Avaliação de dados SAR polarimétricos para estimativa de biomassa em diferentes fitofisionomias de florestas tropicais

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Igor da Silva Narvaes
• Orientador(a): João Roberto dos Santos
• Banca de defesa: Yosio Edemir Shimabukuro, Pedro Roberto de Azambuja Madruga, Paulo Maurício Lima de Alencastro Graça
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: The pioneering studies of forest biomass quantification using multipolarized SAR data showed that SAR data saturated above certain levels of biomass. However, more recent studies using attributes extracted from coherent and incoherent polarimetric images showed that these data do not seem to suffer so much saturation of the signal depending on the wavelength used. Based on this, this study aims to evaluate the potential of L band PolSAR data (ALOS/PALSAR) for dependency analysis of forest structure in the understanding of the interaction the radarsignal-target and to modeling of the estimation of forest biomass. The study was conducted in an experimental area at the region where the Tapajos National Forest and its environs is located. To achieve the aforementioned goal, an exploratory analysis of the sensitivity of polarimetric attributes variations in the verification of structural-floristic forest type under consideration was first performed. The methodological approach consisted in the extraction of polarimetric attributes such as copolarized polarimetric response, phase difference HH -VV and mean alpha angle-entropy plan. Additionally, we obtained values of canopy opening fraction in forest inventory sampling units for the processing of floristic, horizontal and vertical structure. To analyze the relationship of the polarimetric attributes with forest biomass was used regression analysis as statistical method. The explanatory variables used are composed of a range of polarimetric attributes considered by literature as incoherent and coherent, in other words, based only on the radar measurement of power amplitude data and additionally in its phase information of the backscattered radiation, respectively. To model the above ground tree biomass the most important attributes were the backscattering coefficient at HH polarization the volume scattering component of the Freemans decomposition, the Touzis magnitude of the second component, the phase of the second and third components and the heliticity mean angle. Aiming to validate the results obtained by the model a set of independent data from the forest inventory were generated, which indicated that average errors in estimating biomass were below 20%. In turn, the sensitivity analysis of the data PolSAR and floristic-structural variables proved that the backscatter signal is governed by the association of physiognomic conditions of each sampling unit, such as number of strata, floristic diversity, spatial distribution and tree density. Thus, this study supports the hypothesis that ALOS / PALSAR data (L-band) in polarimetric mode can be used to explain the scattering mechanisms according to the structural differences of the vegetation types examined, and also quantify the productive potential of different vegetation types in the Amazon rainforest, with an accuracy compatible with that obtained in regional forest inventories.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/08.09.22.43

Os estudos pioneiros de quantificação de biomassa em florestas utilizando dados multipolarizados comprovam que este tipo de dado é sensível à saturação do sinal até determinados níveis de biomassa. Todavia, estudos mais recentes utilizando atributos coerentes e incoerentes extraídos de imagens polarimétricas vêm sendo paulatinamente utilizados, já que nestes os valores de biomassa parecem não sofrer tanto a saturação do sinal em relação ao comprimento de onda utilizado. Baseado nisto, este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de dados PolSAR L (ALOS/PALSAR) para análise da dependência da estrutura florestal no entendimento da interação do sinal de radar-alvo e para a modelagem da estimativa da biomassa florestal. O estudo foi conduzido em uma área experimental na região da Floresta Nacional do Tapajós e em seus arredores. Para alcançar o objetivo citado, primeiramente efetuou-se uma análise exploratória da sensibilidade dos atributos polarimétricos na verificação das variações florístico-estruturais da tipologia florestal em análise. A abordagem metodológica consistiu na extração de atributos polarimétricos tais como resposta polarimétrica co-polarizada, diferança de fase HH-VV e plano entropia ângulo alfa médio. Adicionalmente, foram obtidos os valores de fração de abertura do dossel nas unidades amostrais do inventário florestal para o tratamento dos dados de florísticos e de estrutura horizontal e vertical. Para a análise da relação dos atributos polarimétricos com a biomassa florestal, foi empregado a análise de regressão como método estatístico. As variáveis explicativas utilizadas são compostas de uma gama de atributos polarimétricos considerados pela literatura como incoerentes e coerentes, ou seja, baseados apenas na medida de potência do radar dados em amplitude- e adicionalmente na sua informação de fase da radiação restroespalhada, respectivamente. Para a modelagem de biomassa arbórea acima do solo, os atributos mais importantes foram o coeficiente de retroespalhamento na polarização HH, a componente de espalhamento volumétrico da decomposição de Freeman, a magnitude da segunda componente, a fase da segunda e terceira componentes e o ângulo de heliticidade médio de Touzi. Com o intuito de validar os resultados obtidos pelo modelo gerado foi utilizado um conjunto de dados independentes proveninentes do inventário florestal, o qual indicou erros médios na estimativa de biomassa inferiores a 20%. Por sua vez, a análise de sensibilidade dos dados PolSAR e as variações florístico-estruturais, comprovou que o retroespalhamento do sinal é governado pela associação de condições fisionômicas de cada unidade amostral, tais como: número de estratos, diversidade florística, distribuição espacial e densidade de árvores. Dessa forma, este estudo corrobora a hipótese de que dados ALOS/PALSAR (banda L), no modo polarimétrico, podem ser utilizados para explicar os mecanismos de espalhamento que regem as diferenças estruturais das fitofisionomias analisadas, além de quantificar o potencial produtivo de diferentes fitofisionomias na floresta amazônica, com acurácia compatível à obtida em inventários florestais regionais.