasileira de Climatologia, v. 16, p. 169-183, 2015.).

Figura 3
Distribuição espacial do (a) Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (Normalized Difference Vegetation Index – NDVI) e do (b) albedo da superfície em 2010 no município de Apuí, Amazonas.

O NDVI foi significativamente diferente entre as áreas de Floresta, pastagem e área urbana. O NDVI da Floresta foi em média 20 e 43% maior que da pastagem e da área urbana, respectivamente (Tabela 2). Esse resultado corrobora com Walker et al. (2009)WALKER, R.; DEFRIES, R.S.; VERA-DIAZ, M.D.C.; SHIMABUKURO, Y.E.; VENTURIERI, A. The expansion of intensive agriculture and ranching in Brazilian Amazonia. In: KELLER, M.; BUSTAMANTE, M.; GASH, G.; DIAS, P.S. (Org.). Amazonia and Global Change. Ed. American Geophysical Union, 1ª ed. 61-81p., 2009. que observaram a redução do NDVI à medida que a vegetação foi substituída pelo agronegócio (pastagem e agricultura). Menores valores de NDVI em áreas de pastagem e urbana é devido à menor densidade e distribuição da vegetação nesses locais. Ademais, por se tratar de imagens do período seco, o déficit hídrico limita o crescimento e o desenvolvimento da vegetação tanto na pastagem quando na área urbana. Os maiores valores de NDVI na Floresta é devido à vegetação densa e ao maior conteúdo de água disponível no solo, proporcionando assim maior biomassa verde (Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014., Pavão et al., 2016PAVÃO, V.M.; QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; PAVAO, L.L.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Variação espacial e temporal do saldo de radiação superficial em uma área do sul do Amazonas, brasil. Revista Ra'ega, v. 37, p. 333-352, 2016.).

Tabela 2
Média (± 95% intervalo de confiança) do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (Normalized Difference Vegetation Index – NDVI), do albedo da superfície, da temperatura de brilho da superfície (°C) e do saldo de radiação (Rn; W m-2) da superfície nas áreas de Floresta, pastagem e urbana no município de Apuí, Amazonas.

O albedo foi significativamente diferente entre a Floresta e a pastagem, e entre a Floresta e a área urbana, mas não diferiu significativamente entre a pastagem e a área urbana (Tabela 2). O albedo na área de Floresta foi 16% menor quando comparado com os demais ambientes. O albedo da superfície relacionou inversamente com o NDVI (Fig. 4a). Os maiores valores do albedo na pastagem e na área urbana estão relacionados ao tom/coloração da vegetação, estrutura vertical, bem como à presença de área construída em cada local (Santamouris, 2014SANTAMOURIS, M. Cooling the cities - A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments. Solar Energy, v. 103, p. 682-703, 2014.). Áreas de Floresta costumam ter vegetação mais escura e mais alta e possui pequenos clareiras que proporcionam a entrada da radiação solar que fica aprisionada no interior do dossel devido à sucessivas reflexões. Esses fatores influenciam na menor refletividade de radiação solar pelo dossel da Floresta que nas áreas de pastagem e urbana. Essas por sua vez, apresentam solo exposto e baixa densidade vegetativa, detém menor quantidade de radiação solar (Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.; Querino et al., 2016QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; MACHADO, N.G.; DA SILVA, M.J.G.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Spatiotemporal NDVI, LAI, albedo, and surface temperature dynamics in the southwest of the Brazilian Amazon forest. Journal of Applied Remote Sensing, v. 10, n. 2, p. 026007, 2016.). As diferenças encontradas no albedo dos diferentes locais fornecem um indicativo quantitativo da redução na absorção na radiação solar pela superfície antropizada (Silva et al., 2005SILVA, B.B.; LOPES, G.M.; AZEVEDO, P.V. Determinação do albedo de áreas irrigadas com base em imagens Landsat 5 - TM. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 13, n. 2, p. 201-211, 2005.; Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.).

