UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

CAMILA CAROLINE BRAUN DA CRUZ

EDER DAMASCENO GOMES

SARA CORTEZ DE MORAES

Método de Kernel aplicado à análise espacial dos focos de queimada da

Região Hidrográfica da Bacia do Paraguai

CUIABÁ/MT

2015

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

CAMILA CAROLINE BRAUN DA CRUZ

EDER DAMASCENO GOMES

SARA CORTEZ DE MORAES

Método de Kernel aplicado à análise espacial dos focos de queimada da

Região Hidrográfica da Bacia do Paraguai

Projeto apresentado à Universidade

Federal de Mato Grosso, curso de

Engenharia Sanitária e Ambiental,

como parte dos requisitos necessários

para obtenção de nota da disciplina

de Poluição do Ar, sob a orientação

do Prof. Dr. Paulo Modesto Filho.

CUIABÁ/MT

2015

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RESUMO

Na Região Hidrográfica do Pantanal encontra-se o bioma Pantanal e o cerrado,

que historicamente são considerados para o desenvolvimento da pecuária e

agricultura. O desenvolvimento dessas atividades está intimamente ligado à

modificação da paisagem por meio do desmatamento e das queimadas. Desta

forma, este trabalho tem como objetivo identificar, quantificar e analisar

espacialmente os focos de calor durante os anos de 2010 a 2014, nos meses

de julho a novembro, a fim de avaliar as áreas de maior densidade de focos. A

partir da identificação destes focos gerou-se um mapa de densidade utilizando

o método estatístico de Kernel para a área de estudo. Os resultados foram

agrupados em 5 classes: Muito alta, alta, média, fraca e muito fraca. Verificou-

se que o ano de maior número de focos foi 2010, com 12.240 , e o menor foi o

ano de 2011, com 3829. As áreas de maior incidência de focos foram a região

do pantanal, em cidades de forte cultura pantaneira ligada principalmente à

agropecuária. A região possui predominantemente pontos isolados de focos de

calor, podendo representar queimadas isoladas naturais ou com característica

antropogênica.

Palavras-chave: Método De Kernel; Queimadas; Região Hidrográfica do

Paraguai; Geoprocessamento.

4

Sumário 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 6

2. Objetivos ..................................................................................................... 7

3. Revisão Bibliográfica ................................................................................... 8

3.1. Queimadas e sua problemática ............................................................. 8

3.1.1. Poluentes presente nas queimadas e suas implicações na saúde .... 8

3.1.1.1. Material Particulado ..................................................................... 9

3.1.1.2. Aldeídos .................................................................................... 11

3.1.1.3. Ácidos Inorgânicos .................................................................... 11

3.1.1.4. Hidrocarbonetos e Hidrocarboneto aromáticos policíclicos

(PAHs) 13

3.1.2. Perdas de Nutrientes do solo ....................................................... 13

3.2. Sensoriamento remoto ........................................................................ 14

3.2.1. Radiação eletromagnética ............................................................ 14

3.2.2. Espectro eletromagnético ............................................................. 15

3.2.3. Atenuação atmosférica ................................................................. 17

3.2.4. Comportamento espectral de objetos naturais ............................. 19

3.2.5. Sistema sensor ............................................................................. 20

3.3. Monitoramento de queimadas no Brasil ....................................... 21

3.4. Estimação da densidade pelo método de Kernel ................................ 23

4. Objetivos ...................................................................................................... 24

5. Material e Métodos ....................................................................................... 24

5.1. Área de estudo .................................................................................... 24

5.2. Base de dados .................................................................................... 26

6. Resultados e discussão ............................................................................ 28

7. Conclusão ................................................................................................. 33

5

8. Bibliografia ................................................................................................ 34

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Ilustração do comprimento de Onda ................................................. 15

Figura 2: Ilustração gráfica do espectro elétromagnético ................................. 16

Figura 3: Ilustração do comportamento da energia solar ................................. 18

Figura 4: Ilustração da janela atmosférica de acordo com os gases ................ 18

Figura 5: Ilustração da interação do objeto com os comprimentos de onda .... 20

Figura 6 - Estimador da intensidade de distribuição dos pontos ...................... 24

Figura 7 - Regiões hidrográficas brasileiras ..................................................... 25

Figura 8 - Mapa de localização da área de estudo ........................................... 26

Figura 9 - Distribuição espacial dos focos de calor na região hidrográfica do

Paraguai ........................................................................................................... 29

Figura 10 - Região de densidade Alta .............................................................. 30

Figura 11 - Região de densidade Muito Alta .................................................... 30

Figura 12 - Imagens da cidade de Corumbá-MS com a atmosfera cinza

decorrente de queimadas ................................................................................. 32

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1: Caracterização de cada uma das classes de Material Particulado... 10

Tabela 2 - Distribuição dos focos de calor para o período seco entre os anos de

2010-2014 ........................................................................................................ 31

6

1. INTRODUÇÃO

O Pantanal, maior planície alagada do planeta, está localizado na parte

central da Bacia do Alto Paraguai, possui uma área de 138.083 km² e ocupa o

território de dois estados Brasileiros Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. (Silva

e Abdon, 1998) Ele é considerado um Patrimônio Nacional e uma Reserva da

Biosfera. Possui ainda poucas Unidades de Conservação sendo 2 federais

(Parque Nacional do Pantanal e Estação Ecológica do Taiamã) e 3 estaduais

(Parque Estadual do Rio Negro, Parque Estadual do Guirá, Monumento Natural

Estadual do Morro de Santo Antônio) (ANA, 2006).

