Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes

Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes Dirección de Geomática Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad, CONABIO Dr. Rainer Ressl

Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes 1. Infraestructura existente para el monitoreo oceanico satelital en tiemporeal en la CONABIO (SATMO) 2. Inventario nacional de los manglares y programa de monitoreo 3. Monitoreo de arrecifes

Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad Una Comisión Intersecretarial Creada por acuerdo presidencial en 1992 para: promovery coordinaraccionesorientadasal conocimiento y uso sustentable de la riqueza biológica de México obtener, organizar, analizar y hacer accesible la información sobre esta riqueza ser unainstituciónpuenteentre la academia, el gobierno y la sociedad civil

Bases de datos de ejemplares* (columna vertebral) De especies Catálogos y archivos de autoridad Imágenes de satélite Cartografía electrónica Datos de vegetación SNIB Climas Infraestructura, poblaciones, etc. Herramientas estadísticas, analíticas y para extrapolación Desarrollos bioinformáticos Redes de expertos nacionales e internacionales

Título Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes Infraestructura existente para el monitoreo oceanico satelital en tiempo real en la CONABIO (SATMO)

Capacidades de percepción remota Capacidades tecnológicas instaladas Antena en ECOSUR-Chetumal Antena en CONABIO, México D.F. Recepción de MODIS (Terra y Aqua), Landsat-5, ERS-2, ENVISAT e IRS-P6 Recepción de MODIS (Terra y Aqua) y AVHRR/NOAA Cooperación técnica entre Alemania (DLR) y México (Consorcio: CONACYT, CONABIO, INEGI, y ECOSUR)

Capacidades de percepción remota Capacidades tecnológicas instaladas Circulo de recepción de datos Antena en CONABIO, México D.F. Antena en ECOSUR-Chetumal

MODIS/Aqua received in CONABIO Nov. 10, 2008 19:56 GMT PASOS DEL MODIS Viewing the ocean products on Google Earth RGB-True Color Sea Surface Temperature (11µm) [ C] Chlorophyll-a concentration [mg.m-3] Total Suspended Matter [mg/l]

Compuestos promedios semanales (8 días) del MODIS/Aqua (1-km): L3m_8D_1km SST - Temperatura Superficial del Mar Animación de los compuestos de promedios semanales del 2009 (cada 8 días julianos) Chlor_a Concentración de Clorofila-a, Algoritmo OC3 Animación de los compuestos de promedios semanales del 2009 (cada 8 días julianos)

Sistema Satelital de Monitoreo Oceánico(SATMO) 8 Days ANIMATION: Composites 2002-2009. Mean Climatology MODIS/Aqua Monthly Chlorophyll-a concentration Sea Surface Temperature http://www.conabio.gob.mx/informacion/geo_espanol/modis/oceano.html

Sistema Satelital de Monitoreo Oceánico(SATMO) Monthly and 8-Days Anomaly 2002-2009 MODIS/Aqua Chlorophyll-a concentration Monthly Anomaly Animation Anomaly MODIS/Aqua = Mean Composites - Composites 2002-2009 Mean climatology Sea Surface Temperature Monthly Anomaly Animation http://www.conabio.gob.mx/informacion/geo_espanol/modis/oceano.html

Aplicación Contaminación del mar: Mareas Rojas Monitoreo de los florecimientos algales nocivos (FANs) en el Golfo de México mediante imágenes satelitales MODIS de color del mar y observaciones in situ MODIS-Aqua 500 m RGB-439 10-Jul-2010 19:12 GMT MODIS-Aqua 1 km Fluorescencia CHL (FLH) 10-Jul-2010 19:12 GMT

Sitio de Mares Mexicanos (BIODIVERSIDAD MEXICANA-CONABIO) http://www.biodiversidad.gob.mx/pais/mares

Título Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes Inventario nacional de los manglares y programa de monitoreo

Título Los manglares sirven de hábitat a un gran número organismos acuáticos como los peces, crustáceos,concentran una diversidad biológica importante, además juega un papel fundamental en la protección del litoral y la prevención de inundaciones. Geomatics Unit CONABIO www.conabio.gob.mx +52 (55) 50 04 50 20 Los manglares protegen las costas de la erosión y de tormentas (especialmente durante los huracanes). Su sistema de raíces es muy eficiente para disipar la energía de las olas. Foto: CONABIO-SEMAR, J. Acosta.

