parte 1

JUAN MANUEL SANTOS CALDERÓN
Presidente de la República
BEATRIZ ELENA URIBE BOTERO
Ministra de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
SANDRA BESSUDO LION
Alta Consejera Presidencial para la Gestión Ambiental, la Biodiversidad y el Cambio Climático
CARLOS CASTAÑO URIBE
Viceministro de Ambiente
RICARDO JOSÉ LOZANO PICÓN
Director General Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales – IDEAM
LUZ MARINA ARÉVALO SÁNCHEZ
Subdirectora Ecosistemas e Información Ambiental – IDEAM
FOTOGRAFÍAS DE LA CARÁTULA
Lina María García Flórez
Wilson Giraldo Pamplona
Ronan Montañés Valencia
Sebastián Ramírez Echeverri
Gustavo Galindo García
DISEÑO CARÁTULA
Grupo Comunicaciones – IDEAM
DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN
Mauricio Ochoa P. - Editorial Scripto Ltda.
IMPRESIÓN Y ACABADOS
Editorial Scripto Ltda.
PBX: 756 20 03
Publicación aprobada por el Comité de Comunicaciones y Publicaciones del IDEAM
Noviembre de 2011, Colombia
ISBN: 978-958-8067-50-6
CÍTESE COMO:
Galindo G.A., Cabrera E., Vargas D.M., Pabón, H.R., Cabrera, K.R., Yepes, A.P., Phillips, J.F., Navarrete, D.A., Duque,
A.J., García, M.C., Ordoñez, M.F. 2011. Estimación de la Biomasa Aérea usando Datos de Campo e información De
Sensores Remotos. Instituto de Hidrología, Meteorología, y Estudios Ambientales-IDEAM-. Bogotá D.C., Colombia. 52 p.
CÍTESE DENTRO DE UN TEXTO COMO:
Galindo. et al., IDEAM 2011.
2011, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-IDEAM. Todos los derechos reservados. Los textos
pueden ser usados parcial o totalmente citando la fuente. Su reproducción total debe ser autorizada por el Instituto de
Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-IDEAM.
Este trabajo fue financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore, proyecto “Capacidad Institucional Técnica y
Científica para Apoyar Proyectos de Reducción de Emisiones por Deforestación y Degradación –REDD– en Colombia”, Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), Ministerio de Medio Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT), Fundación Natura.
Impreso en Colombia - Printed in Colombia
MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL
INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES - IDEAM
RICARDO JOSÉ LOZANO PICÓN
Director General
CAROLINA CHINCHILLA TORRES
Secretaria General
CONSEJO DIRECTIVO
BEATRIZ ELENA URIBE BOTERO
Ministra de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
LUÍS ALFONSO ESCOBAR TRUJILLO
Representante de las CARs
GERMÁN CARDONA GUTIÉRREZ
Ministro de Transporte
OSCAR JOSÉ MESA SÁNCHEZ
Representante del Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología
HERNANDO JOSÉ GÓMEZ RESTREPO
Director Departamento Nacional de Planeación
JORGE BUSTAMANTE ROLDÁN
Director del Departamento Administrativo Nacional de
Estadística-DANE
ADRIANA SOTO CARREÑO
Designada de la Presidencia de la República
DIRECTIVAS
LUZ MARINA ARÉVALO SÁNCHEZ
Subdirectora de Ecosistemas e Información Ambiental
MARGARITA GUTIÉRREZ ARIAS
Subdirectora de Estudios Ambientales
MARÍA TERESA MARTÍNEZ GÓMEZ
Jefe de Oficina Servicio de Pronóstico y Alertas
LILIANA MALAMBO MARTÍNEZ
Jefe Oficina Asesora de Planeación
MARTHA DUARTE ORTEGA
Jefe Oficina de Control Interno (E)
OMAR FRANCO TORRES
Subdirector de Hidrología
ERNESTO RANGEL MATILLA
Subdirector de Meteorología
ALICIA BARÓN LEGUIZAMÓN
Jefe de la Oficina de Informática (E)
FERNEY BAQUERO FIGUEREDO
Jefe Oficina Asesoría Jurídica
MARCELA SIERRA CUELLO
Coordinadora Grupo Comunicaciones
AUTORES
Gustavo Galindo García
Edersson Cabrera Montenegro
Diana Marcela Vargas Galvis
Héctor Raúl Pabón Méndez
Keneth Roy Cabrera Torres
Adriana Patricia Yepes Quintero
Juan Fernando Phillips Bernal
Diego Alejandro Navarrete Encinales
Álvaro Javier Duque Montoya
María Claudia García Dávila
María Fernanda Ordóñez Castro
COLABORADORES
Ana María Pacheco Pascagaza
Paola Borita Giraldo Rodríguez
Edwin Iván Granados Vega
COORDINACIÓN Y SUPERVISIÓN
María Claudia García Dávila
Coordinadora General
María Fernanda Ordoñez Castro
Asistente de Coordinación
Álvaro Javier Duque Montoya
Coordinador Componente Carbono
Edersson Cabrera Montenegro
Coordinador Componente Procesamiento Digital de Imágenes
AGRADECIMIENTOS
El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales –IDEAM–, agradece a la Fundación Betty and Gordon Moore y
