Calculo Tasa de Deforestacion

Calculo de la tasa de deforestacin anual en el periodo 2001-2011 en la provincia de Tambopata

con imgenes de NDVI (MOD13) de MODIS, mediante relacin de ajuste de recta

Rodolfo D. Moreno Santilln 1

1 Comisin Nacional de Investigacin y Desarrollo Aeroespacial - CONIDA Luis Felipe Villaran 1069 San Isidro Lima Peru [email protected], [email protected]

Abstract. Socio-economic development and the process of deforestation in the Amazon area of Peru, is characterized by marked periods, the causes were mainly oriented towards the exploitation of natural resources. Currently, human activities such as farming, mining, among others, are springing up each year the loss of large areas of forest.

This work aims to calculate the area deforested by low spatial resolution images, to demonstrate that it is possible to calculate a rate of deforestation in these images, it has developed an algorithm based on the linear correlation be adjusted by a straight equation to relate NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) sensor product of MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) with pixel size of 300m, with a percentage of deforested area in each pixel, taking good result very approximate, if we consider that it is an image low spatial resolution, the efficiency of this algorithm is proved in the Tambopata National reserve located in the department of Madre de Dios which is a department bordering Brazil, where registration for the period 2007 to 2011 a high growth of deforestation being primarily responsible for illegal mining, which leads to consequences of environmental, social and economic.

Palabras-chave: Deforestacion, MODIS, Madre de Dios, Correlacion Lineal, Tasa de deforestacion.

1. Introduccin

La deforestacin se ha convertido en estos ltimos aos en una preocupacin a nivel mundial por la prdida de cobertura vegetal que constituye uno de los ecosistemas ms grandes, que regula el clima a escala regional, siendo este el que mitiga el efecto invernadero producidos por los gases contaminantes en la atmosfera, que tiene consecuencias econmicas y sociales negativas

En la selva peruana uno de los principales problemas que daa este ecosistema es la minera ilegal, en este trabajo nos enfocaremos en el caso particular de la zona de amortiguamiento de la reserva nacional de Tambopata, donde la deforestacin se ha intensificado en los ltimos cuatro aos, con una tasa de creciente rpido desde mediado del ao 2007. Esta provincia de tiene como mbito de influencia, los distritos por donde se concentra la mayor parte de minera aurfera. La Reserva Nacional Tambopata se encuentra ubicada al sur del Ro Madre de Dios en los distritos de Tambopata e Inambari. (Figura 1) Limita por el Norte con la provincia de Tambopata del departamento de Madre de Dios; por el Este con Bolivia; por el Sur con el Parque Nacional Bahuaja Sonene; y por el Oeste con la Comunidad Nativa de Kotsimba, la provincia de Tambopata se presenta como un territorio alimentado por grandes cursos de agua que sostienen una importantsima biodiversidad.

Anais XVI Simpsio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguau, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE

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El clculo de reas deforestadas se realiza comnmente con imgenes de mediana y alta resolucin espacial, el objetivo de este trabajo es calcular la tasa de deforestacin anual con imgenes MODIS de NDVI de baja resolucin espacial. El mtodo para el clculo del rea deforestada usando imgenes MODIS, se basa en el algoritmo SNOWMAP (Hall et al .1995, Klein et al., 1998), que se utiliza en el clculo de cobertura fraccional de nieve, para el caso de la deforestacin se realizara una correlacin lineal entre el valor digital de NDVI con tamao de pxel 300m y el rea deforestada que le correspondera con imgenes Landsat de resolucin espacial de 30m.

Figura 1: Ubicacin geogrfica de la provincia de Tambopata, ubicado en el departamento de Madre de Dios donde se muestra la zona deforestada en los aos 2007, 2009,2010 y 2011, las rea deforestada fueron calculados con imgenes Landsat 5TM.

2. Metodologia Se descargaron cuatro imgenes Landsat 5TM del servidor del instituto de investigacin del INPE de Brasil, de los aos 2007 del 23 de Agosto, del 2009 de 28 de Agosto, del 2010 de16 de septiembre y del 2011 del 3 de Septiembre, con path 003 y row 039, de resolucin espacial de 30m, de la zona de estudio que corresponde a la zona de Tambopata. Estas imgenes fueron corregidas geomtricamente usando como imagen ortorectificada de referencia la imagen Landsat 7ETM del 23 de Mayo del 2000 descargada del servidor de Global Land Cover Facility de la