Problema Título A pesar de su importancia, la expansión de las actividades humanas en zonas costeras ha causado daños severos sobre muchos humedales costeros. Manglar perturbado por el huracán Wilma y la construcción de infraestructura turística, Quintana Roo, México, 2008. A nivel mundial, Valiela et al. (2001) estimaron una pérdida de 35% de bosques de manglar en las últimas dos décadas, identificando la actividad camaronícola como la principal fuente de transformación.

-Cambios de uso del suelo -Cambios en la hidrología Construcción de caminos y carreteras

Introducción -Cambios en la hidrología Construcción de granjas camaronícolas -Huracanes/construcción Huracán Wilma y construción de infraestructura turística. Fotos: CONABIO-SEMAR, Quintana Roo, Joanna México, Acosta. 2008.

Objetivo del proyecto Desarrollar un programa de monitoreo sistematizado a largo plazo de este ecosistema, a través de indicadores ambientales, para determinar las condiciones de la vegetación y los principales agentes que provocan su transformación, este proyecto involucra tanto técnicas de percepción remota así como trabajo in situ. Primera etapa: Estimar la extensión y distribución de los manglares de México con técnicas de Percepción Remota y trabajo de campo. Segunda etapa: Estimar tasa de cambio e identificar los principales agentes de transformación de los manglares de México en un periodo de 30 años. Identificar procesos de fragmentación. Explorar parámetros biofísicos (LAI/Biomasa). Tercera etapa: Identificar y caracterizar sitios prioritarios de manglar. Proponer parámetros e indicadores que ayudarán a realizar un monitoreo de los manglares de México a largo plazo.

Área de estudio -Todos los parches de manglar en México. -Zona de amortiguamiento (buffer) alrededor de manglar (superficie aprox. 86,264km 2 ) para análisis de cambio de cobertura y uso del suelo.

Regionalización Pacífico Norte: Baja California, Baja California Sur, Sonora, Sinaloa y Nayarit Fotos: Joanna Acosta y José Díaz SPOT IMAGE

Rhizophora mangle Fotos: Joanna Acosta y María Teresa Rodríguez

Materiales y método Imágenes de satélite Recibidas aprox. 1000 Georreferenciadas aprox. 230 Utilizadas 134 134 imágenes multiespectrales SPOT-5 (10 m) Para todo el país ERMEXS-SEMAR 83% 2005-2006 Título 1.Resolución temporal y espacial de las imágenes Resolución espacial de las imágenes (10 m). Temporalidad de las imágenes. Estacionalidad. Pacífico Centro Estudios anteriores Vegetación y Uso del suelo (INEGI) Inventario Nacional Forestal y bases de datos (CONAFOR) Registros de CONABIO (SNIB) Trabajo de campo de CONABIO y otras instituciones

Pre-Procesamiento METODOLOGÍA (primera etapa) - Datos de la proyección del mapa Proyección: UTM (Universal Transversa de Mercator) Unidad de Medida: Metros Datum: WGS84 Elipsoide: WGS84 Área mínima cartografiable: Una hectárea (10, 000 m 2 ) Formato: vectorial

Pre-Procesamiento Proceso de Georreferenciación de las imágenes SPOT a partir de ortofotos del INEGI

Clasificación Imágenes de satélite Clasificación

Validación en campo y evaluación de la exactitud Título La validación del mapa final de manglares se realizó mediante vuelos en helicóptero con apoyo de la SEMAR. Una cámara digital sincronizada con GPS fue montada al pedal del helicóptero. Camara NIKON D300 (12 MP) con GPS Garmin GPSMAP 76CSx siendo colocada sobre el pedal de un helicóptero de la SEMAR.

