A metodologia utilizada para mapear áreas suscetíveis à desertificação é baseada no Modelo Medalus (1999) desenvolvido para Identificar Áreas Ambientalmente Sensíveis (ESAs), através de uma análise multi fatorial baseada simultaneamente num conhecimento geral e local dos processos atuantes.
Devido a complexidade da área analisada outra metodologia deve de ser adicionada ao presente trabalho, sendo essa, a desenvolvida por Crepani et al. (1996) baseada no conceito dos princípios da eco-dinâmica (Tricart, 1977) e sobre a relação entre morfogênese e pedogênese para identificar áreas que são susceptíveis a erosão do solo.
Por meio da combinação das duas metodologias espera-se identificar os Indicadores Regionais de Desertificação (RDIs) e Áreas Ambientalmente Sensíveis (ESAs). Para tal fim, usam-se informações disponíveis: topografia (mapas e Modelos Digitais de Terreno – DEMs), informação biogeofísicas e socioeconômicas.
Cada índice é estimado a partir da combinação de indicadores de desertificação, o que depende da geologia, pedologia, gestão do solo, ocupação humana, e as políticas de conservação. Atribuem-se pesos de vulnerabilidade a cada um dos fatores determinantes do processo de degradação, os quais combinados resultam em um índice que indica a susceptibilidade de ocorrência de desertificação.
Combinação de indicadores para determinação das áreas susceptíveis a desertificação:
Componentes que o sistema plenamente desenvolvido deverá possuir:
  • Módulo de avaliação e de monitoramento da degradação de terra;
  • Módulo de análise de susceptibilidade;
  • Módulo de disseminação da informação;
  • Módulo de apoio à tomada de decisões.
Elementos necessários em cada uma das componentes:
  • Módulo de monitoramento e análise: índice de aridez, uso e cobertura da terra, balanço hídrico, dados socioeconômicos etc., integrados em um SIG (Sistema de Informação Geográfica);
  • Módulo de análise de susceptibilidade: mapas de áreas ambientalmente susceptíveis a desertificação;
  • Módulo de disseminação de informações: listas de e-mails, boletins, relatórios etc.;
  • Módulo de apoio à tomada de decisões: cenários de mudanças de uso da terra.
Conceito de desertificação
A desertificação atua direcionando o ambiente a condições de paisagem do tipo desértica, determinando perda dos solos, escassez dos recursos hídricos, redução ou perda da produtividade biológica, improdutividade agrícola e abandono das terras. Além disso, reduz a capacidade da terra de fornecer subsídios que são essenciais para as atividades humanas, como, por exemplo, produção de culturas, pasto e combustível (IPCC, 2007).
Sendo assim, o termo desertificação foi definido pela ONU como a degradação das terras (degradação do solo, da fauna, flora e recursos hídricos) nas zonas áridas, semiáridas e subúmidas secas resultantes de vários fatores como as variações climáticas e atividades humanas (ONU, 1997).
Conceito de degradação da terra
A UNCCD (United Nations Convention to Combat Desertification) define como sendo a redução ou perda da produtividade biológica ou econômica, resultantes do uso ou de processos que incluam atividades humanas.
Áreas susceptívies à degradação/desertificação do solo
As áreas susceptíveis à desertificação e enquadradas no escopo de aplicação da Convenção das Nações Unidas para o Combate à Desertificação (UNCCD) são aquelas de clima árido, semi-árido e sub-úmido seco.
De acordo com essa definição, as áreas susceptíveis à desertificação estão localizadas na Região Nordeste do Brasil e Norte de Minas Gerais e Espírito Santo.
Relação causa e efeito entre a desertificação e a seca
A desertificação é um fenômeno natural e/ou antropogênico que está relacionado com mudanças no clima e com fatores sociais (crescimento demográfico, agricultura e urbanização). A desertificação contribui para a degradação ambiental, e exacerba o fenômeno da seca causando fome, migração, desagregação social entre outros problemas.
A Conferência das Nações Unidas de combate à desertificação (UNCCD) reconhece a desertificação como um problema ambiental com enorme custo humano, social e econômico (Hulme Kelly, 1993).
