Estimación de la degradación de bosques a través de sensores remotos: experiencia en Colombia

1. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Taller sobre enfoques metodológicos para la cuantificación de la degradación
forestal
Zapopan, Jalisco, México
09 al 12 de abril de 2018
Estimación de la degradación de bosques a través
de sensores remotos: experiencias en Colombia
Juan Pablo Ramírez-Delgado, M. Sc.
Investigador Senior para el Monitoreo de la Degradación Forestal
Sistema de Monitoreo de Bosques y Carbono (SMByC)
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM),
Email: jpramirez@ideam.gov.co

2. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
(Asner et al. 2005, Marklund y Schoene 2006, Lambin et. al. 2003, Gaston 1998)
La deforestación representa cerca del 20%
del total de las emisiones de gases de
efecto invernadero a nivel global.
La degradación de bosques podría llegar a
representar hasta el 20% del total de las
emisiones de la Amazonía, 60% de
Indonesia y 50% de África.
Contenido de
carbono
tiempo
Contenido de
carbono
Deforestación
Degradación
Introducción

3. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Pérdida de servicios ecosistémicos sin cambios en el área de bosque
(permanence por encima del umbral de bosque)
Reducción de la capacidad de un bosque de proveer bienes y servicios
(FAO, Thopmson et al. 2013)
Ocurre cuando se generan emisiones forestales sin que se reduzca la
cobertura del bosque por debajo de un umbral minimo definido (Herold et
al. 2011)
“La degradación conduce a una pérdida en las reservas de carbono dentro
de los bosques que siguen siendo bosques” (CMNUCC 2008(
No hay una definición oficial adoptada por la CMNUCC
Muchas definiciones pero ninguna acordada a nivel internacional
(Adapatado de Eckert et al. 2011 y Morales-Barquero et al. 2014)
¿Qué es degradación forestal?

4. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
En Colombia, la tala ilegal podría
representar hasta el 42% de la
producción total de madera
(Kissinger et al. 2012)
(Kissinger et al. 2012)
Causas de degradación forestal

5. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Emisiones de degradación forestalentre 2005 y
2010: 2,1 billones de toneladas de dióxido de
carbono al año
(Pearson et al. 2017)
Causas de degradación forestal
53%: Cosecha de madera (tala selectiva)
30%: Recolección de leña
17%: Incendios forestales

6. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
- Detección directa de procesos de degradación (daños estructurales en la
cobertura de copa).
- Aproximaciones indirectas (análisis de infraestructura humana, fragmentación).
- Monitoreode incendios(incendiosactivos y areas quemadas).
Detección de la degradación forestal a través de
sensores remotos

7. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
- Análisis de Mixtura Espectral (SMA)
- Análisis de series de tiempo –
perturbaciones forestales
- LiDAR
- Radar
- Paisajes Forestales Inctactos (IFL)
- Análisis de fragmentación
Relación costo-beneficio
(Haddad et al. 2015, Mitchard et al. 2011, Popatov et al. 2009, Souza y Roberts 2005)
Detección de la degradación forestal a través de
sensores remotos

8. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
(GOFC-GOLD 2014)
Detección de la degradación forestal a través de
sensores remotos

9. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
MÉTODO INDIRECTO:
FRAGMENTACIÓN DE BOSQUES

10. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
(Haddad et al. 2015)
Fragmentación del bosque

11. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Analizar los cambios de la cobertura del
bosque y la biomasa aérea en diferentes
categorías de fragmentación para obtener
una estimación de la degradación forestal
de Colombia y sus regiones naturales
Objetivo

12. Estimación de la degradación
de bosques en ColombiaMetodología

13. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Mapas de bosque/no
bosque de Colombia
de los años 2000,
2005, 2010, 2012,
2013, 2014 y 2015
Mapa nacional de
biomasa aérea del año
2007
R2=0,8049
RMSE=82,64 MgC/ha
Información utilizada

14. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Landscape Fragmentation Tool
(LFT) de Parent et al. (2007):
Con base en la investigación de
Vogt et al. (2007)
Algoritmo utilizado

15. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Con base en:
Enfoque Tier I de la Guía de
Buenas Prácticas (GPG) del
Panel Internacional sobre
Cambio Climático (IPCC 2006)
Estimación de emisiones

16. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Clase de
fragmentación
Descripción
Grado de
degradación
Parche
Unidades forestales demasiado
pequeñas como para contener un
núcleo forestal
Alto
Borde
Unidades forestales que se encuentran
entre áreas de bosque y áreas extensas
de no bosque
Perforado
Unidades forestales que se encuentran
en el borde de áreas pequeñas de no
bosque
Núcleo
Unidades forestales que se encuentran
retiradas del borde del bosque
Bajo
(Adapatado de Parent et al. 2007, Vogt et al. 2007, Molinario et al. 2015, Shapiro et al. 2016)
Bosque/no bosque
Clases de fragmentación
Descripción y grado de degradación de las clases de
fragmentación

17. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
(Adaptado de Shapiro et al. 2016)
Transiciones entre clases de fragmentación

18. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Definición de la distancia al borde del
bosque
Landscape
Fragmentation Tool
(LFT)
Distancias de 50, 100,
150, 200, 250, 300,
350 y 400 m
Diseño de muestreo
aleatorio (3.430
puntos)
Modelos de regresión
lineal con contrastes
post-hoc de la prueba
de Tukey

19. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Diagrama de cajas de las estimaciones de biomasa aérea para cada clase de
fragmentación utilizando una distancia al borde del bosque de 100 m. N=59 para
Parche, N=335 para Borde, N=100 para Perforado y N= 2936 para Núcleo. El
punto azul indica la media de las muestras.
(Ramírez-Delgado et al. en prensa)
Resultados

20. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
(Ramírez-Delgado et al. en prensa)
Ejemplo de las transiciones entre
las clases de fragmentación como
indicadoras de deforestación y
degradación de bosques de
Colombia entre los años 2000 y
2005.
Resultados

21. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Área total de las clases de fragmentación de Colombia y sus regiones naturales
para los años 2000, 2005, 2010, 2012, 2013, 2014 y 2015
2000 2005 2010 2012 2013 2014 2015
Clase de fragmentación Área (ha) % de bosque Área (ha) % de bosque Área (ha) % de bosque Área (ha) % de bosque Área (ha) % de bosque Área (ha) % de bosque
Área (ha) % de bosque
Parche 1.151.456 1,84 1.063.856 1,74 1.035.876 1,71 1.082.838 1,80 1.120.427 1,89 1.147.515 1,95 1.150.959 1,94
Borde 6.265.743 10,03 6.022.270 9,85 6.048.014 9,99 6.120.762 10,19 6.110.602 10,31 6.188.377 10,49 6.182.276 10,40
Perforado 1.909.686 3,06 1.804.413 2,95 1.709.668 2,83 1.766.134 2,94 1.801.225 3,04 1.834.328 3,11 1.822.341 3,07
Núcleo 53.163.781 85,07 52.233.847 85,46 51.723.005 85,47 51.080.529 85,06 50.261.815 84,77 49.819.415 84,45 50.298.928 84,60
Total 62.490.665 100,00 61.124.386 100,00 60.516.563 100,00 60.050.263 100,00 59.294.070 100,00 58.989.635 100,00 59.454.503 100,00
(Ramírez-Delgado et al. en prensa)
Resultados

22. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Contribución de la deforestación y degradación de bosques al total de las emisiones de Colombia durante los periodos 2000-2005,
2005-2010, 2010-2012, 2012-2013, 2013-2014 y 2014-2015
2000-2005 2005-2010 2010-2012 2012-2013 2013-2014 2014-2015
Deforestación Degradación Deforestación Degradación Deforestación Degradación Deforestación Degradación Deforestación Degradación Deforestación Degradación
Pérdida de área anual (ha/año) 315.35 309.218 281.778 325.61 164.638 250.019 119.418 334.943 140.887 180.731 123.696 300.081
Pérdida de biomasa media anual (MgC/año) 27.989.084 15.369.163 24.509.549 15.927.661 15.666.387 11.719.320 11.938.170 15.512.318 14.502.534 8.333.133 12.740.500 16.059.034
Toneladas de CO2 equivalente al año (MgCO2/año) 102.626.642 56.353.598 89.868.347 58.401.424 57.443.420 42.970.838 43.773.291 56.878.498 53.175.959 30.554.821 46.715.165 58.883.125
% de las emisiones totales de CO2 64,55 35,45 60,61 39,39 57,21 42,79 43,49 56,51 63,51 36,49 44,24 55,76
(Ramírez-Delgado et al. en prensa)
Resultados

23. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
La degradación forestalde Colombia podría ser monitoreada a través de la
fragmentación.
Estimar la degradación forestal a través de la fragmentación depende de la
calidad y consistencia de los datos.
Se encontraron diferencias significativas entrelas clases de fragmentación
en términos de biomasa aérea.
La degradación de bosques de Colombia y las emisiones asociadas podrían
ser potencialmentesignificativas.
Es necesario realizar una evaluación de la exactitud temática y modelar la
propagación de errores de la estimación de la degradación forestal a
través de la fragmentación.
Conclusiones

24. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
MÉTODO DIRECTO: SERIES DE
TIEMPO

25. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
vLos análisis de series de tiempo permiten seguir
trayectoria de la cobertura forestal.
vAplicación de algoritmos automatizados que
facilitan el manejo y extracción de información a
nivel del pixel.
vDetección de puntos de quiebre, tendencias y
magnitud de los cambios según diferencias entre
valores esperados y observados (reflectancia o
NDVI).
(Verbesselt et al. 2010, Verbesselt et al. 2012, Zhu & Woodcock 2014, DeVries et al. 2015, Holden 2015)
Bfast/BfastSpatial
(DeVries et al. 2015)
CCDC/YATSM
(Holden 2015)

26. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
• Pre-procesamiento (corte extent,
enmascaramiento nubes y sombras con cfmask)
• Cálculo NDVI
• Apilamiento imágenes = stack multitemporal
• Cambios a nivel de pixel y toda la escena =
breakpoints, magnitud y error.
• Extracción y filtraje según magnitud y tamaño de
las áreas de cambio.
BFAST
(Verbesselt et al. 2010)

27. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
YATSM/
CCDC
• Pre-procesamiento (corte extent, caché, división
imágenes en líneas de trabajo y enmascaramiento
nubes con Fmask)
• Entrenamiento – Tstools (análisis a nivel de pixel)
• Clasificación clases estables (B/NB)
• Generación mapa temático
• Generación mapas de cambio.

28. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Los umbrales son necesarios para identificar el tipo de cambio
5
0.1
0.08
0
-0.026 Estable
-0.065 Inicio del cambio
-0.084 Degradación
-0.1 Pico suave de degradación
-0.18 Deforestación
-0.5
DeVries et al. (2015)

29. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Regresión logística
Ordinal
Probabilidad de deforestación, degradación o estabilidad en función de la magnitud (M)
(DeVries et al. 2015)

30. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Continuous
Change
Detection and
Classification
(CCDC)

31. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
TimeSync
Trayectorias espectrales
Chips
Base de datos que contiene
registros y graba
interpretaciones
(Cohen et al. 2010)

32. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Herramienta útil para analizar de forma automatizada la dinámica
del bosque desde el pixel hasta el área de estudio.
Sensibilidad de la detección de cambios depende de la cantidad de
imágenes = serie de tiempo + robusta
Min. 30 imágenes > de 2 años (Bfast).
Afectación por bruma, nubes, sombras de nubes
Mayor pre-procesamiento!
Conclusiones
Acceso libre

33. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Los resultados pueden variar según # de imágenes, índice de vegetación y parámetros
propios de los modelos (Ej. umbrales, mínimo de observaciones, armónico).
Se deben validar los resultados (imágenes de alta resolucióny/o datos de campo)
Diferenciar degradación y deforestación(cambios abruptos).
Requiere infraestructura tecnológica robusta: equipos con alta capacidad de procesamiento
o servidores locales o en la nube 32 núcleos y 24Gb de memoria RAM.
Conclusiones

34. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
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35. Estimación de la degradación
de bosques en Colombia
Gracias por su atención
Mayor información: jpramirez@ideam.gov.co
- smbyc@ideam.gov.co
Fuente: FCDS, 2016