Padrões e Processos em Dinâmica de Uso e Cobertura da Terra Bases conceituais e teóricas Conceitos de Uso e Cobertura da Terra CST-312.

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2 Padrões e Processos em Dinâmica de Uso e Cobertura da Terra Bases conceituais e teóricas Conceitos de Uso e Cobertura da Terra CST-312

3 Bases conceituais e teóricas Bases Conceituais e Teóricas 1. Conceitos básicos  Cobertura da Terra  Uso da terra.  Uso X Cobertura  Por que conceitos e dados de uso e cobertura se confundem? 2. Processos de mudança de uso e cobertura da terra 3. Causas das mudanças de uso e cobertura da terra em florestas tropicais  Fatores Imediatos (diretos)  Fatores Subjacentes

4 Bases conceituais e teóricas Bases Conceituais e Teóricas 4. A Fronteira agropecuária da Amazônia  A fronteira agropecuária dos anos 60 a 90  A fronteira agropecuária atual 5. Compartimentação do espaço para a análise de dinâmicas de uso e cobertura da terra

5 Bases conceituais e teóricas  Dados de uso e cobertura da terra devem servir para múltiplos usos, entretanto, dados são produzidos para uma aplicação específica;  Diversidade de sistemas de classificação, legendas e nomenclaturas;  Diferença no método de delimitação e discriminação das classes;  Classificação e legendas de mapas não comparáveis;  Problemas de padronização. Conceitos Básicos

6 Bases conceituais e teóricas  Cobertura da terra  Cobertura física da terra, estado biofísico da superfície da terra. Observada (SR, ou direta)  Água, gelo, formações rochosas, areia, solo exposto, área construída, vegetação natural ou plantada, etc.. Conceitos Básicos Floresta Área ConstruídaÁgua Vegetação plantada solo exposto

7 Bases conceituais e teóricas Conceitos Básicos  Métodos para coleta de dados de cobertura da terra:  Levantamento de campo  Análise de dados de sensoriamento remoto – é o material que pode ser observado e que interage diretamente com a radiação eletromagnética e produz níveis de energia refletida que determina tons ou níveis de cinza em um determinada área de uma fotografia aéra ou imagem de satélite.

8 Bases conceituais e teóricas Cobertura da terra  Mapas de cobertura da terra são essenciais para modelos ambientais (climáticos e hidrológicos) mas podem não ser úteis para fins de planejamento e políticas onde o uso da terra é mais relevante.

9 Bases conceituais e teóricas Estudos Numéricos e Observacionais da Dinâmica de Água e Carbono em Áreas de Florestas e Pastagem na Amazônia Central Objetivo: Entender como as mudanças do uso e cobertura da terra, em particular a conversão de floresta para pastagem, modificam o funcionamento hidrológico e do ciclo de carbono em diferentes escalas espaciais e temporais, indo desde a microescala (1-10 km 2 ) até macroescala (milhões de km 2 ) Tomasella et al, 2008

10 Bases conceituais e teóricas Microescala Comparação entre bacias com floresta e pastagem: a redução da escala como um caminho para entender o efeito do desmatamento nos processos hidrológicos. área ~1,2 km 2 ~ precipitação ~ topografia Tomasella et al, 2008

11 Bases conceituais e teóricas  Uso da terra  Maneira na qual elementos biofísicos da superfície da terra são utilizados e/ou o propósito para qual esses elementos são utilizados.  Uso pode determinar a cobertura da terra. (pode-se, então, inferir algumas coberturas a partir do uso)  Envolve o comportamento humano  Regras utilizadas por tomadores de decisão, instituições, condições iniciais, integração de níveis de agregação. Conceitos Básicos

12 Bases conceituais e teóricas Conceitos Básicos  Uso da terra Processo na qual a cobertura da terra é modificada ou convertida, inclui dois ou mais componentes (Lambin et al, 1999) :  As atividades e/ou inputs que são empregados (ou restringidos) em uma porção da superfície da terras com alguma consequência significativa para a cobertura da terra  Objetivos/intenções que motivam essas atividades, incluindo os bens e serviços esperados e as forças que fazem com que determinados usos ocorram de uma certa forma, em um certo tempo e lugar. FUNÇÃO!

