Identification of disturbances in the Colombian tropical rainforest from Landsat satellite image time series using the Landtrendr algorithm

L. Hurtado, I. Lizarazo

Abstract

Time series analysis of satellite images for detection of deforestation and forest disturbances at specific dates has been a subject of research over the last few years. There are many limitations to identify the exact date of deforestation due mainly to the large volume of data and the criteria required for its correct characterization. A further limitation in the analysis of multispectral time series is the identification of true deforestation considering that forest vegetation may undergo different changes over time. This study analyzes deforestation in a zone within the Colombian Amazon using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) based on semestral median mosaics generated from Landsat images collected from 2000 to 2017. Several samples representing trends of change over the time series were extracted and classified according to their degree of change and persistence in the series, using four categories: (i) deforestation, (ii) degradation, (iii) forest plantation, and (iv) regeneration. Specific deforestation samples were analyzed in the same way using the soil-adjusted vegetation index (SAVI) to reduce the effect of spectral response variations due to soil reflectance changes. It is concluded that the two indices used, together with the near infrared (NIR) and short-wave infrared (SWIR 1) spectral bands, allow to extract values and intervals where the change produced by deforestation on forest vegetation is identified with acceptable accuracy. The analysis of time series using the Landtrendr algorithm confirmed a reliable change detection in each of the forest disturbance categories.


Keywords

deforestation; Landtrend; time series; forest disturbance

Full Text:

PDF

References

Armenteras, D., Gibbes, C., Anaya, J.A., Dávalos, L.M. 2017. Integrating remotely sensed fires for predicting deforestation for REDD+. Ecological Applications, 27(4), 1294-1304. https://doi.org/10.1002/eap.1522

Armenteras, D., Rodríguez, N. 2014. Dinámicas y causas de deforestación en bosques de Latino América: una revisión desde 1990. Colombia Forestal, 17(2), 233. https://doi.org/10.14483/ udistrital.jour.colomb.for.2014.2.a07

Camacho-Sanabria, J.M., Pérez, J.I., Pineda-Jaimes, N.B., Cadena-Vargas, E.G., Bravo-Peña, L.C., Sánchez-López, M. 2015. Cambios de cobertura/ uso del suelo en una porción de la Zona de Transición Mexicana de Montaña. Madera y Bosques, 21(1), 93-112. https://doi.org/10.21829/ myb.2015.211435

Comisión Nacional Forestal. 2017. Situación Actual y Perspectivas de las Plantaciones Forestales Comerciales en México. Disponible en

https://framework-gb.cdn.gob.mx/files/conafor/ Libro-Situacion Actual y Perspectivas_de_las_ Plantacionaes_Forestales_Comerciales_en_ Mexico.pdf. Último acceso: diciembre de 2019.

Coronel, Y.T. 2015. Método de los promedios anuales en el monitoreo de los cambios de cobertura por deforestación usando el sensor MODIS The average annual changes deforestation monitoring method in coverage using the MODIS model. ECIPeru, 11.

Corpoamazonia. 2018. Clasiicacion de suelos en la amazonia. Consultado en Julio de 2019, disponible en http://www.corpoamazonia.gov.co/region/Jur_ suelos.htm

David, C., Sosa, R. 2014. Determinantes Espacialmente Explícitos de Transiciones en Coberturas Terrestres con Significativo Impacto para la Provisión de Servicios Ecosistémicos: Análisis Temporal y Espacial, 1986-2012. Disponible en http://www. bdigital.unal.edu.co/39529/1/1020403076.2014. pdf Último acceso: diciembre de 2019.

Defries, R., Achard, F., Brown, S., Herold, M., Murdiyarso, D., Schlamadinger, B., De Souza, C. 2007. Earth observations for estimating greenhouse gas emissions from deforestation in developing countries. 10(4), 385-394. https://doi. org/10.1016/j.envsci.2007.01.010

Defries, R., Frédéric, A., Brown, S., Herold, M., Murdiyarso, D., Schlamadinger, B., Souza, C. 2006. Reducing greenhouse gas emissions from deforestation in developing countries: considerations for monitoring and measuring. Report of the global terrestrial observing system (GTOS) number, 46, 23

DeVries, B., Verbesselt, J., Kooistra, L., Herold, M. 2015. Robust monitoring of small-scale forest disturbances in a tropical montane forest using Landsat time series. Remote Sensing of Environment, 161, 107-121. https://doi. org/10.1016/J.RSE.2015.02.012

Dutrieux, L.P., Verbesselt, J., Kooistra, L., Herold, M. 2015. Monitoring forest cover loss using multiple data streams, a case study of a tropical dry forest in Bolivia. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 107, 112-125. https://doi.org/10.1016/J.ISPRSJPRS.2015.03.015

El Tiempo. 2017. Explicación científica de la tragedia en Mocoa -Medio Ambiente-Vida-eltiempo.com. Consultado en October de 2017, disponible en http://www.eltiempo.com/vida/medio-ambiente/explicacion-cientifica-de-la-tragedia-enmocoa-76390

El Tiempo. 2018. La Macarena, la zona más deforestada de este 2018 | RCN Radio. Consultado en Julio de 2019, disponible en https://www.rcnradio.com/ estilo-de-vida/medio-ambiente/la-macarena-lazona-mas-deforestada-de-este-2018

Hansen, M.C., Potapov, P.V, Moore, R., Hancher, M., Turubanova, S.A., Tyukavina, A., … Townshend, J.R.G. 2013. High-resolution global maps of 21stcentury forest cover change. Science (New York, N.Y.), 3426160, 850-853. https://doi.org/10.1126/ science.1244693

Heredia-Laclaustra, A., Martínez-Sánchez, S., Quintero, E., Piñeros, W., Chuvieco, E. 2003. Comparación de distintas técnicas de análisis digital para la cartografía de áreas quemadas con imágenes LANDSAT ETM+. Disponible en www.geofocus.org. Último acceso: diciembre de 2019.