As queimadas são eventos bastante comuns no pantanal mato-grossense,

na qual a maior parte é realizada com vista à renovação das pastagens. O

período do ano com maiores registros dessa atividade é entre os meses de

julho a novembro. (MACEDO, 2009)

A problemática da queimada encontra-se não apenas na perda da

vegetação e no desmatamento, mas existe todo um contexto por traz dela que

envolve desde a saúde da população das redondezas que pode ser afetada

com desde doenças menos complexas como alergia a poluentes, tosse e

irritação na garganta e narinas, até problemas de pneumonia, bronquite e

cânceres (nos casos mais extremos de exposição prolongada em grandes

concentrações). (ARBEX, 2011) Outro problema grave também relacionado

com essa atividade encontra-se relacionado com o solo, que em temperaturas

elevadas perde nutrientes, matéria orgânica, tem a sua microbiota morta,

fatores que levam o solo a ficar infértil e inadequado para o cultivo, ocorrendo a

desertificação, e fragilização da área. (ALBUQUERQUE et. al., 2001)

Para que as queimadas sejam reduzidas na área do Pantanal (assim como

em todos os outros biomas), é necessário que haja um monitoramento e assim

identificação das áreas mais frágeis, com mais tendência de haver eventos de

queimadas, e toda uma preparação para o controle dessa atividade. Devido a

grande extensão do seu território, é difícil e caro realizar esse monitoramento in

loco, porém há ferramentas como o sensoriamento remoto, que auxiliam nessa

atividade de forma a torná-las menos custosas e mais rápidas. No Brasil a

entidade que auxilia nesse monitoramento é o INPE (Instituto Nacional de

7

Pesquisas) que confecciona mapas com locação dos focos de incêndio e

também mantém atualizado periodicamente o número de queimadas

registradas, e os municípios em que foram encontradas. (IBAMA, s.d.)

O modelo estatístico de Kernel, atualmente, tem sido disseminado para uso

em dados de característica pontual. Este modelo não utiliza um ponto qualquer

como referência para criar intervalos, e sim, as próprias observações. Ou seja,

a densidade será considerada a partir do número de pontos máximo e mínimo

distribuídos por unidade de área. O método tem o objetivo de determinar a

densidade de pontos em uma determinada área, utilizando equações

diferenciais. Desta forma, obtém-se um mapa com escalas de cores mostrando

a densidade dos pontos. (NICOLAS, 2013)

Por tratar dados de forma não paramétrica, ou seja, sem seguir uma função

linear. Este método tem se mostrado eficiente para trabalho com dados

ambientais, já que estes apresentam esta característica. (PRICILA, 2014)

2. OBJETIVOS

Identificar, quantificar e analisar dados de queimadas fornecidos pelo

INPE, disponibilizados no formato SHAPE, do período de 2010-2014,

Utilizar o método estatístico de Kernel, aplicado por meio de técnicas de

geoprocessamento, para confeccionar mapas de densidades, divididas

por classes;

Relacionar a maior densidade de focos de queimadas com as atividades

desenvolvidas na região;

Avaliar a eficácia da aplicação do método de Kernel para análise

espacial de focos de queimada.

8

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. Queimadas e sua problemática

O fogo em áreas vegetais podem ter duas origens, natural, quando ocorrer

raios sobre as árvores e campos, ou, como na maioria dos casos surgem de

atividades humanas. (COUTINHO, 1976).

Em áreas rurais o fogo é muito utilizado com vários fins agropastoris, como

renovação de áreas de pastagem, na remoção de material acumulado, no

preparo do corte manual em plantações de cana-de-açúcar etc. (ASSOCIAÇÃO

CAATINGA,) Essa metodologia sempre foi muito empregada, uma vez que

trata-se de uma técnica simples, de baixo custo, que dispensa tecnologias e

mão de obra qualificada e por sua vez tem alta eficiência e resultados rápidos,

porém quando se tira os olhos de interesses individuais e utiliza-se um olhar

macro percebe-se os grandes problemas que carregam consigo, (dificuldade

de controle e confinamento na área de interesse, problemas de poluição do ar,

dentre outros) que na maioria das vezes não compensam a facilidade da

técnica). (OLIVEIRA, 2005)

Essa técnica consiste na queima da biomassa (matéria orgânica produzida

numa determinada área), produzindo água e dióxido de carbono como mostra a

equação abaixo:

[CH2O] + O2 → H2O + CO2

Nos quais CH2O representa a biomassa, o O2 o combustível da reação,

que irão ter como subprodutos além do CO2, monóxido de carbono (CO),

óxidos de nitrogênio (NO e NO2) e hidrocarbonetos (compostos contendo

essencialmente carbono e hidrogênio). Estes gases se misturam com outros

gases da atmosfera e se propagam por extensas regiões levadas pelos ventos.

A fumaça pode se propagar por uma área de 4,5 milhões de quilômetros

quadrado. (MARQUI, 2011)

3.1.1. Poluentes presente nas queimadas e suas implicações na

saúde

9

Estudos científicos apontam que a queimada é a maior fonte de

produção de gases tóxicos, material particulado e gases do efeito estufa do

planeta. Diversos são os elementos químicos surgidos das reações de queima,

sendo que o tipo e concentração dos mesmos podem variar de acordo com o

local, as características da biomassa ali encontrada, tipo e assim a composição

do solo. Dentre esses diversos poluentes encontrados, alguns se destacam,

sendo eles: Material Particulado, Aldeídos, Ácidos Inorgânicos,

Hidrocarbonetos e Hidrocarboneto aromáticos policíclicos (PAHs). (MARQUES

& SANTOS, 2012)

Diversos estudos estão sendo realizados nas últimas décadas com relação à

problemática dos poluentes encontrados na atmosfera com a saúde da

população e animais. A grande parte dos resultados encontrados pelos

cientistas mostram a estreita relação aumento da concentração dos poluentes

e os problemas respiratórios e cardiovasculares, crescimento fetal, aumento na

mortalidade e hospitalizações, (principalmente em idosos e crianças).

(TOLEDO & NARDOCCI, 2011)

A seguir serão apresentados os principais compostos poluentes derivados das

queimadas, as principais substancias, a causa da sua produção e os impactos

causados na saúde da população.

3.1.1.1. Material Particulado

O material particulado são partículas sólidas ou líquidas presentes no ar

(exceto a água pura). (CAMARINHA, 2010). Os MP são agrupados em classes

que variam de acordo com o tamanho, formato, área de superfície e

composição química. Os efeitos na saúde humana e seu local de ação variam

de acordo com as características químicas de cada composto e o seu tamanho.