Descrição das Imagens e Mapas
Na coluna a direita encontra-se a descrição das informações apresentadas na página de mapas. Na coluna abaixo tem-se a descrição das imagens de satélite que são usadas como dados de suporte.
As imagens que constituem as séries temporais são obtidas em intervalos de 16 dias (albedo, EVI e NDVI), 8 dias (IAF e temperatura de superfície) e diária (umidade do solo). Como forma de uniformizar os intervalos de coletas e facilitar a análise, optou-se por agrupar as imagens por mês, utilizando a média de cada pixel nas coletas.
Como exemplo, as imagens a seguir são de junho de 2002.
Albedo
Os valores foram agrupados nos seguintes intervalos:
-1 a 0.03
0.03 a 0.06
0.06 a 0.09
0.09 a 0.12
0.12 a 0.15
0.15 a 0.18
0.18 a 0.21
0.21 a 0.61
nuvem/sem valor
Segundo Rudorff et al., 2007, o albedo da superfície é definido como a fração de energia incidente que é refletida pela superfície voltando para a atmosfera. A informação referente ao albedo pode ser usada no monitoramento de superfícies vegetadas, uma vez que este é bastante influenciado pelas propriedades ópticas da estrutura da vegetação, sendo um importante parâmetro na modelagem do clima da Terra. O dado é um sub-produto do MODIS (MOD43) que é calculado a partir de uma série temporal de 16 dias das observações multiangulares da reflectância corrigida atmosfericamente para as bandas 1 a 7 do MODIS, com resolução de 1 km.
O albedo da superfície continental varia ao longo do período diurno, em função do ângulo de elevação solar, tipos de vegetação e solo, conteúdo de água no solo, etc. Em função das condições de iluminação, discriminam-se dois tipos de albedo: o "Black Sky" (iluminação direta) e o albedo "White Sky" (iluminação difusa). Segundo Iqbal (1983), o albedo total da superfície é representado pela soma dos dois albedos ponderados pela proporção de irradiância direta e difusa, denominada albedo "Blue Sky" (Lopes e Valeriano, 2007).
O produto MOD43 disponibiliza dois tipos de albedos para 7 bandas espectrais e 3 bandas largas: os albedos "Black-Sky" e "White-Sky". Aqui, o albedo "White Sky" foi estimado somente para o meio-dia.
EVI - Índice de Vegetação Melhorado
Os valores foram agrupados nos seguintes intervalos:
-0.21 a 0.1
0.1 a 0.22
0.22 a 0.34
0.34 a 0.46
0.46 a 0.58
0.58 a 0.7
0.7 a 0.82
0.82 a 1.1
nuvem/sem valor
NDVI - Índice de Vegetação da Diferença Normalizada
O produto NDVI e EVI são provenientes do sub-produto MOD13 do sensor MODIS. Eles são produzidos globalmente com a resolução de 1 km, 500 m e 250 m, em composição de imagens ou mosaicos de 16 dias (Rudorff et al., 2007). Aqui foram utilizadas as imagens de melhor resolução espacial (250 m) obtidas do sub-produto MOD13Q, que é corrigido atmosfericamente e geo-referenciado, disponibilizado em mosaicos de 16 dias, os quais são constituídos pelo valor máximo do Índice de Vegetação daquele período, possibilitando que os mosaicos se apresentem, em sua maioria, livres de cobertura de nuvem. Segundo Rosa (2007), essas características juntamente com sua periodicidade fazem desses produtos uma poderosa ferramenta para os estudos da vegetação.
Em geral, o NDVI é mais sensível à presença de clorofila e outros pigmentos de vegetação responsáveis pela absorção da radiação solar na banda do vermelho, enquanto que o EVI é mais sensível à variação na estrutura do dossel, incluindo o índice de área foliar, a fisionomia da planta e a arquitetura do dossel (Huete et al., 2002).
