Relaciones entre los productos de combustión y sus propiedades espectrales en matorrales mediterráneos quemados

Transcripción

1 Relaciones entre los productos de combustión y sus propiedades espectrales en matorrales mediterráneos quemados Raquel Montorio Llovería Grupo GEOFOREST

2 Los incendios forestales

3 La severidad del fuego No quemada Severidad baja Severidad media Severidad alta

4 La severidad del fuego La severidad es una de las primeras variables evaluadas después del fuego por su gran importancia en la dinámica post-fuego de los ecosistemas: influencia en los procesos de regeneración vegetal y procesos erosivos. Estudios tradicionales de teledetección: - imágenes de satélite adquiridas por sensores multiespectrales (Landsat-TM) - cálculo de índices de severidad : Normalized Burn Ratio (NBR) - estimación global de la severidad - evaluaciones en campo basadas en - estimaciones cualitativas - estimaciones cuantitativas (Composite Burn Index) de factores asociados a los diferentes efectos del fuego sobre el paisaje. Las imágenes hiperespectrales tienen potencial para identificar con bastante precisión las diferentes cubiertas superficiales post-fuego o productos de combustión, indicativas de los distintos niveles de severidad del fuego. Robichaud, P.R., Lewis, S.A., Laes, D.Y.M., Hudak, A.T., Kokaly, R.F. y Zamudio, J.A. (2007). Postfire soil burn severity mapping with hyperspectral image unmixing. Remote Sensing of Environment, 108, Smith, A.M.S., Wooster, M.J., Drake, N.A., Dipotso, F.M., Falkowski, M.J. y Hudak, A.T. (2005). Testing the potential of multi-spectral remote sensing for retrospectively estimating fire severity in African Savannahs. Remote Sensing of Environment, 97, Utilidad de la espectrometría de campo: nexo de unión entre la realidad y los datos de satélite. - Establecer empíricamente la validez de las relaciones. -Trasladar el conocimiento desde la gran escala del trabajo de campo a la pequeña escala de las imágenes de satélite.

5 La severidad del fuego Key, C.H. y Benson, N.C. (2006). Landscape Assessment (LA). In Lutes, D.C., Keane, R.E., Caratti, J.F., Key, C.H., Benson, N.C., Sutherland, S. y Gangi, L.J. (Eds.), FIREMON: Fire effects monitoring and inventory system.

6 Los productos de combustión - Aplicar una metodología que permita mejorar el estudio de la variable severidad a corto a plazo. Severidad nula Baja Media Alta Suelo Vegetación Suelo quemado Carbón Ceniza Vegetación quemada

7 Diseño experimental Técnicas de captura Fotografía de alta resolución espacial Espectrometría de campo Rango espectral: VIS Cámara digital Reflex Nikon D100 Espectrómetro Ocean Optics USB2000 Software OOIBase32 Rango espectral: nm Resolución espectral: 0.63 nm FWHM Intervalo de muestreo: 0.3 nm

8 Diseño experimental Técnicas de captura Fotografía de alta resolución espacial Espectrometría de campo Rango espectral: VIS Cámara digital Reflex Nikon D100 Espectrómetro Avantes AvaSpec Software AvaSoft Versión Full AvaSpec-2048 Rango espectral: nm Resolución espectral: 2.4 nm FWHM Intervalo de muestreo: 0.57 nm AvaSpec-NIR Rango espectral: nm Resolución espectral: 6 nm FWHM Intervalo de muestreo: 3.54 nm

9 Diseño experimental d r r = d * tan r = 200 * tan 5 r = 17 3m 3m 2m

10 Diseño experimental 0.7 m 0.7 m 10º 1.3 m 1.5 m 23 cm

11 Post-tratamiento de las fotografías

12 Post-tratamiento de las fotografías

13 Post-tratamiento de las fotografías

14 Post-tratamiento de las fotografías Clasificación supervisada

15 Reflectividad (%) Post-tratamiento de la información espectral - Importación de archivos originales. - Filtrado de firmas espectrales con filtro Savitzky-Golay Longitud de onda (nm)

16 Primera Derivada de la Reflectividad Aplicación de técnicas hiperespectrales - Primera Derivada de la Reflectividad Post-tratamiento de la información espectral Derivative analysis - Aproximación por diferencias finitas hacia delante - Tasa de cambio de la reflectividad para una distancia espectral específica a R (j) lo largo de las diferentes longitudes de onda consideradas. (j) (j+1) - Realza regiones de cambio de la reflectividad. FDS (j) = (R (j+1) R (j) ) / ( (j+1) - (j) ) R (j+1) Longitud de onda (nm)

17 CR Post-tratamiento de la información espectral Aplicación de técnicas hiperespectrales - Análisis de Rasgos de Absorción Normaliza los espectros de reflectividad para permitir la comparación de rasgos de absorción individuales. Máximo local Rc (i) R( i) Continuum Máximo local CR (i) = R ( i) / Rc (i) nm nm nm nm nm nm Longitud de onda (nm)

18 R' Post-tratamiento de la información espectral Aplicación de técnicas hiperespectrales - Análisis de Rasgos de Absorción Normaliza los espectros de reflectividad para permitir la comparación de rasgos de absorción individuales. Máximo local Rc (i) R( i) Continuum Máximo local Índice de absorción PB (i) = 1- CR ( i) CR (i) = R ( i) / Rc (i) nm PB: nm PB: nm PB: nm PB: nm PB: nm PB: Longitud de onda (nm)

