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II Simpósio Brasileiro de Geomática Presidente Prudente - SP, 24-27 de julho de 2007 V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas ISSN 1981-6251, p. 1059-1062

Tanajura, E.L.X.; Gonçalves, R. M.; Ribeiro, M. G.; Côrtes, J.B.R.; Júnior, J.B.T.

METODOLOGIA PARA MONITORAMENTO DA DESERTIFICAÇÃO UTILIZANDO IMAGENS CBERS: UM ESTUDO DE CASO DE

GILBUÉS - PI

ELMO LEONARDO XAVIER TANAJURA RODRIGO MIKOSZ GONÇALVES JOÃO BATISTA RAMOS CÔRTES MARCELO GUIMARÃES RIBEIRO JOÃO BATISTA TAVARES JUNIOR

Universidade Federal do Paraná - UFPR

Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas - CPGCG Caixa Postal 19001 – 81531-990, Curitiba - PR

[email protected] [email protected]

{joao.b.cortes, rodrigo.mikosz}@gmail.com [email protected]

ABSTRACT - The desertification is a problem that advances in some areas of the planet. In Brazil, the city of Gilbués in Piauí has been suffering with this problem. Many factors such as the disordered practical of agriculture and mining for example can cause the desertification. The main goal of this paper is to analyze the variation of those deserted areas using remote sensing to quantify the bare soil areas for two distinct times. The temporal images of CBERS 2 – CCD, september of 2004 and august of 2006 from the path/row 156-111 are used. The geometric/atmospheric corrections and also the transformation to reflectance are previously done. To analyze the bare soil areas it was used a supervised classification of the reflectance images. The result shows the increasing of degrades areas according to the temporal changes.

1 INTRODUÇÃO

O termo desertificação tem sido muito utilizado para a perda da capacidade produtiva dos ecossistemas causada pela atividade antrópica. Devido às condições ambientais, as atividades econômicas desenvolvidas em uma região extrapolam a capacidade de suporte e de sustentabilidade.

Este fenômeno vem se transformando numa preocupação mundial, pois vem crescendo de maneira acelerada e é intensificado pelo uso e manejo irracional dos recursos naturais. As ocorrências estão direcionadas às regiões áridas, semi-áridas e sub-úmidas secas, conhecidas popularmente como “Terras Secas”, comuns na região nordeste do Brasil.

Essa degradação ambiental assume, nas terras secas, proporções mais significativas em função de suas próprias características gerais: solos pouco fundos, particularmente susceptíveis a processos erosivos, vegetação pouco densa e rasteira, regime climático particular com presença constante de períodos secos, chuvas torrenciais e irregulares etc. (VASCONCELOS, R.R, 2003).

O extrativismo vegetal e mineral, assim como o superpastoreio das pastagens nativas ou cultivadas e o uso agrícola por culturas que expõem os solos aos agentes da erosão são as principais causas dos processos de desertificação (ACCIOLY, 2000).

A Convenção das Nações Unidas para o Combate à Desertificação (UNITED NATIONS, 2001) conceituou a desertificação como o “processo de degradação das terras das regiões áridas, semi-áridas e sub-úmidas secas, resultante de diferentes fatores, entre eles as variações climáticas e as atividades humanas.” 2 OBJETIVOS

O objetivo do presente trabalho é analisar a

variação das áreas desertificadas ou sujeitas à desertificação do município de Gilbués, fazendo uso de técnicas de sensoriamento remoto para duas épocas distintas. 3 ÁREA DE ESTUDO

II Simpósio Brasileiro de Geomática Presidente Prudente - SP, 24-27 de julho de 2007 V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas


O Piauí já é conhecido mundialmente como possuidor de uma das maiores áreas do Brasil, do Núcleo de Desertificação de Gilbués- PI.

Gilbués é um município brasileiro localizado Mesorregião Sudoeste Piauiense e na Microrregião do Alto Médio Gurguéia com uma área de 3.495 Km2 e população de 11.175 habitantes (IBGE Censo, 2000). A figura 1 nos mostra a localização do município no estado.

Figura 1 – Localização do Município de Gilbués no Estado do Piauí.

