Biodiversidade e Geodiversidade Fundamentos de Modelagem Modelagem Conceitual de Ecossistemas Aplicações de Modelagem Espacial Corredores Ecológicos Análise de Área de vida Distribuição potencial de espécies Análise de queimadas Índices de Geodiversidade

1. Modelagem e Geotecnologias
para a Conservação, Planejamento
e Gestão da Biodiversidade e
Geodiversidade
VitorVieiraVasconcelos
ProfessorAdjunto
Área de PlanejamentoTerritorial, Subárea de Dinâmicas EcossistêmicasAplicadas ao
PlanejamentoTerritorial
Universidade Federal do ABC – UFABC
Dezembro de 2016

2. Conteúdo
Biodiversidade e Geodiversidade
Fundamentos de Modelagem
Modelagem Conceitual de Ecossistemas
Aplicações de Modelagem Espacial
Corredores Ecológicos
Análise de Área de vida
Distribuição potencial de espécies
Análise de queimadas
Índices de Geodiversidade
Reflexões Finais
2 de 25

3. Geodiversidade Biodiversidade

4. Modelagem

5. Modelos
• Representações simplificadas de um objeto, estrutura, ideia ou sistema.
• Estas representações atendem a algum propósito!!!
• São menores, menos detalhados, menos complexos, ou tudo isso junto…
Yi = 0 + Xi 1

6. MODELO = VISÃO REDUZIDA

7. Modelagem de Fenômenos
Ambientais
Turner et al. (2001)
Bolker (2008)
Perguntas inicias sobre o ecossistema (hipóteses)
Coletar Dados
Elaborar os modelos
Rodar os modelos
Analisar eficácia e
testar hipóteses
Refinamento /
Calibração do modelo
Análise de Sensitividade
Validação com outros dados
Responder as perguntas

8. Modelagem de Fenômenos
Ambientais
Modelos determinísticos
 Funções matemáticas com respostas precisas
 Explicam os processos detalhadamente
Modelos estocásticos
 Explicação parcial dos padrões por modelos estatísticos
 Explicitam a frequência, a probabilidade e a incerteza dos
fenômenos
Turner et al. (2001)
Bolker (2008)

9. Combinando Modelos
Determinísticos e Estocásticos
Dados Coletados
Sinal
(Modelagem Determinística)
Ruído
(Modelagem Estocástica)
Bolker (2008)

10. Características de Modelagem
em Cada Escala
Turner et al. (2001)
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Ecologia
Ecologia de Paisagem
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Manipulação experimental Possível Difícil
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Manipulação experimental Possível Difícil
Replicação Possível Difícil
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Manipulação experimental Possível Difícil
Replicação Possível Difícil
Testabilidade das hipóteses Fácil Difícil
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Manipulação experimental Possível Difícil
Replicação Possível Difícil
Testabilidade das hipóteses Fácil Difícil
Forma do modelo Determinístico Estocástico
Atributo Pequenas Áreas Grandes Paisagens
Resolução de detalhes Alta Baixa
Densidade de amostragem Alta Baixa
Manipulação experimental Possível Difícil
Replicação Possível Difícil
Testabilidade das hipóteses Fácil Difícil
Forma do modelo Determinístico Estocástico
Generalização Difícil Possível

11. Modelagem Conceitual
de Ecossistemas

12. Modelagem Conceitual
Exemplo: Modelagem Queimadas em uma Unidade de Conservação
Ambiente exógeno
Clima
Temperatura
Chuva
Vento
Unidade de Conservação
Plantas
Gramíneas
Arbustos
Árvores
Animais
Terrestres
Aquáticos
Humanos
Brigadistas
Solo
Umidade
Nutrientes

13. Modelando Relações
Predadores Presas
Retroalimentação
negativa
Retroalimentação
positiva
Plantas Polinizadores

14. Modelando Relações
Efeitos da reintrodução dos lobos no parqueYellowstone
Número
de lobos
Número
deVeados
Crescimento
das Árvores
Número de
Ursos
Número de
Castores
Velocidade
das Águas
Número e
tamanho das trutas
Crescimento
de suculentas
Carcaças
Disponíveis
Número de
aves de rapina
Número de
Coiotes
Número de
raposas
Número aves
canoras
Número de
Roedores
Robbins (2004)