19 CR Post-tratamiento de la información espectral Aplicación de técnicas hiperespectrales - Análisis de Rasgos de Absorción Normaliza los espectros de reflectividad para permitir la comparación de rasgos de absorción individuales. Máximo local Rc (i) R( i) Continuum Máximo local Índice de absorción PB (i) = 1- CR ( i) CR (i) = R ( i) / Rc (i) nm nm nm Longitud de onda (nm)

20 CR Post-tratamiento de la información espectral Aplicación de técnicas hiperespectrales - Análisis de Rasgos de Absorción Normaliza los espectros de reflectividad para permitir la comparación de rasgos de absorción individuales. Máximo local Rc (i) R( i) Continuum Máximo local Índice de absorción PB (i) = 1- CR ( i) CR (i) = R ( i) / Rc (i) nm PB: nm PB: nm PB: 0, Longitud de onda (nm)

21 Áreas de estudio Áreas de matorral mediterráneo Fuego controlado en la estación experimental de Peñaflor (año 2004) 70 puntos Fuego controlado en la Estación experimental de Aisa 170 puntos Fuegos naturales en los municipios de Ibieca y Zuera 83 puntos Fuego experimental en la estación experimental de Peñaflor (año 2007) 305 puntos

22 Resultados Ceniza Carbón Vegetación Proceso de combustión completo Restos de combustible Área no afectada por el fuego Severidad alta Severidad media Severidad nula

23 Resultados - Evaluar la sensibilidad de los datos espectrales a la presencia superficial de los productos de combustión. Identificar los rangos espectrales más adecuados para la estimación de estos productos. Evaluar la mejora en la estimación aportada por el rango espectral entre nm. Vegetación pñ Longitud 900 de 400onda Valor 1000 máximo 1200 de iz con correlación correlación npñ en el Área quemada n Rango espectral (nm) Signo máxima rango Peñaflor Intervalos significativos Aisa Rango Signo Máximos de espectral correlación Ibieca-Zuera NPeñaflor a

24 Resultados - Evaluar la sensibilidad de los datos espectrales a la presencia superficial de los productos de combustión. Identificar los rangos espectrales más adecuados para la estimación de estos productos. Evaluar Coeficientes la mejora en la estimación aportada por el rango espectral entre Resumen Coeficientes del nm. modelo de regresión Coeficientes Estadísticos de Coeficientes Estadísticos de Coeficientes Vegetación no estandarizados Rango Variables Coeficientes no estandarizados Área quemada estandarizados colinealidad R R 2 estandarizados R 2 Error Durbinajustado colinealidad tes espectral independientes estándar Watson B Error estándar Beta Tolerancia VIF B Error estándar Beta Tolerancia VIF nte Estación Constante experimental VIS-NIR de Peñaflor nte Estación Constante experimental VIS-NIR de Aisa nte Incendios Constante naturales de VIS-NIR Ibieca y Zuera nte Constante VIS-NIR Fuego experimental nte Constante de montes de Peñaflor VIS-SWIR Análisis Rangos espectrales VIS-NIR VIS-SWIR

25 Resultados - Evaluar la sensibilidad de los datos espectrales a la presencia superficial de los productos de combustión. Identificar los rangos espectrales más adecuados para la estimación de estos productos. Evaluar la mejora en la estimación aportada por el rango espectral entre nm. Ceniza Series Series Series3 Longitud de onda con correlación Valor máximo de correlación en el Área quemada n Rango espectral (nm) Signo máxima Intervalos rangosignificativos Peñaflor Rango Signo Máximos 0.62 de Aisa espectral correlación Ibieca-Zuera NPeñaflor Series4

26 Resultados - Evaluar la sensibilidad de los datos espectrales a la presencia superficial de los productos de combustión. Identificar los rangos espectrales más adecuados para la estimación de estos productos. Evaluar la mejora en la estimación aportada por el rango espectral entre nm. Ceniza Área quemada Estación exp. de Peñaflor Estación exp. de Aisa Incendios naturales de Ibieca y Zuera Fuego experimental de montes de Peñaflor Rango espectral VIS-NIR VIS-NIR VIS-NIR VIS-NIR VIS-SWIR Variables independientes Coeficientes no estandarizados B Error estándar R 2 ajustado Constante Constante Constante Constante Constante Análisis Rangos espectrales VIS-NIR VIS-SWIR

27 Resultados - Comparar la capacidad de estimación de diferentes tipos de información espectral. Análisis de regresión lineal múltiple por pasos sucesivos Longitudes de onda R 2 Reflectividad Vegetación (-), (+), (-) 0.82 Carbón (-), (+) Ceniza (-), (+) Primera Derivada de la Reflectividad Vegetación (+), (-), (+), (-), (-) Carbón (-), (-), (-), 951 (+), (-), (-) Ceniza (-), (-), (-), (-), (-), (+) Profundidad de Absorción Vegetación (+), (+), (-) 0.82 Carbón (+), (-), (+), (+) Ceniza (-) 0.463

28 Relaciones entre los productos de combustión y sus propiedades espectrales en matorrales mediterráneos quemados Raquel Montorio Llovería Grupo GEOFOREST