A composição dos MPs é bem variada, podem incluir diversos

compostos como núcleo de carbono elementar ou orgânico, compostos

inorgânicos, como sulfatos e nitratos, metais de transição sob a forma de

óxidos, sais solúveis, compostos orgânicos, como hidrocarbonetos policíclicos

aromáticos, e material biológico, como pólen, bactérias, esporos e restos

animais. (ARBEX et. al., 2012)

10

O MP pode permanecer na atmosfera por um longo período de tempo,

ou se depositarem logo em alguma superfície devido à ação da gravidade. Sua

trajetória dependerá de seu tamanho, relacionado com o diâmetro

aerodinâmico. Esse por sua vez pode variar entre 10-³ μm a 100 μm.

(MARQUES & SANTOS, 2012)

A classe entre os particulados mais estudados, são os inaláveis (MP10)

que possuem diâmetros aerodinâmico até 10 μm, e pode ser dividido,

basicamente, em dois subgrupos: os particulados finos, com diâmetro

aerodinâmico inferior a 2,5 μm, (MP2,5) e os particulados respiráveis, com

diâmetros entre 2,5 μm, e 10 μm, (MP2,5-10). Essa divisão é de extrema

importância uma vez que cada classe de partículas apresenta uma composição

físico-químicas diferente. (CAMARINHA, 2010)

Em uma queimada, o surgimento do MP10 da classe dos respiráveis se

dá através da condensação após combustão de gases, combustão incompleta

de material inorgânico, fragmentos de vegetação e cinzas. Essas partículas

não são transportadas e contém principalmente cinzas e material do solo. Já a

classe das partículas finas (MP2,5) é proveniente da condensação por

combustão incompleta de material orgânico. Esses elementos são

transportados através de longas distâncias. (ARBEX, 2004) A seguir encontra-

se uma tabela que relaciona as classes de materiais particulados, e suas

implicações na saúde.

Tabela 1: Caracterização de cada uma das classes de Material Particulado.

Poluentes Fontes Penetração no sistema

respiratório Fisiopatologia

MP10

Fontes antropogênicas: poeira da rua e de estradas, atividades agrícolas e de construções. Fontes

Nariz, garganta

Diminui a atividade mucociliar e dos macrófagos. Produz irritação nas vias respiratórias. Causa estresse oxidativo e, em consequência, inflamação pulmonar e sistêmica. Exposição crônica produz remodelamento brônquico e DPOC. Pode ser cancerígeno.

MP2,5 Queima de combustíveis fósseis e de biomassa,

usinas termoelétricas

Alvéolos

MP0,1 Alvéolos, tecido pulmonar,

corrente sanguínea

11

3.1.1.2. Aldeídos

Os aldeídos é um grupo de compostos químicos provenientes da

oxidação parcial dos álcoois. Os principais compostos desse grupo formados

durante a queima da biomassa sãos formaldeído e a acroleína, que são

provenientes da combustão incompleta da biomassa. (ARBEX et al., 2001)

Esses compostos são extremamente irritantes para a mucosa do ser

humano. Esses compostos ainda possuem sua problemática referente a cada

tipo de composto, os formaldeídos, por exemplo, podem ser carcinogênico e

também pode aumentar a carcinogenicidade de outros compostos como o

HPAs (Hidrocarboneto aromáticos policíclicos) Essa substância dentro do

corpo humano pode rapidamente ser transformado em ácido fórmico e

eliminado muito lentamente (Arbex, 2001).

O ácido fórmico é um composto irritante e corrosivo para a pele e

mucosas; quando em concentrações agudas os sintomas podem incluir

salivação, vômito sanguinolento, sensação de dormência na boca, diarreia e

dores severas. Após a exposição pode ocorrer colapso circulatório, depressão

do sistema nervoso central e morte. A exposição ocupacional pode causar

albuminúria e hematúria (Companhia Petroquímica do Nordeste, 2009).

3.1.1.3. Ácidos Inorgânicos

Os ácidos inorgânicos são representados por três principais compostos,

o monóxido de carbono (CO), o Ozônio (O3) e os óxidos de nitrogênio (NOx),

(apesar de que existem vários outros, mas esses são os que mais se

destacam). O primeiro, CO, é proveniente da combustão incompleta de

material orgânico, e é produzido em maior quantidade quando há a ausência

de chamas (ARBEX et al, 2004)

O monóxido de carbono é um gás tóxico e inodoro, isso agrega uma

grande problemática, uma vez que quando inalado em grande quantidade,

pode ser fatal. A ação desse composto no organismo ocorre através da grande

afinidade que ele tem com a proteína do sangue que é responsável pelo

transporte do oxigênio (Heme). Essa proteína tem uma afinidade muito maior c

com o monóxido de carbono, do que com o oxigênio, fazendo com que haja a

substituição dos compostos a ser carreado e consequentemente uma anomalia

12

conhecida como carboxihemoglobina (COHb) que diminui a capacidade do

sangue de transportar oxigênio. Em elevadas concentrações e um período

razoavelmente longo de exposição ao composto (entre 3 e 4 horas) causam

nos seres humanos sinais de desorientação e fadiga. Já em concentrações

baixas o CO causa prejuízos ao raciocínio e a percepção, produz cefaleia,

diminuição dos reflexos, redução da destreza manual, e sonolência. Em

elevadíssimas concentrações podem ocasionar ate mesmo a morte de

indivíduos (ARBEX, 2011).

Já o ozônio é um produto secundário dos óxidos de nitrogênio e

hidrocarbonetos. Em altas concentrações pode reduzir a função pulmonar e

reduzir a resistência respiratória a infecções. Já em baixas concentrações, o

ozônio pode causar sintomas como tosse, dispneia, excesso de escarro,

irritação na garganta, náuseas, diminuição da resistência pulmonar a exercícios

físicos. Quando exposto por longos tempos, pode produzir diminuição da

função pulmonar e doença pulmonar obstrutiva crônica (ARBEX, et. al, 2001).

Os óxidos de nitrogênio (NOx) são proveniente da oxidação em altas

temperaturas do nitrogênio presente no ar. Nesse grupo são compreendidos os

Óxidos de Nitrogênio (NOx) e os Dióxidos de Nitrogênio (NO2), sendo que o

primeiro (NO) é produzido em uma quantidade mais significativa do que o

segundo, porém, quando são lançados na atmosfera, todo o NO é convertido

em NO2, fazendo com que esse seja muito mais representativo e de

importância em estudo do que o NO. o. No entanto, quando lançado na

atmosfera o NO é completamente convertido a NO2, que é um gás menos

reativo quando comparado ao NO. O NO2 reage com todas as partes do corpo

expostas ao ar (pele e mucosas), com efeitos tóxicos principalmente nos

pulmões e no sistema respiratório periférico (CAMARINHA, 2010). O NO2

provoca diversas doenças respiratórias, o seu nível de intensidade dependerá

do tempo de exposição e das concentrações do poluente presente no ar. Essas

injurias variam desde simples inflamações na garganta, até traqueítes,

bronquites crônicas, enfisema pulmonar, espessamento da barreira alvéolo-

capilar e broncopneumonias químicas (ARBEX, 2001).