IAF - Índice de Área Foliar
Os valores foram agrupados nos seguintes intervalos:
0 a 0.5
0.5 a 1
1 a 1.5
1.5 a 2
2 a 2.5
2.5 a 3
3 a 3.5
3.5 a 10
nuvem/sem valor
Segundo Rudorff et al., 2007 o produto IAF é proveniente do sub-produto MOD15 do sensor MODIS, produzidos globalmente com resolução espacial de 1 km e composição de mosaicos de 8 dias. Representa uma importante propriedade estrutural do dossel da vegetação, medindo a área de folhas por unidade de área do terreno. É uma variável biofísica que descreve a estrutura do dossel e está relacionada a processos funcionais de taxas de energia e troca de massa. Para tanto, pode ser utilizada como parâmetros para o cálculo de fotossíntese, evapotranspiração e produtividade primária líquida em escala global e regional.
Temperatura de superfície
Os valores foram agrupados nos seguintes intervalos:
38 a 50
35 a 38
32 a 35
29 a 32
26 a 29
23 a 26
20 a 23
0 a 20
nuvem/sem valor
Compõe uma das variáveis chaves necessárias para descrever os processos da superfície terrestre, sendo extremamente requisitada para diversos estudos climáticos, ecológicos, biológicos e hidrológicos, pois estes são altamente sensíveis às flutuações de temperatura da superfície. O monitoramento de variáveis climáticas cada vez mais tem se tornado indispensável para avaliar condições do tempo e comportamento climático além de servir de subsídio na avaliação da degradação do solo entre outros.
Os dados utilizados para compor a temperatura de superfície são provenientes do sensor MODIS, produto MOD11A2 (Land Surface Temperature - LST), coleção 5, com resolução espacial de 1 km e composição de mosaicos de 8 dias. Estes dados são obtidos pelo cálculo do algoritmo LST, incluindo o Day/night LST algorithm (Wan e Li, 1997), desenvolvido especificamente para o MODIS, que produz imagens termais diurnas e noturnas para toda a superfície da Terra, com periodicidade diária. O produto A2 é uma composição de 8 dias, realizada a partir de dados diários gerados pelo produto A1. Dentre as duas plataformas disponíveis para a obtenção dos dados de temperatura de superfície (Terra e Água), optou-se pela utilização do satélite Terra, visto que análises preliminares mostraram que as informações obtidas através dessa plataforma apresentam menor contaminação das informações por nuvens, após a avaliação das imagens de Quality Control, que acompanha cada imagem LST.
Umidade do Solo
Os valores foram agrupados nos seguintes intervalos:
0 a 20
20 a 30
30 a 40
40 a 50
50 a 60
60 a 70
70 a 80
80 a 100
nuvem/sem valor
A umidade do solo é uma variável importante nos processos hidrológicos incluindo interações atmosfera-solo, na resposta precipitação/escoamento e nos processos erosivos.
Os dados foram obtidos a partir do Modelo Simples de Água no solo, com resolução espacial de 28 km. O modelo é baseado em informações de perfis pedológicos e utiliza dados hidrometeorológicos diários para resolver o balanço de água no solo.
Mudança no IAS de 2000 para 2010
O mapa foi gerado computando as mudanças nos mapas de IAS2000 → IAS2010:
alto → baixo
médio → baixo
alto → médio
médio → alto
baixo → alto
baixo → médio
Uma mudança de IAS alto para IAS baixo é considerada uma evolução, já uma mudança de IAS baixo para IAS alto é considerada ruim.
IAS - Índice de área Ambientalmente Susceptível
Ano de 2010
Ano de 2000
Os mapas de IAS, do inglês ESAI, nos anos de 2000 de 2010 foram computados da seguinte forma:
IAS2000 = (IQFT * IQM2000 * IQC * IQS)1/4
IAS2010 = (IQFT * IQM2010 * IQC * IQS)1/4
Com base nos cálculos, foram atribuídos três tipos de ESAI:
áreas de baixa susceptibilidade
(1,00 ≤ ESAI < 1,25)
áreas de susceptibilidade moderada
(1,25 ≤ ESAI < 1,5)
áreas de susceptibilidade alta
(ESAI > 1,75)
Índices de Qualidade - IQC, IQFT, IQM e IQS
IQC
IQFT
IQM no ano de 2010
IQM no ano de 2000
IQS no ano de 2010
IQS no ano de 2000
A metodologia utilizada é baseada na abordagem do Projeto Medalus desenvolvida pela Agência Espacial Europeia (ESA). A metodologia considera vários indicadores de susceptibilidade, agrupados em quatro índices de qualidade:
  • solo (IQFT - Índice de Qualidade Física do Terreno);
  • clima (IQC - Índide de Qualidade Climática);
  • manejo da terra (IQM - Índice de Qualidade de Manejo);
  • social (IQS - Índice de Qualidade Social).
