RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE NORMALIZADO DIFERENCIAL DE VEGETACIÓN (NDVI) E

ÍNDICES DE ÁRIDEZ EN LA REGIÓN DEL ALTO PATÍA, COLOMBIA

Fredy Hernando Neira MéndezAgrólogo, MSc Physical Land Resources

PhD Student -Toegepaste Biologische Wetenschappen: Land en Bosbeheer

Promotor: Donald Gabriels – Ghent UniversityCo-promotor: Deyanira Lobo - Universidad Central de Venezuela

Agradecimientos: Koen Verbist - UGentInés Toro – CORPOICA

IDEAM, 2001

DISTRIBUCION DE LA PRECIPITACION MEDIA ANUAL EN COLOMBIA

Venezuela

BrazilEcuador

Perú

Panamá

Introducción

7

GuajiraSabanas del CaribeSantander y CesarAltiplano CundiboyacenseAlto Magdalena -Tatacoa

1

2

3

45

6

12345

67

Valle del Cauca

Alto Patia

N

EW

S

Panama

Atlantic

Ocean

Paci

fic O

cean

Equator O°

1998 – Colombia firma la Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra laDesertificación y la Sequía

Necesidades:

Seleccionar áreas prioritarias Susceptibles a desertificación

Guajira

1’136.381 hectares

mean annual precipitation less than 500 mm

Santanderes

587.400 hectares with severe erosionMean annual precipitation 1000 - 2000 mm

Santander

Sabanas del Caribe

Mean annual precipitation 600 - 2400 mm

Tatacoa - Huila

304108 ha annual precipitation + 1000 mm

Alto Magdalena - Tolima

769600 ha

Tatacoa

Huila

572200 ha

Boyacá

CARACTERISTICAS COMUNES

• DEGRADACIÓN DE SUELOS (EROSIÓN) +• DÉFICIT HÍDRICO

• ZONAS SECAS ?

DESERTIFICACION • CUALES SON LAS ZONAS SECAS ?

DETERMINACION DE ZONAS SECAS:

• INDICES CLIMATICOS !

OBJETIVO

Seleccionar el índice climático más adecuado para identificar zonas secas

basado en la relación Índice - NDVI como indicador de la vegetación

Zona Piloto: Valle del Alto Patía

43 estaciones meteorológicas

798.000 hectáreas

305000 habitantes

1°13’ - 2°25’ latitud N77°40’ - 76°35’ longitud E

Estación: Granja Universidad de Nariño (580 m)

2021222324252627282930

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºCEstación: Bolivar (1431 m)

1617181920212223242526

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºC

Estación: Mercaderes (1174 m)

1819202122232425262728

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºC

Estación: Los Milagros (1946 m)

1011121314151617181920

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºCEstación: La Fonda – Citec (677 m)

Media Máxima media Mínima media

2324252627282930

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºC

Estación: Taminango (1861 m)

141516171819202122

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Tem

pera

tura

ºC

Elevación200 – 3800 msnm

Pendientes: suaves en zonas bajas fuertes en zonas altas

Estación: Granja U Nariño

0

40

80

120

160

200

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Mes

Prec

ipita

ción

(mm

)

Estación: Bolivar

04080

120160200240280320

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov DicMes

Prec

ipita

ción

(mm

)

Estación: Mercaderes

0

40

80

120

160

200

240

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Mes

Prec

ipita

ción

(mm

)

Estación: Los Milagros

0

40

80

120

160

200

240

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

MesPr

ecip

itaci

ón (m

m)

Estación: Taminango

0

40

80

120

160

200

240

280

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Mes

Prec

ipita

ción

(mm

)Estación: Fonda

04080

120160200240280320

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Mes

Prec

ipita

ción

(mm

)

Histogramas de precipitación

Metodología GeneralPrecipitaciónTemperatura

NDVI

Relación?

Selección del índiceMás adecuado

Estimación de zonas secas

Índices climáticos(L, M, TI,UI)

Metodología

Precipitaciónefectiva

Escorrentía

Incrementos

Coeficiente de

reducción de

precipitación

Caudales

Metodología alternativa

PrecipitaciónTemperatura

NDVI

Relación?