13

3.1.1.4. Hidrocarbonetos e Hidrocarboneto aromáticos

policíclicos (PAHs)

Os hidrocarbonetos é uma composição de hidrogênio e carbono, sendo

que todas aqueles que0 possuem um anel formado por 6 carbonos são

conhecidos como (PAHs). O grupo dos hidrocarbonetos tem como

representante principal o composto de benzeno, vinculado à combustão

incompleta de material orgânico. O benzeno é um composto altamente tóxico

que age diretamente sobre o organismo bem como seus produtos derivados da

biotransformação. (COSTA & COSTA, 2002).

Já a segunda classe os PAHs surgem principalmente da condensação

após combustão dos gases e da combustão incompleta de material orgânico. O

maior representante desse grupo são os Benzopirenos (BaP). Esses

compostos frequentemente são encontrados na fração orgânica dos Materiais

particulados finos. Alguns compostos dessa classe são carcinogênicos. A

formação dos HPAs se dá através da fragmentação de compostos de carbono

durante a combustão com chamas da biomassa em presença de baixas

concentrações de oxigênio (ARBEX, 2001).

Como foi dito dentre os diversos compostos que existem o mais

estudado é o Benzopirenos, uma vez que sua substancia ativa pode contribuir

para o desenvolvimento do câncer em seres humanos (ARBEX et. al, 2004).

3.1.2. Perdas de Nutrientes do solo

É sabido que a queima de áreas causam a redução da produtividade do

solo, uma que o uso de fogo causa a alteração significativa de alguns atributos

químicos, físicos e microbiológicos do solo. (Maia et al., 2003) Além disso, essa

atividade contribui intensamente para o processo erosivo, e consequentemente

em áreas que margeiam mananciais, ocorre o assoreamento dos mesmos.

(ALBUQUERQUE et al., 2001)

O grau de aquecimento que o solo irá sofrer, dependerá do tipo (árvores,

arbustos, etc.) e características da biomassa (espessura das arvores, teor de

umidade do local, textura, etc.), da intensidade do fogo, das propriedades do

solo. Algumas características do solo, como capacidade de troca de cátions,

disponibilidade de nutrientes, atividade microbiológica são dependentes da

14

matéria orgânica, fator que começa a ser alteradas quando aquecida a 200ºC e

é completamente consumida a uma temperatura de 450ºC. Diversos autores

fizeram estudos sobre o teor da redução de matéria orgânica após a passagem

do fogo e encontraram valores de perdas altíssimas na concentração, teores

entre 50 a 75,5% do total. Já o nitrogênio alguns autores afirmam que pode ser

perdido um teor de 60 a 80% para a atmosfera (BATISTA, 1997).

Pesquisas mostram que outros compostos também podem ser perdidos

para atmosfera, tais como N, S e P podem ser volatizados durante um

incêndio. Já alguns cátions que não possuem características volatilizantes

como Ca, Mg, K e Na podem ser transferidas de lugar pela fumaça (BATISTA,

1997).

3.2. Sensoriamento remoto

O sensoriamento remoto é um conjunto de análises que permite a extração

de informações sobre características da superfície terrestre, sem que precise ir

a loco, apenas com a utilização de ferramentas tecnológicas. Essa técnica

envolve os seguintes passos a serem seguidos: detecção das características,

feitas geralmente por aparelhos de sensoriamento, aquisição dos mapas,

analise e interpretação dos mesmos, definindo assim a quantidade de energia

eletromagnética que foi emitida ou refletida pelos objetos terrestres e

registradas pelos sensores remotos (MOREIRA, 2001).

A quantidade de energia eletromagnética que será retida ou refletida pelos

objetos, dependerá das propriedades químicas, físicas e biológicas de cada

objeto, e podem ser identificadas nas imagens e nos dados de sensoriamento

remoto. Portanto a base de dados do sensoriamento remoto é baseada na

quantidade de energia eletromagnética envolvida no sistema, (energia refletida

e retida), e a partir disso pode-se determinar as características de cada objeto

(MOREIRA, 2001).

3.2.1. Radiação eletromagnética

A radiação é um processo de transmissão de energia por ondas

eletromagnéticas através de um meio material, ou também através do vácuo.

Essas ondas eletromagnéticas são formadas por um campo elétrico e um

campo magnético. (STEFFEN, 1996)

15

A energia eletromagnética é transmitida por qualquer corpo que tenha uma

temperatura acima do zero grau absoluto (0 Kelvin). A energia eletromagnética

é emitida por qualquer corpo que possua temperatura acima de zero grau

absoluto (0 Kelvin). Dessa forma pode-se evidenciar que todo e qualquer corpo

que possua uma temperatura acima do zero absoluto pode ser uma fonte de

emissão de energia eletromagnética (MOREIRA, 2001).

O Sol e a Terra são as duas principais fontes naturais de energia

eletromagnética utilizadas no sensoriamento remoto da superfície terrestre. A

energia eletromagnética não precisa de um meio material para se propagar,

sendo definida como uma energia que se move na forma de ondas

eletromagnéticas à velocidade da luz (c = 300.000Km s, onde ”c” é a

velocidade da luz.) (STEFFEN, 1996).

A distância entre dois pontos semelhantes, como mostra a Figura 1, define

o comprimento de onda e, o número de ondas que passa por um ponto do

espaço num determinado intervalo de tempo, define a frequência da radiação

eletromagnética (STEFFEN, 1996).