13 Bases conceituais e teóricas EXEMPLO  Uso: (Exploração) florestal  Cobertura: Floresta Composição, altura, densidade Extração de madeira Latex AçaíCastanha

14 Bases conceituais e teóricas Modelo de uso da terra na Amazonia  Objetivo: Quantificar a heterogeneidade intra-regional das mudanças de cobertura da terra e a importancia relativa de fatores determinantes utilizando métodos de análise estatística espacial.  Explorar como fatores determinantes alternativos e restrições políticas e de mercado podem influenciar o processo de ocupação na Amazônia usando o framework de modelagem dinaâmica, CLUE. Aguiar et al., 2007

15 Bases conceituais e teóricas Combinando dados do INPE/PRODES e dados do censo IBGE Forest Non-forest Deforested areas until 1997 Clouds in 1997 Water Aguiar et al., 2007

16 Bases conceituais e teóricas Federative States 0%100% Deforestation pattern in 1997 (25 x 25 km 2 ) Aguiar et al., 2007

17 Bases conceituais e teóricas Espíndola, 2012

18 Bases conceituais e teóricas arch_25, central_25, occidental_25arch_25 arch_25, central_25, occidental_25 Aguiar et al., 2007

19 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Cobertura da terra pode ser determinada por observação direta (campo ou sensoriamento remoto) enquanto uso da terra requer outras informações (dados multitemporais e secundários, conhecimento de especialistas ou informações de campo).

20 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Dados de sensoriamento remoto são utilizados para mapear cobertura da terra, por exemplo, pela identificação de assinaturas multiespectrais características dos diferentes tipos de cobertura da terra. Área Construída Água Bandas 345 TM/Landsat Itaituba, PA 1997 Floresta Solo exposto

21 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Uso da terra, algumas vezes está relacionado com a cobertura da terra atual. A cobertura pode ser empregada para inferir o uso. Exemplo: Cultura agrícola: Vegetação plantada solo exposto Foto: Geoma, 2007 Sinop, MT, 2006

22 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Uso da terra é um conceito mais controverso do que cobertura da terra. Medidas tbém são mais complexas.  Relações entre uso e cobertura não pode ser inferida diretamente.  Cobertura pode ter mtos usos: Ex: cobertura de gramínea: parques urbanos, áreas redidenciais, pasto, campos de esporte, etc.  Uso da terra pode ter várias coberturas: Ex: uso agrícola: área preparada, colhida, plantada, etc.

23 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Cobertura da terra é estática. Fenômeno único em um certo local e tempo.  Uso da terra – diversos usos podem ocorrer simultaneamente ou de forma alternada.  Relação cobertura/uso não é 1:1. Ex: Uso agrícola Solo exposto (Terra preparada) Cobertura vegetal (Área plantada) Sinop, MT, 2006

24 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Cobertura Florestal Uso: Conservação, Extrativismo. Reserva extrativista Foto: Nani Goes

25 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso Uso da terra: Uma série de atividades realizadas pelo homem (na superfície da terra) que tem como objetivo obter algum produto ou benefício (de Bie et al. 1996). É uma interpretação sócio-econômica das atividades que ocorrem e são observadas na superfície da terra (Fisher, Comber and Wadsworth, 2005). Define uma atividade no superfície que pode ser única, simultânea ou alternada.

26 Bases conceituais e teóricas Por que conceitos e dados de uso e cobertura se confundem?  Antes de 1960 – Haviam poucos registros com mapas de cobertura da terra;  Imagens digitais – uso de classificadores automáticos (estatísticos) que passaram a influenciar os mapeamentos e legendas.  Classificação deve ser orientada às questões/objetivos e não as características e propriedades do dado.

27 Bases conceituais e teóricas Por que conceitos e dados de uso e cobertura se confundem?  Legado de Anderson et al. (1976): 1. A necessidade de informações consistentes que possam ser comparadas no tempo, espaço e em diferentes níveis de agregação. 2. Buscou satisfazer as agencias responsáveis pelo mapeamento LUCC e chegar a um consenso. Entretanto, mapas não são gerados para múltiplos usos. 3. Natureza das classificação utilizando imagens sensoriamento remoto. (Classificação identifica e discrimina estatisticamente áreas com assinaturas espectrais similares)  Baixo custo  Frequente e extensiva cobertura  Disponibilidade de imagens  Produção e publicação rápida de mapas  Portais web e infra-estrutura de dados espaciais

28 Bases conceituais e teóricas Por que separar uso e cobertura da terra?  Reduzir ambiguidade e confusão;  Criar consistência;  Criar memória a partir de metadados  Facilitar integração e interoperabilidade entre dados  Maximizar a interação produtor/usuário e aumentar as oportunidades para melhorar sistema de classificação e reduzir inconsistências.

