Disciplina Discipline BIE5748
Introdução ao Uso de Dados Espaciais em Ecologia
The basics of using spatial data in Ecology

Área de Concentração: 41134

Concentration area: 41134

Criação: 06/05/2021

Creation: 06/05/2021

Ativação: 06/05/2021

Activation: 06/05/2021

Nr. de Créditos: 4

Credits: 4

Carga Horária:

Workload:

Docente Responsável:

Professor:

Leandro Reverberi Tambosi

Objetivos:

Apresentar aos alunos os principais formatos de dados espaciais e as principais ferramentas disponíveis para manipulação e análise destes dados em softwares de Sistemas de Informações Geográficas e em software R. Familiarizar os alunos com algumas das operações necessárias para geração e análises dos dados espaciais, para que sejam capazes de planejar experimentos e análises de dados em ecologia que utilizem informações espaciais. Ao final do curso, espera-se que o aluno tenha conhecimento das principais ferramentas disponíveis para trabalhar com dados espaciais e que possa utilizá-las para resolver problemas e planejar experimentos na área de ecologia.

Objectives:

Present the basics of spatial data, including main data formats and tools to process and analyze the data in Geographic Information System (GIS) softwares and in R environment. Students will learn tools to process existing data, generate new data and plan and design ecological studies based on spatial information. At the end of the course we expect the student to know the main tools to work with spatial in ecological studies.

Justificativa:

O uso de informações espaciais tem sido cada vez mais frequente em trabalhos na área ambiental, sejam eles voltados para o desenvolvimento de pesquisas científicas na área de ecologia, ou para a tomada de decisão em gestão dos recursos naturais. Apesar da crescente popularização e aumento da disponibilidade de dados espaciais, muitos alunos em nível de pós-graduação na área de ciências biológicas e ecologia ainda não possuem conhecimentos básicos sobre o uso de informações espaciais. Esta falta de conhecimentos básicos sobre dados espaciais faz com que uma grande quantidade de informações já disponíveis deixem de ser utilizadas ao longo do planejamento e desenvolvimento dos projetos, muitas vezes limitando o avanço das pesquisas e o impacto dos resultados obtidos.

Rationale:

The use of spatial data in scientific research and in decision making processes related to natural resources management is advancing rapidly. Although there is a continuous increase on the availability of GIS tools and spatial datasets available online, graduate students from biological sciences and ecology usually do not know the basics about spatial data. This lack of basic knowledge may limit the access to important spatial datasets that could help improving the quality and impact of ecological studies.

Conteúdo:

Estratégia de ensino: a disciplina contará com aulas teórico-práticas com uma breve exposição sobre o conteúdo a ser abordado na aula, com exemplos de estudos de caso que ilustrem o uso dos dados espaciais. Após a exposição serão feitas atividades práticas em computador para familiarização e uso das ferramentas para trabalhar com dados espaciais. A disciplina também contará com um trabalho desenvolvido em grupos, no qual os alunos deverão aplicar os conhecimentos adquiridos em aula para utilizar os dados espaciais para solução de problemas na área de ecologia. Ao final do curso os alunos deverão realizar uma apresentação com os resultados do trabalho. Tendo em vista o aumento da demanda pelo uso de informações ambientais e a crescente disponibilização de dados espaciais em plataformas digitais, a presente disciplina foi planejada para a instrumentalização dos alunos para que possam conhecer e utilizar diferentes formas de dados espaciais para a pesquisa em ecologia. Ementa: Introdução ao uso de dados espaciais em análises ambientais. Exemplos de estudos ambientais com uso de dados espaciais. Sistemas de coordenadas geográficas e projetadas, datum, conceito de escala e resolução espacial. Principais formatos de dados espaciais em sistemas de informação geográfica. Arquivos vetoriais (pontos, linhas, polígonos), arquivos matriciais. Gerando dados espaciais a partir de informações de campo. Fontes de dados espaciais disponíveis. Conversão entre os formatos de dados e entre tipos de arquivos. Georreferenciamento de imagens e cartas topográficas. Dados espaciais no software R. Principais operações com dados espaciais nos softwares de SIG e R: recorte, união, intersecção, buffers, cálculo de coordenadas, perímetro, comprimento, área, distâncias. Extração de informações dos dados espaciais disponíveis para pontos de coleta, fragmentos, áreas de vida, bacias, municípios. Análise de dados de densidades de pontos, densidades de linhas, distâncias, análises de vizinhança, estatística descritiva para valores contínuos em regiões espacialmente delimitadas. Delineamento experimental a partir de dados categóricos e contínuos: aleatorização de pontos, áreas homogêneas, áreas de vida, análise de gradientes ambientais para amostras estratificadas, reclassificação de dados contínuos para categóricos. Extrapolação espacial de resultados de modelos. Informações básicas para elaboração de figuras e mapas para apresentação.

