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Ecologia de
Populações
Harold Gordon Fowler, Ph.D.
popecologia@hotmail.com

Escala e Escalamento na Ecologia
Ecologia de Populações - Escala

1
Escala

•O que é escala?

•Por que a escala é importante?
•Quais são as escalas apropriados de usar?
•Escalamento:
Acima: De abaixo para acima
Embaixo: de acima para abaixo
•Umas regras de escala
•Como estudar uma estrutura escalar?

Uso comum de ‘escala’

Ecologia de Populações - Escala
Problemas de Escala
Qual é a relevância de escala?
As observações tem consistência em escalas diferentes?

Exemplos: conceitos de sucessão de Clements e Gleason*

*fde Allen eHoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia press. (chapter 4: The community criterion)

Ecologia de Populações - Escala

3
Escala
•O

problema de escala é considerado como um
problema central da ecologia.
• Não existe uma escala correta para estudar algo e
os resultados do estudo dependem da escala usada.
• Uma mudança linear de escala não implica uma
mudança linear do valor mensurado. Os padrões
dependentes de escala podem ser complexos e não
lineares.
• Como pode selecionar a escala(s) apropriada(s)
para um estudo?
Ecologia de Populações - Escala

29
4
Escala
A heterogeneidade é uma característica
fundamental da natureza, e está
presente na maioria dos variáveis
naturais. A heterogeneidade aparece a
qualquer escala.
Os sistemas ecológicos se organizam
hierarquicamente em várias escalas
espaciais e temporais.
Escala e Dados Ecológicos
Pattern and Process in the Plant Community
AS Watt, The Journal of Ecology, 1947
- GoogleScholar, 534 citações

The Problem of Pattern and Scale in
Ecology SA Levin, Ecology, 1992
GoogleScholar, 1377 citações
Por que a escala é importante?
A natureza e paisagens têm organização hierárquica.
Todos os atributos são dependentes de escala;
Nossa capacidade de desenvolver teorias das relações
entre padrão e processos é dependente do entendimento
de escalas de descrição e escalas nas quais as relações
ocorrem naturalmente;
A ligação errada entre escala do padrão e escala do
processo limita a previsibilidade dos estados ecológicos
futuros, o qual inibe o desenvolvimento de planos reais de
manejo, uma razão puramente aplicada;
Existem razões estatísticas e de amostragem (como
amostrar a uma escala que permite replicas
independentes);
Ecologia de Populações - Escala

7
O Conceito de Escala
Se
a previsão entre escalas e níveis
hierárquicas é a chave para entender
a complexidade ecológica

Por que escala importa?

Ecologia de Populações - Escala

8
A Escala Cósmica Temporal

O Calendário
Cósmico de Carl
Sagan (Dragons
of Eden, 1977)
Cada mês é
aproximadamente
igual a 1 bilhão de
anos
Unidades Temporais e de Rochas
Unidades temporais
(períodos de tempo)
Eona
Era
Período
Época
Idade

Unidades das rochas
(sequencia das
rochas)
Eonotema
Eratema
Sistema
Serie
Estágio
A Escala Temporal da
Vida
Longevidade
10log a

Terra

Volume
3
10log m

Vida da Terra

baleia

baleia

bactéria
ATP

bactéria
Molécula de água
Ecologia de Populações - Escala

11
A variabilidade natural do
sistema Terra - Atmosfera
•

A variabilidade natural pode ser classificada pelo tipo
de força ativa (interna ou externa ao sistema climático)
e se é periódico ou cíclico ou de episódios.

Modas da Variabilidade Natural que conhecemos:
escala
forma forças
Sazonal
90 dias
cíclica externa
El niño ciclo interno
3-5 anos cíclica interna
Oscilação do Atlântico Norte
décadas
cíclica interna??
Vulcanismo
nenhuma episódios externa
Idades de gelo
40,000 anos cíclica interna
Décadas do Pacifico
20-50 anos cíclica ????
Ecologia de Populações - Escala

12
Continuo Geográfico – Escalas de Processos Ecológicos

Whales

Escalas temporais
e espaciais

Ecologia de Populações - Escala

13
Continuo Geográfico –
Escalas de Processos Ecológicos
Whales

Clorofila
superficial

Ecologia de Populações - Escala

14
Adaptação
Escalas de Tempo, mecanismos, e
flexibilidade
Regulação

Fisiológico/comportamento

<< 1 geração

Reversível

Aclimação

Fisiológico/comportamento

<1 geração

Reversível

Desenvolvimento Desenvolvimento/comportamento ~1 geração

Não Reversível

Evolutivo

Reversível

Genético/ecológico

>1 geração

Ecologia de Populações - Escala

15
Comprimento

Tamanho e tempo de geração

Tempo de geração

Ecologia de Populações - Escala

16
Escala

A Balcanização da Ciência
Epidemiologia
Ornitologia
Mastologia
Entomologia

Botânica
Microbiologia
Escala Geológica
Ecologia de Paisagens
Ecologia de Comunidades
Ecologia de Populações
Etologia
Fisiologia
Biologia Celular
Biologia Molecular
Agricultura

Saúde

Recursos
Naturais

Aplicação

Ecologia de Populações - Escala

17
Ciências sociais

Pequena

Específico

ESCALA

CONHECIMENTO

Grande

Geral
Ecologia

Ecologia de Populações - Escala

18
A escala importa devido a
possibilidade da transmutação
Os padrões diferentes ‘qualitativamente’
Aparecem a níveis hierárquicos
e escalas diferentes
O’Neill, R. V. 1979

Isso é o problema, ou por que não se
preocupar de escalamento?
Ecologia de Populações - Escala

19
Oceanos mundiais

Geografia do Ecossistema

Bacias oceânicas

Nível mínimo de manejo

Águas
Internacionais
LMEs
EEZs

Águas
Territoriais
Costas
Mares
internas
Bacias
Baias e
Estuários
Governo RMO IMOs
Federal RSO ISOs

Governo

Ecologia de Populações - Escala

ONGs Academia

20
Vulnerabilidade e a
Emergência da Complexidade
Escalas temporais e espaciais expandidas
para lidar com “a sociedade atual e as
relações Homem – ambiente que
acontecem antes dos desastres” (Hewitt
1983)
A natureza e a sociedade interagem
produzindo a vulnerabilidade,
requerendo ….
Uma forma mais complexa para lidar com
desastres e as relações Homem Natureza.
Ecologia de Populações - Escala

21
A variação de escala pode ter efeitos
distintos em espécies distintas

(imagem do manual de Fragstats )
Ecologia de Populações - Escala
O padrão de distribuição espacial é ‘sensível a escala’

A escala continental as
Aves são agregadas em
regiões, biomas e
habitats

Dentro dos habitats, Dentro das
manchas, os
agregam em
Territórios
manchas com
são
mais retorno
uniformes

Dentro dos territórios,
os comportamentos
são ‘agregados’
nos micro-habitats

Em geral,
se examina a uma escala suficiente grande, as coisas se agregam
Mas se examina a uma escala suficiente pequena se aproximam uniforme.
Ecologia de Populações - Escala

23
Paisagem
Movimento:
semanas

Região
Movimento:
meses ou anos
Comunidade
Movimento:
semanas

Movimento:
minutos Manchas
Plantas
individuais
Movimento:
minutos
Uso de hábitat por herbívoros a distintas escalas
Espaço: a última fronteira
da ecologia?
Como definamos distintas
escalas?
Processos distintos
Taxas de processos

Os distintos níveis se baseiam na variação das taxas dos
processos: menores nos níveis superiores do que nos níveis
inferiores.
Os processos que determinam um mesmo fenômeno a
distintas escalas podem ser diferentes.
As escalas necessárias na ecologia
de populações:
Escala Temporal: (a) longevidade/duração; (b) o
período/ciclo; e (c) escala do comprimento de
correlação/ integral;
Escala Espacial: (a) extensão espacial; (b)
período espacial; e (c) escala do comprimento
de correlação/ integral;
Escala do "Organismo“: (a) tamanho
corporal/massa; (b) taxa de crescimento
específico a espécie; (c) taxa de extinção; (d)
a longevidade; (e) a área vital; (f) nicho, e
outros.
Escala Espacial e seus
componentes

O grão e extensão precisam ser definidos
por a espécie pesquisada. Se isso não
acontece os padrões não terão
significância biológica e pode resultar
em conclusões erradas.