15. Modelagem de Fenômenos
Ambientais
Intensidade
Sinergia com outros fenômenos
Importância (função para os ecossistemas ou
grupos sociais)
Tempo
• Duração
• Cliclicidade ou Frequência
• Tendência: crescente X estável X descrescente
• Inércia (uma intervenção leva certo tempo até aparecerem as
consequências)
Espaço
Thomaziello (1999) e Santos (2004)

16. Propriedades dos Sistemas
Millennium EcosystemAssessment (2003)
ServiçoEcossistêmico
(polinizaçãodeculturas)
Resiliência
TempoPrimeiro Impacto Segundo Impacto
Variabilidade
Limite de Irreversibilidade (1º estado)
Limite de Irreversibilidade
(2º estado)

17. Modelagem Espacial para
Conservação, Planejamento
e Gestão da Biodiversidade

18. Modelo ABC de Integração de
Dados Espaciais Dorney (1976)
Formas de
Relevo
ESTRUTURAL
Processos
Erosivos
FUNCIONAL
Nível 1
Dados de
entrada
Abiótico Biótico Cultural
Socioeconômico
Tipo de
vegetação
ESTRUTURAL
Produtividade
primária
FUNCIONAL
Padrões de
uso da terra
ESTRUTURAL
Territórios
de Influência
FUNCIONAL
Nível 2
Mapas de
significâncias
e restrições
ambientais
Significância
Abiótica
Significância
Biótica
Significância
Cultural
Restrição
Abiótica
Restrição
Biótica
Restrição
Cultural
Nível 3
Mapas de
Síntese
Significância
Ambiental
Restrição
Ambiental
Mapa de
Propostas de
Manejo
Nível 4
Propostas de
Manejo

19. Áreas prioritárias para
conservação segundo o
método ABC, para
proposição de um corredor
ecológico emWalton County,
Atlanta
Ndubsi et al.
(1975)
Modelos ABC de
Integração de Dados
Espaciais
Mapa de
Significância
Ambiental
Mapa Síntese
Final

20. Geotecnologias para Conservação
do Pontal do Paranapanema - SP
Uezo e Cullen Junior (2015)
Uso de
sensoriamento
remoto para
mapear a
fragmentação
dos
ecossistemas

21. Geotecnologias para Conservação
do Pontal do Paranapanema - SP
Uezo e Cullen
Junior (2015)
Modelagem
de riqueza
de espécies
sensíveis de
pássaros

22. Geotecnologias para Conservação
do Pontal do Paranapanema - SP
Uezo e Cullen
Junior (2015)
Modelagem de
áreas
prioritárias para
restauração de
corredores
florestais
Distância de APPs Distância de
vegetação nativa
Distância de
limites de
propriedade

23. Geotecnologias para Conservação
do Pontal do Paranapanema - SP
Uezo e Cullen
Junior (2015)
Cenário
proposto
para
restauração
de
corredores
ecológicos

24. Somando o kernel
de cada ponto
Mapas de Kernel
Câmara et al. (2004)
Bergamaschi (2010)

25. Mapas de Kernel
Mapa de Pontos de
Focos de Queimada
Mapa de Kernel de
Focos de Queimada
Kazmierczak, 2015
Densidade
http://www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas/

26. Diferentes Raios
para o Kernel
Fowler (2013)
Mapas de
Kernel

27. Estimação de Kernel
Otimização porValidação Cruzada:
Escolher a distância H
que minimize:
 onde ĝ−1 ( si ) é a estimativa de g( si ) construída com o valor de
banda h usando todos os dados com exceção do par (si, zi)
Softwares:
• Crimestat
• Kernel Density Estimation (R)
• Home RangeTools (ArcGis)
• Animove (Qgis)
cv
H