Content:

Teaching strategies: the course will be based on theoretical-practical classes with a short talk about the class content with some case studies showing the use of spatial data. After the talk, there will be computer practices to learn the main tools to work with spatial data. At the end of the course students will present the results of a short project developed during the course. In these projects students are expected to apply the tools and concepts presented during the course to use spatial data in ecological research. Course content: Introduction to the use of spatial data in environmental studies. Examples of environmental sciences studies using spatial data. geographic and projected coordinate systems, Datum, Scale and Spatial resolution. Spatial data in geographic information system softwares: main data formats - vectors (points, lines, polygons) and rasters (images, surfaces). Generating spatial data from field information. Online databases for spatial data. Data format conversion. Georreferencing images and topographic maps. Spatial data in R environment. Main operations with spatial data in GIS and R: union, intersection, clip, buffers, calculating coordinates, perimeters, area, distances. Extracting information from spatial data: sampling points, fragments, watersheds, political divisions, home range. Extracting densities of points, lines, neighborhood statistics. Exploring spatial data to sampling design: categorical and continuous data: random points, identifying homogeneous regions, home ranges, environmental gradients and reclassifying continuous to categorical data. Data transformation and model extrapolation. Generating figures and maps to represent spatial data.

Forma de Avaliação:

Discussões em aula sobre o conteúdo apresentado em aula e sobre a bibliografia sugerida (50%) e apresentações do trabalho final da disciplina (50%).

Type of Assessment:

Students will be evaluated based on their performance during class participation (50%) and on projects presentation (50%).

Observação:

O curso está planejado como forma de instrumentalização para uso e manipulação de dados espaciais e não está voltado para análises estatísticas espaciais.

Notes/Remarks:

The course will not be a spatial statistical course. It will focus on the use of different spatial data.

Bibliografia:

Cartografia básica: Silva, I.F.T. 2008. Noções básicas de cartografia. Divisão de Geociências, Departamento de Cartografia - IBGE- Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Rio de Janeiro, 127p. Introdução aos sistemas de informação geográfica e aos dados espaciais: Gilfoyle, I., Thorpe, P. 2004. Geographic information management in local government. CRC Press LLC. Heywood, D.I., Cornelius, S., Carver, S. 2006. An introduction to geographical information systems. Pearson Education Limited. Essex, 464p., 3ed. Hijmans, R. J., Cameron, S.E., Parra, J. L., Jones, P. G., Jarvis, A. 2005. Very high resolution interpolated climate surfaces for global land áreas. International journal of climatology 25: 1965-1978. Liu, W.T.H. 2006. Aplicações de sensoriamento remoto. Editora Uniderp, Campo Grande, Mato Grosso do Sul. Brasil. Longley, P.A., Goodchild, M.F., Maguire, D.J., Rhind, D.W. 2005. Geographical information systems and Science. John Wiley & Sons ltd., West Sussex, 537p., 2ed. Wise, S. 2002. GIS basics. Taylor & Francis, London, 235p. Análises espaciais: Albert, C.H., Yoccoz, N.G., Edwards Jr, T.C, Graham, C.H., Zimmermann, N.E., Thuiller, W. 2010. Sampling in ecology and evolution – bridging the gap between theory and practice. Ecography, 33:1028-1037. Bivand, R.S., Pebesma, E.J., Gomez-Rubio, V. 2013. Applied spatial data analysis with R. Springer, New York, 414p, 2ed. Conservação Internacional 2007. Modelagem ambiental e conservação da biodiversidade. Megadiversidade 3 (1-2). Crawley, M. J. 2007. The R book. Wiley Cunningham, R.B., Lindenmayer, D. B. 2017. Approaches to landscape scale inference and study design. Curr. Landscape Ecol Rep. 2: 42-50. Fortin, M.J., Dale, M. 2005. Spatial Analysis: a guide for ecologists. Cambridge University Press, New York. Pasher, J. , Mitchell, S.W., King, D.J., Fahrig, L., Smith, A.C., Lindsay, K.E. 2013. Optimizing landscape selection for estimating relative effects of landscape variables on ecological responses. Landscape Ecol. 28: 371-383. Silvertown, J., Antonovics, J. 2001. Integrating Ecology and Evolution in a Spatial Context. British Ecological Society. Estudos usados como exemplo durante as aulas Banks-Leite, C., Pardini, R., Tambosi, L.R., Pearse, W.D., Bueno, A.A., Bruscagin, R.T., Condez, T.H., Dixo, M., Igari, A.T., Martensen, A.C., Metzger, J.P. (2014) Using ecological thresholds to evaluate the costs and benefits of set-asides in a biodiversity hotspot. Science, v. 345, 1041-1045. Becker, C. G., Fonseca, C. R., Haddad, C. F. B., Prado, P. I. 2010. Habitat Split as a cause of local population declines of amphibians with aquatic larvae. Conservation biology 24: 287-294. Giannini, T.C., Tambosi, L.R., Acosta, A.L., Jaffé, R., Saraiva, A.M., Imperatriz-Fonseca, V.L., Metzger, J.P. (2015) Safeguarding Ecosystem Services: A Methodological Framework to Buffer the Joint Effect of Habitat Configuration and Climate Change. Plos One, v. 10, e0129225. Lira, P.K. , Tambosi, L.R., Ewers, R.M., Metzger, J.P. (2012) Land-use and land-cover change in Atlantic Forest landscapes. Forest Ecology and Management, v. 278, 80-89. Lyra-Jorge, M. C., Ciocheti, G., Tambosi, L. R., Ribeiro, M.C., Pivello, V.R. (2009) Carnivorous mammals in a mosaic landscape in Southeastern Brazil: is it possible to keep them in an agro-silvicultural landscape?. In: Johan Runas, Theodor Dahlgren. (Org.). Grassland Biodiversity - Habitat Types, Ecological Processes and Environmental Impacts. : Nova Science Publishers, v. 1, 1-16. Lyra-Jorge, M.C., Ribeiro, M.C., Ciocheti, G., Tambosi, L.R., Pivello, V.R. (2010) Influence of multi-scale landscape structure on the occurrence of carnivorous mammals in a human-modified savanna, Brazil. European Journal of Wildlife Research, v. 56, 359-368. Mengardo, A.L.T., Figueiredo, C.L., Tambosi, L.R., Pivello, V.R. (2012) Comparing the establishment of an invasive and an endemic palm species in the Atlantic rainforest. Plant Ecology & Diversity, v. 5, 345-354. Prado, A.F. 2015. Abundância de roedores reservatórios de hantavírus no bioma Mata Atlântica: efeitos da estrutura da paisagem e da escala de análise. Dissertação de mestrado, Universidade de São Paulo, departamento de ecologia. Rodrigues, R. R., Bononi, V. L. R. (Org.). 2008. Diretrizes para a conservação e restauração da biodiversidade no Estado de São Paulo. 1ed.São Paulo: Imprensa Oficial do Estado de São Paulo. Silva, M.X. 2014. Efetividade de áreas protegidas para a conservação da biodiversidade: padrões de ocupação de mamíferos no Parque Nacional do Iguaçu. Dissertação de mestrado, Universidade de São Paulo, departamento de ecologia. Teixeira, A. M. G., Soares-Filho, B. S., Freitas, S., Metzger, J. P. 2009. Modeling landscape dynamics in na Atlantic Rainforest region: Implications for conservation. Forest Ecology and Management 257: 1219-1230.

Bibliography:

Basic cartography: Silva, I.F.T. 2008. Noções básicas de cartografia. Divisão de Geociências, Departamento de Cartografia - IBGE- Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Rio de Janeiro, 127p. Introduction to Geographic information systems and spatial data: Gilfoyle, I., Thorpe, P. 2004. Geographic information management in local government. CRC Press LLC. Heywood, D.I., Cornelius, S., Carver, S. 2006. An introduction to geographical information systems. Pearson Education Limited. Essex, 464p., 3ed. Hijmans, R. J., Cameron, S.E., Parra, J. L., Jones, P. G., Jarvis, A. 2005. Very high resolution interpolated climate surfaces for global land áreas. International journal of climatology 25: 1965-1978. Liu, W.T.H. 2006. Aplicações de sensoriamento remoto. Editora Uniderp, Campo Grande, Mato Grosso do Sul. Brasil. Longley, P.A., Goodchild, M.F., Maguire, D.J., Rhind, D.W. 2005. Geographical information systems and Science. John Wiley & Sons ltd., West Sussex, 537p., 2ed. Wise, S. 2002. GIS basics. Taylor & Francis, London, 235p. Spatial analysis: Albert, C.H., Yoccoz, N.G., Edwards Jr, T.C, Graham, C.H., Zimmermann, N.E., Thuiller, W. 2010. Sampling in ecology and evolution – bridging the gap between theory and practice. Ecography, 33:1028-1037. Bivand, R.S., Pebesma, E.J., Gomez-Rubio, V. 2013. Applied spatial data analysis with R. Springer, New York, 414p, 2ed. Conservação Internacional 2007. Modelagem ambiental e conservação da biodiversidade. Megadiversidade 3 (1-2). Crawley, M. J. 2007. The R book. Wiley Cunningham, R.B., Lindenmayer, D. B. 2017. Approaches to landscape scale inference and study design. Curr. Landscape Ecol Rep. 2: 42-50. Fortin, M.J., Dale, M. 2005. Spatial Analysis: a guide for ecologists. Cambridge University Press, New York. Pasher, J. , Mitchell, S.W., King, D.J., Fahrig, L., Smith, A.C., Lindsay, K.E. 2013. Optimizing landscape selection for estimating relative effects of landscape variables on ecological responses. Landscape Ecol. 28: 371-383. Silvertown, J., Antonovics, J. 2001. Integrating Ecology and Evolution in a Spatial Context. British Ecological Society. Study cases used as examples in the course Banks-Leite, C., Pardini, R., Tambosi, L.R., Pearse, W.D., Bueno, A.A., Bruscagin, R.T., Condez, T.H., Dixo, M., Igari, A.T., Martensen, A.C., Metzger, J.P. (2014) Using ecological thresholds to evaluate the costs and benefits of set-asides in a biodiversity hotspot. Science, v. 345, 1041-1045. Becker, C. G., Fonseca, C. R., Haddad, C. F. B., Prado, P. I. 2010. Habitat Split as a cause of local population declines of amphibians with aquatic larvae. Conservation biology 24: 287-294. Giannini, T.C., Tambosi, L.R., Acosta, A.L., Jaffé, R., Saraiva, A.M., Imperatriz-Fonseca, V.L., Metzger, J.P. (2015) Safeguarding Ecosystem Services: A Methodological Framework to Buffer the Joint Effect of Habitat Configuration and Climate Change. Plos One, v. 10, e0129225. Lira, P.K. , Tambosi, L.R., Ewers, R.M., Metzger, J.P. (2012) Land-use and land-cover change in Atlantic Forest landscapes. Forest Ecology and Management, v. 278, 80-89. Lyra-Jorge, M. C., Ciocheti, G., Tambosi, L. R., Ribeiro, M.C., Pivello, V.R. (2009) Carnivorous mammals in a mosaic landscape in Southeastern Brazil: is it possible to keep them in an agro-silvicultural landscape?. In: Johan Runas, Theodor Dahlgren. (Org.). Grassland Biodiversity - Habitat Types, Ecological Processes and Environmental Impacts. : Nova Science Publishers, v. 1, 1-16. Lyra-Jorge, M.C., Ribeiro, M.C., Ciocheti, G., Tambosi, L.R., Pivello, V.R. (2010) Influence of multi-scale landscape structure on the occurrence of carnivorous mammals in a human-modified savanna, Brazil. European Journal of Wildlife Research, v. 56, 359-368. Mengardo, A.L.T., Figueiredo, C.L., Tambosi, L.R., Pivello, V.R. (2012) Comparing the establishment of an invasive and an endemic palm species in the Atlantic rainforest. Plant Ecology & Diversity, v. 5, 345-354. Prado, A.F. 2015. Abundância de roedores reservatórios de hantavírus no bioma Mata Atlântica: efeitos da estrutura da paisagem e da escala de análise. Dissertação de mestrado, Universidade de São Paulo, departamento de ecologia. Rodrigues, R. R., Bononi, V. L. R. (Org.). 2008. Diretrizes para a conservação e restauração da biodiversidade no Estado de São Paulo. 1ed.São Paulo: Imprensa Oficial do Estado de São Paulo. Silva, M.X. 2014. Efetividade de áreas protegidas para a conservação da biodiversidade: padrões de ocupação de mamíferos no Parque Nacional do Iguaçu. Dissertação de mestrado, Universidade de São Paulo, departamento de ecologia. Teixeira, A. M. G., Soares-Filho, B. S., Freitas, S., Metzger, J. P. 2009. Modeling landscape dynamics in na Atlantic Rainforest region: Implications for conservation. Forest Ecology and Management 257: 1219-1230.

Tipo de oferecimento da disciplina:

Presencial

Class type:

Presencial