Selección del índiceMás adecuado

Estimación de zonas secas

Índices climáticos(L, M, TI,UI)

Lang (1915)

Índices Climáticos

L=P/T

P : Precipitación media anualT: Temperatura media anual

LangL Clima

0 – 20 Desierto20.1 – 40 Árido40.1 – 60 Semiárido

60.1 – 100 Subhúmedo100.1 – 160 Húmedo

> 160 Muy húmedo

De Martonne (1923)

10TPIM

De Martonne (IM) Clima

0 – 10 Árido10 – 20 Semiárido20 – 24 Mediterráneo24 – 28 Semi-húmedo28 – 35 Húmedo35 – 55 Muy húmedo

> 55 Extremadamente húmedo

P : Precipitación media anualT: Temperatura media anual

Thornthwaite (1948)

12

1

9/10

10115

n

TPxPE

TI Clima< 16 Árido

16 – 31 Semiárido32 – 63 Subhúmedo64 – 127 Húmedo

> 127 Muy húmedo

UNEP INDEX (1997)

UI = P/ETo Clima< 0.05 Hyper-árido

0.05 – 0.2 Árido0.2 – 0.5 Semiárido

0.5 – 0.65 Seco subhúmedo0.65 - 1 Subhúmedo

> 1 húmedo

UI = P/ETo

ETo Penman-Monteith :

∆ declinación de curvatura (K Pa °C-1);

Rn radiación neta (MJ m-2 dia-1); G = densidade de flujo de calor (MJ m-2 dia-1); T = temperatura (°C); U2 = velocidad del viento a 2 m (m s-1);

es = presión de saturación de vapor (KPa);

eO = presión real de vapor (KPa)

g = factor psicométrico (MJ kg-1)

a

ITmNmETo )10(16

ETo Thornthwaite

rednearIRrednearIRNDVI

Normalized Difference Vegetation Index

Available free images from USGS LandDAAC MODIS 2005 (1982 – 2005).

Average NDVI 100 m around meteorological stations

NDVI values between 0 and 10 = no vegetation 1 = dense vegetation

STUDY ZONELANG UNEP THORNTWAITE MARTONNE

(ha) % (ha) % (ha) % (ha) %

GUAJIRA 1136381 100 1136381 100 1136381 100 1136381 100

CARIBE 5365201 90.5 984341 16.6 1455292 24.5 223514 3.8

SANTANDERES 2121912 53.2 345175 8.6 270883 6.8 91073 2.3

CUNDIBOYACA 463137 43.9 469598 44.5 139705 13.2 1287 0.1

MAGDALENA 1333399 33.6 18931 0.5 50617 1.3  0 0.0

CAUCA 544312 50.9 92224 8.6 103648 9.7  0 0.0

NARIÑO 157733 7.8 17117 0.8 16335 0.8 4954 0.2

Drylands estimated using climate indices

162910> 0.8

4546780.7-0.8

2052170.6-0.7

258680.5-0.6

6440.4-0.5

570.3-0.4

Area (ha)NDVI

NDVI Medio

NDVI medio anual (1982-2005) USGS LandDAAC MODIS 2005.

Avances

Coeficiente de aumento del caudal medio mensual del Río Patia (1970-2004)

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DICMes

CI

Pusmeo Los Nortes P Guascas Fonda P. NuevoStations :

Zonas secas usando el índice de Lang

Zonas secas usando el índice UNEP

Estimación de zonas secas (%) en la región Alto Patía usando diferente índices climáticos

Climate Index → Lang Factor (LF) UNEP (UI) Thornthwaite (TI) De Martonne

(MI)

