Análise dos efeitos do déficit hídrico na resposta temporal do índice
de vegetação por diferença normalizada (NDVI) em diferentes
condições climáticas do Estado do Amazonas
Alice da Silva Gonçalves de Jesus¹, Célia Maria Paiva ¹, Gutemberg Borges França¹,
Luciana Mara Temponi Oliveira².
¹ Universidade Federal do Rio de Janeiro- UFRJ- Depto. de Meteorologia – Rio de Janeiro, RJ,
[email protected], Cé[email protected], [email protected]. ² Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
– IBGE – Rio de Janeiro – RJ, [email protected].
Abstract: Recent studies reported a temporal delay between the occurrence of minimum
values of NDVI and maximum water deficit. Depending on the rainfall regime, type of
vegetation and type of soil, this time response may vary from region to region. In this
direction, this study has an objective to identify the different standards of temporal relations
between the NDVI and the water deficit in different climatic conditions of the Brazilian
territory. For analysis, five meteorological stations of the National Institute of Meteorology
(INMET) located in the State of the Amazonas had been chosen. Data obtained from temporal
series EFAI-NDVI and the INMET Climatologic Normals had been used to plot the graphs of
water balance proposed by Thornthwaite and Mather. The results show that there is a delay of
one month between the occurrence of drought stress and the minimum values of NDVI.
Palavras chaves: remote sensing, NDVI, water deficit.
1. Introdução
Índices de vegetação obtidos por sensoriamento remoto orbital podem auxiliar na
identificação de ocorrência de secas em escala regional, destacando-se, dentre estes índices, o
Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), que possui resultados promissores
(Gutman, 1990; dentre outros). Liu e Kogan (1996) reportaram que o NDVI responde com
uma defasagem temporal de um mês à ocorrência de precipitação e de déficit hídrico na
região nordeste do estado de São Paulo. Mencionam, também, que dependendo do regime de
precipitação, tipo de vegetação e tipo de solo, essa resposta pode variar de região para região.
Consequentemente, um mesmo valor de NDVI pode estar associado à situação de seca em
uma determinada região e em outra não. Assim, é importante identificar o padrão de resposta
do NDVI ao déficit hídrico em cada região.
2. Metodologia
Para a região de estudo foram escolhidas cinco estações do Instituto Nacional de
Meteorologia (INMET), localizadas no estado do Amazonas, a saber: Barcelos (Lat.: 0.97° S
e Long.: 62.92° O), Itacoatiara (Lat.: 3.13° S e Long.: 58.43° O), Manaus (Lat.: 3.12° S e
Long.: 59.95° O), Parintins (Lat.: 2.63° S e Long.: 56.73° O) e Tefé (Lat.: 3.83° S e Long.:
64.7° O). Na elaboração do estudo foram utilizados os seguintes conjuntos de dados: 1) Série
temporal do EFAI-NDVI, desenvolvido por Stöckli (2004), com resolução temporal de 10
dias e espacial de 0.1° x 0.1°, do período de 1982 a 1995. O EFAI-NDVI foi gerado a partir
do Pathfinder NDVI do AVHRR a bordo dos satélites NOAA 7- 9- 11 e 14, calculado com as
reflectâncias nos canais visível e infravermelho próximo de acordo com a seguinte equação:
NDVI =
(ρ 2 − ρ1 )
(ρ 2 + ρ 1 )
Onde ρ2 é a reflectância do canal infravermelho e ρ1 é a reflectância do canal visível.
A metodologia de geração do EFAI-NDVI é apresentada por Stöckli (2004) e Vidale
(2004); 2) Dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) referente ao período de
1982 a 1995 relativas às estações meteorológicas mencionas (Brasil, 1992). Os métodos
consistem nas seguintes etapas:
a) Cálculo do balanço hídrico climatológico médio mensal, com os dados do Instituto
Nacional de Meteorologia (INMET), utilizando o procedimento desenvolvido por
Thornthwaite e Mather (1955) para as estações meteorológicas consideradas. O período de
dados utilizado foi de 1982 a 1995.
b) Identificação de padrões de resposta dos valores de NDVI relativos à ocorrência
de excedente e déficit hídrico para as estações em estudo. O período de dados utilizado foi de
1982 a 1995.
3. Resultados
A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos a partir dos valores de excedente hídrico
máximo e NDVI máximo; deficiência hídrica máxima e NDVI mínino, apresentando também
os meses em que estes ocorreram e a defasagem em meses entre tais ocorrências para as cinco
estações do INMET consideradas neste estudo.
