Contextualização

Aumento das taxas de mudança do uso e cobertura da terra (UCT)

Sustentação e compreensão dos processos de mudanças/transição de UCT

• Passados e em andamento
• Desenvolvimento de modelos

Processamento e análise de series espaço temporais de UCT

• Disponibilidade crescente de dados UCT provenientes de sensoriamento remoto
• Trabalho manual extenso para análise de conjuntos de grande volume

Métodos para quantificação de mudanças de UCT

• Formas de análise e visualização espaciais e não espaciais
• Análise de Intensidade

Ferramentas livres e de código aberto na análise e modelagem de mudanças de UCT

Análise de Intensidade

Ela consiste em cálculos sobre as matrizes de transições e permite medir e avaliar a intensidade das mudanças ocorridas na área de estudo em três níveis: (i) intervalo de tempo, (ii) categoria ou classe e (iii) transição. Ela compara a intensidade da mudança entre as categorias durante dois ou mais intervalos de tempo, comparando a mesma com uma intensidade uniforme da mudança hipotética (ALDWAIK; PONTIUS, 2012).

Análise de Intensidade

Nível de intervalo: Em quais intervalos de tempo a taxa de variação anual global é relativamente lenta versus rápida?

• Intensidade de variação anual para um dado intervalo de tempo: \begin{equation} S_t = \frac{área\ mudada\ no\ interválo\ \left[Y_{t}, Y_{t+1}\right]}{duração\ do\ interválo \left[Y_{t}, Y_{t+1}\right] * (área\ de\ estudo)} \times 100\% \\ = \frac{\sum_{j=1}^{J} \left[( \sum_{i=1}^{J} C_{tij}) - C_{tjj} \right]}{(Y_{t+1} - Y_{t})\left(\sum_{j=1}^{J} \sum_{i=1}^{J} C_{tij}\right)} \times 100\% \end{equation}

• Intensidade uniforme: \begin{equation} U = \frac{área\ mudada\ em\ todos\ os\ intervalos\ \left[Y_{t}, Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ todos\ os\ interválos \left[Y_{t}, Y_{t+1}\right]) * (área\ de\ estudo)} \times 100\% \\ = \frac{\sum_{t=1}^{T-1} \left\{(Y_{t+1} - Y_t) \sum_{j=1}^{J} \left[\left(\sum_{i=1}^{J} C_{tij}\right) - C_{tjj} \right]\right\}}{(Y_{T} - Y_{1}) \sum_{t=1}^{T-1} \left[(Y_{t+1} - Y_t) \left(\sum_{j=1}^{J} \sum_{i=1}^{J} C_{tij}\right) \right]} \times 100\% \end{equation}

Análise de Intensidade

Nível de categoria: Dada a resposta à pergunta 1, quais categorias são relativamente dormentes versus ativas em um dado intervalo de tempo, e esse padrão é estável em todos os intervalos de tempo?

• Intensidade anual do ganho bruto de uma categoria j em um determinado intervalo de tempo: \begin{equation} G_{tj} = \frac{ganho\ bruto\ da\ classe\ j\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ da\ categoria\ j\ no\ tempo\ Y_{t+1})}\times 100\% \\ = \frac{\left[\left( \sum_{i=1}^{J} C_{tij} \right) - C_{tjj} \right] / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{i=1}^{J} C_{tij}} \times 100\% \end{equation}

• Intensidade anual da perda bruta de uma categoria i em um dado intervalo de tempo: \begin{equation} L_{ti} = \frac{perda\ bruta\ da\ classe\ i\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ da\ categoria\ i\ no\ tempo\ Y_{t}} \times 100\% \\ = \frac{\left[\left( \sum_{j=1}^{J} C_{tij} \right) - C_{tii} \right] / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{j=1}^{J} C_{tij}} \times 100\% \end{equation}

Análise de Intensidade

Nível de transição: Dadas as respostas às perguntas 1 e 2, quais transições são intensamente evitadas versus direcionadas por uma determinada categoria em um determinado intervalo de tempo, e esse padrão é estável ao longo de intervalos de tempo?