Fina

Escala

Zona de
heterogeneidade
funcional

Grão

Zona de
heterogeneidade
funcional

Extensão

Extensão medida

Extensão

Grão

Grão medido

Grossa
Respostas dos organismos a
heterogeneidade ambiental
Sensibilidade
Grão grosso

Percebem a heterogeneidade

Grão fino

não percebem a heterogeneidade
A uma escala particular
Os padrões de “escala grande” de
distribuição:
A variação da abundancia de uma espécie
dentro da sua amplitude geográfica.
Causada pela variação de qualidade de habitat
Importância de escala nos
padrões de distribuição
A uma escala o padrão poderia ser
aleatório, e a outra escala poderia ser
uniforme
Definição:
A escala é o domínio espacial e temporal de
um objeto ou processo. Em geral, as escalas
dos padrões ou estruturas observados e as
escalas dos processos que os cria ou mantém
são correlacionadas positivamente, mas
sempre isso não acontece. A escala se
caracteriza por grau (resolução) e extensão:

·Grão: unidade menor de medida
· Extensão: Área total (ou duração do tempo)
do estudo do fenômeno
Ecologia de Populações - Escala

32
Grão Ambienal
Grão:
Textura dos elementos que compõem uma
paisagem
Depende do tamanho das manchas que são
reconhecíveis.

Uma paisagem de grão fino é formado por
manchas pequenas

Uma paisagem de grão grosso é formado por
manchas grandes
Grão Grosso

Grão Fino

Grão Ambienal
Escala e Grão
A resolução deve ser
somente uma função da
tecnologia e
independente do
contexto do estudo?
Quanta fina é suficiente –
ou mais resolução pode
nos causar errar?
Versus

Ecologia de Populações - Escala

35
Grão e extensão

estabelecem a escala e limitam qual entes e
ciclos podem ser observados. Se não
observamos algo pode ser devido a
mensuração não apropriada (grão e extensão
escolhidos erradamente). Precisamos
estabelecer os limites do processo ou
estrutura.

Ecologia de Populações - Escala

36
Grão e Extensão de uma espécie
Grão: menor escala da
percepção da heterogeneidade

Extensão: Maior escala da
percepção da heterogeneidade
Sensibilidade a mancha: Grão e extensão de uma
espécie
Espécie A
Espécie B
Extensão

Para essas manchas
a espécie A
demonstra um grão
grosso

Extensão

Grão
Para essa mancha a espécie A
Grão
é de grão fino
O grão e a extensão de uma espécie dependem do
tamanho e a dispersão
Aspectos de Escala
Como escala é relevante?
As observações em varias escalas são consistentes?

*de Allen e Hoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia press. (chapter 4: The community criterion)
Ecologia de Populações - Escala

39
Grão e Extensão
Escala Espacial

Escala Temporal
grão

grau

extensão

extensão
• Na

ecologia a escala
é medida em termos
de grau e extensão.
30
Ecologia de Populações - Escala

40
Grão de uma área de estudo:
• Medidas

tomadas em proximidade espacial ou
temporal (grão pequeno) tendem ser mais
correlacionadas entre elas do que com medidas
tomadas distintamente (não independentes).

AUTOCORRELAÇÃO

Ecologia de Populações - Escala

41
Extensão de uma área de estudo
Escolha uma extensão baseada na amplitude de
variação esperada (de opiniões de expertos, revisão
bibliográfica, e/ou amostragem preliminar), logística
do projeto (como acesso, custo) e metas de manejo.
extensão
Pequena demais

tempo

Ecologia de Populações - Escala

42
O que é ‘Escala’?
A escala espacial inclua duas
características:
resolução e extensão
Temporalmente, chamamos essas
características a resolução e o
horizonte temporal
Confusão com o termo ‘Grão’
Ecologia de Populações - Escala

43
Dois componentes de escala espacial
Aumento do tamanho do grão (resolução)

Aumento de extensão

Ecologia de Populações - Escala

44
Escala e Ecologia
Resolução espacial

Diminuir tamanho do pixel
Aumentar a resolução

>1m  1 km
Escala e Ecologia
Resolução espacial
Escopo espacial
Escala e Ecologia
Unidade é o ‘indivíduo’

O tomador de decisão é o proprietário do
lote, não os lotes
Escala e Ecologia
Resolução espacial
Escopo espacial
Resolução temporal
– MODIS: 1-2 vezes por dia
– Landsat ~ a cada 16 dias

Resolução ‘Característica’
– Resolução espectral (hiper versus multiespectro)
– Precisão de elevação
Ambigüidade do uso do
termo “Grão”
1) MacArthur e Levins (1964) : tamanho de
grão = a maneira como os animais usam
uma área.
1) Grão fino = generalistas
2) Grão grosso = especialistas
3) Ou o tamanho da unidade de recurso
2) Wiens (1989) tamanho da unidade de
observação do indivíduo
3) Forman e Gordon (1986) tamanho do
elemento da paisagem
Ecologia de Populações - Escala

49
Cuidado com a Escala
Nessa disciplina:
Grão -o tamanho das manchas de habitat
do animal relativo a movimentação do
animal, ou capacidade de se locomover
a distancias relativamente grandes

Ecologia de Populações - Escala

50
Cuidado com a Escala

Grão Grosso - se a capacidade de
dispersão do organismo é baixa
relativa ao tamanho das manchas de
habitat
Grão Fino - se a movimentação do
organismo é alta relativa ao tamanho
das manchas de habitat

Os organismos podem ocorrer em várias
manchas!
Ecologia de Populações - Escala

51
Resumo dos usos do termo
‘grão’
1) Escala de heterogeneidade da
paisagem (Forman e Gordon)
2) Escala de estudo da paisagem ou
população (Wiens)
3) Escala de discriminação de e uso de
recursos dentro de uma paisagem
(MacArthur e Levins)
4) Escala da dispersão entre manchas
apropriadas (disciplina)
Ecologia de Populações - Escala

52
Escala, Ecologia e Dados
Pontos de vista do chão e de sensoriamento remoto

Mundo Real

Amostras de chão

Sensoriamento
Remoto
TERMINOLOGIA DE
ESCALAS
“É importante para que os ecólogos
não sejam ambíguos no uso de termos
relacionados a escala”

Turner et al. 2001. Landscape ecology in theory and practice.
Island Press. Pg 27.

Não confunda ‘escala’ com ‘nível de organização’.

Ecologia de Populações - Escala

54
Escala e
Processos

Ecologia de Populações - Escala

55
Poucas escalas empuxam as funções
ecológicas, e por isso, devemos escolher as escalas
apropriadas (Holling 1991)
Exemplo de regimes de perturbação de escalas
diferentes
· A regime natural de perturbação =- o padrão de
larga duração da freqüência, intensidade, extensão
espacial, e heterogeneidade interna das perturbações
· Uma floresta boreal apresenta uma perturbação
grande, intensa e iniciada pela germinação que resulta
num padrão de grão grosso de floresta da mesma faixa
etária mas
· As florestas temperadas úmidas têm perturbações
menores e menos intensas que matam as árvores em
manchas de uma a poucas árvores, o que resulta num
mosaico de manchas de grão mais fino de mosaicos de
56
manchas de idades não iguais - Escala
Ecologia de Populações
Intervalo da Perturbação / Intervalo de Recuperação

Impacto da perturbação depende de:
Tamanho e Freqüência
Equilíbrio ou
estado estável

Estável, pouca
variância

Estável,
Variância
muito
Elevada l

Estável,
Variância
elevada

Estável,
pouca
variância

Não estável,
Mal função ou
Colapso

Extensão da Perturbação / extensão de Paisagem

57
A análise em escalas múltiplas é
necessária
(Levin 1992)

A importância relativa dos parâmetros que controlam os
processos ecológicos varia com a escala, como localmente o
começo de incêndios depende da posição topográfica, cargas
de combustíveis, mas em escalas espaciais grandes,
frequência e extensão dos incêndios são determinadas por
clima e tempo a períodos temporais maiores


Ecologia de Populações - Escala

58
A análise em escalas múltiplas é
necessária
(Levin 1992)

Os efeitos cumulativos do nível do manejo de talhão (grau
mais fino) se expressem ao nível da paisagem. A retirada de
poucas árvores remove uma quantidade trivial de habitat
para espécies de sucessão avançada, mas cumulativamente,
essa população pode ser colocado em risco pela
fragmentação da várzea
·

Ecologia de Populações - Escala

59
A análise em escalas múltiplas é
necessária
(Levin 1992)

·Algumas atividades de escala local podem ter impactos a

escalas grandes. Como os efeitos a jusante de
deslizamentos pequenos a montante.

