ANALISIS DE LA DINAMICA TEMPORAL DE LA COBERTURA VEGETAL Y SU RELACIÓN CON LA VARIABILIDAD EN LA PRECIPITACIÓN EN EL MUNICIPIO DE JUAREZ, CHIHUAHUA

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1 ANALISIS DE LA DINAMICA TEMPORAL DE LA COBERTURA VEGETAL Y SU RELACIÓN CON LA VARIABILIDAD EN LA PRECIPITACIÓN EN EL MUNICIPIO DE JUAREZ, CHIHUAHUA Eli Rafael PÉREZ RUIZ *a *a Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Av. del Charro no. 450 Nte. Col. Partido Romero. Ciudad Juárez, Chih., México, CP * eli.perez@uacj.mx RESUMEN El uso de los índices de vegetación, particularmente el NDVI, ha sido ampliamente utilizado para evaluar cambios en la estructura y características de la vegetación natural. En zonas áridas y semiáridas las precipitación y la disponibilidad de agua son los factores dominantes de la actividad biológica de la vegetación En el presente trabajo se evaluó la dinámica de la cobertura vegetal del municipio de Juárez mediante NDVI y su relación con la variabilidad en la precipitación. Se utilizaron imágenes NDVI del producto MOD13Q1 de MODIS Terra y valores del Índice Estandarizado de Precipitación (SPI). Se analizaron los valores máximos y promedio de NDVI en la zona de estudio, los porcentajes de cambio en periodos anuales y su relación con SPI. La mayoría de los años mostró valores en el rango de 0.15 a 0.3 de NDVI aproximadamente, sin embargo, se observa un incremento significativo en los valores de NDVI durante los años inusualmente húmedos (valores de SPI por encima de 0.5). Se encontró una relación clara entre la variabilidad de la precipitación y la dinámica de la vegetación, y el uso de NDVI mostró ser de gran utilidad en el monitoreo de la dinámica de la vegetación Palabras clave: Isla de Calor Urbana, crecimiento urbano, zonas urbanas 1 INTRODUCCIÓN Las series temporales de imágenes de satélite constituyen una excelente herramienta para analizar los cambios en diferentes aspectos del funcionamiento de la vegetación (Alcaraz-Segura et al, 2008). El análisis de imágenes de satélite proporciona la distribución espacial y temporal de variables, que son claves para entender el funcionamiento del ecosistema, como son la temperatura de superficie, la radiación interceptada por la vegetación, el contenido de clorofila o de agua en las hojas, o el índice de área foliar (Peña, O. et al, 2008). Los índices de vegetación se han utilizado ampliamente para poder derivar atributos funcionales y biofísicos de las coberturas vegetales. El índice más utilizado para el monitoreo de la vegetación es el Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) (Zerda y Tiedemann, 2010). Cuantificando la cantidad de radiación fotosintéticamente activa que es absorbida por la vegetación, se ha determinado que entre más radiación absorbe la vegetación, esta es fotosintetizada en mayor medida y, por consiguiente, la vegetación es más productiva, y viceversa. Cualquiera de estos dos escenarios puede ser expresado con un valor de NDVI a lo largo del tiempo, estableciendo las condiciones normales bajo las que la vegetación se comportaría. Analizando temporalmente los cambios en los valores de NDVI puede ayudar en el monitoreo de cambios en la estructura y productividad de la vegetación natural y así poder establecer los factores que dominan la dinámica de la actividad biológica de los ecosistemas (Weier y Herring., 2000)

