Análise fenológica do dossel da floresta nacional do Tapajós utilizando dados orbitais do sensor modis e hiperespectrais locais

• Main Author: Carolyne Bueno Machado
• Other Authors: Luiz Eduardo Oliveira e Cruz de Aragão
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2017
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/04.19.16.52

A variação sazonal da capacidade fotossintética de extensas florestas tropicais, como a Amazônica, pode influenciar no condicionamento climático em escala global. Diversos estudos vêm apontando ganho no desenvolvimento da Floresta Amazônica durante a estação seca, induzido pela maior radiação solar disponível neste período. Este comportamento foi observado com diferentes dados e níveis de aquisição, incluindo medições em campo e imagens do sensor MODIS. Porém, ele confronta o ciclo de crescimento da vegetação simulado em modelos, por não considerar a disponibilidade de água como fator limitante. Outros trabalhos indicam artefatos nas imagens MODIS, devido à sazonalidade do ângulo zenital solar (SZA), o que gera menores frações sombreadas nos dosséis durante a estação seca, resultando em ganho na reflectância detectada pelo sensor. Dentro deste contexto, este trabalho objetivou avaliar o comportamento sazonal da Floresta Nacional do Tapajós, em resposta à disponibilidade de água e radiação. A resposta do sensor MODIS-MAIAC também foi contraposta a um dado local hiperespectral (HVIS), posicionado na torre do km 67. A fenologia foi avaliada com índices espectrais e com as frações: vegetação verde (GV), sombra e vegetação não fotossinteticamente ativa (NPV). A estação seca foi relativa aos meses de déficit hídrico (<100 mm), sendo que a metodologia e os dados utilizados buscaram minimizar a influência da geometria Sol-sensor. Foi realizada uma análise espacial e a análise de séries temporais com o pacote BFAST, para verificar padrões interanuais e intra-anuais de correlação entre as variáveis fenológicas e ambientais. A umidade do solo mostrou defasagem com a precipitação, indicando que a floresta pode ter acesso à água após o término do período chuvoso. Cerca de 40 \% da área de floresta na FLONA teve $\delta$ EVI positivo durante a estação seca e este percentual aumenta ao considerar a reflectância no infravermelho próximo e a fração GV, ultrapassando 70 \%. No entanto, o índice PRI indica menor eficiência fotossintética no período seco, confirmada pelo aumento do NPV, da reflectância no vermelho e no verde. A fenologia da floresta teve forte correlação negativa com a umidade do solo, porém, correlações fracas com a precipitação e radiação. A resposta da floresta às variáveis ambientais foi significativamente diferente dos demais usos da terra, indicando maior resistência em períodos de estresse hídrico. Os padrões de greening ocorreram em áreas de floresta mais densa e não aumentam em latitudes maiores, não indicando dependência da variação do SZA. Ao nível local há evidências de mudanças na estrutura de copas individuais, perda e ganho, dependendo da espécie. O dado diário MODIS-MAIAC não teve predominância de correlação significativa com as imagens diárias HVIS, mas, de agosto para setembro de 2012, ambos apresentaram ganho na estrutura dos dosséis ao nível da imagem. 54 \% das evidências indicaram greening durante a estação seca, de 2004 a 2014 ao nível orbital, mas os resultados não convergem em todas as análises. Portanto, diferentes processos ocorrem simultaneamente na floresta, durante a estação seca, e os sensores respondem a esta mistura de processos. A hipótese é que há contribuição relativa de indivíduos com mudança demográfica das folhas e de indivíduos sofrendo perda da capacidade fotossintética durante a estação seca. === The seasonal variation of the photosynthetic capacity of extensive tropical forests, such as Amazon Forest, can influence in climatic regulation on global scale. Several papers have indicated a radiation-induced green-up of the Amazon Forest during the dry season. This behavior was observed with different data and acquisition levels, including field measurements and MODIS sensor images. However, it confronts the vegetation growth cycle in models, since it does not consider availability of water as a limiting factor. Other studies indicate artifacts in the MODIS images, due to solar zenith angle (SZA) seasonality, which generates less shaded fractions at the canopies during the dry season, resulting in increase of reflectance detected by the sensor. Within this context, this research aimed at evaluating the seasonal behavior of Tapajós National Forest, in response to the water and radiation availability. The response of the MODIS-MAIAC sensor was also opposed to a hyperspectral local data (HVIS), located in the km 67 tower. Phenology was evaluated with spectral indexes and with the fractions: green vegetation (GV), shade and non-photosynthetic vegetation (NPV). The dry season was related to the months of water deficit (<100 mm), and the methodology and data used intended to minimize the influence of Sun-sensor geometry. A spatial analysis was performed and a time-series analysis with BFAST was applied, verifying interannual and intra-annual patterns of correlation between phenological and environmental variables. Soil moisture showed a lag with rainfall, indicating that the forest may have access to water after the rainy season ends. About 40\% of the forest area in the Tapajós Forest had positive $\delta$ EVI during the dry season and this percentage increases when considering the near infrared reflectance and the GV fraction, exceeding 70\%. However, the PRI index indicates lower photosynthetic efficiency in the dry period, confirmed by NPV, red and green reflectance increase. The forest phenology had a strong negative correlation with soil moisture, but weak correlations with precipitation and radiation. The forest response to the environmental variables was significantly different from the other land uses, indicating greater resistance in periods of water stress. Greening patterns occurred in denser forest areas and do not increase in higher latitudes, indicating no dependence on SZA variation. At the local level there is evidence of changes in the structure of individual crowns, loss and gain, depending on the species. The daily MODIS-MAIAC data had no significant correlation with the daily HVIS images, but from August to September 2012 both had an increase in the structure of the canopies at landscape level. 54\% of the evidences indicated greening during dry season, from 2004 to 2014 at orbital level, but the results do not converge in all analyzes. Therefore, different processes occur simultaneously in the forest during the dry season, and the sensors respond to this mixture of processes. The hypothesis is that there is a relative contribution of individuals with demographic change of the leaves and individuals suffering loss of photosynthetic capacity during the dry season.