Cada índice é calculado a partir da combinação de indicadores de desertificação, que dependem da geologia, pedologia, ordenamento do território, ocupação humana, políticas de conservação, etc.
Os índices de qualidade, bem como seus indicadores, foram divididos em classes de suscetibilidade à desertificação, atribuindo um peso variando de 1 (nenhuma predisposição) a 2 (predisposição).
Devido a complexidade ambiental da área de estudo foi necessário adicionar ao método a metodologia desenvolvida por Crepani et al. (2001) que, a partir dos princípios da Ecodinâmica (Tricart, 1977), definiu diversas categorias morfodinâmica resultantes dos processos de morfogênese e pedogênese, sendo possível identificar áreas de susceptibilidade à perda de solo e desertificação.
Sendo assim, para cada classe correspondente a cada mapa utilizado foram atribuídos pesos de vulnerabilidade, sendo gerados 11 mapas de susceptibilidade que, posteriormente, foram agrupados nos quatro índices de qualidade a seguir.
IQFT - Índice de Qualidade Física de Terreno
IQFT = (Is * Ig * Igm*Id)1/4
Onde: Is é o mapa de susceptibilidade do solo, Ig é o mapa de susceptibilidade a geologia, Igm é o mapa de susceptibilidade a geomorfologia e Id é o mapa de susceptibilidade a declividade.
IQC - Índice de Qualidade Climática
IQC = Ia
Onde: Ia é o mapa de susceptibilidade do índice de aridez.
IQM - Índice de Qualidade de Manejo
IQM = (Iuc * Ip * Ifq*Iucob)1/4
Onde: Iuc é o mapa de susceptibilidade da unidade de conservação, Ip é o mapa de susceptibilidade da densidade de pecuária, Ifq é o mapa de susceptibilidade densidade de foco de queimada e Iucob é o mapa de susceptibilidade de uso e cobertura da terra.
IQS - Índice de Qualidade Social
IQS = (IIDH * Ipr)1/2
Onde: IIDH é o mapa de susceptibilidade do Índice de Desenvolvimento Humano, Ipr é o mapa de densidade de população rural.
Declividade
O conjunto de dados topográficos utilizado é do Modelo Digital de Elevação (MDE) do TOPODATA (Valeriano, 2008; Valeriano & Rossetti, 2010; Valeriano & Albuqerque, 2010) o qual, por sua vez, é resultado de processamentos de dados da Shuttle Radar Topography Mission - SRTM (Van Genderen et al., 1978; Farr & Kobrick, 2000).
As derivadas de altimetria e declive, bem como imagens sombreadas a partir de âgulo de inclinação e azimute, foram usadas para identificar descontinuidades de terreno, entre as quais as linhas de quebra, as quais expressam mudanças e rupturas de níveis no perfil vertical. Tais descontinuidades se relacionam a características litológicas, pedológicos, geomorfológicos e de vegetação. Portanto, linhas de quebra muitas vezes indicam o limite entre unidades adjacentes, em um mapa.