Climate zone ↓ (TP)%

(EP)%

(TP)%

(EP)%

(TP)%

(EP)%

(TP)%

(EP)%

Desert /Hyperarid 0.01

Arid 0.14 3.27 0.03

Semiarid 9.12 34.19 0.05 0.41 0.24 8.54 0.01 0.13

Dry subhumid-Mediterranean) 0.21 9.45 0.05 0.46

Subtotal drylands 9.26 37.5 0.26 9.86 0.24 8.57 0.06 0.59

Subhumid / Semi-humid 63.00 62.24 25.30 67.29 67.38 90.80 0.07 2.26

Humid 27.70 0.29 74.44 22.86 32.37 0.63 0.83 21.76

Very humid 0 * 44.62 66.63

Extremely humid * * 54.42 8.74

Index Lang (LF) Thornthwaite (TI) De Martonne (MI) UNEP (UI) Station TP CC EP CC TP CC EP CC TP CC EP CC TP CC EP CC La Guasca 26.4 A 19.0 D 19.8 Sa 14.2 A 19.1 Sa 13.7 Sa 0.4 Sa 0.3 Sa Viento Libre 41.2 Sa 29.9 A 29.0 Sa 21.0 Sa 27.8 Seh 20.1 M 0.6 Dsh 0.4 Sa Granja U Nariño 43.9 Sa 31.5 A 33.1 Sh 23.7 Sa 31.7 H 22.7 M 0.7 Sh 0.5 Sa El Estrecho 44.2 Sa 31.9 A 33.0 Sh 23.8 Sa 31.6 H 22.8 M 0.7 Sh 0.5 Sa Caney -Mojarra 52.2 Sa 37.8 A 39.1 Sh 28.3 Sa 37.7 VH 27.3 Seh 0.8 Sh 0.6 Dsh Pisanda 53.5 Sa 38.6 A 40.1 Sh 28.9 Sa 38.6 VH 27.9 Seh 0.8 Sh 0.6 Dsh Aepto A Nariño 58.5 Sa 42.1 Sa 40.5 Sh 29.1 Sa 38.4 VH 27.7 Seh 0.8 Sh 0.6 Dsh Mamaconde 56.2 Sa 40.3 Sa 41.9 Sh 30.0 Sa 40.2 VH 28.8 H 0.9 Sh 0.6 Dsh Vivero Linares 58.5 Sa 42.5 Sa 41.2 Sh 29.9 Sa 39.4 VH 28.6 H 0.8 Sh 0.6 Dsh El Peñol 61.9 Sh 44.8 Sa 42.7 Sh 30.9 Sa 40.7 VH 29.5 H 0.8 Sh 0.6 Dsh Buesaco 71.0 Sh 51.1 Sa 46.8 Sh 33.7 Sh 44.6 VH 32.0 H 0.9 Sh 0.6 Dsh Mercaderes 65.0 Sh 47.4 Sa 47.3 Sh 34.5 Sh 45.2 VH 33.0 H 1.0 Sh 0.7 Sh Tanama 65.3 Sh 47.6 Sa 46.0 Sh 33.5 Sh 44.0 VH 32.0 H 0.9 Sh 0.7 Sh El Rosario 2 70.6 Sh 51.4 Sa 48.7 Sh 35.5 Sh 46.4 VH 33.8 H 0.9 Sh 0.7 Sh La Vega 79.3 Sh 57.1 Sa 51.9 Sh 37.4 Sh 49.3 VH 35.5 VH 0.9 Sh 0.7 Sh Chachagui 80.5 Sh 58.2 Sa 54.9 Sh 39.7 Sh 52.3 VH 37.8 VH 1.0 Sh 0.8 Sh La Cruz 81.5 Sh 58.1 Sa 53.8 Sh 38.3 Sh 51.2 VH 36.4 VH 1.0 Sh 0.7 Sh Policarpa 76.1 Sh 55.2 Sa 56.8 Sh 41.2 Sh 54.4 VH 39.5 VH 1.2 H 0.9 Sh Taminango 80.7 Sh 58.5 Sa 55.6 Sh 40.3 Sh 53.1 VH 38.4 VH 1.1 H 0.8 Sh Bolivar 80.8 Sh 58.0 Sa 58.1 Sh 41.6 Sh 55.2 EH 39.6 VH 1.2 H 0.8 Sh La Fonda Citec 76.7 Sh 55.6 Sa 58.1 Sh 42.0 Sh 55.7 EH 40.4 VH 1.2 H 0.9 Sh Los Milagros 88.7 Sh 63.5 Sh 57.6 Sh 41.2 Sh 54.5 VH 39.0 VH 1.0 Sh 0.7 Sh El Rodeo 87.0 Sh 62.1 Sh 61.4 Sh 43.8 Sh 58.6 EH 41.8 VH 1.2 H 0.9 Sh Hidromayo Camp 87.1 Sh 62.0 Sh 59.5 Sh 42.3 Sh 56.5 EH 40.2 VH 1.1 H 0.8 Sh Hidromayo Presa 85.3 Sh 60.7 Sh 58.2 Sh 41.4 Sh 55.4 EH 39.4 VH 1.1 H 0.8 Sh Aponte 90.6 Sh 64.5 Sh 61.6 Sh 43.8 Sh 58.8 EH 41.8 VH 1.2 H 0.8 Sh Guachicono 86.7 Sh 62.0 Sh 63.3 H 45.3 Sh 60.7 EH 43.4 VH 1.3 H 0.9 Sh Parraga 92.9 Sh 66.7 Sh 66.1 H 47.4 Sh 63.1 EH 45.3 VH 1.3 H 0.9 Sh Taminango 2 97.9 Sh 71.0 Sh 65.6 H 47.5 Sh 62.3 EH 45.2 VH 1.2 H 0.9 Sh Samaniego 98.1 Sh 71.1 Sh 67.7 H 49.0 Sh 64.5 EH 46.7 VH 1.3 H 0.9 Sh Berruecos 98.6 Sh 70.6 Sh 65.0 H 46.6 Sh 61.9 EH 44.3 VH 1.2 H 0.9 Sh Rosal d’ Monte 114.1 H 81.6 Sh 69.4 H 49.7 Sh 66.1 EH 47.3 VH 1.2 H 0.8 Sh La Union 110.4 H 79.4 Sh 76.2 H 54.7 Sh 72.5 EH 52.2 VH 1.5 H 1.1 H Balboa 113.6 H 82.0 Sh 77.2 H 55.8 Sh 73.7 EH 53.2 VH 1.5 H 1.1 H Sajandi 111.6 H 80.2 Sh 83.0 H 59.7 Sh 79.8 EH 57.4 EH 1.7 H 1.3 H Quilcase 113.4 H 82.4 Sh 82.8 H 60.1 Sh 79.3 EH 57.7 EH 1.7 H 1.2 H Rosas 123.0 H 87.7 Sh 85.0 H 60.6 Sh 80.8 EH 57.6 EH 1.6 H 1.2 H San Bernardo 123.5 H 88.7 Sh 81.5 H 58.5 Sh 77.5 EH 55.7 EH 1.5 H 1.1 H La Mesa 124.8 H 89.2 Sh 93.1 H 66.5 H 89.3 EH 63.8 EH 1.9 H 1.4 H La Sierra 140.1 H 99.8 Sh 95.7 H 68.2 H 91.0 EH 64.8 EH 1.8 H 1.3 H Nariño 150.6 H 107.6 H 91.6 H 65.5 H 87.2 EH 62.3 EH 1.5 H 1.1 H