a la Fundación Natura, y a las siguientes entidades que contribuyeron al logro de esta publicación, por el apoyo e información
suministrada:
INSTITUCIONES
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Woods Hole Research Center - WHRC
USAID/Colombia. Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional.
Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID)
Corporación Autónoma Regional de Antioquia (Corantioquia)
Corporación Autónoma Regional de Antioquia (Corantioquia)/Universidad Nacional de Colombia
Corporación Autónoma Regional de La Guajira (Corpoguajira)/Fundación Desarrollo Guajiro
Corporación Autónoma Regional de La Guajira (Corpoguajira)/Hidrocaribe
Corporación Autónoma Regional de Nariño (Corponariño)
Corporación Autónoma Regional de Sucre (Carsucre)/Fundación Sabanas
Corporación Autónoma Regional de la Orinoquía (Corporinoquía)
Corporación Autónoma Regional de los Valles del Sinú y San Jorge (CVS)/Conservación Internacional
Corporación Autónoma Regional de los Valles del Sinú y San Jorge (CVS)/Universidad Nacional de Colombia
Corporación Autónoma Regional del Canal del Dique (Cardique)
Corporación Autónoma Regional del Cauca (CRC)
Corporación Autónoma Regional del Chocó (Codechocó)
Corporación Autónoma Regional del Tolima (Cortolima)
Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC)
Corporación para el desarrollo sostenible del Urabá (Corpourabá)
Dirección de Investigación Medellín/Universidad Nacional de Colombia
Fundación Natura
Fundación Puerto Rastrojo
Fundación Tropenbos
Incoplan S.A.
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras José Benito Vives De Andréis (Invemar)/Urrá E.S.P.
Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt (IAvH)
Missouri Botanical Garden
PERSONAS NATURALES
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Joost F. Duivenvoorden
Proyecto “Capacidad Institucional, Técnica y Científica para Apoyar Proyectos
de Reducción de Emisiones Por Deforestación y Degradación –REDD– en Colombia”
Comité Técnico
Andrea García Guerrero
Coordinadora Grupo de Mitigación de Cambio Climático
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
Xiomara Sanclemente Manrique
Directora de Ecosistemas
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial
Luz Marina Arévalo Sánchez
Subdirectora Ecosistemas e Información Ambiental Instituto
de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales -IDEAMMaría Margarita Gutiérrez Arias
Subdirectora de Estudios Ambientales
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales
-IDEAMAna Cristina Villegas Restrepo
Oficial de Proyecto
Fundación Gordon y Betty Moore
Elsa Matilde Escobar Ángel
Directora Ejecutiva
Fundación Natura
Álvaro Javier Duque Montoya
Profesor Asociado
Departamento de Ciencias Forestales,
Universidad nacional de Colombia
Coordinación General
María Claudia García Dávila
María Fernanda Ordóñez Castro
Juanita González Lamus
Carlos Alberto Noguera Cruz
Henry Alterio González
Equipo Técnico Carbono
Álvaro Javier Duque Montoya
Adriana Patricia Yepes Quintero
Diego Alejandro Navarrete Encinales
Juan Fernando Phillips Bernal
Lina María Carreño Correa
Keneth Roy Cabrera Torres
Esteban Álvarez Dávila
Walter Gil Torres
Equipo Técnico Procesamiento Digital
de Imágenes
Edersson Cabrera Montenegro
Diana Marcela Vargas Galvis
Gustavo Galindo García
Lina Katherine Vergara Chaparro
Ana María Pacheco Pascagaza
Juan Carlos Rubiano Rubiano
Paola Giraldo Rodríguez
Edilia González Mateus
Luisa Fernanda Pinzón Flores
Edwin Iván Granados Vega
Paola Margarita Pabón Otálora
Karol Constanza Ramírez Hernández
Daniel Alberto Aguilar Corrales
Henry Omar Augusto Castellanos Quiroz
Helio Carrillo Peñuela
Equipo Técnico Proyecciones de Deforestación
Andrés Alejandro Etter Rothlisberger
Armando Hilario Sarmiento López
José Julián González Arenas
Sergio Alonso Orrego Suaza
Cristian David Ramírez Sosa
Equipo Técnico Componente Tecnológico
María Liseth Rodríguez Montenegro
Edwin Yesid Carrillo Vega
Emilio José Barrios Cárdenas
Equipo Técnico Proyecto Piloto REDD
Adriana Patricia Yepes Quintero
William Giovanny Laguado Cervantes
Johana Herrera Montoya
CONTENIDO GENERAL
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 9
1. METODOLOGÍA........................................................................................ 11
