Análise de índices de vegetação para diferenciar a drenagem de primeira ordem perene da intermitente utilizando imagens do satélite Rapideye e índices de vegetação

Abstract

Resumo: O mapeamento da rede de drenagem frequentemente apresenta problemas na localização e classificação de seu regime de fluxo, sobretudo em áreas florestadas. Entretanto, a vegetação associada à drenagem, ao mesmo tempo que dificulta a identificação do canal fluvial, pode dar indícios da presença da drenagem perene em períodos de estiagem. A pesquisa assume que, pela análise da diferença dos índices de vegetação (delta-IVs), é possível discriminar áreas com cobertura vegetal associada à existência de drenagem de primeira ordem perene das áreas associadas à drenagem intermitente. Para diferenciá-las, avaliou-se a aplicação dos índices: NDVI (normalized difference vegetation Index), RENDVI (red edge normalized difference vegetation index) e EVI (enhanced vegetation index), em dois períodos (T1 e T2). A área de estudo apresenta floresta estacional semidecidual (FES) e abrange parte dos municípios de Francisco Beltrão, Marmeleiro e Renascença, no Sudoeste do estado do Paraná. Na etapa de campo, entre os locais visitados com vegetação nativa arbórea associada, foram selecionados 40 com drenagem de primeira ordem perene e 40 intermitente. Na pré-análise dos dados, selecionaram-se duas dentre seis imagens RapidEye nível 3A disponíveis para o ano de 2018: uma com os maiores (T1) e a outra com os menores (T2) valores de IVs da vegetação. Entre T1 e T2, foram analisadas as variações dos IVs por orientação de vertentes. Para analisar a influência do regime de fluxo, foram elaborados os polígonos 1 (5-15 m) e polígonos 2 (20-30 m) a partir do canal de drenagem, e obtidos os valores de IVs para T1 e T2. Para obter a diferença (delta-IV), foram subtraídos os valores entre os polígonos 1 e 2, em cada período. Para verificar se os delta-IVs da vegetação associada à drenagem perene são significativamente diferentes da intermitente, os grupos foram comparados ao nível de 5% de significância, em T1 e T2. Esse procedimento foi repetido para T2, com polígonos dentro da área funcional da vegetação associada à drenagem de primeira ordem (5-25 m) e com polígonos fora dessa área (35-60 m). Na pré-análise, os maiores valores médios foram encontrados na imagem de 08/01/2018 - T1 (0,885, 0,581 e 0,707) e os menores, na imagem de 10/09/2018 - T2 (0,756, 0,497 e 0,392), respectivamente para NDVI, RENDVI e EVI. A variação temporal se mostrou maior para o EVI, seguido pelo NDVI e pelo RENDVI, respectivamente, nas vertentes Oeste, Norte e Noroeste, porém, as variações entre as vertentes não demonstraram ser significativas para os IVs analisados. Os resultados apontaram maiores delta-IVs entre os polígonos junto à drenagem perene e no período de estiagem (T2) reforçando o pressuposto inicial. Contudo, a análise inferencial apontou que as diferenças não foram significativas, em ambos os períodos, mesmo aumentando a largura dos polígonos para além da área funcional da vegetação. Dessa forma, na área estudada, os IVs não demonstraram ser úteis para diferenciar a drenagem de primeira ordem perene da intermitente, o que denota a limitação do uso desses IVs para a referida finalidade.

Abstract: The drainage network mapping often presents problems in identifying, locating and classifying its flow regime, especially in forested areas. However, the vegetation associated with drainage, while making it difficult to identify the river channel, may indicate the presence of perennial drainage in dry periods. This research assumes that, by analyzing the difference in vegetation indexes (delta-VIs), it is possible to discriminate areas with vegetation cover associated with the existence of perennial first-order drainage from areas associated with intermittent drainage. To differentiate these two areas, the application of the following indexes was evaluated: NDVI (normalized difference vegetation index), RENDVI (red edge normalized difference vegetation index) and EVI (enhanced vegetation index), in two periods (T1 and T2). The area studied presents seasonal semideciduous forest (SSF) and covers part of the municipalities of Francisco Beltrão, Marmeleiro and Renascença, in the southwest of Paraná state. On the fieldwork stage, among the sites visited with associated native arboreal vegetation, 40 were selected with first-order perennial drainage and 40 intermittent. In the pre-analysis of the data, two out of six RapidEye level 3A images available for the year 2018 were selected: one with the highest (T1) and the other with the lowest (T2) vegetation VIs values. Between T1 and T2, the variations of the VIs by relief aspect were analyzed. To analyze the influence of the flow regime, polygons 1 (5-15 m) and polygons 2 (20-30 m) were elaborated from the drainage channel and obtained the VIs values for T1 and T2. To obtain the difference (delta-VI), the values between polygons 1 and 2 in each period were subtracted. To verify whether the delta-VIs of vegetation associated with perennial drainage are significantly different from the intermittent ones, the groups were compared at the 5% level of significance, at T1 and T2. This procedure was repeated for T2, with polygons within the functional area of vegetation associated with first-order drainage (5-25 m) and with polygons outside this area (35-60 m). In pre-analysis, the highest values were found on the image from January 8th, 2018 - T1 (0.885, 0.581 and 0.707) and the smallest on the image from September 10th, 2018 - T2 (0.756, 0.497 and 0.392), respectively for NDVI, RENDVI and EVI. The temporal variation was greater for the EVI, followed by NDVI and RENDVI, respectively, by aspect in the West, North and Northwest, however, the variations between the slopes did not show to be significant for any of the analyzed VIs. The results showed higher delta-VIs between the polygons near the perennial drainage and in the dry period (T2) reinforcing the initial assumption. However, the inferential analysis showed that the differences found were not significant, in both periods, even when increasing the width of the polygons beyond the functional area of the vegetation. Thus, in the studied area, the VIs did not prove themselves to be useful to differentiate perennial from intermittent first-order drainage, which denotes a limitation in the use of these VIs for this purpose.