29 Bases conceituais e teóricas The separation of land cover from land Use using some elements A.J. Comber Journal of Land Use Science Vol. 3, No. 4, December 2008, 215–229 Land Cover Propriedades Físicas Land Use Grau de atividade humana Score 0-9 USGS NLCD classification

30 Bases conceituais e teóricas A.J. Comber Journal of Land Use Science Vol. 3, No. 4, December 2008, 215–229 Obj: Testar a separabilidade de classes

31 Bases conceituais e teóricas Cobertura X Uso  Classificações misturam uso e cobertura Uso Processo/conversão Cobertura Uso Cobertura Uso Processo/conversão Cobertura Uso Cobertura Processo/conversão Cobertura Uso Cobertura Processo/cobertura Uso Almeida et al, 2010 INPE (CRA) Cobertura Diferentes tipos de Cobertura

32 Bases conceituais e teóricas Processos de mudança da cobertura da terra  Conversão - Substituição completa de uma cobertura ou uso em outra cobertura.

33 Bases conceituais e teóricas Processos de mudança da cobertura da terra  Modificação - Mudanças sutis que afetam as caracteristicas da cobertura/uso sem que sua classe e características principais sejam modificadas. Ex. degradação florestal. Fonte: Lambin (1999)

34 Bases conceituais e teóricas Processos de mudança do uso da terra  Troca, substituição - Mudança de um uso para outro. Ex. Conservação para Ecoturismo Fonte: Meyer e Turner (1994)  Intensificação - Intensificação do Uso. Ex: agricultura familiar para agricultura mecanizada

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36 Perda da Cobertura Florestal em regiões tropicais  Utilizaram 152 estudos de caso de perda de floresta em regiões tropicais: 1980 a 1996.  África  Ásia  América Latina  Trabalhos anteriores enfatizavam crescimento populacional e agricultura itinerante como principais causas pelo desmatamento.  Procuravam um padrão para a perda florestal. Qual causa a mais comum? Geist e Lambin (2001)

37 Bases conceituais e teóricas Relações entre Atividades Humanas e Mudanças no Uso e Cobertura da terra Geist e Lambin (2001) Fatores subjacentes Fatores Imediatos: Atividades Humanas Escala : Local Social, político, econômico, tecnológico, e cultural

38 Bases conceituais e teóricas Causas Imediatas – Proximate Causes  Fatores ligados ao uso da terra e que causam um impacto direto na cobertura original. Operam em escala Local  Expansão da pecuária e de áreas agrícolas  Extração de madeira  Expansão da Infra-estrutura

39 Bases conceituais e teóricas Lista de Variáveis Geist e Lambin (2001)

40 Bases conceituais e teóricas Causas subjacentes (underlying causes)  São forças fundamentais que estão por trás e alimentam as causas mais imediatas do desmatamento. Operam em escalas: local, nacional e global. São variáveis:  Sociais  Políticas  Demográficas  Econômicas  Tecnológicas

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43 Causas dos desmatamento Geist e Lambin (2001)

44 Bases conceituais e teóricas Underlying Factors driving proximate causes Causative interlinkages at proximate/underlying levels Internal drivers *If less than 5%of cases, not depicted here. source:Geist &Lambin, 2001  5% 10% 50% % of the cases What Drives Tropical Deforestation?

45 Bases conceituais e teóricas Lambin, E.; Geist H. Lepers, E., 2003 – Dynamics of land-use and Land-cover Change in Tropical Regions. Annu. Rev. Environ. Resour. 2003. 28:205–41

46 Bases conceituais e teóricas Lambin, E.; Geist H. Lepers, E., 2003 – Dynamics of land-use and Land-cover Change in Tropical Regions. Annu. Rev. Environ. Resour. 2003. 28:205–41

47 Bases conceituais e teóricas Causas Imediatas e subjacentes  O desmatamento de florestas tropicais é melhor explicado por múltiplos fatores e atores agindo sinergicamente, do que por 1 ou poucos fatores.  O declínio da floresta tropical é determinado por combinações de várias causas imediatas e subjacentes em diferentes contextos geográficos e históricos.