·A paisagem pode exibir limiares críticos nos quais os
processos ecológicos demonstram mudanças qualitativas.
Como a disseminação de perturbação controlada por
frequência quando a área do habitat está sob o liminar mas
pela intensidade quando está superior ao limiar

Ecologia de Populações - Escala

60
Estágios múltiplos de vida ou escalas de
estrutura podem ser precisas para uma espécie
Os processos de escalas pequenas podem
interagir para criar controles de embaixo para
acima dos processos e padrões do paisagem.
Como por exemplo os fatores edáficos locais de
escala fina que resultam na distribuição de tipos
de florestas mas ao nível grosso as clareiras
estão associadas com perturbações do matriz
(Pastor e Broschart 1990).
·
Ecologia de Populações - Escala

61
· Os

processos de escala grande podem
exercer um controle de acima para embaixo
criando o contexto para a dinâmica a escalas
mais finas, como por exemplo, os eventos
extremos e não freqüentes que podem
influenciar a distribuição e composição da flora
e fauna

Ecologia de Populações - Escala

62
·

A escala do estudo afeita as conclusões sobre
padrões e processos.
Por isso, é necessário estudar os fenômenos
ecológicos nas escalas inerentes (ou escalas
múltiplas) de sua ocorrência

Ecologia de Populações - Escala

63
Os controles principais dos processos dos
ecossistemas dependem da escala temporal
Extinção
Glaciação
Migração
Perturbação florestal
El Niño
Ciclo anual
Frente de Tempo
Ciclo diurno
Fechamento de estomas
Tempo de retorno (anos) (escala logarítmica)
Ecologia de Populações - Escala

64
Os controles dominantes sobre os processos dos
ecossistemas mudam com escala temporal e espacial
1. Os processos rápidos de escala pequena proporcionam
mecanismos de processos de escalas maiores
2. Os processos lentos de escala grande são “constantes”
que proporcionam contexto para processos menores mais rápidos
Circulação
termohalina

Migração
Tempo (anos)

Sucessão
Substituição
de árvores
Herbivoria
Alocação
Entrada de
recursos

Troca
metabólica

Ecologia de Populações - Escala

Comprimento (m2)

65
– Faz pouca
diferencia na
relação
tamanho e
tempo

Tempo de recuperação (anos)
(logarítmico)

Se a perturbação
é natural ou
causada pelo
Homem

104

Desastres naturais
Desastres causados pelo Homem
Desastres naturais ou
Causados pelo Homem

1,000

Meteoro

Exploração de
aqüíferos

Poluição
industrial

Salinação

Urbanização

100
Agricultura
moderna

Incêndio
florestal

Enchente
Bomba
Nuclear

Vulcão

Chuva
ácida

Tsunami

Derrame de
petróleo
Deslize de
terra

10

Quede de
árvores
Relâmpago
1
10

3

10

2

10

1

1

10

100

104

1,000

Escala espacial (km2)
(logarítmica)

Ecologia de Populações - Escala

66
Escalamento Ascendente
Começa com a mensuração de indivíduos ou entes e
adiciona restrições apropriadas para explicar os
fenômenos resultantes em níveis superiores.
O objetivo é usar informação disponível em escalas
mais finas para prever processos em escalas
maiores.
A técnica ascendente é necessário devido ao
conjunto de escalas múltiplas e um entendimento do
mecanismo causando fenômenos em escalas maiores.
Precisamos aprender como agregar e simplificar,
conservando a informação essencial sem ficar
bloqueado por detalhes de Populações - Escala
não necessários.
Ecologia

67
Escalamento
Ascendente
Exemplos:
· Modelo de dinâmica de talhões (Urban et al.) ou de
sucessão inicial
A riqueza e diversidade de espécies numa paisagem
· Previsão do sequestro de carbono em escala global
· Previsão da população de colhereiros numa região
Ecologia de Populações - Escala

68
Escalamento Descendente
Usa o conceito de restrições para prever fenômenos em
escalas mais finas. O objetivo é identificar as
restrições que são importantes em cada nível.
Exemplos:
· Tipos ecológicas das terras em São Paulo
· Mudança climática global: GCM Þ modelo Regionalizado
Þ Condição Local do tempo e micro-clima da floresta
· Vegetação mundial
· Dinâmica da paisagem
· Livros em bibliotecas e sub-diretorios do computador
Ecologia de Populações - Escala

69
Umas Regras de
Escalamento
Entre escalas, podemos aprender como a informação se
translada. Precisamos determinar qual informação é
preservada e perdida ao mover de uma escala a outra.
·

· As previsões baseadas em qualquer das duas técnicas
precisam uma identificação clara dos parâmetros
(variáveis independentes) em escalas diferentes.
Isso se deve a fato de que qualquer processo
importante a uma escala frequentemente não é
importante (ou previsível) a outras escalas, e
informações diferentes se perdem quando os dados
espaciais são consideradas a uma escala grossa de
Ecologia de Populações - Escala
resolução.

70
Identificação de um arranjo de
escalas nas quais o processo pode ser
detectado.
A chave é o estudo dos fenômenos ecológicos entre
escalas em vez de escolher a escala "correta."

Por isso, nosso esforço é para detectar padrões que
ocorrem em escalas múltiplas.

Ecologia de Populações - Escala

71


Umas Regas de Escalamento
Escalas de Perturbação

Ecologia de Populações - Escala

72
Como estudar um estrutura escalar?

Folha visto de longe

Métodos
quantitativos como
a geoestatística,
análise de ondas,
análise espectral,
análise fractal, e
simulações de
computador
explore ou
identifique as
escalas de padrão
(e processos).

Folha visto de microscópio
Ecologia de Populações - Escala

73
Dimensões de Escala

Fenômeno

Espaço

(Escala de processo ou padrão)

Escala de observação)
Escala de Experimento

Componentes de Escala

fenômeno

Tipos de Escala Escala extrínseca

Tempo

Escala Observada
ou Inferida do

Nível de
Organização

Tempo
Espaço
Eventos de Organização

Escala de análise ou modelagem
Escala de política (Escala de diretrizes)

Grão = Resolução
Apoio
Mapeamento mínimo
Extensão = Área ou tempo de estudo
Escala geográfica
Cobertura = Densidade das amostras
Espaçamento = Intervalo da amostra
Tamanho de Grão = 1 pixel
Distancia de retorno
Extensão = 36 pixels
Escala cartográfica – da mapa
Cobertura
Ecologia de Populações - Escala 9/36 = 25%
Espaçamento: variável

74

Wu & Li 2005
As escalas ecológicas na
prática:
De Processo
De Observação
De Modelagem
De Manejo
Ecologia de Populações - Escala

76
Medidas podem resultar
em Resoluções e Extensões
Diferentes a Escalas
Diferentes

Ecologia de Populações - Escala

77
Isso ocorre na extrapolação
?

Inferência além da
amplitude de valores
conhecidos

“EXTRAPOLAMOS QUANDO TRANSFEREMOS
INFORMAÇÃO DE UMA ESCALA A OUTRA
ESCALA, OU DE TAMANHO DE GRÃO OU DE
EXTENSÃO, OU DE UM SISTEMA (OU
CONJUNTOS DE DADOS) A OUTRO SISTEMA
DA MESMA ESCALA”
Ecologia de Populações - Escala

Turner et al. 2001, p.31 78
Ocorre ao fazer uma interpolação?

