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Programa Agua-Andes
Cálculo del Índice de Sequía y la Expansión
Agrícola del Valle del bajo Chira Usando
datos imágenes de los sensores TM, TM+ y
OLI a bordo de los satélites Landsat: Avance
J.L. Garcia D., B. L. Willems, J. Rojas, L. Ocola
[email protected]
Simposio Internacional de Expertos “Manejo de Sequías”
19 – 21 de Noviembre 2014, Santiago, Chile.
Garcia, J. & Willems, B. (2014, noviembre). Cálculo del Índice de Sequía y la expansión agrícola del
Valle del bajo Chira usando datos imágenes de los sensores TM, TM+ y OLI a bordo de los satélites
Landsat: Avance. Póster presentado en Simposio Internacional de Expertos “Manejo de Sequías”,
Santiago, Chile.
Disponible en: http://database.cazalac.org/index.php/es/component/evento/?task=publicacion&id=71
Simposio Internacional de Expertos “Manejo de Sequías”
19 – 21 de noviembre 2014, Santiago, Chile
Cálculo del Índice de Sequía y la Expansión Agrícola del Valle del bajo Chira
Usando datos imágenes de los sensores TM, TM+ y OLI a bordo de los satélites
Landsat: Avance
J.L. Garcia D., B. L. Willems, J. Rojas, L. Ocola.
Laboratorio de Teledetección- Departamento de Física Interdisciplinaria Facultad de Ciencias Físicas
Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Apartado Postal 14-0149, Lima 14, Perú.
Resumen
Resultados
El estudio aborda inicialmente el cálculo la expansión agrícola en la zona del
bajo Chira durante el periodo 2000-2013. Dicha expansión es cuantificada
empleando mapas temáticos del índice de vegetación de diferencia normalizada
(NDVI), parámetro que es usado como proxy para medir la actividad vegetativa
y que es obtenido a partir del análisis de imágenes de los sensores TM, TM+ y
INTRODUCCION
OLI. Paralelamente se calculó el índice de sequía
Normalized
DifferenceDrought Index (NDDI). A través de un análisis multi-temporal, se
identifican los cambios en el NDVI, los que pueden estar relacionados al
aumento de la frontera agrícola. Se generaron mapas de NDVI de los años
2000, 2001, 2002, 2006, 2008, 2010 y 2013, a partir de los cuales se obtuvieron
los mapas de máximo y mínimo compuesto. Los resultados arrojan un
incremento en las tierras de cultivo de 27,264.51 ha. Sin embargo las zonas
cercanas a dicha expansión agrícola presentan aumento del valor NDDI, esto
se observa en los correspondientes mapas generados.
1_El estudio del valle del bajo Chira se inició con la generación de mapas de NDVI
de la cuenca del río Chira del año 2000 y del año 2013. Figuras 2 y 3.
Figura. 2
5 Clasificación no supervisada, tipos de cobertura vegetal de la
expansión agrícola para los años 2000 y 2013. Figuras 13 y 14
Figura. 3
2_Evolución de esta expansión agrícola, generación de mapas de NDVI del valle
del bajo Chira de los años 2000, 2001, 2002, 2006, 2008, 2010 y 2013. Figuras 4,
5, 6, 7, 8, 9.
Introducción
La teledetección tiene aplicaciones para casi todas las áreas de las ciencias de
la Tierra. Su objetivo esencial se centra en la identificación de los materiales de
la superficie terrestre y los fenómenos que en ella se operan a través de su
signatura espectral. La expansión agrícola genera diferentes opiniones. Por una
parte, la producción agropecuaria y sus sectores industriales y comerciales
asociados celebran la incorporación de nuevas áreas productivas al mapa
agrícola del país y los ingresos que generan. Por otra parte, las entidades
conservacionistas alertan sobre riesgos para la continuidad de los ecosistemas,
mientras grupos políticos pronostican efectos sociales negativos. Objetivo
general del trabajo es analizar la variación del NDVI del valle del bajo Chira y
así estimar la expansión de la frontera agrícola del año 2000 al año 2013, y
generar un mapas de NDDI de esta área de estudio.
Figura. 13
Figura. 14
6_Mapas de NDDI del Valle del bajo Chira. Figuras 15 y 16.
Figura.4
Figura. 5
Figura. 15
Metodología
Figura. 6
Figura. 7
𝐿𝜆 = 𝐺𝑎𝑖𝑛 ∗ 𝑁𝐷 + 𝐵𝑖𝑎𝑠
ND: Número digital
𝐿𝜆 : Radiancia espectral 𝑊 (𝑚2 𝑠𝑟 𝜇𝑚)
Gain y Bias son valores de calibración
Modelo FLAASH
𝐿=
http://glovis.usgs.gov/.