Geologia
O mapa de geologia foi gerado utilizando os seguintes dados:
  • O Projeto TOPODATA (Banco de Dados Geomorfométricos do Brasil) que disponibiliza as derivadas geradas a partir do Modelo Digital de Elevação do SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) com resolução espacial de 90m. Dentre as variáveis disponibilizadas pelo Projeto TOPODATA, foi utilizada a variável Altitude-Numérica (ZN), apresentada em planos no formato GeoTiff que, foram convertidos em imagens sombreadas, as quais permitem, em iluminação simulada, a visualização das formas de relevo. As imagens sombreadas foram geradas a partir do ângulo azimutal de 135° e 225° e de, elevação de 45° com associação das cores G (135°) e R (225°), conforme sugerido por Crepani & Medeiros (2004);
  • Mapas geológicos da CPRM (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais). Os arquivos disponibilizados estavam no formato PDF, sendo necessário fazer os registros dos mesmos para obter as informações geológicas de cada polígono;
  • Imagens de satélite Landsat-TM.
O mapa de geologia se encontra na escala 1:500.000 e resolução espacial de 90m. É importante mencionar que as classes do temático final são predominantemente as que constam nas cartas da CPRM, pois quaisquer maiores extrapolações fugiriam ao escopo do Projeto, e os polígonos estão ajustados utilizando como escala de trabalho 1:250.000.
Geomorfologia
O mapa de geomorfologia foi gerado utilizando os seguintes dados:
  • Mapas geomorfológicos do Projeto Radam, escala 1:1.000.000. Folhas/volumes: SC23-SC24/vol 1; SB23-SB24/vol 2; SA23-SA24/vol 3; SB22-SC22/vol 4; SA24/vol21; 24-25/vol23; SD24/vol24; SD23/vol29; SC24-24/vol30 e SE24/vol34;
  • Mapa de relevo do IBGE, escala 1:25.000.000;
  • Mapa geomorfológico do ZEE do Estado do Maranhão, escala 1:250.000 (produzidos a partir do Radam 1:1.000.000);
  • Mapa geomorfológico do Estado de Minas Gerais, elaborados pelo CETEC-MG, escalas 1:1.000.000 e 1:500.000. Essas informações estavam em formado PDF e tiveram que ser escaneadas, registradas e digitalizadas;
  • Imagens de satélite Landsat-TM.
Para obter de forma semi automática as delimitações dos elementos formadores da geomorfologia, foram utilizadas as representações contidas na imagem em nível de cinza referente aos atributos das derivadas do Modelo Digital de Elevação, altimetria, declividade e curvatura vertical. Para isso utilizou-se a imagem declividade em negativo conforme metodologia de Valeriano, 2008.
Em seguida foi realizada a segmentação e a classificação Isoseg com limiar de 90%, visando a extração automática das feições, quebras etc.
As isolinhas obtidas a partir dos dados do MNT (Modelo Numérico do Terreno) foram utilizadas para a definição das feições mapeadas, bem como, em alguns casos, ao fatiamento da declividade e da altimetria para uma melhor definição das formas.
Finalmente foi realizado o ajuste das informações provenientes do Radam com o auxílio de imagens sombreadas, das imagens Landsat-TM e do Google Earth.
IDH - Índice de Desenvolvimento Humano Municipal
Ano de 2010
Ano de 2000
Os indicadores do IDH para os anos de 2000 e 2010 foram obtidos da Fundação João Pinheiro. O índice IDH varia de 0 a 1, sendo que, quanto mais próximo de 1, melhor o IDH de uma localização.
Os valores de IDH foram agrupados nos seguintes intervalos:
muito baixo (IDH < 0,5)
baixo (0,5 ≤ IDH < 0,6)
médio (0,6 ≤ IDH < 0,7)
alto (0,7 ≤ IDH < 0,8)
muito alto (IDH ≥ 0,8)
Índice de Aridez
Segundo a definição das Nações Unidas, o Índice de Aridez (IA) pode ser escrito como:
IA = precipitação/evapotranspiração total
O mapa do índice de aridez médio foi calculado com base na série temporal dos dados observados de precipitação e evapotranspiração disponibilizados pelo CPTEC/INPE. Sendo assim os valores médios são referente aos anos de 1970 a 2000 e foram agrupados pelas classes sugeridas pela ONU da seguinte forma:
semiárido (20 <= IA < 50)
sub-úmido seco (50 <= IA < 65)
sub-úmido úmido (65 <= IA < 100)
úmido (>= 100)
Densidade de Focos de Queimada
Ano de 2010
Ano de 2000
Os dados de focos de queimada foram obtidos do Projeto de Monitoramento de Queimadas e Incêndio. Foram gerados dois mapas:
  • a média dos focos de queimada do período de 1999-2003 foi utilizada para determinar a densidade de queimada para o ano de 2000; e
  • a média do período de 2008 a 2012, foi usada como indicador do ano de 2010.