A questão da desertificação veio à tona a partir da

segunda metade da década de 1970 quando o ecólogo pernambucano João Vasconcelos Sobrinho informava que no semi-árido brasileiro estaria a surgir “um grande deserto com todas as características ecológicas que conduziriam à formação dos grandes desertos hoje existentes em outras regiões do globo”. O deserto que ali vinha se formando seria “um deserto atípico”, diferenciado do deserto Saariano, mas com as mesmas implicações de inabitabilidade, disso constituindo prova a “diminuição da rede potamográfica da região”.

A desertificação é um problema que avança em algumas áreas do país e está preocupando os ambientalistas. No Piauí, o município de Gilbués concentra a maior área desertificada do Nordeste do Brasil, onde há grandes extensões de terras comprometidas, dados do Governo do Estado do Piauí, (2007). A figura 02 a seguir nos mostra um exemplo de uma área desertificada em Gilbués, foto tirada em abril de 2006 numa visita ao município pelo Programa de Combate e Mitigação dos Efeitos da Seca na América do Sul.

Figura 2 – Área em estado crítico de desertificação. Fonte: <http://www.iicadesertification.org.br/eAlbum.php?id=MTI2&pind=MA==>

Em um estudo de caso específico Carvalho & Filho (2007) analisaram o processo da desertificação na Região de Gilbués para duas estações distintas (seca e chuvosa), e constataram que a extensão da área mais degradada aumentou em cerca de 25% da estação de chuvas para a estação seca. 4 MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizadas imagens do Satélite CBERS 2 -

CCD de duas épocas diferentes, setembro de 2004 e agosto de 2006 referentes à cena 156-111 as quais foram feitas correções geométricas/atmosféricas e transformadas em reflectância. A cena compreende quase 100% do Município piauiense de Gilbués, objeto principal do estudo.

As imagens foram georreferenciadas no software SPRING 4.3.2 nesta etapa utilizaram-se pontos de controles extraídos de cartas Topográficas da SUDENE/DSG na escala de 1:100000 (SC-23-V-D-III, SC-23-V-D-IV, SC-23-V-D-V, SC-23-V-D-VI) cedidas pela 5ª Divisão de Levantamento do Exército. As correções atmosféricas podem ser feitas através de modelos de transferência radiativa ou através de métodos empíricos (MATHER, 1999). Utilizou-se do método empírico de subtração do valor do pixel mais escuro (CHAVEZ, 1988), método mais comum para esse tipo de correção.

Todas as bandas foram recortadas a partir de uma máscara que compreende o limite do município de Gilbués de acordo com a malha municipal do Brasil de 2000 do IBGE, figura 3.



Figura 3 – Composição RGB 432 da imagem CBERS de Setembro de 2004, recortada com os limites do município de Gilbués. Destaque na área analisada.

Essas imagens foram então calibradas e transformadas em radiância (W.m-2.sr-1.�m-1):

L�= NDn/CCn. (1)

Onde: L� = radiância espectral aparente; NDn = número digital extraído da imagem na banda n (n=1,2,3,4,pan); CCn = Coeficiente de calibração absoluta da câmera CCD

Os coeficientes de calibração apresentados na tabela 1 foram determinados mediante a realização de duas campanhas de calibração, sendo uma realizada em junho e outra em agosto de 2004 em superfícies de calibração eleitas em fazendas localizadas na região de Luiz Eduardo Magalhães, oeste do Estado da Bahia. Mais detalhes em PONZONI et al. (2005)

Posteriormente transformou-se as imagens para reflectância, planetária para compensar variações nas respostas radiométricas dos sensores ao longo do tempo. Para a transformação dos valores de L� em valores de reflectância aparente (ρapa) aplicou-se a seguinte equação:

cos(zen)*esunn**3,1423 2DL

apaλρ = (2)

Onde: D = distância entre a Terra e o Sol em unidades astronômicas (assume valores 0,983 em janeiro e 1,0167 em julho); esunn = valores de Irradiância solar no topo da atmosfera na banda n (n=1,2,3,4,pan), apresentados na tabela 2; cos(zen) = cosseno do ângulo zenital solar, zen = 90 – e (ângulo de elevação solar no momento da obtenção da imagem encontrado nos seus metadados ).

Tabela 1 – Coeficientes de calibração absoluta da câmera CCD/CBERS-2 (CCn)

Banda Valor de CCn 1 1,009 2 1,930 3 1,154 4 2,127

pan 1,483

Tabela 2 – Valores de esunn no topo da atmosfera (W.m-

2.�m-1) para cada banda do CBERS Banda Valor

1 1934,03 2 1787,10 3 1548,97 4 1069,21

pan 1664,33 Para a análise e quantificação das áreas

desertificadas e ou sujeitas à desertificação foi utilizada uma classificação supervisionada.

