Modelagem da biomassa arbórea: abordagem baseada em métricas deriváveis de LiDAR para contextos florestais e urbanos

dc.contributor.advisorZenni, Rafael Dudeque
dc.contributor.refereePereira, Kelly Marianne Guimarães
dc.contributor.refereeMagnago, Luiz Fernando Silva
dc.contributor.refereeHeringer, Gustavo
dc.contributor.refereeMelo, Lucas Amaral de
dc.creatorCosta, Luana Catarine de Oliveira
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/5623267950167768
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0003-6388-6865
dc.date.accessioned2026-09-22T14:21:37Z
dc.date.issued2026-04-23
dc.description.abstractAccurate estimation of tree aboveground biomass (AGB) is essential for understanding carbon stock, evaluating the ecological quality of urbanized landscapes, forest management, urban planning, and supporting climate policies. Remote sensing technologies such as airborne LiDAR (Light Detection and Ranging) have expanded methodological possibilities for biomass estimation across different ecosystem contexts. However, equations developed for closed-canopy forests do not represent adquately trees growing under the open and isolated conditions typical of urban areas. This study aimed to develop and compare allometric models based on total height (H) and crown area (Ca), derived from airborne LiDAR, for two contrasting tree typologies in Lavras, southeastern Brazil: trees in a seasonal semideciduous forest fragment and isolated or spaced urban trees. Field data included diameter at breast height (DBH), total tree height (H), and species identification, while wood density (WD) values were obtained from the Global Wood Density database (Chave et al., 2009; Zanne et al., 2009). UAV-LiDAR data were used to derive maximum tree height (H) and crown area (Ca) metrics. Reference AGB was estimated using the pantropical allometric equation (Eq. 4) from Chave et al. (2014) based on DBH, H, and WD. We tested 27 candidate equations separately for each typology and evaluated their fit (adjusted R²), parsimony (AIC), and predictive performance (RMSE, BIAS, PBIAS, and R²) with AGB estimates obtained from the pantropical equation. In addition, we performed agreement analyses (Bland–Altman analysis and concordance correlation coefficient - CCC) and statistical equivalence (TOST) in comparison with published allometric equations. In the forest fragment, the selected semi-logarithmic model explained 87% of the variation in AGB in the training dataset and showed an RMSE of 0.227 t and R² of 0.724 in relation to the reference values. For spaced and isolated urban trees, the second-order polynomial model explained 89% of the biomass variation and presented an RMSE of 0.376 t and R² of 0.901 in the same comparison, reflecting the higher structural heterogeneity of this context. In both cases, closer agreement was observed with equations calibrated for structurally analogous forest types, reinforcing the importance of allometric transferability. Overall, the results demonstrate that H e Ca captured substantial variation in AGB within the sampled structural domains, but the appropriate mathematical form differed between typologies. The models should therefore be interpreted as context-specific calibration equations rather than universally transferable models. Independent validation across sites and broader structural gradients is still required before operational extrapolation.