2 En zonas áridas y semiáridas, el principal factor dominando la actividad biológica y la respuesta de la vegetación es la disponibilidad de agua y la precipitación. Cambios en los regímenes de precipitación pueden afectar considerablemente la respuesta de la vegetación (Perez-Ruiz et al, 2010). El Índice Estandarizado de Precipitación (Standardized Precipitation Index, SPI) es un índice de sequía utilizado para estimar condiciones húmedas y secas basadas en la variabilidad temporal de la precipitación McKee et al, 1993; GMAO, 2015). Relacionando el comportamiento temporal de la precipitación y el comportamiento de la cobertura vegetal permite entender la respuesta de la vegetación a los cambios en los regímenes de precipitación. Por tal razón, el objetivo del presente trabajo es monitorear la dinámica temporal de la cobertura vegetal utilizando NDVI y su relación con SPI. 2 METODOLOGIA Para el análisis de la cobertura vegetal del municipio de Juárez, Chih., se utilizaron datos de NDVI y SPI. Los valores de NDVI consistieron en imagénes MODIS Terra, del producto MOD13Q1 Vegetation Index.. Los datos fueron obtenidos de MODIS Collection 5 Land Products Global Subsetting and Visualization Tool (ORNL DAAC, 2008), teniendo como pixel central del subset las coordenadas geográficas N y W, con un tamaño de subset de 201 x 201 km. Las imágenes son compuestos de 16 días (16 Day Composite) y tienen una resolución espacial de 250 m (ver Figura 1). El periodo de análisis comprendió los años desde 2000 hasta Los valores de SPI anual fueron obtenidos de la página de internet del Servicio Meteorológico Nacional ( ntent&view=article&id=257&itemid=74) para la estación climática 8213, localizada en las coordenadas N y O, en Ciudad Juárez Chihuahua. Figura 1. Imagen NDVI de MODIS obtenida. Las imágenes de NDVI fueron delimitadas al área del municipio de Juárez, Chih. El polígono del área municipal fue obtenido del Marco Geoestadístico Nacional 2014 (INEGI, 2014) (ver Figura 2). Figura 2. Zona de estudio El procesamiento de las imágenes se llevó a cabo con el software ArcGIS , y consistió en el análisis de los valores máximos y promedios. El rango de números digitales (DN) de las imágenes es de a 10000, por lo que hay una correspondencia con los valores normales de NDVI (de -1 a 1) con un factor de escala de , por lo que los valores se mantuvieron en DN. Se obtuvieron imágenes con valores máximos y promedio anuales de NDVI. Se extrajeron valores máximos y promedio anuales de cada imagen y se compararon con los valores de SPI. También se calculó el porcentaje de cambio anual para

3 observar el aumento o disminución de la cobertura vegetal de un año con respecto al siguiente. 3 RESULTADOS Y DISCUSION 3.1 Valores máximos de NDVI La mayor parte de la zona se caracteriza por matorrales del desierto chihuahuense, los cuales presentan valores bajos de NDVI, con valores de entre 1500 (0.15) y 3000 (0.3), con algunas zonas con valores máximos de hasta 5500 (0.55). Se puede observar en la zona límite entre México y Estados Unidos y en el polígono urbano de Ciudad Juárez zonas con valores por encima de 8000 (0.8), pero estos valores corresponden a zonas agrícolas dentro de la ciudad y en el Valle de Juárez. Este tipo de valores se puede observar durante los años 2000 a 2004, 2007, 2009, 2011 y 2012 (ver Figura 3). Figura 3. Valores máximos correspondientes al año Durante los años 2005, 2006, 2008, y 2014 se observa un incremento significativo en los valores máximos de NDVI, teniendo en general rangos de entre 2500 (0.25) y 5500 (0.55) aproximadamente en zonas de vegetación natural, observándose más claro este incremento significativo en los años 2006, 2008, 2013 y Figura 4. Valores máximos de NDVI en el año Se observa el incremento considerable en los valores de NDVI. 3.2 Porcentaje de cambio anual. El porcentaje de cambio fue calculado como la diferencia entre el año más próximo y el año anterior en relación al valor inicial de NDVI, según la fórmula ((Valor Inicial Valor Final)/Valor Inicial)*100. Este análisis se realizó en los periodos , en orden ascendente hasta el periodo La mayor parte de los periodos no presentan cambios significativos en los valores con respecto al valor inicial del periodo, teniendo cambios en el orden de -100 y 100 %, sin notarse un patrón o tendencia clara de incremento o descenso. Esto se puede apreciar en los periodos , , , , , , , , y