“a inserção de termos intermediados
numa serie”

Log 6480 = 3.8116
Log 6490 = 3.8192
Encontra o Logaritmo de 6484
Ecologia de Populações - Escala

79
INTERPOLAÇÃO

Log 6480 = 3.8116
Log 6490 = 3.8192
Encontra o Logaritmo de 6484
Diferencia entre o logaritmo de 6480 e 6484
= 4 Diferencia entre os logaritmos de 6480 e
6490 = 10
Diferencia entre as mantissa = .0076
Por isso
4/10 X .0076 = .0003 de aumento
3.8116 + .0003 = 3.8146 = Logaritmo 6484
Ecologia de Populações - Escala

80
MANTISSA

A interpolação é somente uma
razão porque a dinâmica é
linear

?

?

?

?

?

?

?

LOG

Ecologia de Populações - Escala

81
A extrapolação é usada para transformar informação:
De uma escala a outra escala (ou tamanho de grão ou
extensão) ou
De um sistema ou conjunto de dados a outro sistema da
mesma escala
A extrapolação é fácil somente se as relações são
lineares
A extrapolação causa problemas reais quando as
relações não são lineares e os limiares críticos
resultam em mudanças abruptas de alguma
qualidade

Ecologia de Populações - Escala

82
Transformação de uma escala a
outra escala
Especialistas de matas fechadas?

ESCALA DE
HABITAT
antas e formigas
De correição ocuparam
Todos os tipos de
Mata com copas
Maiores de 4 m

ESCALA DE FLORESTA
Antas dentro da floresta
Não selecionaram

As
for

As áreas de floresta a base
De altura, cobertura, ou

ESCALA DE ÁREA VITAL
As áreas vitais ocupadas

Sempre incluam

Mais floresta fechada
Do que a disponibilidade sugere. O mosaico de

Florestas selecionadas contém
Áreas cortadas menores de sua disponibilidade
[proportional

competição

ESCALA DA PAISAGEM
Paisagem com mais de 20 a 30%
Da mata cortada
Não foram ocupadas

Ecologia de Populações - Escala

83
Transformação dentro de
um conjunto de dados

O’Neill 1979, King, Johnson, and O’Neill 1991, Bissonette 1997
Ecologia de Populações - Escala

84
Quando ocorre mudanças
qualitativas desse tipo, é
conhecido como uma
transmutação
Apresenta um dos problemas
centrais da ecologia

As mudanças qualitativas entre
escalas
Ecologia de Populações - Escala

85
 ESCALA
Refere a dimensão espacial ou temporal de um
objeto ou um processo. Escala tem dois
componentes:
a) espacial: resolução e extensão
b) temporal: resolução e horizonte temporal
NÍVEL Ou ORGANIZAÇÃO
Usado para identificar o local ou nível dentro de
uma hierarquia biótica

Ecologia de Populações - Escala

86
A escala se
caracteriza pela
resolução e
extensão
Grão = a
resolução mais
fina (tamanho de
célula). Quais são
as implicações?
Extensão = o
tamanho da área
de estudo.

Turner et al. 2001. Landscape ecology in theory and practice. Springer, N.Y.
(Fig.2.2)
Ecologia de Populações - Escala

87
‘Regras’ para
definir
manchas de
mapas de
raster

a. Vizinho mais próximo

a

b

c

b. Segundo vizinho mais
próximo
c. Terceiro vizinho mais
próximo
Gardner, R. H. and S. Walters.2002. Chapter 9, S.Gergel &
Ecologia de Populações - Escala landscape ecology. Springer, N.Y. 88
M.Turner, eds. Learning
Uma fonte de confusão: escala para
geógrafos e ecólogos
Geógrafos

Ecólogos

definam escalas grandes e pequenas de forma diferente
Escala cartográfica: O grau da redução espacial que indica o
comprimento usado para representar uma escala maior de medição

Na Geografia, a escala cartográfica é expressada como a fração
representativa (FR) de distancia do mapa a distancia superficial
ESCALA GRANDE = RESOLUÇÃO MUITA FINA

(1:500 = mapa grande de extensão espacial pequena)
Versus escala pequena = resolução grossa
Os ecólogos entendem o oposto!
Escala Fina = áreas pequenas com mais resolução e detalhe
Escala ampla = áreas grandes com menos resolução e detalhe
Ecologia de Populações - Escala

89
Diferencias entre escalas
Absolutas e Relativas
1.

ESCALA ABSOLUTA: distancia, tempo ou área
atual

2. ESCALA RELATIVA: distancias, tempos ou
áreas relativas
Por exemplo,
Numa escala relativa, dois pontos superficiais
que ficam próximos em linha reta podem ser
separadas por obstáculos geográficos de forma
que o animal usa mais energia indo de ponto A a
ponto B do que ir diretamente de ponto A a
ponto B Qual cenário possua uma distancia
relativa maior para uma anta?
Ecologia de Populações - Escala

90
Qual tem uma distancia relativa maior?

PONTO
‘A’

PONTO
‘B’

Ecologia de Populações - Escala

91
Medição de Escalas

p Escala  frequência s máximas 


f 

 fS ( f )df
0



 S ( f )df
0

f Escala  1

2f

w Escala  mesmo que a escala f mas usa
comprimento da onda  1/f em vez de frequência
From Denney, M.W. et al. 2004. Quantifying scale in ecology: Lessons from a
wave-swept shore. Ecological Monographs 74: 513-532

Ecologia de Populações - Escala

92
Medição de Escalas
v Escala 

Ecologia de Populações - Escala

ai

2

93
São concordantes as medidas de escala?
A escala espacial
geralmente aumenta
com a extensão
As escalas não sempre são
concordantes
Será que existe “A
Escala” para vários
fatores ecológicos?
De outra forma, estamos
medindo as coisas
certas?

Ecologia de Populações - Escala

94
“Escalamento horizontal ou vertical”

Relacionando escalas:
Relacione a escala de um caramujo a escala da
variação da força de uma onda – o que
podemos aprender?

Ecologia de Populações - Escala

95
“Escalamento Ascendente ou
Escalamento Horizontal”
Relacionando escalas:
Relaciona a escala de um caramujo a escala da
força da variação de onda – o que podemos
aprender?

Ecologia de Populações - Escala

96
Autoc-orrelaçao Temporal
Análise de Series Temporais
Gráficos de ACF

Auto-correlação:
•A

1.0

P ≥ 0.05

Moran’s I

auto-correlação é uma
forma de pseudoreplicação e leva pensar
que tem mais amostras
independentes que
realmente existem (os
graus de liberdades são
reduzidos)
A auto-correlação superestimará a significância
estatística do resultado
(valor da P) ou produzirá
um resultado errado.

0.0

-1.0

Ecologia de Populações - Escala

Distancia de retorno

Auto-correlaçao Espacial
Estatística Espacial
I de Moran

97
Espaçamento de Amostras:
TOTAL
1.0

1.0

P ≥ 0.05

0.0

0.0

10

50

90

130
-.5

ACF

Moran’s I

.5

Confidenc e Limits

-1.0

C fficient
oe
1

3
2

-1.0

Distancia de retorno (m)

5
4

Lag Number

7
6

9
8

11
10

13
12

15
14

16

Time Interval (month)

Tran rms: differen (1)
sfo
ce

Distancia de Retorno
(Espaço) = 50m

Tempo de retorno
(Tempo) = 1mês

34
Ecologia de Populações - Escala

98
Reduzindo a Auto-correlação (ou
quando ignora a auto-correlação):

Separe o agrega as amostras no
espaço ou no tempo pela distância
do tempo de resposta onde a
auto-correlação vira zero.