Figura 1: Ilustração do comprimento de Onda

3.2.2. Espectro eletromagnético

A partir de estudos pode-se definir um gradiente com as várias energias

eletromagnéticas e as frequências ou comprimentos de onda. Esse gradiente é

chamado de espectro eletromagnético, no qual há diversas regi A energia

eletromagnética pode ser organizada em forma de gradiente em função dos

comprimentos de onda ou de suas frequências. Essa disposição em forma de

gráfico é denominado espectro eletromagnético. Nele há diversas regiões

definidas e cada região é relacionada com um intervalo de comprimento de

onda ou frequência. Cada uma das regiões definidas é determinada em função

16

do tipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo de

interação que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide, e da

transparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética. A seguir

encontra-se exposto um gráfico que demonstrando o espectro

eletromagnéticon(MOREIRA, 2001).

Figura 2: Ilustração gráfica do espectro eletromagnético

Regiões participantes do espectro eletromagnético (MOREIRA, 2001):

Radiação Gama: é a energia emitida por materiais radioativos, ela é

extremamente penetrante, e devido a essa sua característica é muito

requisitada na medicina para tratamentos como radioterapia e em

alguns processos industriais, radiografia industrial.

Raio X: produzido a partir do freamento de elétrons de grande

energia eletromagnética. Também é muito usado na medicina para

exames como raio X e também é utilizado em alguns processos

industriais. Ao contrário do anterior esse tem um médio poder de

penetração.

Ultravioleta (UV): sua principal fonte na terra é através da energia do

Sol, essa é uma energia que é nociva aos seres vivos, porém por

sorte quase toda ela que é emitida pelo sol é absorvida pela camada

de ozônio atmosférico.

Visível (LUZ): é o conjunto de energias eletromagnéticas que são

capazes de ser captados visualmente pelos seres humanos. Os

17

diferentes comprimentos de onda existentes dão a percepção das

diferentes cores e tons que é produzida pela luz.

Infravermelho (IV): pode ser encontrado em diversos locais como:

fluxo solar ou mesmo em fontes convencionais de iluminação

(lâmpadas incandescentes) e emissão eletromagnética de objetos

terrestres. O infravermelho pode ter diferentes comprimentos de

onda .

Micro-ondas: são radiações eletromagnéticas produzidas por

sistemas eletrônicos (osciladores). Os feixes de micro-ondas são

emitidos e detectados pelos sistemas de radar (radio detection and

ranging).

Radio: São as ondas utilizadas em telecomunicações e radiodifusão.

3.2.3. Atenuação atmosférica

Quando a energia eletromagnética atravessa a atmosfera terrestre, ela pode

passar por três processos: ou ela pode ser absorvida, ou refletida, ou

espalhada. A principal fonte de absorção das radiações, são devido aos gases

presentes na atmosfera, deve-se destaque que cada substancia tem uma

capacidade de absorção diferente, lembrando que a atmosfera absorve quase

todo o teor de radiação que é emitido, antes dela chegar à superfície terrestre

(STEFFEN, 1996).

A figura reproduzida abaixo, mostra o comportamento do espectro da

energia do sol em dois momentos: energia solar incidente no topo da atmosfera

e energia solar incidente na superfície terrestre. Como dito anteriormente os

gases presentes na atmosfera absorvem uma grande quantidade de energia

que entra na terra, porém os comprimentos de onda e o teor de absorção vai

variar de acordo com o tipo de composto, sabendo disso pode-se observar no

gráfico que existem diversas áreas sombreadas, essa representa as absorções

causadas pelos diversos gases presentes. São quatro os principais gases

absorventes: o vapor d’água, oxigênio, ozônio e gás carbônico (STEFFEN,

1996).

18

Figura 3: Ilustração do comportamento da energia solar

Em algumas regiões do espectro eletromagnético a energia

eletromagnética quase não é afetada pela atmosfera e suas características, ou

seja é como se a atmosfera não existisse às energias eletromagnéticas

presentes no sol ou na superfície terrestre. Estas regiões são conhecidas como

janelas atmosféricas (NOVO, 1989).

Essas janelas atmosféricas possuem grande importância, uma vez que

ela possibilita a reflexão da radiação pela Terra e podem ser aproveitadas

pelos detectores de energia eletromagnética, e, portanto é onde ocorre o

sensoriamento remoto dos objetos terrestres. Abaixo encontra-se uma figura

que apresenta as janelas atmosféricas e as regiões afetadas pelos principais

gases atmosféricos (NOVO, 1989).

Figura 4: Ilustração da janela atmosférica de acordo com os gases

19

A energia eletromagnética ao atingir a atmosfera é por esta espalhada, e

parte desta energia espalhada retorna para o espaço, vindo a contaminar a

energia refletida ou emitida pela superfície e que é detectada pelos sensores

orbitais. (STEFFEN, 1996)

3.2.4. Comportamento espectral de objetos naturais

Quando um objeto recebe uma incidência de energia eletromagnética, o

material que o compõe interagirá com essa energia, e uma parte dela será

absorvida por ele, e o restante será refletido (NOVO, 1989).

Os percentuais de absorção, reflexão e transmissão da energia dependerá

das características do objeto, podendo ser total ou parcial, mas sempre

obedecendo a lei de Lavoisier da conservação da matéria. As capacidades de

interação da energia com cada objeto é denominado de refletância,

transmitância e absorbância e são representadas por um número que varia de

0 a 1 (NOVO, 1989).

O comportamento espectral de um objeto é um conjunto de valores que um

objeto pode assumir com relação à capacidade de reflectância de um objeto ao

longo do espectro eletromagnético, essa definição é conhecida como

assinatura espectral do objeto. Essa assinatura irá definir as feições do objeto.

Já a forma, intensidade e a localização de cada banda de absorção é que irá

definir cada objeto (MOREIRA, 2001).

20

Figura 5: Ilustração da interação do objeto com os comprimentos de onda

Cada objeto apresentará uma resposta diferente quanto a interação com

a energia eletromagnética incidente, devido as suas propriedades

diferenciadas. É graças a essas diferentes respostas dada por cada objeto, que

é possível se fazer o reconhecimento e assim a leitura e interpretação dos

mapas de sensoriamento remoto, pois são reconhecidos devido a variação da

porcentagem de energia refletida em cada comprimento de onda. A Figura 2

apresenta as respostas dadas de alguns objetos bastante frequentes nas

imagens de sensoriamento remoto como, água, solo, areia, vegetação e

nuvens com relação a reflectância (MOREIRA, 2001).