IDEAM. 2014. Protocolo de procesamiento digital de imagenes para la cuantificación de la deforestación en Colombia V.2. Disponible en http://redd.unfccc. int/files/anexo_a_protocolo_procesamiento_digital. pdf. Último acceso: diciembre de 2019.

IDEAM. 2016. Estrategia Integrada de control a la deforestación. (IDEAM, Ed.). Disponible en http://www.ideam.gov.co/documents/24277/0/Presentació n+Estrategia+Integral+de+Control+a+la+Deforestación/173f79bf-3e68-4cbc-9387-80123d09b5e2

IDEAM. 2018. Alertas tempranas por deforestación - IDEAM. Consultado en Julio de 2018, disponible en

http://www.ideam.gov.co/web/ecosistemas/alertastempranas-por-deforestacion

INPE. 2019. PRODES - Coordinación General de Observación de la Tierra. Consultado en Julio de 2019, disponible en http://www.obt.inpe.br/OBT/ assuntos/programas/amazonia/prodes

IPCC. 2003. Decision sixth assessment report (AR6) products Decision and Outline of the Special Report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems. Disponible en www.ipcc.ch.

Kennedy, R., Yang, Z., Gorelick, N., Braaten, J., Cavalcante, L., Cohen, W., Healey, S. 2018. Implementation of the LandTrendr Algorithm on Google Earth Engine. Remote Sensing, 10(5), 691. https://doi.org/10.3390/rs10050691

Masera, O., Ordoñez, M. de J., Dirzo, R. 1992. Emisiones de carbono a partir de la deforestación en México. Ciencia, 43, 151-153. Disponible en https://dirzolab. stanford.edu/wp-content/articles/A_1992/22_1992_ Ciencia.pdf. Último acceso: diciembre de 2019.

Molinier, M., Astola, H., Raty, T., Woodcock, C. 2018. Timely And Semi-Automatic Detection of Forest Logging Events in Boreal Forest Using All Available Landsat Data. IGARSS 2018 - 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 1730-1733. https://doi.org/10.1109/ IGARSS.2018.8518112

Moncada-Rasmussen, D.M. 2010. Spatio-temporal analysis of oak forests (Quercus humboldtii Bonpl.) change and its relationship with pottery at Aguabuena (Ráquira-Boyacá). Colombia Forestal, 13, 275-298. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour. colomb.for.2010.2.a07

PNN. 2019. Parques Nacionales | Parques Nacionales Naturales de Colombia. Consultado en julio de 2019, disponible en http://www.parquesnacionales. gov.co/portal/es/parques-nacionales/

Romero-Mieres, M., González, M.E., Lara, A. 2014. Recuperación natural del bosque siempreverde afectado por tala rasa y quema en la Reserva Costera Valdiviana, Chile. Bosque (Valdivia), 35(3), 257-267. https://doi.org/10.4067/S0717-92002014000300001

Santos, T., Tellería, J.L. 2006. Pérdida y fragmentación del hábitat: efecto sobre la conservación de las especies. Revista Científica y Técnica de Ecología y Medio Ambiente, 15.

Schultz, M., Clevers, J.G.P.W., Clevers, J.G.P.W., Carter, S., Verbesselt, J., Avitabile, V., … Herold, M. 2016. Performance of vegetation indices from Landsat time series in deforestation monitoring Copernicus Global Land Service: Dynamic Land Cover View project Finite element modelling of trees based on terrestrial LiDAR scanning data View project Performance of vegetation indices from Landsat time series in deforestation monitoring. International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation, 52, 318-327. https://doi. org/10.1016/j.jag.2016.06.020

SMBYC. 2017. Alertas Tempranas de Deforestación. Consultado en julio de 2018, disponible en http:// smbyc.ideam.gov.co/MonitoreoBC-WEB/pub/ alertasDeforestacion.jsp

SMBYC. 2018. Cambio de la Superficie Cubierta por Bosque Natural (Nacional) por Consolidado Nacional períodos: 2016-2017. Consultado en julio de 2018, disponible en http://smbyc.ideam.gov. co/MonitoreoBC-WEB/pub/reporteGeoproceso. jsp?id_reporte=6891

Turubanova, S., Potapov, P. V, Tyukavina, A., Hansen, M. C. 2018. Ongoing primary forest loss in Brazil, Democratic Republic of the Congo, and Indonesia. Environmental Research Letters, 13(7), 074028. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aacd1c

UN-SPIDER. 2019. Normalized Burn Ratio (NBR) | UN-SPIDER Knowledge Portal. Consultado en octubre de 2019, disponible en http://un-spider. org/advisory-support/recommended-practices/recommended-practice-burn-severity/in-detail/ normalized-burn-ratio

Verified Carbon Standard. 2018. Methodology Assessment Report: Baseline and Monitoring Methodology for Avoiding Planned Deforestation of Undrained Peat Swamp Forests Methodology Element Title Baseline and Monitoring Methodology for Avoiding Planned Deforestation of Undrained Peat Swamp Forests. Disponible en https://www. scscertified.com. Último acceso: diciembre de 2019.

Abstract Views

1953
Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM




 

This journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International

Universitat Politècnica de València

Official Journal of the Spanish Association of Remote Sensing

e-ISSN: 1988-8740    ISSN: 1133-0953           https://doi.org/10.4995/raet