𝐴𝜌
𝐵𝜌𝑒
+
+ 𝐿𝑎
1 − 𝜌𝑒 𝑆
1 − 𝜌𝑒 𝑆
𝜌: Reflectancia superficial
𝜌𝑒: Ref Supef promedio del pixel y la región de
entorno
S: albedo esférico de la atmosfera
𝐿𝑎 : parte de la radiancia dispersada por la
atmosfera
Figura. 16
Esquema de Trabajo
Figura 9
Figura. 8
3_Para ver las variaciones de la expansión agrícola se procederá al cálculo del
mínimo y máximo compuesto de estos mapas de NDVI y la diferencia del máximo y
mínimo compuesto se obtuvo la expansión agrícola total del periodo 2000 al
2013. Figuras 10, 11, 12.
Observamos un incremento del valor del índice de NDDI en lugares
cercanos a la expansión agrícolas, parte baja del valle del bajo Chira. El
NDDI tienen un valor máximo de 1, dicho valor se encuentra
abundantemente en parte baja del valle del bajo Chira
Conclusiones
COMPARACION DE
IMÁGENES
SELECCIÓN DE UN AREA
DE INTERÉS EN EL TIEMPO
MÍNIMO Y MÁXIMO
COMPUESTO
El análisis de los mapas de NDVI nos proporcionó una estimación de
la expansión agrícola del valle del bajo Chira. El NDVI característico de
las áreas agrícolas estuvo en el rango de 0.3 a 1, este rango apareció
en áreas donde anteriormente eran mucho menores. En solo 13 años la
expansión agrícola ha sido más del 300% con sus correspondientes
aumentos de tipos de cultivos. De la misma manera existe un aumento
del índice de sequía NDDI en lugares cercanos a las áreas de
expansión agrícola, esto no representa un aumento de las áreas que se
encuentran en sequía, esto puede mostrar que estas áreas están
convirtiendo en áreas cada vez más secas con el trascurso del tiempo,
lo que refleja que la sequia es la característica natural de esta zona,
característica que fue superada ya que esta zona, también, presenta
una expansión agrícola significativa entre los años 2000 y 2013.
DIRENCIA ENTRE EL MÍNIMO
Y MÁXIMO COMPUESTO
Índices utilizados: El NDVI [1] ecuación 1, el NDWI [2] ecuación 2, La
Universidad de Nebraska ha desarrollado un NDDI, ecuación 3.
𝜌𝑁𝐼𝑅 − 𝜌𝑅𝑒𝑑
NDVI =
𝜌𝑁𝐼𝑅 + 𝜌𝑅𝑒𝑑
1
𝜌𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁 − 𝜌𝑁𝐼𝑅
NDWI =
𝜌𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁 + 𝜌𝑁𝐼𝑅
2
𝑁𝐷𝑉𝐼 − 𝑁𝐷𝑊𝐼
NDDI =
𝑁𝐷𝑉𝐼 + 𝑁𝐷𝑊𝐼
3
Figura. 10
Figura. 11
Área de Estudio
Referencias
El Valle Chira, está situada en la parte central del Departamento de Piura, al
Norte del Valle Piura, entre los paralelos 4°40' y 5°00' de latitud Sur y entre los
meridianos 81°05' y 80°25' de longitud Oeste. Tiene una longitud aproximada de
80km., contados a partir de la represa de Poechos hasta su desembocadura en
el Océano Pacifico. Figura 1a, 1b.
Figura.12
[1]Jackson, R. D. and Huete, A. R. (1991). Interpreting vegetation
indexes, Prev. Vet. Med., 11(3–4), 185–200
[2] McFeeters S.K. (1996) The use of the Normalized Difference Water
Index (NDWI) in the delineation of open water features. International
Journal of Remote Sensing. 17(7):1425-1432
Agradecimientos
Figura.1a
Figura.1b
4_Se observa, un aumento de la expansión agrícola de 27264.51 ha. Para el
periodo 2000 al 2013 del valle del bajo Chira.
Simposio Internacional de Expertos “Manejo de Sequías” 19– 21 de noviembre 2014, Santiago, Chile
Dicho estudio esta siendo financiado por del proyecto PEER:
“Strengthening resilience of Andean river basin headwaters facing
global change”, el cual tiene entre sus propósitos implementar un
sistema de monitoreo por satélite para el estudio de los sistemas de
cabeceras de cuenca. Dicho sistema viene siendo diseñado de manera
conjunta con la Autoridad Nacional del Agua, ANA, El presente trabajo
fue desarrollado en el laboratorio de Teledetección, LABTEL, de la
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Perú.