O conhecimento do comportamento espectral dos objetos terrestres é

muito importante para a escolha da região do espectro sobre a qual pretende-

se adquirir dados para determinada aplicação (MOREIRA, 2001).

3.2.5. Sistema sensor

Na definição dada pelo INPE “Os sensores remotos são dispositivos

capazes de detectar a energia eletromagnética (em determinadas faixas do

espectro eletromagnético) proveniente de um objeto, transformá-las em um

sinal elétrico e registrá-las, de tal forma que este possa ser armazenado ou

transmitido em tempo real para posteriormente ser convertido em informações

que descrevem as feições dos objetos que compõem a superfície terrestre.” Ou

21

seja, eles fazem leituras do percentual de energia eletromagnética refletido por

um objeto na terra, e a partir dos dados coletados é possível fazer a verificação

dos componentes da superfície terrestre (NOVO, 1989).

Existem dois tipos de coletas de dados, por sistemas imageadores os quais

após a leitura confeccionam mapas com as localizações das informações na

superfície da terra e as não-imageadoras os quais representam os dados

através de dígitos ou gráficos (NOVO, 1989).

3.3. Monitoramento de queimadas no Brasil

Em territórios muito amplos como por exemplo no caso do Brasil, um

monitoramento rígido in loco para o controle de queimadas é dificultado, devido

aos vários fatores como a necessidade de uma quantidade de fiscais muito

grande o que torna o procedimento caro e inviável. Dessa forma o uso de

tecnologias e ferramentas como o sensoriamento remoto, pode auxiliar nesse

desafio, e torná-los mais rápidos e eficazes. Nesse tópico encontra uma

pequena caracterização desse trabalho de monitoramento descrito pelo

Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis

(IBAMA)

O responsável por fazer esse monitoramento e disponibilizar informações

para a população é o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, que utilizam

imagens e dados de todos os satélites que possuem sensores óticos operando

na faixa termal-média de 4um e que o INPE consegue receber. Atualmente,

são processadas operacionalmente, na Divisão de Satélites e Sistemas

Ambientais - DSA do INPE as imagens AVHRR dos satélites polares NOAA-15,

NOAA-16, NOAA-18 e NOAA-19, as imagens MODIS dos satélites polares

NASA TERRA e AQUA, as imagens dos satélites geoestacionários GOES-12,

GOES-13 e MSG-2. Cada satélite de órbita polar produz pelo menos um

conjunto de imagens por dia, e os geoestacionários geram algumas imagens

por hora.

O INPE faz um monitoramento diário, e esses dados registrados são

compilados em um mapa de tendência. Esse mapa mostra qual a frequência de

focos de queimadas para uma mesma região no período de interesse

(geralmente tempo de seca).

22

A relação de foco de calor x queimadas, não é direta nas imagens de

satélite. Isso acontece por que um foco indicando a existência de um fogo em

um pixel, esse por sua vez pode variar de 1km x 1km ou até mesmo de 5km x 4

km dependendo da resolução. Nessa representação pode haver uma ou mais

queimadas distintas em um único pixel. Ainda mais, quando a queimada é

muito extensa, pode ser que ela seja detectada em alguns pixels vizinhos, ou

seja, uma única queimada pode estar sendo representada por vários focos.

Como vimos anteriormente, é grande o numero de satélites que fazem esse

monitoramento, porém ainda são encontradas diversas situações que

queimadas não são identificadas pelos satélites. Isso pode ocorrer por alguns

fatores conhecidos: quando o fogo abrange menos de 30m, ou o fogo atinge

apenas a vegetação na parte baixa de uma floresta bem densa, sem que seja

afetada a copa das árvores, outra situação é quando há uma grande

quantidade de nuvens cobrindo a área, em caso de queimada de duração

curta, em situações que o fogo ocorre ao pé de uma montanha porém o satélite

esta registrando o outro lado da estrutura e por ultimo quando há a imprecisão

na localização do foco de queima, que no melhor caso é de cerca de 1 km, mas

podendo chegar a 6 km.

O erro na localização dos focos de queimadas apresentados em trabalhos

de validação indicam que o erro na média é ~400 m. No Brasil uma importante

iniciativa para o monitoramento foi o Prevfogo, no qual por meio do Núcleo de

Pesquisa e Monitoramento (NPM), em parceria com o Grupo de Queimadas do

Inpe, emite boletim de monitoramento de focos de calor dos biomas Cerrado e

Amazônia. Esse NPM tem objetivos desenvolver rotinas de monitoramento de

focos de calor utilizando informações geoespaciais, bem como promover,

apoiar e participar de pesquisas relacionadas a incêndios florestais. As

atividades de monitoramento do NPM se baseiam em elaborar novas rotinas de

monitoramento de focos de calor, por meio de consultas à plataforma do Inpe.

A plataforma do INPE conta ainda com uma gama de informações que

podem ser acessadas por toda a população. Essa plataforma conta com

diversos link que apresentam a situação atual do numero de queimadas na

America do Sul, e ela é atualizada periodicamente. Nela encontram-se listados

quais os municípios com maiores quantidades de focos, e quantos são tanto

desse ano, quanto dos anos anteriores.

23

Outro link que apresenta informações de grande relevância é “Situação nas

áreas protegidas”, que apresenta quantas unidades de queimadas apresentam

nas áreas de proteção, não apenas no Brasil, mas também em outros países.

Há também Sistema de informações geográficas e Banco de Dados de

todos os focos, Sistema de informações geográficas e banco de dados de

focos nas áreas protegidas, análise e previsão de risco de fogo e meteorologia,

Boletins diários de avaliação do fogo na Amazônia e Cerrado, como foi dito

antes que é da responsabilidade do Núcleo de Pesquisa e Monitoramento,

Notas informativas sobre incêndios florestais nas Unidades de Conservação

Federais, Informações meteorológicas atuais relevantes ao risco de fogo da

vegetação.

3.4. Estimação da densidade pelo método de Kernel

O método de Kernel faz parte da estatística não paramétrica e tem o

objetivo de estimar curvas de densidades levando em consideração a

distância de um valor central, o núcleo (PORTAL ACTION, 2014).

Para DRUCK et. al. (2004), ao analisar esse padrões de distribuição é possível

determinar se os eventos possuem um padrão sistemático ou aleatórios.