Observa-se que para a estação Barcelos os valores de deficiência hídrica máxima
variam entre –0,19 mm e –80,75 mm apresentando o valor médio de –42,23 mm, ocorrendo
em sua grande maioria no mês de outubro, representando 45,5% dos casos. Os valores de
NDVI mínimos variaram entre 0,5398 e 0,6649, apresentando o valor médio de 0,6152,
ocorrendo em sua grande maioria no mês novembro, representando 45,5% dos casos. Entre a
ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI mínimo existe uma defasagem de um mês
em maior frequência, correspondendo a 54,5% dos casos, apresentando valor médio de 1,7
mês. Observa-se que os valores de excedentes hídricos máximos variaram entre 126,34 mm e
418,39 mm, apresentando o valor médio de 252,54 mm tendo maior ocorrência no mês de
maio, representando 36,4% dos casos. Os valores de NDVI máximos variaram entre 0,6308 e
0,7043, apresentando valor médio de 0,6815, ocorrendo em sua grande maioria no mês de
julho, representando 63,6% dos casos. Entre a ocorrência de excedente hídrico máximo e
NDVI máximo existe uma defasagem de um e dois meses em sua maior frequência
correspondendo a 36,4% dos casos, apresentado o valor médio de 2 meses.
Observa-se que para a estação de Itacoatiara os valores de deficiências hídricas
máximas variam entre –39,55 mm e –166,05 mm apresentando o valor médio de –88,34 mm,
ocorrendo em sua grande maioria no mês de outubro, representando 36,4% dos casos. Os
valores de NDVI mínimos variaram entre 0,4864 e 0,6194, apresentando o valor médio de
0,5561, ocorrendo em sua grande maioria no mês de novembro, representando 36,4% dos
casos. Entre a ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI mínimo existe uma
defasagem de um mês em maio frequência, correspondendo a 45,5 % dos casos, apresentando
valor médio de 2,7 meses. Observa-se também que os valores de excedentes hídricos
máximos variaram entre 164,23 mm e 513,75 mm, apresentando o valor médio de 267,34 mm
tendo maior ocorrência no mês de março, representando 36,4% dos casos. Os valores de
NDVI máximos variaram entre 0,6115 e 0,6929, apresentando valor médio de 0,6588,
ocorrendo em sua grande maioria no mês de julho, representando 45,5% dos casos. Entre a
ocorrência de excedente hídrico máximo e NDVI máximo existe uma defasagem de dois e
quatro meses em sua maior frequência, correspondendo a 27,3% dos casos, apresentado o
valor médio de 3,2 meses.
Observa-se que para a estação de Manaus os valores de deficiências hídricas
máximas variam entre –55,87 mm e –139,99 mm apresentando o valor médio de –99,83 mm,
ocorrendo em sua grande maioria nos mês de agosto, representando 45,5% dos casos. Os
valores de NDVI mínimos variaram entre 0,5179 e 0,6387, apresentando o valor médio de
0,5695, ocorrendo em sua grande maioria nos meses de outubro e novembro, representando
27,3% dos casos. Entre a ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI mínimo existe
uma defasagem de um e dois meses em maior frequência correspondendo a 36,4% dos casos,
apresentando valor médio de 2,6 meses. Observa-se também que os valores de excedentes
hídricos máximos variaram entre 171,50 mm e 480,05 mm, apresentando o valor médio de
287,26 mm tendo maior ocorrência no mês de fevereiro representando 36,4% dos casos. Os
valores de NDVI máximos variaram entre 0,6115 e 0,6920, apresentando valor médio de
0,6613, ocorrendo em sua grande maioria nos mês de julho, representando 36,4% dos casos.
Entre a ocorrência de excedente hídrico máximo e NDVI máximo existe uma defasagem de
dois e quatro meses em sua maior frequência correspondendo a 27,3% dos casos, apresentado
o valor médio de 3,5 meses.
Observa-se que para a estação de Parintins os valores de deficiências hídricas
máximas variam entre –108,64 mm e –159,06 mm apresentando o valor médio de –135,73
mm, ocorrendo em sua grande maioria no mês de novembro, representando 63,6% dos casos.
Os valores de NDVI mínimos variaram entre 0,5214 e 0,6448, apresentando o valor médio de
0,5819, ocorrendo em sua grande maioria nos meses de março, novembro e dezembro,
representando 27,3% dos casos. Entre a ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI
mínimo existe uma defasagem de um mês em maior frequência, correspondendo a 72,7% dos
casos, apresentando valor médio de 1,8 mês. Observa-se também que os valores de
excedentes hídricos máximos variaram entre 43,41 mm e 578,60 mm, apresentando o valor
médio de 364,86 mm tendo maior ocorrência no mês de abril, representando 54,5% dos casos.
Os valores de NDVI máximos variaram entre 0,6177 e 0,7052, apresentando valor médio de
0,6788, ocorrendo em sua grande maioria no mês de julho, representando 54,5% dos casos.
Entre a ocorrência de excedente hídrico máximo e NDVI máximo existe uma defasagem de
três meses em sua maior frequência, correspondendo a 45,5% dos casos, apresentado o valor
médio de 3,1 meses.
