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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2015.tde-27042015-105259
Documento
Autor
Nome completo
Cibele Hummel do Amaral
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Almeida, Teodoro Isnard Ribeiro de (Presidente)
Ferreira Júnior, Laerte Guimarães
Carneiro, Cleyton de Carvalho
Galvao, Lenio Soares
Santos, João Roberto dos
Título em português
Sensoriamento remoto hiperespectral e definição de espécies indicadoras aplicados à geobotânica no bioma cerrado
Palavras-chave em português
Análise de mistura espectral
Análise multivariada
Bioma Cerrado
Formações sedimentares
Geobotânica
Sensoriamento remoto
Resumo em português
A Geobotânica por sensoriamento remoto é uma técnica de obtenção de informações geológicas indiretas em ambientes cobertos por vegetação e apresenta grandes perspectivas por sua capacidade de otimizar trabalhos de campo e gerar possíveis alvos a serem examinados. O objetivo deste estudo foi realizar a discriminação espectral, em escala de folha e de copa, de espécies arbóreas neotropicais associadas localmente a diferentes formações e fácies geológicas, bem como defini-las remotamente como indicadoras geológicas na Estação Ecológica de Mogi-Guaçu, São Paulo, Brasil. Dados obtidos em 70 unidades amostrais, como texturais de solos e sedimentos, químicos de solos, de nível do freático, altitudinais (modelo digital de terreno),fitossociológicos e fisiológicos/estruturais de vegetação (índices hiperespectrais de vegetação), foram minerados e analisados através da técnica de quantização vetorial Self-Organizing Maps (SOM). Inga veraWilld. subsp. affinis (DC.) T.D. Penn (INVE) e Calophyllum brasiliense Cambess. (CABR) mostraram-se associadas à planície de inundação, incluindo meandros abandonados (Depósitos Aluvionares), com amplo domínio das frações argila e silte nos sedimentos. Qualea grandifloraMart. (QUGR) e Tabebuia ochracea(Cham.) Standl. (TAOC) foram identificadas apenas nas colinas e platôs da Formação Aquidauana,com altas porcentagens das frações areia fina, média e grossa, e escasso silte. Cedrela fissilisVell. (CEFI) e Zeyheria tuberculosa(Vell.) Bur. (ZETU) demonstraram estar associadas a uma fácies aflorante da Formação Aquidauana, com distinta presença das frações de areia grossa e muito grossa, além da baixa porcentagem das frações silte e areiafina. As cinco primeiras espécies tiveram dados bioquímicos e espectrais (400-2.500 nm, FieldSpec 3 Hi-Res) coletados, em escala de folha, tanto no período chuvoso quanto noseco. Seus espectros foram classificados através da técnica Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis(MESMA). As espécies foram bem discriminadas em ambos os momentos sazonais, nessa escala de trabalho. Dentre os melhores resultados por intervalo espectral, as exatidões do produtor e do usuário não foram inferiores a 87,5%. Esse sucesso mostrou estar intimamente ligado à alta variabilidade bioquímica observada em suas folhas. As variações intra e interespecíficas em compostos bioquímicos puderam ser correlacionadas às suas variações espectrais. A discriminação espectral em escala de copa foi realizada com dois membros-finais (MF) via MESMA para CEFI, INVE e QUGR. Os pixels das imagenspré-processadas do sistema de sensores aeroportados ProSpecTIR-VS (530-2.532 nm, 1 m de resolução espacial) foram modelados por três MF: MF da classe de espécie-alvo, MF de outras classes de vegetação e sombra fotométrica. A falta de comissão espectrale a relativa baixa omissão espectral atingidas por QUGR na modelagem com dois MF, que incluiu outras classes de vegetação, refletiu em um mapeamento satisfatório de sua fração espectral. As tendências em distribuição dessa espécie indicaram claramente as colinas e platôs da Formação Aquidauana na área estudada.
Título em inglês
Hyperspectral remote sensing and definition of indicator species applied to Geobotany in the Cerrado biome.
Palavras-chave em inglês
Cerrado biome
Geobotany
Hiperspectral remote sensing
Multivariate analysis
Sedimentary formations
Spectral mixture analysis
Resumo em inglês
Geobotany via remote sensing is a technique for obtaining indirect geological information in vegetated areas and presents great perspectives by its capability for field work optimization and target generation to be evaluated afterwards. The aim of this research was to perform the spectral discrimination of Neotropical tree species (at leaf and crown levels) which are locally associated to geological facies and formations in the Mogi-Guaçu Ecological Station, in southeastern Brazil. Data from 70 sampling units, such as soils and sediments texture, soils chemistry, groundwater level, elevation (digital terrain model), plant sociology and vegetation physiology/structure (hyperspectral vegetation indices), were mined and analyzed through the vetorial quantization method called Self-Organizing Maps (SOM; Kohonen, 1982). Inga veraWilld. subsp. affinis(DC.) T.D. Penn (INVE) and Calophyllum brasiliense Cambess. (CABR) demonstrated to be associated to the floodplain, including paleochannels (Alluvial Deposits sequence), with clayey-silty sediments. Qualea grandifloraMart. (QUGR) and Tabebuia ochracea(Cham.) Standl. (TAOC) were sampled on hills and plateaus of the Aquidauna Formation, which stood out for higher fine, medium and coarse sand contents and lower silt content. Cedrela fissilisVell. (CEFI) and Zeyheria tuberculosa(Vell.) Bur. (ZETU) showed be associated to one outcrop facies of the Aquidauna Formation, with distinctive presence of coarse and very coarse sandas well as lower silt and very fine sand contents. Biochemical and spectral (400-2.500 nm, FieldSpec Hi-Res 3) data were collected from the leaves of the first five species, during both rainy and dry seasons. Their spectra were classified through Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis(MESMA). All target species were well discriminated at leaf scale. Considering the best classification results per spectral range, user's and producer's accuracies were always higher than 87,5%. These results seem to be linked to the great biochemical variability of their leaves. The intra and interspecific variability of biochemical compounds were correlated with spectral variability. The spectral discrimination at crown scale was performed with two endmembers (EM) via MESMA for CEFI, INVE e QUGR. The 1-m pixels of the preprocessed ProSpecTIR-VS images (530-2.532 nm) were modeled by three EM: EM of the target species, EM of other vegetation classes, and photometric shade. The QUGRclass achieved a relatively lower spectral omission and had no spectra erroneously assigned to its class in the two EM classification, which included other vegetation classes. This classification result was reproduced in the three EM image unmixing. The distribution tendency of that species clearly indicated the hills and plateaus of the Aquidauana Formation in the study area.
 
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Data de Liberação
2017-04-26
Data de Publicação
2015-04-27
 
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