4 Figura 5. Porcentaje de cambio de valores de NDVI para el periodo En los periodos , , y podemos ver porcentajes de cambio por encima de los valores típicos, con zonas con incrementos desde el 200% hasta por encima de 400% (ver Figura 6). Estos valores indican que en dichos periodos de tiempo la cobertura vegetal tuvo un reverdecimiento o podría considerarse un incremento en la cobertura vegetal. Cabe mencionar que la tendencia general encontrada en los porcentajes de cambio es a la alza, lo que podría indicar una recuperación o incremento constante de la vegetación natural. Figura 7. Mapa de valores de SPI de 12 meses para Diciembre de 2014 (CONAGUA, 2014). El rango de valores de SPI va en un rango de -2 a 2, siendo el valor de -2 un año excepcionalmente seco y 2 excepcionalmente húmedo, como se puede ver en la Figura 8. Figura 6. Porcentaje de cambio de valores de NDVI para el periodo Relación entre valores máximos de NDVI y SPI El promedio de valores máximos anuales de cada imagen delimitada fue comparado en el valor de SPI para la zona de Juárez. Los valores de SPI utilizan los valores puntuales de las estaciones climáticas del SMN, e interpolan los valores a toda la república (ver Figura 7) Figura 8. Rango de valores de SPI. La gráfica de comparativa de valores de SPI y NDVI (Figura 9) muestra una relación clara entre ambas variables, teniendo los valores máximos y promedio de los máximos anuales coincidiendo con valores de SPI de Ligeramente Húmedo y Moderadamente Húmedo, mientras que cuando hay valores negativos de SPI hay una disminución de los valores de NDVI. Estos resultados muestran claramente la relación existente entre la disponibilidad de agua (precipitación) y le respuesta de la cobertura vegetal.

5 5 REFERENCIAS Alcaraz-Segura, D., baldi, G., Durante, P. y Garbulsky, M. F Análisis de la dinámica temporal del NDVI en áreas protegidas: tres casos de estudio a distintas escalas espaciales, temporales y de gestión. Ecosistemas. 17 (3): Figura 9. Gráfica comparativa de valores de SPI y valores máximos anuales de NDVI. 4 CONCLUSIONES El rango de valores de NDVI encontrado en el municipio de Juárez vario entre 1500 (0.15) y 3000 (0.3) durante los años considerados normales o cercanos a la normalidad, mientras que los años considerados más húmedos de lo normal tuvieron valores desde los 2000 (0.2) has aproximadamente 5500 (0.55). La mayoría de los periodos analizados no mostraron un porcentaje de cambio significativo en los valores de NDVI, a excepción de los periodos , , y , donde se puede apreciar un incremento considerable en los valores de NDVI. La comparación de los valores de SPI y NDVI mostró una relación clara entre dicho valores, teniendo valores más altos de NDVI en años más húmedos de lo normal. El uso de imágenes de satélite de índices de vegetación mostró ser una herramienta útil para poder monitorear de manera clara y acertada el comportamiento temporal de la vegetación y su relación al SPI, sin embargo, es necesario realizar un análisis más profundo con el fin de establecer una relación más profunda, además de relacionar la cobertura vegetal con otras variables. CONAGUA Índice Estandarizado de Precipitación a 12 Meses (Enero-Diciembre 2014) _12.png GMAO Standardized Precipitation Index (SPI). atlas/spi-html/spi-description.html INEGI Marco Geoestadístico Nacional McKee, T. B., N. J. Doesken, and J. Kleist, 1993: The relationship of drought frequency and duration of time scales. Eighth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Jan17-23, 1993, Anaheim CA, pp ORNL DAAC MODIS Collection 5 Land Products Global Subsetting and Visualization Tool. ORNL DAAC, Oak Ridge, Tennessee, USA. Accessed September 07, Subset obtained for MOD13Q1 product at N, W, time period: to , and subset size: 201 x 201 km. Peña, O., Ostertag, G., Gandullo, R. y Campo, A Comportamiento de la vegetación de un humedal (mallín) entre periodos húmedos y secos mediante análisis hidrológica y espectral. Investigaciones Geográficas. 45: SMN. Índice Estandarizado de Precipitación. content&view=article&id=257&itemid=164

6 Weier, J. y Herring, D Measuring vegetation (NDVI & EVI). Earth Observatory. Vegetation/ Zerda, H. R. y Tiedemann, J. L Dinámica temporal del NDVI del bosque y pastizal natural en el Chaco Seco de la Provincia de Santiago del Estero, Argentina. Ambiência. 6(1):13-24.