28. Estimação de Kernel
Área de
Vida da
Leoa
Tata
95%
50%
MacFarlane (2014)

29. Estimação de Kernel
95%
50%
95%
50%
Área de vida e territórios
de espécimes e espécies
de peixes
95%
50%
95%50%
Recife de Coral Lover’s Point,
Monterey peninsula,
Califórnia
Freiwald (2009)

30. Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque Nacional das Emas, GO
Mapeamento por
sensoriamento
remoto do período
sem queima de
cada área do
parque
Acúmulo de
biomassa para
queimadas
Almeida (2012)
Anos sem queima até
maio de 2002

31. Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque das Emas
Mapeamento por sensoriamento remoto das
áreas queimadas de 1984 - 2010
Modelagem do risco de recorrência de incêndios
Almeida (2012)
Intervalo de anos sem queima
RiscodeIncêndio

32. Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque das Emas
Entrada do Modelo
 Dados Climáticos
 Temperatura
 Umidade do ar
 Direção doVento
 Intensidade doVento
 Dados Espaciais:
 CombustívelVegetal
 Declividade
 Orientação daVertentes
 Obstáculos (rios e aceiros)
 Ponto inicial do incêndio
Almeida (2012)
Simulação do Incêndio

33. Simulação
temporal de
propagação e
um Incêndio
Início do
Incêndio
Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque das Emas
Almeida (2012)

34. Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque das Emas
Início do
Incêndio
Repetição da
simulação por
1000 vezes
Mapa de
probabilidade de
cada área ser
queimada
Almeida (2012)

35. Incêndio Real Simulação
Modelagem de Propagação de Incêndios no
Parque das Emas Almeida (2012)

36. Modelos de Distribuição de
Espécies
Entrada:
 Dados de ocorrência e distribuição de espécies
 Variáveis ambientais
Resultados
 Mapa de distribuição potencial das espécies
 Onde posso criar uma unidade de conservação para proteger essa espécie?
 Efeito das variáveis ambientais
 O que acontecerá com uma espécie se construirmos uma nova estrada?
Wegman et al. (2016)

37. Sistema BIOGEO – Biogeografia da Flora e
dos Fungos do Brasil
 Dados de ocorrência de 700 espécies
 Variáveis ambientais
 Altitude
 Variação de temperatura
 Variação de pluviosidade
Ocorrência potencial do
Samambaiaçu Imperial
Dicksonia sellowiana
Em Perigo de Extinção
http://biogeo.inct.florabrasil.net/

38. Modelagem de distribuição de espécies em
cenários de mudanças climáticas
Alteração na área
potencial de
ocorrência de
Araucária
angustifólia em
cenário de mudança
climática
Atual
Ano 2057
Meireles et al. (2007)

39. Análise de Geodiversidade
Diversidade de ambientes é base para diversidade
de espécies
• Diversidade de habitats = Biodiversidade Beta
Ambientes singulares podem apresentar espécies
endêmicas especialmente adaptadas
Diversidade de recursos auxilia sobrevivência para
os seres vivos (incluindo os seres humanos)

40. Índice de
Geodiversidade na
Bacia do rio Xingu
• Geologia
• Geomorfologia
• Contatos
estruturais
• Hidrografia
(ordens de sthraler)
• Padrões de
Drenagem
• Solos
• Unidades
paleontológicas
• Ocorrências
Minerais
Silva et al. (2015)

41. Análise de
Geodiversidade
Mapa Síntese de
Geodiversidade para
a Bacia do Rio Xingu
Silva et al. (2015)

42. Análise de
Geodiversidade
Compensações ambientais
de mineração em campos de
altitude no Quadrilátero
Ferrífero, Minas Gerais.
Lei da Mata Atlântica:
 Protege os campos de altitude
 Supressão exige preservar um
outro ecossistema com as
mesmas caracteristicas
 Alto grau de endemismo em
relação ao substrato geológico
Vasconcelos (2014)

43. Reflexões Finais
 Os modelos nos ajudaram a entender melhor os
ecosssistemas
• Ressalva: são sempre simplificações e aproximações da
realidade
 A modelagem no espaço e no tempo permite
compreender melhor a dinâmica ecológica
 Os modelos nos estudos de caso mostraram ser
possível incorporar relações entre a geodiversidade e a
biodiversidade
 As aplicações trouxeram informações relevantes para
as estratégias de conservação, planejamento e gestão
da biodiversidade e geodiversidade