≥1mês
≥50m

Quando não
precisa
preocupar de
autocorrelação?

Se a análise demonstra uma
relação MUITO forte ( P<0.01)
então a perda de alguns graus
de liberdade provavelmente não
mudará suas conclusões. Nesse
caso, a autocorrelação não terá
35
muito importância.
?Ecologia de Populações - Escala

99
Escala e Ecologia

A escala regional e do paisagem é o novo
desafio.
As mudanças novas podem ser os próximos
desafios.
Precisamos
• Ecologia espacial
• Ecologia de escala grande
• Ecologia mecanicamente robusta

Ecologia
Sensoriamento
Remoto

Complexidade
Escala e Ecologia

=
Ecologia espacial
Ecologia de escala grande
Ecologia mecanicamente robusta



Por meio do
Estudo empírico dos dados
O que aprendemos?
Um entendimento de
Escala é fundamental

Ecologia de Populações - Escala

Muitas relações e
hipóteses nulas podem
ser levantadas e
testadas com olho na
escala

102
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Escala

  • 1. Ecologia de Populações Harold Gordon Fowler, Ph.D. popecologia@hotmail.com Escala e Escalamento na Ecologia Ecologia de Populações - Escala 1
  • 2. Escala •O que é escala? •Por que a escala é importante? •Quais são as escalas apropriados de usar? •Escalamento: Acima: De abaixo para acima Embaixo: de acima para abaixo •Umas regras de escala •Como estudar uma estrutura escalar? Uso comum de ‘escala’ Ecologia de Populações - Escala
  • 3. Problemas de Escala Qual é a relevância de escala? As observações tem consistência em escalas diferentes? Exemplos: conceitos de sucessão de Clements e Gleason* *fde Allen eHoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia press. (chapter 4: The community criterion) Ecologia de Populações - Escala 3
  • 4. Escala •O problema de escala é considerado como um problema central da ecologia. • Não existe uma escala correta para estudar algo e os resultados do estudo dependem da escala usada. • Uma mudança linear de escala não implica uma mudança linear do valor mensurado. Os padrões dependentes de escala podem ser complexos e não lineares. • Como pode selecionar a escala(s) apropriada(s) para um estudo? Ecologia de Populações - Escala 29 4
  • 5. Escala A heterogeneidade é uma característica fundamental da natureza, e está presente na maioria dos variáveis naturais. A heterogeneidade aparece a qualquer escala. Os sistemas ecológicos se organizam hierarquicamente em várias escalas espaciais e temporais.
  • 6. Escala e Dados Ecológicos Pattern and Process in the Plant Community AS Watt, The Journal of Ecology, 1947 - GoogleScholar, 534 citações The Problem of Pattern and Scale in Ecology SA Levin, Ecology, 1992 GoogleScholar, 1377 citações
  • 7. Por que a escala é importante? A natureza e paisagens têm organização hierárquica. Todos os atributos são dependentes de escala; Nossa capacidade de desenvolver teorias das relações entre padrão e processos é dependente do entendimento de escalas de descrição e escalas nas quais as relações ocorrem naturalmente; A ligação errada entre escala do padrão e escala do processo limita a previsibilidade dos estados ecológicos futuros, o qual inibe o desenvolvimento de planos reais de manejo, uma razão puramente aplicada; Existem razões estatísticas e de amostragem (como amostrar a uma escala que permite replicas independentes); Ecologia de Populações - Escala 7
  • 8. O Conceito de Escala Se a previsão entre escalas e níveis hierárquicas é a chave para entender a complexidade ecológica Por que escala importa? Ecologia de Populações - Escala 8
  • 9. A Escala Cósmica Temporal O Calendário Cósmico de Carl Sagan (Dragons of Eden, 1977) Cada mês é aproximadamente igual a 1 bilhão de anos
  • 10. Unidades Temporais e de Rochas Unidades temporais (períodos de tempo) Eona Era Período Época Idade Unidades das rochas (sequencia das rochas) Eonotema Eratema Sistema Serie Estágio
  • 11. A Escala Temporal da Vida Longevidade 10log a Terra Volume 3 10log m Vida da Terra baleia baleia bactéria ATP bactéria Molécula de água Ecologia de Populações - Escala 11
  • 12. A variabilidade natural do sistema Terra - Atmosfera • A variabilidade natural pode ser classificada pelo tipo de força ativa (interna ou externa ao sistema climático) e se é periódico ou cíclico ou de episódios. Modas da Variabilidade Natural que conhecemos: escala forma forças Sazonal 90 dias cíclica externa El niño ciclo interno 3-5 anos cíclica interna Oscilação do Atlântico Norte décadas cíclica interna?? Vulcanismo nenhuma episódios externa Idades de gelo 40,000 anos cíclica interna Décadas do Pacifico 20-50 anos cíclica ???? Ecologia de Populações - Escala 12
  • 13. Continuo Geográfico – Escalas de Processos Ecológicos Whales Escalas temporais e espaciais Ecologia de Populações - Escala 13
  • 14. Continuo Geográfico – Escalas de Processos Ecológicos Whales Clorofila superficial Ecologia de Populações - Escala 14
  • 15. Adaptação Escalas de Tempo, mecanismos, e flexibilidade Regulação Fisiológico/comportamento << 1 geração Reversível Aclimação Fisiológico/comportamento <1 geração Reversível Desenvolvimento Desenvolvimento/comportamento ~1 geração Não Reversível Evolutivo Reversível Genético/ecológico >1 geração Ecologia de Populações - Escala 15
  • 16. Comprimento Tamanho e tempo de geração Tempo de geração Ecologia de Populações - Escala 16
  • 17. Escala A Balcanização da Ciência Epidemiologia Ornitologia Mastologia Entomologia Botânica Microbiologia Escala Geológica Ecologia de Paisagens Ecologia de Comunidades Ecologia de Populações Etologia Fisiologia Biologia Celular Biologia Molecular Agricultura Saúde Recursos Naturais Aplicação Ecologia de Populações - Escala 17
  • 19. A escala importa devido a possibilidade da transmutação Os padrões diferentes ‘qualitativamente’ Aparecem a níveis hierárquicos e escalas diferentes O’Neill, R. V. 1979 Isso é o problema, ou por que não se preocupar de escalamento? Ecologia de Populações - Escala 19
  • 20. Oceanos mundiais Geografia do Ecossistema Bacias oceânicas Nível mínimo de manejo Águas Internacionais LMEs EEZs Águas Territoriais Costas Mares internas Bacias Baias e Estuários Governo RMO IMOs Federal RSO ISOs Governo Ecologia de Populações - Escala ONGs Academia 20
  • 21. Vulnerabilidade e a Emergência da Complexidade Escalas temporais e espaciais expandidas para lidar com “a sociedade atual e as relações Homem – ambiente que acontecem antes dos desastres” (Hewitt 1983) A natureza e a sociedade interagem produzindo a vulnerabilidade, requerendo …. Uma forma mais complexa para lidar com desastres e as relações Homem Natureza. Ecologia de Populações - Escala 21
  • 22. A variação de escala pode ter efeitos distintos em espécies distintas (imagem do manual de Fragstats ) Ecologia de Populações - Escala
  • 23. O padrão de distribuição espacial é ‘sensível a escala’ A escala continental as Aves são agregadas em regiões, biomas e habitats Dentro dos habitats, Dentro das manchas, os agregam em Territórios manchas com são mais retorno uniformes Dentro dos territórios, os comportamentos são ‘agregados’ nos micro-habitats Em geral, se examina a uma escala suficiente grande, as coisas se agregam Mas se examina a uma escala suficiente pequena se aproximam uniforme. Ecologia de Populações - Escala 23
  • 24. Paisagem Movimento: semanas Região Movimento: meses ou anos Comunidade Movimento: semanas Movimento: minutos Manchas Plantas individuais Movimento: minutos Uso de hábitat por herbívoros a distintas escalas
