Vegetation Health Index (VHI)

A vegetação, é uma componentes muito importante da biosfera, sendo uma das principais fontes da produção alimentar, combustível e energia, estando fortemente dependente das condições meteorológicas.

O estado da vegetação está directamente relacionado com a distribuição espacial e temporal da humidade do solo que, por sua vez, é controlada pela precipitação, tipos do solo, tipo de vegetação, particularidades dos perfis tridimensionais do solo, distribuição da águas superficiais e subterrâneas.

Com o desenvolvimento tecnológico passou a ser possível avaliar a "saúde das plantas", que é um indicador direto de estado da vegetação.

Vegetation Health Index (VHI), da NOAA/NESDIS, é um dos índices do estado de vegetação, calculado a partir de produtos de observação de satélite, que disponibiliza informação em tempo quase  real, de forma regular e com continuidade espacial, permitindo uma densidade de observações muito superior à densidade de qualquer rede das observações superficie.

MÉTODO

O método do NOAA / NESDIS Vegetation Health Indice (VHI) baseia-se nas propriedades da vegetação de absorver e emitir radiação, usando Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) e Brightness Temperature (BT) , sendo que esta desenhado para determinar estado de vegetação como a resposta das mudanças do tempo.

A radiação solar refletida, componente do espetro visível (VS) e infravermelho próximo (NIR) e a emitida, componente do infravermelho (IR), são as bandas espetrais registadas pelos sensores a bordo dos satélites e que permitem inferir da saúde das plantas.

A pigmentação das folhas das plantas, a clorofila, absorve fortemente a luz, componente do visível (VIS) durante o processo de fotossíntese. Por outro lado, a estrutura celular das folhas reflete fortemente a luz na componente 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 componente VIS do espetro solar e muita radiação na componente NIR, resultando em um NDVI maior.

A emissão de radiação por parte da vegetação na componente do infravermelho (IR), que foi convertida em BT, também depende da quantidade de água, uma vez que o canopy através da transpiração, arrefece e emite menos. Por isso, a vegetação saudável emite menos radiação IR térmica, resultando num valor menor de BT e numa 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).

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

O NDVI e 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 recorrendo à 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.

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 estes índices são largamente utilizados, tendo em conta que fornecem a informação sobre as condições de saúde da vegetação, baseados nas observações e são fáceis de usar.

Dos estudos realizados demonstrou-se que para muitas culturas agrícolas, uma redução dos índices VHI abaixo de 40 está correlacionada com um rendimento da colheita abaixo da média.

Outra forma de utilização do valor de VHI, esta relacionado com episódios de seca. Valores abaixo de 40 é um indicador para o início de uma seca. A sua intensificação pode ser inferida quando o valor do índice diminui de 40 (seca leve) para 0 (seca excecional). Para este tipo de utilização do indice 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 índices VHI foram usados com sucesso para várias aplicações ambientais, como por exemplo: monitorização do stress da vegetação, secas, riscos de incêndio, 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 das condições favoráveis aos fogos florestais e deteção de áreas de risco de deslizamentos na ilha da Madeira.