Vegetation Health Index (VHI)

Vegetação é a parte principal da biosfera e é uma fonte principal de produção de alimentação, combustível, energia e fibras, qual fortemente depende das condições do tempo. Abordagem tradicional do problema de deteção e monitorização do fenómeno da seca consiste em avaliação de agua no solo. A distribuição espacial e temporal da humidade do solo é controlada pelas precipitação, tipos do solo e da vegetação, peculiaridades dos perfis tridimensionais do solo, distribuição das aguas terrestres e subterrâneas. Normalmente, esta informação ou esta indisponível ou difícil de obter.

Entretanto, tecnologias novas permitem avaliar " saúde das plantas", que é um indicador direto de estado da vegetação, das secas e das suas consequências.

Vegetation Health Index (VHI), da NOAA/NESDIS, é um conjunto dos índices do estado de vegetação, calculados a partir de produtos de observação dos satélites, que fornece informação em quase tempo real, de forma regular e com continuidade espacial. Densidade das observações de satélites é muito superior da densidade de qualquer rede das observações terrestres.

MÉTODO

O método do NOAA / NESDIS Vegetation Health Indice (VHI) baseia-se nas propriedades da vegetação verde refletir a luz solar e emitir a radiação solar absorvida, usa Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) e Brightness Temperature (BT) e esta desenhado para determinar estado de vegetação como a resposta nas mudanças do tempo.

A radiação solar refletida em parte do espetro visível (VS) e infravermelho próximo (NIR) e emitida em parte infravermelho (IR) são bandas espetrais mais importantes para saúde das plantas e medem-se pelos sensores do satélite.

A pigmentação das folhas das plantas, a clorofila, absorve fortemente a luz em parte visível (VIS) do espetro durante o processo de fotossíntese. Por outro lado, a estrutura celular das folhas reflete fortemente a luz em parte do espetro do infravermelho próximo (NIR). Medições de VIS e NIR utilizam-se para os cálculos NDVI. A quantidade de radiação refletida e emitida depende do teor de clorofila e humidade na vegetação. Comparando com a vegetação em stress, a vegetação saudável, que contém muita clorofila e água, reflete pouca radiação na parte VIS do espetro solar e muita radiação na parte NIR, resultando em um NDVI maior.

A emissão de vegetação na banda IR, que foi convertida em BT, também depende da quantidade de água, uma vez que o canopy, transpirando, arrefece e emite menos. Por isso, a vegetação saudável emite menos radiação IR térmica, resultando em menor BT e cobertura mais fria. Ao contrario, para a vegetação não saudável (reduzido conteúdo de clorofila e de água), o NDVI é menor e o BT é maior (a superfície da vegetação fica mais quente após de redução do teor de água na vegetação, que leva a transpiração reduzida).

É importante, que NDVI e BT correspondem às principais características biofísicas da vegetação: clorofila e conteúdo da água.

O NDVI e a BT apresentam dois sinais ambientais distintos, o de resposta lenta do estado da vegetação (ecossistema e clima) e o de resposta mais rápida relacionado com a alteração das condições do tempo. Para estimar os efeitos das condições do tempo na vegetação, os índices NDVI e BT foram normalizados por sua climatologia.

Para cada pixel, os valores de NDVI e BT foram expressos como desvios dos extremos climatológicos e passaram a:

Vegetation Condition Index(VCI) - um proxy das condições de humidade da vegetação

VCI = 100 *(NDVI– NDVImin)*(NDVImax – NDVImin)^-1

Temperatura Condition Index (TCI) - um proxy das condições térmicas da vegetação

TCI= 100 * (BTmax – BT )*(BTmax – BTmin) ^-1

Vegetation Health Index (VHI) - apresenta a informação sobre saúde das plantas e é uma combinação dos dois primeiros.

VHI = α*VCI + (1- α)*TCI

Onde: NDVImax e NDVImin, BTmax e BTmin são respetivamente, os máximos e os mínimos climatológicos absolutos, do NDVI e da BT para cada pixel, desde o início das observações em 1981. Cada dos indices (VCI, TCI e VHI) varia-se de 0, indicando o stress extremo de vegetação, até 100, refletindo o estado ótimo da vegetação.

Dos estudos realizados demonstrou-se que para muitas culturas agrícolas, uma redução dos índices VHI abaixo de 40 está correlacionada com uma redução no rendimento da colheita abaixo da média. Portanto, o valor de índice abaixo de 40 foi aceite como o início de uma seca. A seca se intensifica quando o índice diminui de 40 (seca leve) para 0 (seca excecional). O critério para a intensidade da seca foi estabelecido com base na correlação do rendimento das culturas com os índices VHI.

A análise das condições de seca, baseada no VHI inclui: avaliação da área de seca, a sua intensidade, duração e origem (condições da humidade ou da temperatura, ou de ambas), quebra de colheitas das culturas agrícolas e pastagens, risco de incêndio e mudanças drásticas nas condições ao longo do tempo.

Os dados do VHI são globais, semanais (são um compósito de 7 dias) e com a resolução espacial de 4 km estão disponíveis desde 1981.

APLICAÇÕES

Desde os anos 2000 esses índices são largamente utilizados, como fornecem a informação sobre as condições de saúde da vegetação. São baseados nas observações e fáceis de usar.

VHI índices foram usados com sucesso para várias aplicações ambientais, como: monitorização do stresse da vegetação, incluindo as secas, os riscos de incêndio, as condições de saturação do solo e os fenómenos naturais associados. Em Portugal, foram estudadas possíveis aplicações do VHI na deteção as secas agrícolas, generalizadas e locais, avaliação da quebra na produção da vinha, monitorização as condições, favoráveis aos fogos florestais, deteção de áreas de risco de deslizamentos na ilha da Madeira.