44. Bibliografia
ALMEIDA, R.M. Modelagem da Propagação do fogo como ferramenta de auxílio à tomada de decisão no
combate e prevenção de incêndios no parquet nacional das Emas, GO.Tese de Doutorado. INPE, São José dos
Campos, 2012.
BERGAMASCHI, R. B. SIGAplicado a segurança no trânsito - Estudo de Caso no município deVitória – ES.
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES, 2010
BOLKER, B. Ecological Models and Data in R. Princeton: Princeton University Press, 2008
BRILHA, J. B. Património geológico e geoconservação: a conservação da natureza na sua vertente geológica.
Viseu: Palimage, 2005
CÂMARA, Gilberto; CARVALHO, Marilia Sá. Análise espacial de eventos. Em: Análise espacial de dados
geográficos. Embrapa Cerrados, Planaltina, p. 53-122, 2004.
FIDALGO, E. C. C. (2003). Critérios para a análise de métodos e indicadores ambientais usados na etapa de
diagnóstico de planejamentos ambientais.Tese de Doutorado, UNICAMP: Campinas.
FREIWALD, J. 2009. Causes and consequences of the movement of temperate reef fishes. PhD dissertation.
University of California
FOWLER, H.G. 2013. Amostragem por pontos. Ecologia de Populações. Em:
http://pt.slideshare.net/popecologia/amostragem-pontual
KAZMIERCZAK, M. 2015. Queimadas em Cana-de-Açúcar: Monitoramento e Prevenção. MundoGeo. Em:
http://mundogeo.com/blog/2015/09/28/queimadas-em-areas-de-cana-de-acucar-monitoramento-e-
prevencao-2/
MACFARLANE, K. 2014. Lioness HF012 “Tata”. Kalahari Lion Research. Em:
http://www.kalaharilionresearch.org/2014/07/23/lioness-hf012-tata/

45. Bibliografia
NDUBISI, F., DEMEO,T., DITTO, N. D. (1995). Environmentally sensitive areas: a template for developing
greenway corridors. Landscape and Urban Planning, 33(1), 159-177.
PRIMACK, R. B.; RODRIGUES, E. Biologia da Conservação. Londrina: Gráfica Editora Midiograf, 2001
ROBBINS, J. (2004) ‘Lessons from theWolf’, Scientific American, vol. 290, issue 6, pp. 76–81.
SANTOS, R. Planejamento ambiental: teoria e prática. São Paulo: Oficina deTexto, 2004
SILVA, J.P.; RODRIGUES, C.; PEREIRA, D.I. Mapping and Analysis of Geodiversity Indices in the Xingu River
Basin, Amazonia, Brasil. Geoheritage (2015), 7:337-350
THOMAZIELLO, S.A. Planejamento ambiental e conservação de florestas urbanas: Mata Ribeirão Cachoeira,
Campinas, SP. Dissertação de Mestrado – UNICAMP, Campinas, 1999
TURNER, M.G.; GARGNER, R.H.; O'Neill, R.V.l.. Landscape Ecology inTheory and Practice: Pattern and
Process. NewYork: Springer, 2001
UEZO, A.; CULLEN JUNIOR, L. Da Fragmentação Florestal à Restauração da Paisagem: aliando conhecimento
científico e oportunidades legais para a conservação. In: Paese, A., Uezu, A., Lorini, M. L., & Cunha,A. (ed.)
(2015). Conservação da Biodiversidade com SIG. Oficina deTextos
VASCONCELOS.V.V. Campos de Altitude, Campos Rupestres e Aplicação da Lei da Mata Atlântica: estudo
prospectivo para o Estado de Minas Gerais. Boletim de Geografia – UEM.Vol 32, n. 2, p. 110-133, Agosto,
2014.
WEGMANN, M.; LEUTNER B.; DECH, S. Remote Sensing and GIS for Ecologists: Using Open Source Software.
Exeter : Pelagic Publishing, 2016.

46. Obrigado!