• Intensidade anual de transição de uma categoria i para uma categoria n em um dado intervalo de tempo: \begin{equation} R_{tin} = \frac{área\ de\ transição\ da\ classe\ i\ para\ n\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ da\ classe\ i\ no\ tempo\ Y_{t})} \times 100\% \\ = \frac{C_{tin} / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{j=1}^{J} C_{tij}} \times 100\% \end{equation}

• Intensidade uniforme de transição de todas as categorias não- n para uma categoria n em um dado intervalo de tempo: \begin{equation} W_{tn} = \frac{ganho\ bruto\ da\ classe\ n\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ que\ não\ é\ da\ classe\ n\ no\ tempo\ Y_{t})} \times 100\% \\ =\frac{\left[\left( \sum_{i=1}^{J} C_{tin} \right) - C_{tnn} \right] / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{j=1}^{J} \left[\left( \sum_{i=1}^{J} C_{tij} \right) - C_{tnj} \right]} \times 100\% \end{equation}

Análise de Intensidade

Nível de transição: Dadas as respostas às perguntas 1 e 2, quais transições são intensamente evitadas versus direcionadas por uma determinada categoria em um determinado intervalo de tempo, e esse padrão é estável ao longo de intervalos de tempo?

• Intensidade anual de transição de uma categoria m para uma categoria j em um dado intervalo de tempo: \begin{equation} Q_{tmj} = \frac{área\ de\ transição\ da\ classe\ m\ para\ j\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ da\ classe\ j\ no\ tempo\ Y_{t+1})} \times 100\% \\ = \frac{C_{tmj} / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{i=1}^{J} C_{tij}} \times 100\% \end{equation}
• Intensidade uniforme de transição de todas as categorias não- m para uma categoria m em um determinado intervalo de tempo: \begin{equation} V_{tm}= \frac{perda\ bruta\ da\ classe\ m\ durante\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right]}{(duração\ de\ \left[Y_{t},\ Y_{t+1}\right] ) * (área\ que\ não\ é\ da\ classe\ m\ no\ tempo\ Y_{t+1})} \times 100\% \\ = \frac{\left[\left( \sum_{j=1}^{J} C_{tmj} \right) - C_{tmm} \right] / (Y_{t+1} - Y_t)}{\sum_{i=1}^{J} \left[\left( \sum_{j=1}^{J} C_{tij} \right) - C_{tim} \right]} \times 100\% \end{equation}

Exemplo de uma série de UCT

Visão geral e conceitual do OpenLand

OpenLand (página online)

Tabela de contingencia

Essa é a estrutura padrão adotada para as tabelas de contingencias dentro do OpenLand

Estudo de caso

Tabela de contingencia (OpenLand)

Mudanças ao longo do tempo da análise

Análise de Intensidade

Diagramas de transição

Mapas das mudanças

Performance

20 conjuntos | 10 camadas de rasters | 500 iterações por conjuntos | 10.000 permutações testadas | O tempo de processamento na função contingencyTable() possui relação positiva linear com as duas variáveis alteradas.

Referências

ALDWAIK, S. Z.; PONTIUS, R. G. Intensity analysis to unify measurements of size and stationarity of land changes by interval, category, and transition. Landscape and Urban Planning, v. 106, n. 1, p. 103–114, 2012. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2012.02.010.

EMBRAPA PANTANAL; INSTITUTO SOS PANTANAL; WWF-BRASIL. Mapeamento da Bacia do Alto Paraguai. Disponível em: https://www.embrapa.br/pantanal/bacia-do-alto-paraguai. Acesso em: 22 ago. 2020.

EMBRAPA PANTANAL; INSTITUTO SOS PANTANAL; WWF-BRASIL. 2015. Monitoramento das alterações da cobertura vegetal e uso do Solo na Bacia do Alto Paraguai – Porção Brasileira – Período de Análise: 2012 a 2014. 4th ed. Brasilia. https://www.embrapa.br/documents/1354999/1529097/BAP+-+Mapeamento+da+Bacia+do+Alto+Paraguai+-+estudo+completo/e66e3afb-2334-4511-96a0-af5642a56283.

EXAVIER, R.; ZEILHOFER, P. CRAN - Package OpenLand: Quantitative Analysis and Visualization of LUCC, 2020. https://cran.r-project.org/package=OpenLand.

EXAVIER, R.; ZEILHOFER, P. OpenLand: Software for Quantitative Analysis and Visualization of Land Use and Cover Change. The R Journal, v. 12, n. 2, p. 359–371, 2021. https://journal.r-project.org/archive/2021/RJ-2021-021/index.html