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Tipo do documento: Dissertação
Título: Análise de fenômenos ambientais utilizando o grafo de visibilidade horizontal
Autor: SILVA, Joelma Mayara da 
Primeiro orientador: STOSIC, Borko
Primeiro coorientador: STOSIC, Tatijana
Primeiro membro da banca: LALIC, Milan
Resumo: Compreender o comportamento dinâmico de séries temporais de sistemas complexos é um problema fundamental em diversas áreas e tem sido abordado por diversas técnicas. Métodos baseados em redes complexas, por exemplo, foram recentemente propostos para a análise de séries temporais. Entre as técnicas já utilizadas, uma que se tem destacado é o grafo de visibilidade em suas duas formas: natural e horizontal, as quais se distinguem de acordo com o critério de “visibilidade”. Neste trabalho utilizou-se, em particular, o grafo de visibilidade horizontal (HVG) para transformar séries temporais de focos de calor de biomas brasileiros e de vazões do rio São Francisco. O objetivo foi avaliar se as medidas topológicas das redes geradas detectam alterações decorrentes de interferências externas na dinâmica dos fenômenos. É importante salientar que a queimada pode ser benéfica ou degradante para o ecossistema. Entre os seis biomas brasileiros, os que possuem maior sensibilidade ao fogo são as florestas tropicais dos biomas Mata Atlântica e Amazônia. Esta última, por sua vez, tem recebido especial atenção devido a sua alta biodiversidade e à possibilidade de ocorrência sucessiva de queima alterar seu ecossistema. Ao avaliar o comportamento das queimadas nos biomas aqui tratados, verificou-se que, embora possuam diferentes características ambientais, a dinâmica da queima de biomassa é bastante semelhante. Analisando com mais detalhe os dados referentes ao bioma Amazônia, entretanto, observou-se que há grande diferença na dinâmica de queima entre os dois semestres do ano. Ou seja, no primeiro semestre, por exemplo, que é o período em que ocorre maior pluviosidade, o sistema é mais caótico (ou menos previsível). Ainda sobre o bioma Amazônia, a evolução temporal do coeficiente de agrupamento de suas redes de queimadas destacou anos em que houve seca, fenômeno que deixa o bioma mais suscetível à queima. Outro sistema ambiental complexo e que foi interesse de estudo neste trabalho é o ciclo hidrológico. Ele trata da circulação de água, e seu elemento principal é a bacia hidrográfica. No Brasil, bacias e sub-bacias são agrupadas formando doze regiões hidrográficas, entre as quais encontra-se a do São Francisco. Esta importante região, que, embora tenha sua água utilizada principalmente para a irrigação, também se destaca por sua contribuição no setor energético do País por meio de usinas hidrelétricas, que, devido à pressão da água que passa por turbinas, transformam energia potencial em energia elétrica. Entre as usinas hidrelétricas em operação estão a de Sobradinho (no Estado da Bahia) e a de Xingó (em Alagoas), que operam desde 1979 e 1994, respectivamente. Ao analisar a vazão do rio São Francisco na estação fluviométrica de Juazeiro (BA), que foi afetada pela hidrelétrica de Sobradinho, observou-se que as características das redes se alteram, tanto ao se avaliarem os períodos completos quanto ao se verificar a evolução temporal das medidas. Resultado semelhante foi constatado para os registros de vazão na estação fluviométrica de Pão de Açúcar (AL), caso em que a vazão do rio foi alterada duas vezes:, primeiro com a construção da hidrelétrica de Sobradinho e posteriormente ao iniciar-se a operação da hidrelétrica de Xingó. Porém, a análise temporal revelou que a vazão foi regularizada por Sobradinho.
Abstract: Understanding the dynamic behavior of complex systems time series is a fundamental problem in several areas and is treated by different techniques. Recently, methods based on complex networks have been shown promising in temporal series analysis. One of the most used method is the Visibility graph that has two forms, Natural visibility graph and horizontal visibility graph that differentiate according to the visibility criterion. In this work we use horizontal visibility graph (HVG) to transform time series of heat spots (that are good proxy for vegetation fires) detected in Brazilian biomes and São Francisco River flow, to assess whether topological measures of HVG networks detect changes caused by human and natural factors. Vegetation fires can be beneficial or degrading for the ecosystem. Among the six Brazilian biomes, the most sensitive to fires are the tropical forests of the Atlantic Rain Forest and Amazon biomes, due to their high biodiversity and possibility of occurrence of changes in the ecosystem.When evaluating the hot pixels series, it was found that although they have different environmental characteristics, the dynamics of biomass burning in different biomes is very similar. Particularly for the Amazon, there is a big difference between the fire dynamics during the year, where in the first semester, during the rainy season, the hot pixel series are more chaotic, that is, less predictable. The temporal evolution of the clustering coefficient of hot pixels series detected in the Amazon highlighted years with the occurrence of drought, a phenomenon that makes the biome more susceptible to fires. Another complex environmental system is the hydrological cycle, whose main element is the hydrographic basin. In Brazil, basins and sub-basins are grouped in 12 hydrographic regions, among which one of the most important the São Francisco River basin, whose water is mainly used for irrigation, but also contributes to the country's energy sector through hydroelectric plants, among which are Sobradinho (in the state of Bahia) and Xingó (in Alagoas), that started operating in 1979 and 1994, respectively. When analyzing the flow at Juazeiro station that was affected by Sobradinho dam, it was observed that the characteristics of the HVG network change, after the construction. Similar result was obtained for Pão de Açúcar station in which case the flow regime was changed twice, first after the construction of Sobradinho dam, and later after the construction of Xingó dam. However, the HGV based temporal analysis revealed that the downstream flow was regularized by Sobradinho dam.
Palavras-chave: Grafo de visibilidade horizontal
Séries temporais
Queimada
Hidrologia
Bioma
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal Rural de Pernambuco
Sigla da instituição: UFRPE
Departamento: Departamento de Estatística e Informática
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biometria e Estatística Aplicada
Citação: SILVA, Joelma Mayara da. Análise de fenômenos ambientais utilizando o grafo de visibilidade horizontal. 2020. 57 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Biometria e Estatística Aplicada) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8761
Data de defesa: 7-Fev-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Biometria e Estatística Aplicada

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