  • 25. Espaço: a última fronteira da ecologia?
  • 26. Como definamos distintas escalas? Processos distintos Taxas de processos Os distintos níveis se baseiam na variação das taxas dos processos: menores nos níveis superiores do que nos níveis inferiores. Os processos que determinam um mesmo fenômeno a distintas escalas podem ser diferentes.
  • 27. As escalas necessárias na ecologia de populações: Escala Temporal: (a) longevidade/duração; (b) o período/ciclo; e (c) escala do comprimento de correlação/ integral; Escala Espacial: (a) extensão espacial; (b) período espacial; e (c) escala do comprimento de correlação/ integral; Escala do "Organismo“: (a) tamanho corporal/massa; (b) taxa de crescimento específico a espécie; (c) taxa de extinção; (d) a longevidade; (e) a área vital; (f) nicho, e outros.
  • 28. Escala Espacial e seus componentes O grão e extensão precisam ser definidos por a espécie pesquisada. Se isso não acontece os padrões não terão significância biológica e pode resultar em conclusões erradas. Fina Escala Zona de heterogeneidade funcional Grão Zona de heterogeneidade funcional Extensão Extensão medida Extensão Grão Grão medido Grossa
  • 29. Respostas dos organismos a heterogeneidade ambiental Sensibilidade Grão grosso Percebem a heterogeneidade Grão fino não percebem a heterogeneidade A uma escala particular
  • 30. Os padrões de “escala grande” de distribuição: A variação da abundancia de uma espécie dentro da sua amplitude geográfica. Causada pela variação de qualidade de habitat
  • 31. Importância de escala nos padrões de distribuição A uma escala o padrão poderia ser aleatório, e a outra escala poderia ser uniforme
  • 32. Definição: A escala é o domínio espacial e temporal de um objeto ou processo. Em geral, as escalas dos padrões ou estruturas observados e as escalas dos processos que os cria ou mantém são correlacionadas positivamente, mas sempre isso não acontece. A escala se caracteriza por grau (resolução) e extensão: ·Grão: unidade menor de medida · Extensão: Área total (ou duração do tempo) do estudo do fenômeno Ecologia de Populações - Escala 32
  • 33. Grão Ambienal Grão: Textura dos elementos que compõem uma paisagem Depende do tamanho das manchas que são reconhecíveis.  Uma paisagem de grão fino é formado por manchas pequenas  Uma paisagem de grão grosso é formado por manchas grandes
  • 35. Escala e Grão A resolução deve ser somente uma função da tecnologia e independente do contexto do estudo? Quanta fina é suficiente – ou mais resolução pode nos causar errar? Versus Ecologia de Populações - Escala 35
  • 36. Grão e extensão estabelecem a escala e limitam qual entes e ciclos podem ser observados. Se não observamos algo pode ser devido a mensuração não apropriada (grão e extensão escolhidos erradamente). Precisamos estabelecer os limites do processo ou estrutura. Ecologia de Populações - Escala 36
  • 37. Grão e Extensão de uma espécie Grão: menor escala da percepção da heterogeneidade Extensão: Maior escala da percepção da heterogeneidade
  • 38. Sensibilidade a mancha: Grão e extensão de uma espécie Espécie A Espécie B Extensão Para essas manchas a espécie A demonstra um grão grosso Extensão Grão Para essa mancha a espécie A Grão é de grão fino O grão e a extensão de uma espécie dependem do tamanho e a dispersão
  • 39. Aspectos de Escala Como escala é relevante? As observações em varias escalas são consistentes? *de Allen e Hoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. Columbia press. (chapter 4: The community criterion) Ecologia de Populações - Escala 39
  • 40. Grão e Extensão Escala Espacial Escala Temporal grão grau extensão extensão • Na ecologia a escala é medida em termos de grau e extensão. 30 Ecologia de Populações - Escala 40
  • 41. Grão de uma área de estudo: • Medidas tomadas em proximidade espacial ou temporal (grão pequeno) tendem ser mais correlacionadas entre elas do que com medidas tomadas distintamente (não independentes). AUTOCORRELAÇÃO Ecologia de Populações - Escala 41
  • 42. Extensão de uma área de estudo Escolha uma extensão baseada na amplitude de variação esperada (de opiniões de expertos, revisão bibliográfica, e/ou amostragem preliminar), logística do projeto (como acesso, custo) e metas de manejo. extensão Pequena demais tempo Ecologia de Populações - Escala 42
  • 43. O que é ‘Escala’? A escala espacial inclua duas características: resolução e extensão Temporalmente, chamamos essas características a resolução e o horizonte temporal Confusão com o termo ‘Grão’ Ecologia de Populações - Escala 43
  • 44. Dois componentes de escala espacial Aumento do tamanho do grão (resolução) Aumento de extensão Ecologia de Populações - Escala 44
  • 45. Escala e Ecologia Resolução espacial Diminuir tamanho do pixel Aumentar a resolução >1m  1 km
  • 46. Escala e Ecologia Resolução espacial Escopo espacial
  • 47. Escala e Ecologia Unidade é o ‘indivíduo’ O tomador de decisão é o proprietário do lote, não os lotes
  • 48. Escala e Ecologia Resolução espacial Escopo espacial Resolução temporal – MODIS: 1-2 vezes por dia – Landsat ~ a cada 16 dias Resolução ‘Característica’ – Resolução espectral (hiper versus multiespectro) – Precisão de elevação
  • 49. Ambigüidade do uso do termo “Grão” 1) MacArthur e Levins (1964) : tamanho de grão = a maneira como os animais usam uma área. 1) Grão fino = generalistas 2) Grão grosso = especialistas 3) Ou o tamanho da unidade de recurso 2) Wiens (1989) tamanho da unidade de observação do indivíduo 3) Forman e Gordon (1986) tamanho do elemento da paisagem Ecologia de Populações - Escala 49
  • 50. Cuidado com a Escala Nessa disciplina: Grão -o tamanho das manchas de habitat do animal relativo a movimentação do animal, ou capacidade de se locomover a distancias relativamente grandes Ecologia de Populações - Escala 50
  • 51. Cuidado com a Escala Grão Grosso - se a capacidade de dispersão do organismo é baixa relativa ao tamanho das manchas de habitat Grão Fino - se a movimentação do organismo é alta relativa ao tamanho das manchas de habitat Os organismos podem ocorrer em várias manchas! Ecologia de Populações - Escala 51
  • 52. Resumo dos usos do termo ‘grão’ 1) Escala de heterogeneidade da paisagem (Forman e Gordon) 2) Escala de estudo da paisagem ou população (Wiens) 3) Escala de discriminação de e uso de recursos dentro de uma paisagem (MacArthur e Levins) 4) Escala da dispersão entre manchas apropriadas (disciplina) Ecologia de Populações - Escala 52
  • 53. Escala, Ecologia e Dados Pontos de vista do chão e de sensoriamento remoto Mundo Real Amostras de chão Sensoriamento Remoto
  • 54. TERMINOLOGIA DE ESCALAS “É importante para que os ecólogos não sejam ambíguos no uso de termos relacionados a escala” Turner et al. 2001. Landscape ecology in theory and practice. Island Press. Pg 27. Não confunda ‘escala’ com ‘nível de organização’. Ecologia de Populações - Escala 54
  • 55. Escala e Processos Ecologia de Populações - Escala 55
  • 56. Poucas escalas empuxam as funções ecológicas, e por isso, devemos escolher as escalas apropriadas (Holling 1991) Exemplo de regimes de perturbação de escalas diferentes · A regime natural de perturbação =- o padrão de larga duração da freqüência, intensidade, extensão espacial, e heterogeneidade interna das perturbações · Uma floresta boreal apresenta uma perturbação grande, intensa e iniciada pela germinação que resulta num padrão de grão grosso de floresta da mesma faixa etária mas · As florestas temperadas úmidas têm perturbações menores e menos intensas que matam as árvores em manchas de uma a poucas árvores, o que resulta num mosaico de manchas de grão mais fino de mosaicos de 56 manchas de idades não iguais - Escala Ecologia de Populações