Validación en campo y evaluación de la exactitud 103,597 fotos digitales Título Mosaico de fotos digitales Foto vertical con punto central georeferenciado Línea de vuelo en Google Earth Foto oblicua con georeferencia del lugar de toma Se tomaron fotografías aéreas verticales de manera sistemática en sobrevuelos de zig-zag paralelos a la costa, Fotos: CONABIO-SEMAR. J. Díaz y J. Acosta

Validación en campo y evaluación de la exactitud Título Obteniendo una sub-muestra (10%) del total de las fotografías verticales tomadas en campo, especialistas regionales realizaron la evaluación de cada fotografía. Fotos: CONABIO-SEMAR. J. Díaz

RESULTADOS (primera etapa) Mapa de distribución de los manglares de México (2005) Escala cartográfica 1:50,000 Área mínima cartografiable (1 ha) 770,057 hectáreas 90% exactitud Sobreposición sobre mosaico de imágenes MODIS.

RESULTADOS Región Golfo de México Pacífico Centro Pacífico Norte Pacífico Sur Península de Yucatán Estados Superficie (ha) % área total Tabasco 45,210 5.9 Veracruz 36,237 4.7 Tamaulipas 2,995 0.4 Total GM 84,442 11.0 Colima 3,074 0.4 Jalisco 2,010 0.3 Michoacán 1,506 0.2 Total PC 6,590 0.9 Sinaloa 80,597 10.5 Nayarit 71,742 9.3 Baja California Sur 25,851 3.3 Sonora 10,682 1.4 Baja California 28 0.0 Total PN 188,900 24.5 Chiapas 41,540 5.4 Oaxaca 17,297 2.2 Guerrero 7,537 1.0 Total 66,374 8.6 Campeche 194,190 25.2 Quintana Roo 129,921 16.9 Yucatán 99,640 12.9 Total PY 423,751 55.0 TOTAL 770,057 100.0

RESULTADOS Nivel de protección ÁreasNaturales Protegidas Sitios Ramsar Región Nacional Región Nacional Región ha % % ha % % Pacífico Norte 13,610 7.2 1.76 128,064 67.8 16.63 Pacífico Centro 566 8.6 0.07 2,489 37.8 0.32 Pacífico Sur 31,355 47.2 4.07 34,749 52.4 4.51 Golfo de México 14,035 16.6 1.82 35,631 42.2 4.63 Peninsula de Yucatán 354,183 83.6 45.99 322,883 76.2 41.93 Total 413,749 53.7 523,816 68 Petenes, Campeche Sian Ka an, Quintana Roo

RESULTADOS Diciembre de 2009

RESULTADOS http://www.conabio.gob.mx/informacion/gis/

RESULTADOS VIDEO EN GOOGLE EARTH

Segunda etapa: Estimar la tasa de cambio e identificar los principales agentes de transformación de los manglares de México en un periodo de 30 años. Identificar procesos de fragmentación. Explorar parámetros biofísicos (LAI/Biomasa) Supervisadas / No supervisadas Definición del sistema clasificatorio de coberturas Clasificación de imágenes SPOT (2005) en áreas buffer Elaboración mapas década 70 s (Análisis retrospectivo) Fotografías aéreas históricas (INEGI) Revisión/Corrección Visual Evaluación de exactitud (datos externos / análisis fotografías aéreas Análisis Multitemporal Post-clasificatorio - Matrices de cambio - Tasas de transformación - Identificación de agentes de cambio Análisis de fragmentación EXPLORACIÓN DE PARÁMETROS BIOFÍSICOS

Interpretación de fotografías históricas (década de los setentas y ochentas)