48 Bases conceituais e teóricas The Future of Brazilian Amazonia?  Scenarios for Amazônia in 2020 (Laurance et al., 2002 “Science”)  Optimistic scenario  28% of deforestation  Pessimistic scenario  42% of deforestation Laurence et al, 2001

49 Bases conceituais e teóricas Laurance et al., 2001 – Pessimist scenario (2020): Savannas, non-forested areas, deforested or heavely degrated Moderately degrated Lightly degrated Pristine Fonte: INPE PRODES Digital, 2004. Deforestation 2002/2003 Deforestation until 2002 Laurence et al, 2001

50 Espíndola 2012 Laurance et al., 2001 – Pessimist scenario (2020): Laurance et al., 2001 – Optimistic scenario (2020):

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52 The Future of Brazilian Amazonia(Laurance)  Optimistic scenario  Complete degradation up to 20 km from roads (existing and projected)  Moderate degradation up to 50 km from roads  Reduced degradation up to 100 km from roads  Pessimistic scenario  Complete degradation up to 50 km from roads (existing and projected)  Moderate degradation up to 100 km from roads  What’s wrong with this approach? Laurence et al, 2001

53 Bases conceituais e teóricas Scenarios and Models  Cenários requerem modelos!  Descrevem quantitativamente um fenômeno e prediz sua evolução no espaço e tempo  Um modelo deve responder:  Por que ocorrem mudanças?  Quais mudanças ocorrem?  Quando as mudanças irão ocorrer?  Onde as mudanças irão ocorrer?

54 ILUC- Mudança Indireta do Uso da Terra  Efeito da substituição de um tipo de uso da terra por outro desencadeando sua expansão em outro local;  Ex: soja (Arima et al, 2011) Bases conceituais e teóricas Arima, E. Y; Richards P., Walker R.; Caldas, M. M Environmental Research Letters, 6 (2011) 024010 (7pp)

55 ILUC- Mudança Indireta do Uso da Terra Bases conceituais e teóricas Arima, E. Y; Richards P., Walker R.; Caldas, M. M Environmental Research Letters, 6 (2011) 024010 (7pp)

56 Bases conceituais e teóricas Arima, E. Y; Richards P., Walker R.; Caldas, M. M Environmental Research Letters, 6 (2011) 024010 (7pp)

57 Mapas históricos de Uso da Terra  Ramankutty and Foley (1999) fizeram o primeiro conjunto de dados históricos Global. Para o período de 1700 a 1992. Resolução de 1X1km 2 (com dados de censo - 70 anos)  Pongratz et al 2008 – reconstruíram o histórico global das áreas agrícolas (e pasto) desde 800 DC com mapas. Bases conceituais e teóricas Pongratz et al, 2008

58 Land use maps: 800 - 1992  Mapa indicando a atual extensão de terras agrícolas é derivado da combinação de dados de satélite com dados estatísticos.  Utilizaram a extensão máxima (desmatada) como limites máximos para a agricultura e pasto em 1992 – totais nacionais de culturas e pasto foram alocados para cada unidade política, utilizando a população como proxy para sua localização (antes de 1700):  Células de 0,5 º X 0,5 º com maior densidade populacional atribuídas com agricultura prioritariamente  Quando toda a área a agrícola foi alocada, inicia a alocação do pasto da mesma forma. Bases conceituais e teóricas Pongratz et al, 2008

59 Bases conceituais e teóricas  Número de habitantes é utilizado para estimar área de cultura e pasto, supondo que:  Tecnologia teve um papel menor na extração de recurso antes do século IXX.  Transporte era um fator limitante no período pré-industrial impedindo escoamento agrícola para grandes distâncias.  A razão área usada para agricultura e pasto per capita, nao mudou até 1700. Suposições Pongratz et al, 2008 Culturas agrícolas Pasto

60 Bases conceituais e teóricas Pongratz et al, 2008

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65 Reconstrução do Histórico do Uso da Terra da Amazônia: 1940-1995  Primeira reconstrução histórica de mudanças de uso da terra nas áreas agrícolas e pastagem para o período de 1940 a 1995: Resolução espacial de 5´ X 5´ (9 X 9 km 2 ).  Dados de sensoriamento remoto  Classificação de uso da terra de 1996 (Ramankutty, Evan, Monfreda, and Foley 2008), fornecendo posição geográfica e identificação de tipos de uso da terra para os municípios da Amazônia (MODIS – 16 classes – 1 km).  Censo agropecuário municipal  Tipos de uso: Cultura (permanente e temporria) e pasto (natural e plantado). Bases conceituais e teóricas

66 Leite, C., Costa, M. H., Lima, C. A. A. S., Ribeiro, G. C. S. Historical reconstruction of land use in the Brazilian Amazon (1940-1995) (2011). Journal od Land Use Science, 6 (1), 32-52.