Assim, o método pode determinar conglomerados espaciais, onde os pontos

estão mais concentrados, considerando uma distribuição estocástica,

normalmente um processo de Poisson. As distribuições pontuais possuem as

seguintes características:

O tamanho das áreas em que os eventos acontecem não é levada

em consideração, ou seja, essas áreas são consideradas como um

ponto no espaço do estudo;

Os pontos estão associados à ocorrência dos eventos considerados;

Ao aplicar o método de Kernel ajusta-se um função bi-dimensional sobre os

eventos considerados, compondo uma superfície cujo valor será proporcional à

intensidade de amostras por unidade de área. Essa função realiza uma

contagem de todos os pontos dentro de uma região de influência, ponderando-

os pela distância de cada um à localização de interesse, como ilustrado na

figura abaixo:

24

Figura 6 - Estimador da intensidade de distribuição dos pontos

Fonte: Análise Espacial de Dados Geográficos (2004)

Este método é utilizado para fornecer uma visão geral da distribuição de

primeira ordem dos eventos. Trata-se de um indicador de fácil uso e

interpretação.

4. OBJETIVOS

Analisar dados de queimadas fornecidos pelo INPE, disponibilizados no

formato SHAPE, do período de 2010-2014, utilizando o método

estatístico de Kernel, aplicado por meio de técnicas de

geoprocessamento.

Relacionar a maior densidade de focos de queimadas com as atividades

desenvolvidas nas cidades;

Avaliar a eficácia da aplicação do método de Kernel para análise

espacial de focos de queimada.

5. MATERIAL E MÉTODOS

5.1. Área de estudo

A região hidrográfica do Paraguai faz parte das 12 Regiões Hidrográficas

brasileiras definidas pela Resolução n°.32, de 25 de outubro de 2003, do

Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH). Está localizada na porção

oeste do País, compreendendo os territórios do Mato Grosso e Mato Grosso do

Sul. A área total também inclui territórios bolivianos e paraguaios.

25

Figura 7 - Regiões hidrográficas brasileiras

Fonte: MMA (2006)

Esta região possui uma área de 362.259 km², sendo 33% desta área no

território brasileiro, contendo o Pantanal que é considerado Patrimônio

Nacional pela Constituição Federal de 1988 e Reserva da Biosfera pela Unesco

no ano de 2000.

A bacia possui 91 municípios, sendo os centros populacionais são

representados por Cuiabá (MT) com 551 mil habitantes, Várzea Grande (MT)

com 253 mil, Rondonópolis (MT) com 195 mil, Corumbá (MS) com 104 mil e

Cáceres (MT) com 88 mil habitantes (ANA, 2014)

Segundo o Ministério do Meio Ambiente, em sua publicação “Caderno da

Região Hidrográfica do Paraguai”, o clima predominante desta área é o clima

de Savana, com temperaturas médias anuais variando entre 22,5°C e 26,5°C.

O mês de novembro é o mais quente (média de 27°C) e o julho, o mais frio

(média de 21°C). A precipitação média anual é de 1.398mm, variando entre

800 e 1.600mm, sendo os maiores valores observados nas áreas de planalto.

26

O período chuvoso ocorre entre outubro e abril, devido aos ventos de

quadrante norte da massa equatorial continental (2006).

Segundo dados do PAE (2004) o uso e ocupação do solo dessa região

hidrográfica são divididos da seguinte forma: pastagem (16%), agricultura

(10%), campos naturais (25%), floresta (27%), água (15%), cerrado (6%),

núcleos urbanos e outros (1%). As principais atividades desenvolvidas na

Região Hidrográfica estão relacionadas historicamente com a agropecuária,

embora em diversas regiões, tanto no Mato Grosso como no Mato Grosso do

Sul, exista o uso localizado mais intensivo para mineração, turismo, pesca e

industrial. Em termos da ocupação das terras, a atividade mais intensa se

refere à pecuária, seguida pela atividade agrícola. Parte da pecuária extensiva

também se utiliza de parcela significativa dos campos naturais, especialmente

na planície pantaneira, que corresponde a 25,7% da área dos

estabelecimentos agropecuários, e em pastagens artificiais, 38,8% das terras

ocupadas pela atividade. O rebanho bovino tem grande expressão,

especialmente na região do planalto, onde soma cerca de 14 milhões de

cabeças.

Figura 8 - Mapa de localização da área de estudo

5.2. Base de dados

27

Os dados de focos de calor foram obtidos pelo portal do INPE – Instituto

Nacional de Pesquisas Espaciais, pela DPI – Divisão de Processamento de

Imagens, no sítio do instituto, em formato shapefile, a fim de ser trabalhado no

ambiente do programa ARCGIS®.

Os dados de hidrografia forma obtidos no HIDROWEB, o portal da

Agência Nacional de Águas (ANA), e trabalhada na escala 1:250000. Os dados

de municípios, estados e bacias hidrográficas foram retirados do portal de

dados geográficos do Ministério de Meio Ambiente (MMA).

A delimitação da bacia foi feita utilizando as informações do Caderno da

Região Hidrográfica do Paraguai, que consiste em um material feito pelo

Ministério do Meio Ambiente que compila informações científicas do âmbito

ambiental à respeito desta região.

Os dados de foco de calor foram analisados do período dos anos 2010-

2014, restritamente dos meses de julho a novembro, devido ao período de seca

e maior incidência dos incêndios.

Os shapefiles de focos de incêndio foram obtidos dos estados de Mato

Grosso e Mato Grosso do sul, e compilados por meio da ferramenta merge, de

forma a obter um único shapefile com todos os focos de calor dos 5 anos

estudados. Utilizando a forma do contorno da bacia, a ferramenta intersection

foi utilizada de forma a deixar apenas os pontos inseridos na área de interesse

(a bacia). Assim que verificada a consistência do resultado do programa, o

shapefile com os dados compilados foi trabalhada pela ferramenta localizada

no ArcToolBox, na área de Spacial Analisys Tools, Denstity o algoritmo do

método de Kernel foi selecionado. Assim, o produto final foi obtido, ou seja, um

mapa com 5 classes diferentes de cores que expressavam a densidade dos

focos de calor na área. O produto final possui tonalidades de cores diferentes,

divididos da seguinte forma: Vermelho significa densidade muito alta; Vermelho

em tom mais claro significa densidade alta; Laranjado significa densidade

média; Laranjado em tom mais escuro significa densidade baixa; Amarelo

significa densidade muito baixa.

