Análisis comparativo de cinco métodos de procesamiento para calcular el área de lagunas pampeanas a partir de imágenes satelitales Landsat

Abstract

Las lagunas pampeanas evidencian una dinámica muy cambiante (estacional, anual o cíclicamente) en diversos aspectos: profundidad, superficie libre, turbidez, concentración de nutrientes, de clorofila, de sólidos en suspensión, conductividad, etc. Trabajos previos señalan una relación inversa entre el volumen de agua y los valores de indicadores de estado trófico, vinculando precipitaciones y vientos con el grado de eutrofia de estas lagunas. La comprensión de las interrelaciones complejas entre procesos biológicos y geofísicos se dificulta porque éstos no son lineales y presentan retardos que aún no están cabalmente identificados ni cuantificados, con posibles retroalimentaciones entre dichos procesos. La comprensión de la dinámica de la interacción entre clima y ecosistemas lénticos es fundamental para poder conservarlos, utilizando sus recursos y garantizando sus servicios. Un primer paso esencial para relacionar la evolución de las lagunas con las precipitaciones consiste en contar con algoritmos confiables para el procesamiento de imágenes satelitales. Presentamos aquí un análisis comparativo de cinco métodos computacionales para determinar la superficie de agua libre de la laguna La Barrancosa a partir de la aplicación de los índices NDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua) y MNDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua Modificado) y métodos supervisados (Máxima Verosimilitud) y no supervisados (ISODATA y K-means) de clasificación en imágenes Landsat (4TM, 5TM y 7ETM+) a lo largo del período 1984-2004. Esto permitió evaluar la capacidad de cada uno para seguir la dinámica del área superficial e identificar el método que insume menos tiempo computacional y minimiza posibilidades de error en la implementación

Pampean shallow lakes exhibit very variable dynamics (seasonally, annually or cyclically) in various aspects: depth, free surface, turbidity, concentration of nutrients and Chl-a, suspended solids, conductivity, among others. Preliminary works indicate an inverse relationship between the volume of water and the values of trophic status indicators, linking rainfall and winds with the eutrophy degree of these lakes. The knowledge of the complex relationships between biological and geophysical processes is difficult because they are nonlinear and exhibit delays that are not yet fully identified nor quantified, with possible feedback between these processes. The understanding of the interaction dynamics between climate and lentic ecosystems is fundamental for their conservation, for resource utilization, and for services preserving. A first essential step to relate the evolution of the shallow lakes to precipitations is to achieve on reliable algorithms for the processing of satellite images. We introduce here a comparative analysis of five computational methods for estimating the area of free water surface of the La Barrancosa shallow lake in Landsat images (4TM, 5TM and 7ETM +) throughout the period 1984-2004, based on the application of NDWI (Normalized Water Difference Index) and MNDWI (Modified Normalized Water Difference Index) indices, as well as supervised (Maximum Likelihood) and unsupervised (ISODATA and K-means) classification methods. The performed analysis allowed us to evaluate the ability of each one to follow the dynamics of the surface area and to identify the method that requires less computational time and minimizes the possibility of error in the implementation.