  • 57. Intervalo da Perturbação / Intervalo de Recuperação Impacto da perturbação depende de: Tamanho e Freqüência Equilíbrio ou estado estável Estável, pouca variância Estável, Variância muito Elevada l Estável, Variância elevada Estável, pouca variância Não estável, Mal função ou Colapso Extensão da Perturbação / extensão de Paisagem 57
  • 58. A análise em escalas múltiplas é necessária (Levin 1992) A importância relativa dos parâmetros que controlam os processos ecológicos varia com a escala, como localmente o começo de incêndios depende da posição topográfica, cargas de combustíveis, mas em escalas espaciais grandes, frequência e extensão dos incêndios são determinadas por clima e tempo a períodos temporais maiores  Ecologia de Populações - Escala 58
  • 59. A análise em escalas múltiplas é necessária (Levin 1992) Os efeitos cumulativos do nível do manejo de talhão (grau mais fino) se expressem ao nível da paisagem. A retirada de poucas árvores remove uma quantidade trivial de habitat para espécies de sucessão avançada, mas cumulativamente, essa população pode ser colocado em risco pela fragmentação da várzea · Ecologia de Populações - Escala 59
  • 60. A análise em escalas múltiplas é necessária (Levin 1992) ·Algumas atividades de escala local podem ter impactos a escalas grandes. Como os efeitos a jusante de deslizamentos pequenos a montante. ·A paisagem pode exibir limiares críticos nos quais os processos ecológicos demonstram mudanças qualitativas. Como a disseminação de perturbação controlada por frequência quando a área do habitat está sob o liminar mas pela intensidade quando está superior ao limiar Ecologia de Populações - Escala 60
  • 61. Estágios múltiplos de vida ou escalas de estrutura podem ser precisas para uma espécie Os processos de escalas pequenas podem interagir para criar controles de embaixo para acima dos processos e padrões do paisagem. Como por exemplo os fatores edáficos locais de escala fina que resultam na distribuição de tipos de florestas mas ao nível grosso as clareiras estão associadas com perturbações do matriz (Pastor e Broschart 1990). · Ecologia de Populações - Escala 61
  • 62. · Os processos de escala grande podem exercer um controle de acima para embaixo criando o contexto para a dinâmica a escalas mais finas, como por exemplo, os eventos extremos e não freqüentes que podem influenciar a distribuição e composição da flora e fauna Ecologia de Populações - Escala 62
  • 63. · A escala do estudo afeita as conclusões sobre padrões e processos. Por isso, é necessário estudar os fenômenos ecológicos nas escalas inerentes (ou escalas múltiplas) de sua ocorrência Ecologia de Populações - Escala 63
  • 64. Os controles principais dos processos dos ecossistemas dependem da escala temporal Extinção Glaciação Migração Perturbação florestal El Niño Ciclo anual Frente de Tempo Ciclo diurno Fechamento de estomas Tempo de retorno (anos) (escala logarítmica) Ecologia de Populações - Escala 64
  • 65. Os controles dominantes sobre os processos dos ecossistemas mudam com escala temporal e espacial 1. Os processos rápidos de escala pequena proporcionam mecanismos de processos de escalas maiores 2. Os processos lentos de escala grande são “constantes” que proporcionam contexto para processos menores mais rápidos Circulação termohalina Migração Tempo (anos) Sucessão Substituição de árvores Herbivoria Alocação Entrada de recursos Troca metabólica Ecologia de Populações - Escala Comprimento (m2) 65
  • 66. – Faz pouca diferencia na relação tamanho e tempo Tempo de recuperação (anos) (logarítmico) Se a perturbação é natural ou causada pelo Homem 104 Desastres naturais Desastres causados pelo Homem Desastres naturais ou Causados pelo Homem 1,000 Meteoro Exploração de aqüíferos Poluição industrial Salinação Urbanização 100 Agricultura moderna Incêndio florestal Enchente Bomba Nuclear Vulcão Chuva ácida Tsunami Derrame de petróleo Deslize de terra 10 Quede de árvores Relâmpago 1 10 3 10 2 10 1 1 10 100 104 1,000 Escala espacial (km2) (logarítmica) Ecologia de Populações - Escala 66
  • 67. Escalamento Ascendente Começa com a mensuração de indivíduos ou entes e adiciona restrições apropriadas para explicar os fenômenos resultantes em níveis superiores. O objetivo é usar informação disponível em escalas mais finas para prever processos em escalas maiores. A técnica ascendente é necessário devido ao conjunto de escalas múltiplas e um entendimento do mecanismo causando fenômenos em escalas maiores. Precisamos aprender como agregar e simplificar, conservando a informação essencial sem ficar bloqueado por detalhes de Populações - Escala não necessários. Ecologia 67
  • 68. Escalamento Ascendente Exemplos: · Modelo de dinâmica de talhões (Urban et al.) ou de sucessão inicial A riqueza e diversidade de espécies numa paisagem · Previsão do sequestro de carbono em escala global · Previsão da população de colhereiros numa região Ecologia de Populações - Escala 68
  • 69. Escalamento Descendente Usa o conceito de restrições para prever fenômenos em escalas mais finas. O objetivo é identificar as restrições que são importantes em cada nível. Exemplos: · Tipos ecológicas das terras em São Paulo · Mudança climática global: GCM Þ modelo Regionalizado Þ Condição Local do tempo e micro-clima da floresta · Vegetação mundial · Dinâmica da paisagem · Livros em bibliotecas e sub-diretorios do computador Ecologia de Populações - Escala 69
  • 70. Umas Regras de Escalamento Entre escalas, podemos aprender como a informação se translada. Precisamos determinar qual informação é preservada e perdida ao mover de uma escala a outra. · · As previsões baseadas em qualquer das duas técnicas precisam uma identificação clara dos parâmetros (variáveis independentes) em escalas diferentes. Isso se deve a fato de que qualquer processo importante a uma escala frequentemente não é importante (ou previsível) a outras escalas, e informações diferentes se perdem quando os dados espaciais são consideradas a uma escala grossa de Ecologia de Populações - Escala resolução. 70
  • 71. Identificação de um arranjo de escalas nas quais o processo pode ser detectado. A chave é o estudo dos fenômenos ecológicos entre escalas em vez de escolher a escala "correta." Por isso, nosso esforço é para detectar padrões que ocorrem em escalas múltiplas. Ecologia de Populações - Escala 71
  • 72.  Umas Regas de Escalamento Escalas de Perturbação Ecologia de Populações - Escala 72
  • 73. Como estudar um estrutura escalar? Folha visto de longe Métodos quantitativos como a geoestatística, análise de ondas, análise espectral, análise fractal, e simulações de computador explore ou identifique as escalas de padrão (e processos). Folha visto de microscópio Ecologia de Populações - Escala 73
  • 74. Dimensões de Escala Fenômeno Espaço (Escala de processo ou padrão) Escala de observação) Escala de Experimento Componentes de Escala fenômeno Tipos de Escala Escala extrínseca Tempo Escala Observada ou Inferida do Nível de Organização Tempo Espaço Eventos de Organização Escala de análise ou modelagem Escala de política (Escala de diretrizes) Grão = Resolução Apoio Mapeamento mínimo Extensão = Área ou tempo de estudo Escala geográfica Cobertura = Densidade das amostras Espaçamento = Intervalo da amostra Tamanho de Grão = 1 pixel Distancia de retorno Extensão = 36 pixels Escala cartográfica – da mapa Cobertura Ecologia de Populações - Escala 9/36 = 25% Espaçamento: variável 74 Wu & Li 2005