dc.description.acaoclimatica6. Eficiência energética ou inovação ambiental
dc.description.acaoclimatica7. Manejo de resíduos ou recuperação de áreas degradadas
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.concentrationEcologia e conservação de recursos em paisagens fragmentadas e agrossistemas
dc.description.odsODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.odsODS 15: Vida terrestre
dc.description.relatedResearchProjectProcessos e serviços ecossistêmicos em ecossistemas antropizados: sinergias entre urbanização e invasões biológicas e Consolidação e ampliação da infraestrutura multiusuário na UFLA para inovação sustentável em Minas Gerais
dc.description.researchLineEcologia e monitoramento de ecossistemas sob interferência antrópica
dc.description.resumoA estimativa precisa da biomassa arbórea acima do solo (BAAS) é essencial para compreender os estoques de carbono, avaliar a qualidade ecológica de paisagens urbanizadas, manejo florestal, planejamento urbano e subsidiar políticas climáticas. Tecnologias de sensoriamento remoto como LiDAR (Light Detection And Ranging; detecção e alcance por luz) aerotransportado tem ampliado as possibilidades metodológicas para essa estimativa em diferentes contextos ecossistêmicos. No entanto, a aplicação de relações alométricas desenvolvidas para florestas de dossel fechado não representam adequadamente árvores crescendo em condições abertas e isoladas das áreas urbanas. O estudo teve como objetivo desenvolver e comparar modelos alométricos baseados em altura (H) e área de copa (Ac), métricas deriváveis de LiDAR aerotransportado, aplicáveis a duas tipologias arbóreas contrastantes em Lavras, sudeste do Brasil: árvores em fragmento de Floresta Estacional Semidecidual e árvores urbanas espaçadas ou isoladas. Em campo, foram obtidas medidas de diâmetro à altura do peito (DAP), altura total (H) e foi realizada a identificação das espécies. A densidade da madeira (DM) foi obtida na base de dados Global Wood Density de Chave et al. (2009) e Zanne et al. (2009). A partir de dados de LiDAR-VANT, foram derivadas as métricas de altura máxima (H) e área da copa (Ac). A BAAS de referência foi estimada por meio de equação pantropical (Eq. 4) de Chave et al. (2014) baseada em DAP, H e DM. Nós testamos 27 equações candidatas separadamente para as duas tipologias e avaliamos o ajuste (R² ajustado), parcimônia (AIC) e desempenho preditivo (RMSE, BIAS, PBIAS e R²) em relação à BAAS estimada pela equação pantropical. Adicionalmente, fizemos análises de concordância (Bland–Altman e coeficiente de correlação de concordância - CCC) e equivalência estatística (TOST) em comparação com equações da literatura. No fragmento florestal, o modelo semi-logarítmico selecionado explicou 87% da variação da BAAS nos dados de treinamento e apresentou RMSE de 0,227 t e R² de 0,724 na regressão com os valores de referência. Para as árvores isoladas, o modelo polinomial de segunda ordem explicou 89% da variação da biomassa e apresentou RMSE de 0,376 t e R² de 0,901 nessa mesma comparação, refletindo a maior heterogeneidade estrutural desse contexto. Em ambos os casos, observou-se maior proximidade dos modelos selecionados com equações calibradas em fisionomias estruturalmente análogas, reforçando a importância da transferibilidade alométrica. Os resultados demonstram que H e Ac capturaram uma parcela substantiva da variabilidade da BAAS em ambos os contextos investigados, porém a forma matemática adequada difere entre as tipologias. Os modelos devem, portanto, ser interpretados como equações de calibração específicas para cada contexto e não modelos universalmente transferíveis. Ainda é necessária uma validação independente em diferentes locais e ao longo de gradientes estruturais mais amplos antes de se proceder à extrapolação operacional.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoOutros
dc.description.tipodeimpactooutrosAmbientais
dc.identifier.citationCOSTA, Luana Catarine de Oliveira. Modelagem da biomassa arbórea: abordagem baseada em métricas deriváveis de LiDAR para contextos florestais e urbanos. 2026. 87 p. Dissertação (Mestrado em Ecologia Aplicada) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/61192
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Naturais (ICN)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.departmentDepartamento de Ecologia e Conservação
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ecologia Aplicada
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectBiomassa
dc.subjectFlorestas urbanas
dc.subjectModelos alométricos
dc.subjectSensoriamento remoto
dc.subjectSequestro de carbono
dc.subjectBiomass
dc.subjectUrban forests
dc.subjectAllometric models
dc.subjectRemote sensing
dc.subjectCarbon sequestration
dc.subject.cnpqCiências biológicas
dc.titleModelagem da biomassa arbórea: abordagem baseada em métricas deriváveis de LiDAR para contextos florestais e urbanos
dc.title.alternativeTree biomass modelling: an approach based on LiDAR-derivable metrics for forest and urban contexts
dc.typedissertação

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