PATIA

R2 = 0.4056

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00NDVI

I M

PATIA

R2 = 0.3642

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00NDVI

UN

EP I

Índice ClimáticoR2

Precipitación media anual

R2 Precipitación

efectiva

Lang (LF) 0,4701 0,4726

Thornthwaite (TI) 0,4673 0,4693

De Martonne (MI) 0,4664 0,4685

UNEP (UI) 0,4416 0,4429

Correlación NDVI - índices climáticos

Usando Lang más estaciones son clasificadas como zonas secas (Desierto, árido y semiárido) mientras que usando UNEP se indica menor área en zonas secas (Semiárido y seco subhúmedo).

Usando la precipitación efectiva se presenta mayor área o número de estaciones como áreas secas.

La correlación entre NDVI y los índices es baja y no es significativamente diferente entre índices.

Conclusiones

Conclusiones

Consideraciones…

La baja correlación entre NDVI y los índices climáticos puede estar sub/sobre – estimada.

- La resolución de las imágenes NDVI puede ser aún alta

- Efectos de borde como bosques riparios o de galería, cercas o barreras vivas, etc.. pueden disminuir el verdadero valor de NDVI.

- Parte de la precipitación que llega se pierde por escorrentía (zonas secas subestimadas)

- Necesidad de conocer precipitación efectiva y escorrentía

Continuidad …

Selección de estaciones meteorológicas con cobertura vegetal natural

A relationship will be more accurate to the natural vegetation.

Análisis de la relación entre índices y NDVI a través del año para definir periódos críticos

Necesidad de estimar precipitación efectiva

Estimación erosividadDeterminación de periódos críticosAgresividad de lluvias

Degradación de tierras = degradación del hombre

OBRIGADOGRACIAS

DANK U WEL