4.1 Classificação supervisionada

A classificação supervisionada foi efetuada com o software e-cognition. Foram generalizadas apenas duas classes de interesse, sendo essas denominadas respectivamente de deserto e não-deserto. Para esse tipo de classificação as imagens inicialmente passaram pelo processo de segmentação. O passo seguinte foi coletar amostras de objetos referentes as áreas de desertificação. O próximo passo foi criar uma função para estas amostras. A classe não-deserto foi computada como o inverso da classe deserto. Mais detalhes de como classificar uma imagem com o software e-cognition podem ser encontradas em Gonçalves et al. (2007). 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

As figuras 4 e 5 apresentam as imagens classificadas de forma supervisionada para os anos de 2004 e 2006 respectivamente.

Figura 4 – Imagem classificada para o ano de 2004



Figura 5 – Imagem classificada para o ano de 2006 A tabela 3 apresenta a percentagem de área com deserto apresentada nas imagens temporais de 2004 e 2006. Tabela 3 – Percentagem de área desertificada para os anos de 2004 e 2006

2004 2006 Deserto 20,3% 21,5%

5 CONCLUSÕES

De acordo com as análises efetuadas, verifica-se que as áreas de solo exposto avançaram nesse período de dois anos o equivalente a (1,2%), detectados com o método de classificação supervisionada, destaca-se que este número é apenas uma estimativa, pois para validar os modelos propostos se torna necessário uma análise mais rigorosa em termos de acurácia dos mesmos.

Pelo motivo da região sul do Piauí ser bastante afetada com esse problema, diversos programas de combate à desertificação do Brasil e do mundo atuam na área promovendo soluções para problemas tanto ambientais quanto socioeconômicos da região.

Verifica-se a importância de acoplar mais informações temporais para este tipo de analise e o sensoriamento remoto neste caso é uma boa alternativa para agregar dados temporais e para monitorar as áreas desertificadas. Além do mais o uso de outras técnicas alternativas para segmentar a área de solo exposto, como por exemplo o uso de índices de vegetação, daria mais acurácia aos resultados finais. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem: ao curso de pós-graduação em Ciências Geodésicas da UFPR, à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq – Brasil e à 5ª Divisão de Levantamento do Exército.

REFERÊNCIAS ACCIOLY, L.J. de O. Degradação do solo e desertificação no Nordeste do Brasil. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v.25,n.1., p.23-25, 2000. CARVALHO, C. M.; FILHO R. A. Uso de imagens Landsat-TM para avaliar a extensão da desertificação na região de Gilbués, sul do estado do Piauí. Anais XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Florianópolis, Brasil, 21-26 abril 2007, INPE, p. 4365-4372. CHAVEZ, P. S., Jr., 1988, An improved dark–object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multi-spectral data. Remote Sensing of Environment, 24, 459- 479. GONÇALVES, R. M.; CORTES, J. B. R. C.; SCHMIDT, M.A.R.; SCHIMALSKI M.B. Classificação hierárquica e fuzzy de imagens de alta resolução. In: XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2007, Florianópolis, Brasil, INPE, p.547-554. IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – O Brasil município por município. Disponível em <http://www.ibge.gov.br/cidadesat/default.php> Acesso em 30 de Abril de 2007. PIAUÍ, Governo do Estado do . Governo se prepara para conter efeitos da desertificação em Gilbués <http://www.pi.gov.br/materia_especial.php?id=20204&pes=gilbues> Acesso em 15 de Abril de 2007. PONZONI, F. J.; JUNIOR, J. Z.; LAMPARELLI, R. A. C. Calibração absoluta da câmera CCD/CBERS-2. Anais XII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Goiânia, Brasil, 16-21 abril 2005, INPE, p. 1067-1074. UNITED NATIONS. Text of the United Nations Convention to Combat Desertification.Disponível em <www.unccd.int/convention/text/convention.php>. Acesso em 15 de Abril. 2007. VASCONCELOS, R.R.; Junior, H.M. Estimativa de perdas econômicas provocadas pelo processo de desertificação na região do Semi-árido do NE. In: SCHENKEL, C. S. & MATALLO, H. (org.). Desertificação. Brasília, DF: UNESCO, 2003, 2ª ed. p. 27-36.

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