1.1. PREPARACIÓN VARIABLES................................................................. 13
1.1.1.Valores espectrales derivados de MODIS........................................... 13
1.1.2. Índices de Vegetación...................................................................... 14
1.1.3. Índices Topográficos........................................................................ 16
1.1.4. Índices climáticos........................................................................... 18
1.2. PREPARACIÓN FINAL DE LAS VARIABLES........................................... 19
1.3. PREPARACIÓN DE LOS DATOS DE CAMPO.......................................... 20
1.4.INCORPORACIÓN DE INFORMACIÓN DE GLAS / ICESAT......................... 24
1.5.PREPARACIÓN FINAL DE LOS DATOS DE CAMPO.................................. 25
1.6.ANALISIS EN RANDOM FORESTS......................................................... 27
2. RESULTADOS........................................................................................... 29
2.1.VALIDACIÓN...................................................................................... 34
2.2.ANÁLISIS POR REGIONES NATURALES................................................. 35
2.3.ANÁLISIS POR ZONAS DE VIDA........................................................... 35
2.4.ANÁLISIS POR DEPARTAMENTOS........................................................ 36
2.5.CORPORACIONES AUTÓNOMAS REGIONALES - CARs........................... 38
2.6.“HOTSPOTS” DE CONTENIDOS DE CARBONO........................................ 38
3.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................... 43
LITERATURA CITADA......................................................................................... 47
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Variables espaciales utilizadas en el modelo............................................ 19
Tabla 2. Fuentes de los datos de parcelas permanentes/temporales utilizadas........ 20
Tabla 3. Reservas de carbono almacenadas en Bosques Naturales de Colombia
por Region natural............................................................................... 35
Contenido general
7
estimación de la biomasa aérea usando datos de campo
e información de sensores remotos
Tabla 4. Estimacion de las Reservas de carbono almacenadas
en Bosques Naturales de Colombia por Zonas de vida.............................. 36
Tabla 5. Resultados de la Estimacion de las Reservas de carbono almacenadas
en Bosques Naturales de Colombia por Deparatmeno.............................. 37
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Distribución de la Biomasa aérea en Bosques Tropicales ........................ 10
Figura 2. Dendrograma de Clusters para el filtrado de los datos de campo............. 21
Figura 3. Histograma de frecuencia de los datos de parcelas de biomasa aérea
en bosques de Colombia...................................................................... 22
Figura 4. Distribución de los datos de campo utilizados en el análisis..................... 23
Figura 5. Puntos de GLAS14 con datos de biomasa para Colombia en el año 2007.. 26
Figura 6. Desempeño del algoritmo Random Forest con las diferentes
variables corridas individualmente........................................................ 32
Figura 7. Distribución de los Contenidos de Carbono aéreo en Colombia
para el año 2007............................................................................... 33
Figura 8. Resultado de la validación de resultados modelo Random Forest.............. 34
Figura 9. Contenidos de Carbono por Corporaciones Autónomas Regionales
de Colombia........................................................................................ 38
Figura 10. Identificación de categorías de Carbono en los Bosques de Colombia...... 39
Figura 11. Identificación de los Hotspots de Biomasa en bosques de Colombia........ 40
8
INTRODUCCIÓN
Se estima que los ecosistemas terrestres almacenan alrededor de 2,000 Gt de Carbono
y una quinta parte de estos se encuentra en los bosques tropicales (Brown, 1997). Las
emisiones mundiales de CO2 debidas a deforestación contribuyen con alrededor del 20%
del total de emisiones de gases efecto invernadero (IPCC, 2007) y son equivalentes a
aproximadamente 5.8 Gt de dióxido de carbono al año.