Observa-se que para a estação de Tefé os valores de deficiências hídricas máximas
variam entre –17,01 mm e –82,69 mm apresentando o valor médio de –34,41 mm, ocorrendo
em sua grande maioria nos mês de agosto, representando 36,4% dos casos. Os valores de
NDVI mínimos variaram entre 0,5214 e 0,6614, apresentando o valor médio de 0,5912,
ocorrendo em sua grande maioria no mês setembro, representando 36,4% dos casos. Entre a
ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI mínimo existe uma defasagem de um mês
em maior frequência, correspondendo a 45,5% e dos casos, apresentando valor médio de 2,3
meses. Observa-se também que os valores de excedentes hídricos máximos variaram entre
47,11 mm e 439,20 mm, apresentando o valor médio de 248,12 mm tendo maior ocorrência
no mês de maio, representando 36,4% dos casos. Os valores de NDVI máximos variaram
entre 0,6317 e 0,6850, apresentando valor médio de 0,6580, ocorrendo em sua grande maioria
nos mês de junho, representando 63,6% dos casos. Entre a ocorrência de excedente hídrico
máximo e NDVI máximo existe uma defasagem de um mês em sua maior frequência,
correspondendo a 45,5% dos casos, apresentado o valor médio de 1,8 mês.
Tabela 1. Valores mínimos, médios, máximos e mês com maior frequência de ocorrência e maior frequência em
porcentagem de deficiência hídrica máxima, NDVI mínimo, excedente hídrico máximo, NDVI máximo, meses
em que os mesmos ocorrem, defasagem em meses entre: a ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI
mínimo e a ocorrência de excedente hídrico máximo e NDVI máximo para as estações do INMET consideradas
neste estudo.
Tefé
Parintins
Manaus
Itacoatiara
Barcelos
Estação
Valor
DEF_Max Mês NDVI_MIN Mês Defasagem EXC_Max
Mínimo
-80,75
2
0,5398
2
1
126,34
Média
-42,23
0,6152
1,7
252,54
Máximo
-0,19
12
0,6649
11
3
418,39
Maior
Frequência
10
11
1
Maior
Frequência (%)
45,5
45,5
54,5
Mínimo
-166,05
1
0,4864
2
1
164,23
Média
-88,34
0,5561
2,7
267,34
Máximo
-39,55
11
0,6194
12
6
513,75
Maior
Frequência
10
11
1
Maior
Frequência (%)
36,4
36,4
45,5
Mínimo
-139,99
1
0,5179
2
1
171,50
Média
-99,83
0,5695
2,6
287,26
Máximo
-55,87
10
0,6387
12
7
480,05
Maior
10 –
Frequência
8
11
1e2
Maior
Frequência (%)
45,5
27,3
36,4
Mínimo
-159,06
10
0,5214
1
1
43,41
Média
-135,73
0,5819
1,8
364,86
Máximo
-108,64
12
0,6448
12
4
578,60
Maior
3-11Frequência
11
12
1
Maior
Frequência (%)
63,6
27,3
72,7
Mínimo
-82,69
7
0,5214
2
1
47,11
Média
-34,41
0,5912
2,3
248,12
Máximo
-17,01
12
0,6614
12
6
439,20
Maior
Frequência
8
9
1
Maior
Frequência (%)
36,4
36,4
45,5
Mês NDVI_MAX Mês Defasagem
3
0.,6308
5
1
0,6815
2
6
0,7043
7
4
5
7
1–2
63,6
2
9
36,4
1
3,2
7
7
2–4
45,5
2
8
27,3
1
3,5
6
7
2–4
36,4
3
8
27,3
1
3,1
4
7
3
54,5
1
7
45,5
1
1,8
4
5
6
1
36,4
63,6
45,5
36,4
1
12
0,6115
0,6588
0,6929
3
36,4
2
12
0,6115
0,6613
0,6920
2
36,4
2
4
0,6177
0,6788
0,7052
4
54,5
2
11
0,6317
0,6580
0,6850
4. Conclusões
Observa-se que entre a ocorrência de deficiência hídrica máxima e NDVI mínimo,
existe uma defasagem predominante de um mês para as cinco estações consideradas neste
estudo, representando 45% ou mais dos casos, revelando um comportamento similar entre as
estações. Já em relação à defasagem entre a ocorrência de excedente hídrico e NDVI máximo,
observa-se uma maior variabilidade entre 1 e 4 meses. Os resultados indicam que a resposta
do NDVI à deficiência hídrica é mais rápida do que em relação ao excedente hídrico.
Este estudo será ampliado para as demais regiões brasileiras e os resultados serão
correlacionados aos tipos de vegetação.
5. Referências Bibliográficas
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Secretaria Nacional de Irrigação, Ministério da Agricultura e Reforma Agrária, Brasília, 1992.
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Brasileiro de Engenharia Agrícola, 2007.
Stöckli, R.; Vidale, P. L. European plant phenology and climate as seen in a 20-years
AVHRR land surface parameter dataset. International Journal of Remote Sensing, 25,
3303-3330, 2004.
Thornthwaite, C. W.; Mather, J. R. The water balance. Centerton, NJ: Drexel Institute of
Technology – Laboratory of Climatology, 104p.,1955.