Estimativa de biomassa acima do solo de caatinga através de imagens SAR

Abstract

A Caatinga é um bioma de ocorrência do semiárido do Brasil, tendo uma das maiores ocupações populacionais em terras secas no mundo. Porém, ainda há carência da aplicação de novas técnicas de estimativa de sua biomassa a partir de dados remotos. Sendo assim, o objetivo da tese foi avaliar a acurácia das imagens do Sentinel-1 na estimativa da biomassa acima do solo (BAS) da Caatinga no Alto Sertão do estado de Sergipe. A distribuição espacial e fenológica da Caatinga na região estudada foi analisada utilizando o Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A análise florística e fitossociológica foi realizada por meio do inventário florestal, utilizado também para calcular a BAS nos fragmentos de Caatinga. Foram testados diferentes métodos de filtragem para avaliar a eficácia na redução do speckle na imagem do Sentinel-1 analisando o número equivalente de looks (NEL). A estimativa da BAS utilizando imagens do Sentinel-1 utilizou dados do inventário em campo, comparando as acurácias das respostas de filtros a partir da decomposição polarimétrica e, posteriormente, testando os atributos: VV, VH, VH/VV, Radar Vegetation Index (RVI), Dual Polarization SAR Vegetation Index (DPSVI), Entropia (H), Ângulo Alpha (α), por meio de regressões lineares simples e múltiplas, na Caatinga Verde, Intermediária e Seca. A Caatinga estudada não é influenciada pelos fatores fisiográficos: declividade, altimetria, proximidade ao rio e tipo de solo. A Caatinga densa apresenta curvas fenológicas com maior condição de verdor que a aberta. A espécie Cenostigma pyramidale é a mais abundante entre as 25 identificadas. O filtro Gamma apresentou melhor desempenho na redução do speckle. A comparação da BAS estimada e observada indicou que a regressão múltipla fornece melhor acurácia nos períodos de Verdor (R2: 0,72) e Intermediário (R2: 0,73) da vegetação, com a contribuição de atributos coerentes e incoerentes. Portanto, o estudo permitiu analisar espacialmente a Caatinga estudada, caracterizando-a fenologicamente bem como sua composição e fitossociologia. Também foi possível verificar as diferentes atenuações do speckle no pré- processamento das imagens. Por fim, constatou-se que as imagens do Sentinel-1 podem ser utilizadas para a estimar a BAS.

The Caatinga is a biome occurring in the semiarid region of Brazil, having one of the largest population occupations in dry lands in the world. However, there is still a lack of application of new techniques for estimating its biomass from remote data. Therefore, the objective of the thesis was to evaluate the accuracy of Sentinel-1 images in estimating the aboveground biomass (BAS) of the Caatinga in the Alto Sertão of the state of Sergipe. The spatial and phenological distribution of the Caatinga in the studied region was analyzed using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The floristic and phytosociological analysis was carried out through the forest inventory, also used to calculate the BAS in the Caatinga fragments. Different filtering methods were tested to evaluate the effectiveness of speckle reduction in the Sentinel-1 image by analyzing the equivalent number of looks (NEL). The BAS estimate using Sentinel-1 images used field inventory data comparing the accuracy of filter responses from the polarimetric decomposition and, later, testing the attributes: VV, VH, VH/VV, Radar Vegetation Index (RVI), Dual Polarization SAR Vegetation Index (DPSVI), Entropy (H), Alpha Angle (α), through simple and multiple linear regressions, in the Greenness, Intermediate and Dry Caatinga. The studied Caatinga is not influenced by physiographic factors: slope, altimetry, proximity to the river and type of soil. Dense Caatinga has phenological curves with greater greenness than open one. The Cenostigma pyramidale species is the most abundant among the 25 identified. The Gamma filter showed better performance in speckle reduction. The comparison of the estimated and observed BAS indicated that the multiple regression provides better accuracy in the Greenness (R2: 0.72) and Intermediate (R2: 0.73) periods of the vegetation, with the contribution of coherent and incoherent attributes. Therefore, the study allowed the spatial analysis of the studied Caatinga, characterizing it phenologically as well as its composition and phytosociology. It was also possible to verify the different attenuations of the speckle in the pre-processing of the images. Finally, it was found that Sentinel-1 images can be used to estimate BAS.