Para tomar medidas efectivas orientadas a reducir las emisiones debidas a deforestación
es necesario cuantificar la distribución del carbono almacenado en los bosques. No obstante, el conocimiento espacial y temporalmente explícito de la variabilidad en la biomasa aérea es un tema crítico desde el punto de vista científico ya que es allí donde se concentran
gran parte de los errores sobre los emisiones de carbono por deforestación y degradación.
La biomasa aérea puede ser estimada en campo con bajas incertidumbres, ya sea por medio de la cosecha directa de especímenes o por medio de parcelas en las que la biomasa
de árboles individuales es estimada a partir de su relación alométrica con determinadas
características de los árboles medidas en campo. Sin embargo, coleccionar estos datos
para áreas extensas puede ser inviable por costos, tiempos y otras dificultades logísticas
(Houghton et al., 2001), por lo que se recomienda la integración de la información de
campo con datos derivados de sensores remotos (GOEF-GOLD, 2009). En ese sentido,
a nivel mundial y durante los últimos veinte años, diversas metodologías y tipos de sensores han sido utilizados para integrar los datos de imágenes de satélite con los datos
estimados en campo, presentándose resultados muy variables o con limitaciones para su
uso operacional en áreas extensas de ecosistemas tropicales (Patenaude et al., 2005;
Lu, 2006).
Sin embargo, Baccini et al. (2008) realizaron un mapa de biomasa aérea para África
central combinando datos derivados de imágenes MODIS con datos de carbono aéreo derivados de parcelas usando el algoritmo Random Forests. Este tipo de metodología se
convierte en una opción de bajo costo para tener estimativos regionales o nacionales espacialmente explícitos sobre el comportamiento de la biomasa aérea. Por otro lado, Saatchi
et al. (2007) realizaron un análisis de la distribución de la biomasa aérea en bosques de
la cuenca amazónica a partir de la fusión de información espectral con otra información espacial biofísica que influye en las diferencias en los contenidos de carbono en los bosques.
Introducción
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estimación de la biomasa aérea usando datos de campo
e información de sensores remotos
Avanzando en esta línea; Saatchi et al. (2011) combinaron diferentes productos geoespaciales derivados de sensores remotos en un análisis multi-variante, y así elaboraron
un mapa de distribución de la biomasa para el pan-trópico. Como resultado, identificaron
las áreas tropicales con mayores contenidos de biomasa, localizadas principalmente en
las Américas (Figura 1). De acuerdo con este estudio, Colombia es el quinto país tropical
con mayores contenidos de carbono aéreo después de Brasil, República Democrática del
Congo, Indonesia y Perú.
Figura 1. Distribución de la Biomasa aérea en Bosques Tropicales
Fuente: Saatchi et al. 2011)
Estos métodos que fusionan diferentes fuentes de datos geo-espaciales, especialmente
los que integran imágenes derivadas de sensores ópticos de baja resolución espacial con
datos de sensores activos LiDAR son una opción costo-efectiva para tener estimativos
nacionales de los contenidos de carbono en bosques. Usando como guía estas tres aproximaciones metodológicas, se propone y se aplica un método con el objetivo que los resultados contribuyan en la identificación de las zonas con mayores contenidos de Carbono y que
sea útil como insumo para el estudio de la dinámica de la biomasa aérea en los bosques
del país.
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1.
METODOLOGÍA
Objetivos
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