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Universidad de Maryland, para la ubicacin de los puntos de control en las imgenes se us el algoritmo SSMN (Moreno, SELPER- Mxico 2010), Estas imgenes se reproyectaron a UTM zona 19 Sur, luego se procedi a la correccin radiomtrica de las cuatro imgenes Landsat, usando las constantes de calibracin de Landsat 5TM (Chander, et al 2009) y finalmente la correccin atmosfrica usando el mdulo FLAASH del software ENVI. Al finalizar esta etapa de pre procesamiento de las imgenes Landsat, luego de ubicar la zona afectada por la minera se extrajo la zona con una dimensin de 1200x1200 pxeles y se procedi al calculo del NDVI con las bandas 3 y 4, con el fin de calcular el rea deforestada mediante umbrales que variaron desde 0.65 a 0.70 obtenindose las reas deforestadas (Tabla 2), estas cuatro imgenes

Figura 2. Once imgenes compuestas con los valores mximos de NDVI del producto MOD 13 del sensor MODIS de la zona de Tambopata con resolucin espacial de 300m, desde 2001 al 2011. El pre procesamiento de las imgenes de NDVI del producto del sensor MODIS del satlite TERRA, consisti inicialmente en la descarga del producto MOD13 de NDVI de cada 16 das, del servidor de la NASA (National Aeronautics and Space Administration) de ubicacin 11h y v10, en coordenadas ISIN (Integerized SINusoidal), con resolucin espacial en grados de 0.0025x0.0025, desde el periodo 2001 al 2011, este lote de imgenes de ms de 240 imgenes se redujo a 11 imgenes anuales, donde cada imagen anual es la composicin de los pixeles con valores mximos de NDVI en dichos aos (Figura 2.) , de esta manera se obtendra imgenes anuales con pixel de valor de NDVI con menos contaminacin, luego se uni estas 11 bandas, y se reproyectaron de coordenadas ISIN a coordenadas UTM zona 19 sur con resolucin espacial de 300m, esta resolucin espacial fue con la finalidad que el tamao de pixel sea 10 veces ms


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que la resolucin de la imagen Landsat de 30m, finalmente se extrajo la zona de Tambopata usando como referencia la imagen Landsat de 1200x1200 pixeles, obtenindose una imagen de NDVI del producto MODIS de 120x120 pxeles. Para establecer la relacin lineal entre el valor de NDVI del producto MODIS de baja resolucin espacial y el rea deforestada, se calcul un rea deforestada de referencia de 4041.72 he con la imagen del 2011 de NDVI de Landsat de 1200X1200.

Figura 3. Zona de Tambopata se muestra la deforestacin por minera en el ao 2011, A) Imagen Landsat de combinacin de bandas 5,4 y 3 con resolucin espacial de 30m, B) Mascara de la zona de deforestacin con valores 1 en las zonas deforestadas y cero en las zonas de bosque. C) Imagen de NDVI del producto MODIS compuestas con valores de pxeles mximos de NDVI del ao 2011. Luego se enmascaro la deforestacin de la imagen del 2011 de NDVI de Landsat de 1200x1200 usando un umbral mu , de esta manera se obtendra una imagen con valores de ceros y unos,

donde los valores de cero representara los pixeles de vegetacin y los de valor uno los pixeles deforestados. Entonces, agrupando un conjunto de pixeles en un cuadrado de 10x10 pixeles de la mscara de deforestacin, equivaldra a un pixel de la imagen del 2011 de NDVI del sensor MODIS, siendo este conjunto de pixeles en total 100, donde la suma de estos pixeles representara el valor porcentual de la deforestacin en cada pixel de NDVI de MODIS (Figura 3.).


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Figura 3. Relacin de 100 pxeles de NDVI y de la mscara de deforestacin de Landsat con un pxel de NDVI de producto del sensor MODIS. Esta relacin entre ambas imgenes Landsat (1200x1200)y MODIS (120X120), se ajusta a una funcin de recta Se realiz un ajuste de recta usando por mnimos cuadrados cada pixel de la imagen de NDVI del sensor MODIS, con su equivalente a 100 pixeles de la mscara de deforestacin, de esta manera se obtendra la relacin lineal entre el valor porcentual de la deforestacin en cada pixel de NDVI del sensor MODIS, tambin se calcul el valor promedio de la deforestacin du , que ser usado

como umbral de las imgenes NDVI del producto del sensor MODIS. El ajuste de recta en este procedimiento tendra la siguiente ecuacin (1):

BNDVIAArea MODIS += .% Para duNDVI < (1) Donde A y B , son las constates de la ecuacin de la recta. Luego de establecida la relacin entre el porcentaje de la deforestacin y el valor de NDVI del producto MODIS, se aplico esta ecuacin a la imagen NDVI de MODIS, obtenindose una imagen de valores porcentuales de deforestacin por pxel, este valor se multiplico 0.09 que es equivalente al tamao de pxel en hectreas, sumando todos los valores digitales de la imagen se obtendra el rea deforestada para dicha imagen. Este proceso se realizo con varios umbrales mu (Tabla 1), para el calculo de la mascara de

deforestacin, repitiendo este proceso hasta obtener una rea total aproximada al rea deforestada de referencia calculada inicialmente, este proceso se utilizo para obtener los valores mas ptimos para establecer las constantes A y B con el umbral du . Todos los clculos se realizaron

mediante programacin en IDL.