Quantidade de focos por município:
0 a 50
50 a 100
100 a 200
200 a 300
300 a 500
500 a 750
750 a 2000
Pedologia
Os mapas dos solos foram cedidos pela Embrapa Solos - UEP de Recife.
As unidades de solos foram reinterpretadas utilizando como base a imagem sombreada elaborada a partir da importação da grade do SRTM e imagens Landsat – TM5 e ETM+, com as composições coloridas RGB (457 e 435), para uma melhor correlação das feições do relevo com a classe de solo. Também foi gerado curvas de nível com intervalos de 10 e 50 metros, as quais serviram de apoio a digitalização das unidades de mapeamento.
A reinterpretação visual, foi realizada na escala de 1:250.000, sobre a imagem utilizando os princípios básicos de interpretação, tais como, cor, textura, forma, rugosidade, tamanho e a localização da unidade de mapeamento na paisagem, as formas do relevo (interflúvio, vale, vertente, tipos de topos e quebras de relevo), frequência e densidade de drenagem.
O mapa temático final está na escala de 1:500.000 e resolução espacial de 90 m.
Unidade de Conservação
Os limites das Unidades de Conservação foram obtidos no Ministério do Meio Ambiente. Existem duas categorias básicas de Unidades de Conservação:
  • Unidades de Proteção Integral: a utilização dos recursos naturais é estritamente proibida. Este grupo inclui os parques nacionais, estações ecológicas, reservas biológicas e santuários da vida selvagem;
  • Unidade de Conservação de Uso Sustentável: inclui florestas nacionais, reservas extrativistas e reservas de desenvolvimento sustentável. Neste tipo de unidade, uso e gestão sustentável dos recursos naturais é permitido sob determinadas regras.
Uso e Cobertura da Terra
Ano de 2010
Ano de 2000
Cada mapa foi confeccionado utilizando 90 cenas do satélite Landsat TM 5 e 7. As imagens foram registradas com base no mosaico do GeoCover.
Para auxiliar a interpretação foram utilizadas as seguintes bases de dados:
  • mapa de vegetação do Projeto ProVeg com resolução espacial de 30 m e escala de 1:250.000;
  • mapa de vegetação do Projeto ProBio com resolução espacial de 30m e escala 1:250.000;
  • mapa de vegetação do IBGE com escala de 1:5.000.000;
  • imagens de alta resolução disponibilizadas pelo Google Earth.
A escala de mapeamento foi de 1:250.000 com resolução espacial de 30 m. Após o mapa ser finalizado, o mesmo foi reamostrado para 1:500.000 com resolução espacial de 90 m, visando o cruzamento com os mapas de Geologia, Geomorfologia e Pedologia.
Densidade de Pecuária
Ano de 2010
Ano de 2000
Os dados de densidade de pecuária se referem à soma total de cabeças de bovinos e caprinos por município, nos anos de 2000 e 2010. As informações foram extraídas do censo agropecuário do IBGE.
A densidade de animais foi agrupada nas seguintes classes:
0 a 10
10 a 20
20 a 30
30 a 40
40 a 80
80 a 120
120 ou mais
Densidade de População Rural
Ano de 2010
Ano de 2000
Os dados foram obtidos do IBGE a nível municipal. Foi realizada uma máscara para isolar a densidade de população urbana deixando apenas as áreas onde se encontram a população rural. A densidade de população rural foi calculada para os anos de 2000 e 2010.
A densidade populacional foi agrupada nas seguintes classes:
0 a 5
5 a 10
10 a 20
20 a 40
40 a 80
80 a 120
120 ou mais
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