28

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A relação foco versus queimada não é direta nas imagens de satélite. Um

foco indica a existência de fogo em um pixel, em que pode haver uma ou várias

queimadas distintas, onde a indicação será de um único ponto, no entanto, se a

queimada for extensa, ela será detectada em alguns pixeis vizinhos, ou seja,

vários focos estarão associados a uma única grande queimada (INPE, 2011).

A região hidrográfica teve o maior número de foco de incêndios no ano de

2010, com um total de 12240 focos, e o menor número em 2011 com 3829

focos.

A compreensão da distribuição espacial dos focos de calor é de suma

importância para que se possa identificar as áreas mais frágeis da bacia na

época de seca e direcionar as ações de controle combate de incêndios. Na

figura abaixo encontra-se a distribuição dos pontos nos meses julho a agosto,

no período de cinco anos, 2010-2014. Percebe-se que os pontos estão

distribuídos em toda a região. No entanto, com a diminuição da escala, os

pontos tornam-se mais espaçados entre si, tendo em algumas áreas

aglomerações consideráveis. Estas áreas serão consideradas para o algoritmo

que aplicará o método de Kernel na bacia.

29

Figura 9 - Distribuição espacial dos focos de calor na região hidrográfica

do Paraguai

O mapa de densidade de focos de incêndio (Figura 5) apresentou

densidades muito altas na região do pantanal, em Corumbá-MS, sendo que,

este município tem uma área muito grande, os focos de calor estão distribuídos

em toda a sua área variando da densidade fraca a muito alta. A densidade alta

foi percebida na região de Barão de Melgaço-MT. A densidade média foi

percebida nas regiões de Porto Murtinho-MS e Nossa Senhora do Livramento-

MT

30

Figura 10 - Região de densidade Alta

Figura 11 - Região de densidade Muito Alta

A tabela abaixo, estruturada a partir de dados do INPE, mostra outras

cidades que apresentaram focos de calor de densidade média a fraca.

31

Tabela 2 - Distribuição dos focos de calor para o período seco entre os anos de 2010-2014

UF NOME 2010 2011 2012 2013 2014

MS Corumbá 2124 516 5510 1033 661

MT Barão de Melgaço 1042 218 198 302 113

MT Cáceres 534 584 572 141 76

MS Porto Murtinho 928 536 228 443 117

MT Chapada dos Guimarães 24 39 23 20 16

MT Santo Afonso 74 9 61 24 25

MT Santo Antônio do Leverger 74 9 61 24 25

MT Cuiabá 343 52 97 112 34

MT Nova Marilândia 15 34 12 2 20

MT Pedra Preta 375 15 16 11 24

MT Rosário Oeste 554 67 225 121 69

MT Várzea Grande 46 28 24 20 23

MS Bodoquena 28 18 7 6 4

Na maior parte da região hidrográfica de interesse os focos são de

densidade muito fraca. Este fato pode ser explicado pelas queimadas naturais

do Cerrado por conta das condições climáticas, vegetacionais, edáficos e

culturais (MMA, 2011).

As densidades muito alta e alta obsevadas na região de Corumbá e Barão

do Melgaço podem ser explicadas pela principal atividade econômica que

essas cidades tem em comum: a agropecuária. Esta atividade está

historicamente envolvida com a prática de queimadas para realizar a limpeza

de terrenos e lavouras, e à eliminação pelo fogo de pastagem ressecada e

resíduos de plantas não úteis (BOEIRA, 2011).

É importante salientar que as queimadas são prejudiciais ao meio ambiente,

trazendo-lhe malefícios de diversas formas, dentre os quais pode-se destacar a

poluição do ar atmosféricos, pela liberação de gases nocivos ao bem-estar da

saúde ambiental. Acrescentando o que Cruz afirma “tal prática causa a

formação de fuligem que contém substâncias carcinogênicas, mutagênicas e

teratogênicas prejudiciais à saúde humana e ao próprio solo, causando o

empobrecimento destes, etc.” (2002). A problemática das queimadas é o

movimento dos gases poluentes pelos ventos, que os levam até as áreas

32

urbanas juntando-se aos gases já presentes na atmosfera urbana decorrentes

da atividade industrial e uso de combustíveis fósseis. Assim, mesmo que o foco

de queimada não esteja próximo da área urbana, os dados ainda poderão ser

refletidos na saúde da população.

No portal de notícias da cidade de Corumbá-MS consta diversas notícias

sobre a poluição atmosférica na época de seca causada pelas queimadas.

Inclusive existe um acervo de imagens tiradas do mirante Cristo Redentor da

cidade mostrando a cor cinzenta da cidade em épocas de queimada.

Figura 12 - Imagens da cidade de Corumbá-MS com a atmosfera cinza decorrente de queimadas

Fonte: Gazeta do Pantanal e Diário Online (2013)

Nos portais de notícia da cidade de Barão de Melgaço não foram

encontradas notícias sobre problemas enfrentados pela cidade com as

queimadas. Assim, pode-se deduzir que os reflexos das queimadas que

ocorrem na área do município são percebidos em outras cidades da região, ou

dissipam-se antes de chegar à área urbana.

33

7. CONCLUSÃO

O método se mostrou muito eficiente para a análise da densidade dos

pontos na bacia e detecção das áreas mais afetadas. Assim, os mapas de

densidade confeccionados podem ser usados para ações de gestão ambiental

e preservação das áreas de biomas como o pantanal e cerrado que estão

historicamente ligados à prática de queimadas. Com a localização das áreas

mais críticas é possível direcionar as ações e realizar conexões lógicas entre

os focos e as atividades econômicas desenvolvidas.

A densidade de Kernel pode ser utilizada também para estudos

envolvendo Áreas de Proteção Ambiental (APAs), áreas de regiões de mata

ciliar, perícia ambiental e controle da poluição do ar. Os focos de queimada

também podem ser estudados a fim de se conhecer a origem da poluição

atmosférica em épocas de estiagem.

34

8. BIBLIOGRAFIA

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