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68 Metodologia 1. Construção da malha digital : fração de área cultivada ou pasto natural e plantado/área de município 2. Estimativa da mudança na proporção de cada tipo de uso da terra entre os anos do censo e 1995. 3. Combinação dos mapas com classificação do uso da terra dado por Ramankutty et al. (2008). Pasto: natural e plantado 4. Os mapas de 1995 de of Ramankutty et al. (2008) foram utilizados para ajustar proporções de uso da terra de cada ano e criar mapas históricos em um grid de 5´X5´ de resolução e representa uma escala intermediária entre o dado AVHRR e tamanho das unidades políticas, compatível com modelos de macro-escala. Bases conceituais e teóricas

69 Validação ou avaliação???  Tropical Rain Forest Information Center (TRFIC) para 1985 and 1992 for Rondonia and Pará.  Ramankutty and Foley (1998) mapa de 1992 para Amazônia;  Histórico de 195 conjuntos de dados agrícolas developed por Ramankutty and Foley (1999) para 1950, 1970, e 1990 para Amazônia.  Conjuto de dados de uso agrícola produzido por Cardille and Foley (2003) for 1980 para Amazônia. Bases conceituais e teóricas

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73 “However, the south and southeast regions, where land use was classified as Cerrado in the TRFIC (Tropical Rain Forest Information Center) map, did not correspond well for either intensity or spatial distribution”. “As most of the land in this region is used by natural pasture, which is essentially a wood-harvested cerrado, the discrepancies in these two data sets may reflect their purpose: land cover (TRFIC) versus land use (AMZ-R).”

74 Bases conceituais e teóricas A Ocupação humana na Amazônia  Até os anos 50  Ambientes não perturbados  Atividades extrativistas (latex, castanha, madeira)  Ocupação predominantemente ao longo de Rios  Dois importantes Centros Urbanos: Manaus and Belém Foto: Tatiana Kuplish, 2005 Foto: Nani GoesFoto: Adriana Affonso, 2005INPE

75 Bases conceituais e teóricas Dos anos 50 aos 80: Estratégia de ocupação da Amazonia  Geopolitical strategies to occupy Amazonian territory based on:  Implantação de redes de infraestrutura para integração do territorio (“Integrar para não integrar” ): Rede de telecomunicações, hidroelétricas, urbana e de estradas (Cuiabá-Santarém (Br-163), Transamazônica (Br 230), Belém-Brasília, Cuiabá-Pvelho (Br-364);  Implantação de Projetos de colonização públicos (INCRA) e privados;  Indução da migração de outras regiões (sul, nordeste);  Incentivos fiscais (BASA and SUDAM);  Estabelecimento de eixos e polos de desenvolvimento. Costa, 1998; Becker, 1997; Machado, 1998, Kitamura, 1994INPE

76 Bases conceituais e teóricas Os anos 90: Novos Cenários  New axes of integration and development (Avança Brasil - http://www.abrasil.gov.br)  Soybean expansion, primarily in savanna;  Urban population growth (IBGE, 2000);  Sustainable development projects (PPG7);  Policy of forest conservation and monitoring  Territorial planning Foto: Escada, 2004Foto: Escada, 2005INPE

77 Bases conceituais e teóricas Prodes 2003/2004 (INPE, 2005)Estudos Avançados nº 53 (Théry, H.; 2005) BR-319 BR-174 Cuiabá- Santarém BR-163 Cuiabá-Porto Velho BR-364 Transamazônica BR-230 Belém/Brasília Current roads Planned roadsINPE “Current and future development axes”

78 Bases conceituais e teóricas Amazonia Deforestation Monitoring  Prodes 2000 (INPE) http://www.dpi.inpe.br/prodesdigital Deforestation Forest Non-forest Deforestation Map – 2000 (INPE/PRODES Project)INPE

79 Bases conceituais e teóricas Machado, L. (1998) Estratégias de Ocupação Da Amazônia

80 Bases conceituais e teóricas Padrões de Desmatamento 91-96 Alves, 1999

81 Bases conceituais e teóricas 0% ->100%deforested Brazilian Legal Amazon Federative States Roads Deforestation pattern in 1997 INPE/PRODES 1997 The 90’s deforestation spatial pattern: near roads, pioneer colonization and development Poles (Alves, 2001; Machado, 1998) Almeida, C.; 2005 Escada, 2001 Escada, 2005 Almeida, 2005 Amaral, 2004 Brenner, 2005 Escada, (2005)

82 Bases conceituais e teóricas 0% ->100%deforested Brazilian Legal Amazon Federative States Roads Deforestation pattern in 1997 INPE/PRODES 1997 The 90’s deforestationspatial pattern: near roads, pioneer colonization and some Poles (Alves, 2001; Machado, 1998)