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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.44.2014.tde-06022015-084733
Document
Author
Full name
Natasha Costa Penatti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Almeida, Teodoro Isnard Ribeiro de (President)
Ferreira, Manuel Eduardo
Meneses, Paulo Roberto
Costa, Maycira Pereira de Farias
Ferreira Júnior, Laerte Guimarães
Title in Portuguese
Geobotânica e fenologia da superfície terrestre no estudo da diversidade do Pantanal: uma abordagem multi-sensor
Keywords in Portuguese
Feno-regiões
Geobotânica
Pantanal
Sensoriamento remoto
Séries-temporais
Abstract in Portuguese
A variabilidade fenológica do Pantanal é discutida em função de sua geologia (diferentes tratos deposicionais, granulometria dominante dos sedimentos e neotectônica), seus solos e suas coberturas vegetais. O cerne da pesquisa é a fenologia da superfície terrestre, um complexo parâmetro que depende - e pode informar - do conjunto dos meios físico e biótico desta peculiar bacia sedimentar, demonstrando que sua heterogeneidade ambiental é fortemente influenciada pela geologia. A expressão das relações da cobertura vegetal com a geologia - a geobotânica - no caso do Pantanal se expressa florística e fenologicamente em solos formados sobre sedimentos terrígenos de composição comum na crosta. A intensa dinâmica da região, com alter nância sazonal de secas rigorosas e enchentes, indica a importância de abordar a fenologia, a menos utilizada das expressões geobotânicas. São feitas diversas leituras de dados de diferentes sistemas sensores, com apoio de dados de campo e da literatura, sempre tendo como norte a variabilidade ambiental do Pantanal e sua relação com a geologia local. Partindo-se dessa premissa três principais abordagens foram feitas. A primeira abordagem, de caráter mais geral, é uma análise multi-sensor, multi-escala e multi-temporal do balanço hídrico do Pantanal, a partir de séries temporais (2001-2012) de dados remotos de mudanças totais na espessura equivalente de água (GRACE), precipitação pluviométrica mensal (TRMM) e de índices de vegetação e evapotranspiração (MODIS), com o apoio de dados da variação do nível do rio Paraguai em Ladário (MS). Embora os pulsos de inundação não tenham sido visualizados, ficou confirmada a maior variação sazonal dos níveis de água na porção Norte do Pantanal, como indicado na literatura. Foram detectados dois comportamentos distintos em alterações sazonais no armazenamento de água, com maiores amplitudes ao norte, nas proximidades de cabeceiras e na região mais chuvosa. Na primeira das abordagens, com viés de geobotânica por fenologia, foram discutidas as relações estatísticas entre dez métricas fenológicas de uso corrente na literatura específica, obtidas a partir da série temporal de 2001 a 2012 de imagens MODIS, nos pixels onde houve coleta de amostras em campo. Foram considerados os seguintes fatores ambientais: tipo de vegetação (literatura e campo), granulometria e fertilidade das amostras de solo coletadas em campo, relevo (SRTM) e pluviosidade (TRMM). O tipo de vegetação foi o fator que melhor explicou as métricas, seguido por granulometria, fertilidade e relevo, especialmente quando esses fatores foram combinados. Na segunda abordagem fenológica, aplicou-se uma análise por principais componentes em uma série temporal anual média de EVI2 para o mesmo período. Com base na distribuição temporal dos autovetores das três primeiras componentes é discutido o essencial da vegetação (a densidade da cobertura vegetal, a senescência precoce e a tardia) e suas relações com aspectos da geologia local. Ao fim, aplicou-se a técnica SOM sobre dez métricas fenológicas , permitindo propor limites externos do Pantanal e sua subdivisão em seis classes fenologicamente características (feno-regiões) que, por não serem contínuas, não se confundem com sub-regiões como as que a literatura divide o Pantanal. A tese mostra a fenologia como dependente e ao mesmo tempo informadora de aspectos da geologia e, por outro lado, apresenta um inédito conjunto de abordagens sobre o Pantanal, aumentando o conhecimento da maior área úmida contínua do planeta.
Title in English
not available
Keywords in English
not available
Abstract in English
The phenological variability of the Pantanal is discussed in terms of its geology (different depositional tracts, sediments dominant grain size and neotectonics), its soil and its vegetation cover. The core of the research is the land surface phenology, a complex parameter that depends -and can tell - of a set of physical and biotic environment of this peculiar sedimentary basin, demonstrating that its environmental heterogeneity is strongly influenced by geology. The expression of the relations between vegetation cover and geology - the Geobotany - in the case of the Pantanal is expressed floristic and phenologically in soils formed on terrigenous sediments of common composition in the crust. The intense dynamic of the region, with seasonal alternation of severe droughts and floods, indicates the importance of addressing the phenology, the least used of geobotany expressions. Many data readings from different sensor systems are made with the support of field and literature data, always having as direction the environmental variability of Pantanal and its relation to local geology. Starting from this premise, three main approaches have been made. The first approach, in a more general character, is a multi-sensor, multi-scale and multi-temporal water balance analysis of the Pantanal, from time series (2001-2012) of remote data changes in the total equivalent water thickness (GRACE), monthly precipitation (TRMM) and evapotranspiration and vegetation index (MODIS), with the support of variation in the water level of the Paraguay River in Ladário (MS). Although flood pulses have not been shown, it was confirmed the greater seasonal variation of water levels in the northern portion of the Pantanal, as indicated in the literature. Two distinct seasonal water storage behaviors were detected, with greater amplitudes in the north, near the headwaters and in the rainier region. In the first approach using phenology based on geobotany, it was discussed the statistical relationships between ten phenological metrics commonly used in the literature, obtained from the 2001 to 2012 MODIS images time series, for the pixels where there was field samples. Vegetation type (literature and field), particle size and soil fertility obtained from field samples, relief (SRTM) and rainfall (TRMM) where considered. The vegetation type was the factor that best explained the phenological metrics, followed by granulometry, fertility and relief, especially when these factors were combined. In the second phenological approach, a principal component analysis was applied to an annual average EVI2 time series for the same period. Based on the temporal distribution of the eigenvectors of the first three principal components the essential aspects of vegetation (the density of vegetation cover, early and later senescence) and their relationship to aspects of the local geology are discussed. At the end the SOM technique was applied to ten phenological metrics, that allowed to propose the external boundaries of the Pantanal and its subdivision into six phenological classes (phenoregions), that are not continuous, presenting no similarity with the literature proposed sub-regions. The thesis shows the phenology as dependent and at the same time informant about the aspects of geology and, on the other hand, it present an unique set of approaches over the Pantanal increasing knowledge of the world's largest continuous wetland.
 
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Release Date
2017-02-05
Publishing Date
2015-02-06
 
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