Figura 4
Relação entre (a) o NDVI e o albedo da superfície, (b) o NDVI e a temperatura de brilho da superfície, (c) o albedo e o saldo de radiação (Rn) da superfície e (d) a temperatura de brilho e o Rn da superfície nas áreas de Floresta, pastagem e urbana no município de Apuí, Amazonas.

O albedo se relaciona com as trocas de radiação e energia, influenciando na variação espacial da temperatura da superfície, e nos fluxos calor latente e sensível da superfície, podendo alterar significativamente o balanço energético da atmosfera (Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.). Silva et al. (2005)SILVA, B.B.; LOPES, G.M.; AZEVEDO, P.V. Determinação do albedo de áreas irrigadas com base em imagens Landsat 5 - TM. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 13, n. 2, p. 201-211, 2005. encontraram valores de albedo em áreas de solo exposto entre 0,30 e 0,45. Moura et al. (1999)MOURA, M.A.L.; LYRA, R.F.F.; BENINCASA, M.; SOUZA, J.S.; NASCIMENTO FILHO, M.F. Variação do albedo em áreas de Floresta e pastagem na Amazônia. Revista Brasileira de Agrometeorologia, v. 7, n. 2, p. 163-168, 1999. encontraram valores de albedo em pastagem e Floresta na região Amazônica de 0,204 e 0,139, respectivamente. Esses autores afirmaram que, provavelmente essa diferença no albedo entre pastagem e Floresta se dê em função da época de seca e do grande aumento de queimadas na região Amazônica, aumentando a quantidade de aerossóis e consequentemente aumento da radiação difusa.

A temperatura de brilho da superfície variou entre valores menores que 15 °C (cinza claro) a valores superiores a 24 °C (cinza escuro) ao longo da área de estudo (Fig. 4a). O saldo de radiação (Rn) superficial variou entre 320 W m-2 (cinza claro) e 500 W m-2 (cinza escuro) (Fig. 5b). Valores abaixo de 15 °C da imagem de temperatura de brilho da superfície são referentes à presença de nuvem no momento da passagem do satélite Landsat 5, as quais também são identificadas em função de suas sombras nas imagens de albedo (Fig. 3b) e Rn superficial (Fig. 5b).

Figura 5
Distribuição espacial da (a) temperatura de brilho superficial e do (b) saldo de radiação (Rn) da superfície em 2010 no município de Apuí, Amazonas.

A temperatura de brilho da superfície foi significativamente diferente entre as áreas de Floresta, pastagem e urbana (Tabela 2). Os maiores valores da temperatura de brilho foram observados na área urbana, seguido pela pastagem e as áreas de Floresta. A temperatura de brilho na área urbana e na pastagem foi 16 e 10% maiores que na Floresta, respectivamente. A temperatura de brilho da superfície foi inversamente relacionada com o NDVI (Fig. 4b).

Estes resultados corroboram com os obtidos por Querino et al. (2016)QUERINO, C.A.S.; BENEDITTI, C.A.; MACHADO, N.G.; DA SILVA, M.J.G.; QUERINO, J.K.A.S. et al. Spatiotemporal NDVI, LAI, albedo, and surface temperature dynamics in the southwest of the Brazilian Amazon forest. Journal of Applied Remote Sensing, v. 10, n. 2, p. 026007, 2016., que identificaram aumento na temperatura de brilho da superfície com a substituição contínua de áreas de floresta por pastagens para a produção de gado no estado de Rondônia. Pastagens e áreas urbanas apresentam baixa densidade de vegetação, o que resulta em maiores valores de temperatura de brilho da superfície, pois a energia disponível ao ambiente é utilizada prioritariamente para aquecimento do solo e do ar adjacente à superfície. Em função da maior densidade de vegetação na área de Floresta e à maior disponibilidade de água no solo, a energia disponível ao ambiente é utilizada prioritariamente no processo de evapotranspiração, o que torna a vegetação um termorregulador da superfície (Biudes et al., 2009BIUDES, M.S.; CAMPELO JUNIOR, J.H.; NOGUEIRA, J.S.; SANCHES, L. Estimativa do balanço de energia em cambarazal e pastagem no norte do Pantanal pelo método de razão de Bowen. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 24, n. 2, p. 135-143, 2009., 2015BIUDES, M.S.; VOULITIS, G.L.; MACHADO, N.G.; DE ARRUDA, P.H.Z.; NEVES, G.A.R. et al. Patterns of energy exchange for tropical ecosystems across a climate gradiente in Mato Grosso, Brazil. Agricultural and Forest Meteorology, v. 202, p. 112-124, 2015.).

