Modelagem e simulação multitemporal da dinâmica complexa em áreas úmidas urbanas: o caso de Bogotá, Colômbia

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9374 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

As zonas úmidas urbanas são essenciais para a saúde e o bem-estar duradouros das cidades. Reconhecidos como ecossistemas ricos em biodiversidade e altamente produtivos, fornecem serviços ecossistêmicos representados em aspectos como purificação do ar, regulação do clima urbano, saúde física e mental, recreação e contemplação, entre uma ampla variedade de outros bens e serviços sobre os quais a qualidade de vida vida dos habitantes de grandes cidades como Bogotá depende em grande parte. Usamos autômatos celulares para modelar e simular mudanças em zonas úmidas urbanas em Bogotá, Colômbia. O estudo aplicou o modelo acoplado Markov-Future Land Use Simulation (FLUS) para simular e analisar a mudança de uso/cobertura da terra (LULC) ao longo de 20 anos. Primeiro, usamos um ortomosaico (1998) e duas imagens de satélite WorldView-2 (2004 e 2010), para detectar mudanças na cobertura da terra. Em seguida, usando o módulo FLUS da rede neural artificial, calculamos as relações entre classes de terrenos e drivers associados e estimamos a probabilidade de ocorrência de cada classe de terrenos. Finalmente, aplicamos a Análise de Intensidade para examinar a mudança LULC observada e projetada (1998–2034). Os resultados indicam que os ganhos em áreas de lavouras e pastagens ocorrem em detrimento das áreas úmidas. Além disso, os resultados da simulação mostram que as zonas úmidas provavelmente representarão menos de 2% da área total de estudo em 2034, representando uma redução de 14% em 24 anos. A importância deste projeto reside no seu potencial contributo para o processo de tomada de decisão na cidade e como instrumento de gestão dos recursos naturais. Além disso, os resultados deste estudo podem contribuir para o Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 6 das Nações Unidas, "Água limpa e saneamento" e mitigação das mudanças climáticas.

Fundadas dentro e ao redor das cidades ou seus subúrbios1, as zonas úmidas urbanas são únicas e desempenham um papel indispensável no bem-estar da área urbana. Eles oferecem vários serviços ecossistêmicos, como abastecimento de água, purificação de água, diminuição do efeito de ilha de calor urbana, fornecimento de habitat para espécies críticas de plantas e animais, regulação de enchentes e oportunidades recreativas2,3. No entanto, esses ecossistemas enfrentam ameaças, como poluição por esgoto, regimes hídricos alterados, funções hidrológicas reduzidas, perda de habitat e biodiversidade ou mudança climática e perda devido a mudanças no uso da terra4. Além disso, em décadas anteriores, indivíduos e sociedades desconsideraram o valor das zonas úmidas5, enchendo-as com resíduos municipais e de construção e vendo-as como uma fonte de insegurança. Por exemplo, em Bogotá, a área de pântanos na década de 1940 era de 50.000 hectares, mas hoje é de apenas 901 hectares6,7,8.

Em 1950, 70% da população mundial vivia em áreas rurais, mas foi até 2007 que a população urbana ultrapassou esse número9. Desde então, a população urbana continua crescendo, e as Nações Unidas estimam que aumentará para 68% até 20509. O crescimento urbano está aumentando a pressão ambiental, especialmente nos centros urbanos e ao seu redor10. A América Latina e o Caribe estão entre as regiões mais urbanizadas do mundo, onde cerca de 81% dos habitantes vivem em cidades11. Na Colômbia, durante as décadas de 60 e 70 do século XX, o crescimento urbano foi impulsionado principalmente pela migração do campo para a cidade devido à violência12. Desde o final da década de 1950, a cidade de Bogotá experimentou um crescimento substancial e se espalhou para o oeste, alcançando hoje o rio Bogotá. À medida que o desenvolvimento e o crescimento urbano aumentam, as áreas úmidas protegidas – que antes estavam nas áreas periféricas ou rurais – são absorvidas pela cidade, perdendo suas qualidades ambientais e ecológicas10. Assim, preservar e proteger esses ecossistemas é crucial devido ao seu papel inerente no monitoramento da mudança global e na orientação da adaptação humana a um mundo em mudança9.

Para manter e restaurar as zonas úmidas urbanas, os estudos sobre as mudanças nas zonas úmidas urbanas ganharam força desde os anos 2000, e os pesquisadores analisaram principalmente as mudanças históricas em seus padrões de paisagem e funções ecológicas. Trabalho de campo, dados de sensoriamento remoto, Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e abordagens de modelagem científica de complexidade foram aplicados para avaliar mudanças nesses ecossistemas5,7,13,14,15,16,17,18,19. As complexas interações e relações entre os componentes ambientais que impulsionam a formação e regulação de zonas úmidas requerem abordagens metodológicas para detectar e analisar as mudanças nas zonas úmidas em escalas espaciais e temporais em paisagens urbanas complexas. Os modelos de mudança de Uso da Terra e Cobertura da Terra (LULC) usando Cellular Automata (CA) são cada vez mais usados ​​para explorar a dinâmica de mudança da terra. Eles são considerados uma base para decisões de políticas públicas para promover a proteção e gestão dos ecossistemas20.