Análisisde cambiosen manglares Mapa 2 Mapa 1 Clase 1971 2005 +/- ha % ha % Netas r (%) 1.- Desarrollo antrópico 1,674.41 2.07 4,850.83 5.99 3,176 3.23 2.- Agrícola - Pecuaria 34,504.69 42.62 37,662.72 46.52 3,158 0.45 3.- Otra vegetación 18,342.41 22.65 15,204.89 18.78-3,138-0.55 4.- Sin vegetación 1,913.20 2.36 806.28 1.00-1,107-2.56 5.- Manglar 6,588.82 8.14 3,293.71 4.07-3,295-2.08 6.- Manglar perturbado 0 0.00 0 0.00 0 n.a 7.- Otros humedales 5,532.94 6.83 6,181.51 7.63 649 0.49 8.- Cuerpos de agua 12,409.17 15.33 12,965.72 16.01 557 0.14 9.-Otros (nubes y sombras) 0 0 0 0 n.a. n.a. Total 80,966 100.00 80,966 100.00 Cambios manglar

RESULTADOS (2da etapa) Mapa 1 Fotografías aéreas históricas (década 70 s principios 80 s) Mapa 2 Imágenes de satélite SPOT Zona de influencia (5 km) Mapas escala 1: 50,000

Análisis de fragmentación Métricas propuestas: - Área total - Número de parches - Índice del parche mayor - Área promedio de los parches - Dimensión fractal - Índice de contacto

Tercera etapa: Identificar y caracterizar sitios de manglar de relevancia biológica y rehabilitación ecológica. Proponer parámetros e indicadores que ayudarán a realizar un monitoreo de los manglares de México a largo plazo. Criterios: - Valor biológico - Amenaza o riesgo - Relativos a agentes de perturbación - Oportunidad de conservación y rehabilitación TALLERES CON EXPERTOS DE LAS 5 REGIONES Identificación de sitios Definición y caracterización Resultados segunda etapa Resultados tercera etapa Resultados primera etapa SISTEMA DE MONITOREO A LARGO PLAZO

RESULTADOS (tercera etapa) Identificar y caracterizar sitios prioritarios de manglar (2 Talleres) Rehabilitación RíA LAGARTOS Conservación Conservación y rehabilitación

RESULTADOS (tercera etapa) Sitios de manglar con relevancia biológica y con necesidades de rehabilitación ecológica 81 sitios identificados Golfo de México: 27 Península de Yucatán: 25 Pacífico Norte: 10 Pacífico Centro: 6 Pacífico Sur: 13 75% de los manglares del país

Título Monitoreo de ecosistemas costeros con percepción remota - ejemplo de los manglares y arrecifes Monitoreo de arrecifes

Sistemas Arrecifales Distribución espacial de los arrecifes coralinos someros y otros hábitats bentónicos usando imágenes de alta resolución espacial en zonas del litoral del Caribe mexicano: PN-APM. Muestreo de calidad del agua continuo: salinidad [UPS], temperatura [ C], fluorescencia [Cl-a], oxígeno disuelto [mg/l], transparencia, DOM [materia orgánica disuelta] integrados a un GPS. Levantamiento batimétrico con un GPS diferencial. GPS para geoposicionar las fotos y videos Descripción cualitativa / caracterización visual de los habitat bentónicos. Video transectos submarino Tomas panorámica de video Obtención de firmas espectrales

Área de estudio: Se trabajó dentro del área natural protegida Parque Nacional Arrecife de Puerto Morelos dentro del SAM. (un área de 91.2 km 2 ) (líneas en rojo)

PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

ETAPA 2. PROGRAMA DE MUESTREO: TRABAJO DE CAMPO (Agosto 16-25, 2010) Para el trabajo de campo trabajaron dos grupos, cado uno con una lancha. Foto-interpretación del fondo marino: foto-video digital submarino y caracterización cualitativa del hábitat. Óptica marina: mediciones de reflectancia o firmas espectrales de los hábitats bentónicos desde la superficie con transectos separados entre si cada 400 m, coincidente con los transectos de 200 m. 132 estaciones analizadas

Batimetría satelital de Puerto Morelos Validation Plots (Satelite Data/Ground Truth Data) of all 3 Scenes used for the mosaic Satelite data: WorldView-2 del 20 de diciembre del 2010

Seafloor classification Puerto Morles Imagen World View 2 del 20 de diciembre de 2010 4 m de resolución Clasificación por objetos con Ecognition utilizando batimetría, línea de costa y la respuesta espectral corregida para la columna de agua

GRACIAS Vielen Dank