O Rn da superfície foi significativamente diferente entre as áreas de Floresta, pastagem e urbana (Tabela 2). O Rn na área de Floresta foi 8% e 6% maior que na área urbana e na pastagem, respectivamente. O Rn da superfície foi inversamente proporcional ao albedo e à temperatura de brilho da superfície (Figs. 4c e 4d).

Esses resultados indicam o impacto ambiental pela substituição de áreas de Floresta por pastagem e área urbana na área de estudo. A retirada da Floresta resulta na diminuição da absorção da radiação solar global pela superfície e na maior remissão da radiação de onda longa da superfície, consequentemente, o Rn é reduzido sobre a região desmatada (Andrade et al., 2014ANDRADE, A.M.D.; MOURA, M.A.L.; SANTOS, A.B. dos S.; CARNEIRO, R.G.; JUNIOR, R.S. da S. Radiação fotossintéticamente ativa incidente e refletida acima e abaixo do dossel de Floresta de Mata Atlântica em Coruripe, Alagoas. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 29, n. 1, p. 68 - 79, 2014.). A redução do comprimento de rugosidade em áreas desmatadas é capaz de afetar o transporte turbulento de calor e vapor de água próximo à superfície (Eltahir e Bras, 1994ELTAHIR, E.A.B., BRAS, R.L. Sensitivity of regional climate to deforestation in the Amazon basin. Advances in Water Resources, v. 17, p. 101-115, 1994.). O aumento do albedo e da temperatura da superfície e redução do Rn nas áreas desmatadas, resulta em menor evapotranspiração nesses locais, reduzindo assim, a disponibilidade de energia para convecção e precipitação (Santos et al., 2014SANTOS, C.A.C.; WANDERLEY, R.L.N.; ARAÚJO, A.L.; BEZERRA, B.G. Obtenção do saldo de radiação em áreas de pastagem e Floresta na Amazônia (estação seca) através do sensor MODIS. Revista brasileira de meteorologia, v. 29, n. 3, p. 420-432, 2014.).

4. Conclusões

Os padrões do NDVI, albedo, temperatura de brilho e Rn da superfície nas diferentes coberturas do solo, segue o padrão esperado. Os resultados confirmam a hipótese do trabalho, em que a mudança na ocupação do solo influencia no balanço de radiação superficial.

As relações obtidas neste estudo indicam que a substituição da vegetação por pastagem ou área urbana aumenta significativamente o albedo e a temperatura de brilho superficial e diminui o NDVI e o Rn superficial.

O sensoriamento remoto nesse estudo apresentou-se como uma ferramenta útil na obtenção da distribuição espacial dessas variáveis ambientais.

Agradecimentos

A pesquisa foi apoiada pela Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental (PPGFA/IF/UFMT), Instituto Federal de Mato Grosso (IFMT), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, processo n° 303625/2015-5; Edital Universal 01/2016, processo n° 407463/2016-0) e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Mato Grosso (FAPEMAT – PRONEM 2014, processo n° 561397/2014).

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    Jul-Sep 2017

Histórico

  • Recebido
    13 Out 2016
  • Aceito
    19 Abr 2017
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