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Tabla1. Resultado de los clculos para determinar los valores de las constantes de la recta y el umbral siendo el mejor el numero 10, por tener un valor de 4056.20 he que es el mas prximo calculado con la imagen Landsat de 4041.72 he

N mu du Corre A B Error rea 1 0.650 0.7648 -0.4980 -116.0300 132.245 28.8084 2895.82 2 0.700 0.7720 -0.4856 -109.4100 130.572 28.5428 3003.36 3 0.750 0.7798 -0.4790 -104.2810 129.689 28.2164 3164.38 4 0.800 0.7897 -0.4669 -97.7367 128.393 27.8743 3355.29 5 0.820 0.8030 -0.4794 -97.8043 129.324 27.8663 3524.94 6 0.830 0.8166 -0.4834 -97.5892 129.722 28.2281 3745.33 7 0.835 0.8250 -0.4842 -97.2080 129.815 28.4365 3887.20 8 0.836 0.8268 -0.4840 -96.8142 129.677 28.4302 3936.89 9 0.837 0.8290 -0.4874 -97.6703 130.169 28.5333 3998.31 10 0.838 0.8308 -0.4901 -98.0612 130.412 28.5205 4056.20 11 0.839 0.8324 -0.4952 -99.0965 130.989 28.5205 4119.13 12 0.840 0.8344 -0.4947 -98.7961 130.896 28.5609 4172.39 13 0.842 0.8380 -0.5049 -101.0700 132.168 28.6475 4277.03 14 0.843 0.8401 -0.5131 -102.8380 133.141 28.6441 4353.90 15 0.845 0.8442 -0.5246 -105.6510 134.716 28.7254 4527.47 16 0.850 0.8542 -0.5596 -116.2060 140.483 29.0908 4905.16

Unas ves establecidas las constates A =-98.0612, B =130.412 y du =0.8308, se aplico esta

ecuacin de la recta (Figura 4), a la serie de 11 aos de las imgenes NDVI del sensor MODIS, obtenindose la tasa de deforestacin anual en el periodo 2001 al 2011, (Figura 5)

Figura 4. Grafico y ecuacin de la recta que relaciona el porcentaje del rea deforestada y el

valor del NDVI del producto del sensor MODIS.


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3. Resultados y Discusiones Los valores calculados del rea deforestada tienen una diferencia mxima del 18% en el ao 2007, este valores es aceptable si tomamos en cuenta que la imagen de NDVI de MODIS es de baja resolucin espacial estando dentro del rango por tener un error de 28.5 he, tambin se observa que el ao 2006, existe un aumento de la deforestacin y disminuye para el ao 2007, este valor podra deberse a la calidad de los datos NDVI de MODIS. El clculo del rea deforestada puede ser mejorado si tomamos otros parmetros como temperatura superficial del suelo o los ndices de vegetacin mejorada (EVI).

Tabla 2. rea deforestada calculada para las imgenes NDVI del producto del sensor MODIS y las calculadas

con imgenes Landsat.

Ao rea he (MODIS) rea he (Landsat) Dife % 2001 92.57

2002 92.29

2003 193.73

2004 153.27

2005 95.48

2006 316.75

2007 172.95 212.89 18.76

2008 869.44

2009 1947.07 1731.49 -12.45

2010 2686.07 2623.41 -2.39

2011 4056.19 4041.72 -0.36


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Figura 5. Tasa anual de deforestacin de la provincia de Tambopata en el periodo 2001-2011, calcula con imgenes MODIS

4. Conclusiones

El mtodo demuestra que es posible usar imgenes de baja resolucin espacial para calcular el rea deforestada, donde la exactitud depende mucho de la calidad de los datos de NDVI. Tambin se pudo comprobar que el crecimiento de la deforestacin en la provincia de Tambopata durante cuatro aos, para el periodo 2007 y 2011 tiene una tasa deforestacin de 970 he al ao un crecimiento muy rpido en corto tiempo.

5. Agradecimientos

Por su apoyo en la elaboracin de este trabajo al proporcionar informacin y la disponibilidad de tiempo al siguiente equipo de trabajo de CONIDA, como son a los ingenieros y Fsicos: Carmen Villon, Luis Ronchi, Cyntia Quispe y Miguel Miranda.

6. Referencias Bibliografas

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