  • 75. As escalas ecológicas na prática: De Processo De Observação De Modelagem De Manejo
  • 77. Medidas podem resultar em Resoluções e Extensões Diferentes a Escalas Diferentes Ecologia de Populações - Escala 77
  • 78. Isso ocorre na extrapolação ? Inferência além da amplitude de valores conhecidos “EXTRAPOLAMOS QUANDO TRANSFEREMOS INFORMAÇÃO DE UMA ESCALA A OUTRA ESCALA, OU DE TAMANHO DE GRÃO OU DE EXTENSÃO, OU DE UM SISTEMA (OU CONJUNTOS DE DADOS) A OUTRO SISTEMA DA MESMA ESCALA” Ecologia de Populações - Escala Turner et al. 2001, p.31 78
  • 79. Ocorre ao fazer uma interpolação? “a inserção de termos intermediados numa serie” Log 6480 = 3.8116 Log 6490 = 3.8192 Encontra o Logaritmo de 6484 Ecologia de Populações - Escala 79
  • 80. INTERPOLAÇÃO Log 6480 = 3.8116 Log 6490 = 3.8192 Encontra o Logaritmo de 6484 Diferencia entre o logaritmo de 6480 e 6484 = 4 Diferencia entre os logaritmos de 6480 e 6490 = 10 Diferencia entre as mantissa = .0076 Por isso 4/10 X .0076 = .0003 de aumento 3.8116 + .0003 = 3.8146 = Logaritmo 6484 Ecologia de Populações - Escala 80
  • 81. MANTISSA A interpolação é somente uma razão porque a dinâmica é linear ? ? ? ? ? ? ? LOG Ecologia de Populações - Escala 81
  • 82. A extrapolação é usada para transformar informação: De uma escala a outra escala (ou tamanho de grão ou extensão) ou De um sistema ou conjunto de dados a outro sistema da mesma escala A extrapolação é fácil somente se as relações são lineares A extrapolação causa problemas reais quando as relações não são lineares e os limiares críticos resultam em mudanças abruptas de alguma qualidade Ecologia de Populações - Escala 82
  • 83. Transformação de uma escala a outra escala Especialistas de matas fechadas? ESCALA DE HABITAT antas e formigas De correição ocuparam Todos os tipos de Mata com copas Maiores de 4 m ESCALA DE FLORESTA Antas dentro da floresta Não selecionaram As for As áreas de floresta a base De altura, cobertura, ou ESCALA DE ÁREA VITAL As áreas vitais ocupadas Sempre incluam Mais floresta fechada Do que a disponibilidade sugere. O mosaico de Florestas selecionadas contém Áreas cortadas menores de sua disponibilidade [proportional competição ESCALA DA PAISAGEM Paisagem com mais de 20 a 30% Da mata cortada Não foram ocupadas Ecologia de Populações - Escala 83
  • 84. Transformação dentro de um conjunto de dados O’Neill 1979, King, Johnson, and O’Neill 1991, Bissonette 1997 Ecologia de Populações - Escala 84
  • 85. Quando ocorre mudanças qualitativas desse tipo, é conhecido como uma transmutação Apresenta um dos problemas centrais da ecologia As mudanças qualitativas entre escalas Ecologia de Populações - Escala 85
  • 86.  ESCALA Refere a dimensão espacial ou temporal de um objeto ou um processo. Escala tem dois componentes: a) espacial: resolução e extensão b) temporal: resolução e horizonte temporal NÍVEL Ou ORGANIZAÇÃO Usado para identificar o local ou nível dentro de uma hierarquia biótica Ecologia de Populações - Escala 86
  • 87. A escala se caracteriza pela resolução e extensão Grão = a resolução mais fina (tamanho de célula). Quais são as implicações? Extensão = o tamanho da área de estudo. Turner et al. 2001. Landscape ecology in theory and practice. Springer, N.Y. (Fig.2.2) Ecologia de Populações - Escala 87
  • 88. ‘Regras’ para definir manchas de mapas de raster a. Vizinho mais próximo a b c b. Segundo vizinho mais próximo c. Terceiro vizinho mais próximo Gardner, R. H. and S. Walters.2002. Chapter 9, S.Gergel & Ecologia de Populações - Escala landscape ecology. Springer, N.Y. 88 M.Turner, eds. Learning
  • 89. Uma fonte de confusão: escala para geógrafos e ecólogos Geógrafos Ecólogos definam escalas grandes e pequenas de forma diferente Escala cartográfica: O grau da redução espacial que indica o comprimento usado para representar uma escala maior de medição Na Geografia, a escala cartográfica é expressada como a fração representativa (FR) de distancia do mapa a distancia superficial ESCALA GRANDE = RESOLUÇÃO MUITA FINA (1:500 = mapa grande de extensão espacial pequena) Versus escala pequena = resolução grossa Os ecólogos entendem o oposto! Escala Fina = áreas pequenas com mais resolução e detalhe Escala ampla = áreas grandes com menos resolução e detalhe Ecologia de Populações - Escala 89
  • 90. Diferencias entre escalas Absolutas e Relativas 1. ESCALA ABSOLUTA: distancia, tempo ou área atual 2. ESCALA RELATIVA: distancias, tempos ou áreas relativas Por exemplo, Numa escala relativa, dois pontos superficiais que ficam próximos em linha reta podem ser separadas por obstáculos geográficos de forma que o animal usa mais energia indo de ponto A a ponto B do que ir diretamente de ponto A a ponto B Qual cenário possua uma distancia relativa maior para uma anta? Ecologia de Populações - Escala 90
  • 91. Qual tem uma distancia relativa maior? PONTO ‘A’ PONTO ‘B’ Ecologia de Populações - Escala 91
  • 92. Medição de Escalas p Escala  frequência s máximas   f   fS ( f )df 0   S ( f )df 0 f Escala  1 2f w Escala  mesmo que a escala f mas usa comprimento da onda  1/f em vez de frequência From Denney, M.W. et al. 2004. Quantifying scale in ecology: Lessons from a wave-swept shore. Ecological Monographs 74: 513-532 Ecologia de Populações - Escala 92
  • 93. Medição de Escalas v Escala  Ecologia de Populações - Escala ai 2 93
  • 94. São concordantes as medidas de escala? A escala espacial geralmente aumenta com a extensão As escalas não sempre são concordantes Será que existe “A Escala” para vários fatores ecológicos? De outra forma, estamos medindo as coisas certas? Ecologia de Populações - Escala 94
  • 95. “Escalamento horizontal ou vertical” Relacionando escalas: Relacione a escala de um caramujo a escala da variação da força de uma onda – o que podemos aprender? Ecologia de Populações - Escala 95
  • 96. “Escalamento Ascendente ou Escalamento Horizontal” Relacionando escalas: Relaciona a escala de um caramujo a escala da força da variação de onda – o que podemos aprender? Ecologia de Populações - Escala 96
  • 97. Autoc-orrelaçao Temporal Análise de Series Temporais Gráficos de ACF Auto-correlação: •A 1.0 P ≥ 0.05 Moran’s I auto-correlação é uma forma de pseudoreplicação e leva pensar que tem mais amostras independentes que realmente existem (os graus de liberdades são reduzidos) A auto-correlação superestimará a significância estatística do resultado (valor da P) ou produzirá um resultado errado. 0.0 -1.0 Ecologia de Populações - Escala Distancia de retorno Auto-correlaçao Espacial Estatística Espacial I de Moran 97
  • 98. Espaçamento de Amostras: TOTAL 1.0 1.0 P ≥ 0.05 0.0 0.0 10 50 90 130 -.5 ACF Moran’s I .5 Confidenc e Limits -1.0 C fficient oe 1 3 2 -1.0 Distancia de retorno (m) 5 4 Lag Number 7 6 9 8 11 10 13 12 15 14 16 Time Interval (month) Tran rms: differen (1) sfo ce Distancia de Retorno (Espaço) = 50m Tempo de retorno (Tempo) = 1mês 34 Ecologia de Populações - Escala 98
  • 99. Reduzindo a Auto-correlação (ou quando ignora a auto-correlação): Separe o agrega as amostras no espaço ou no tempo pela distância do tempo de resposta onde a auto-correlação vira zero. ≥1mês ≥50m Quando não precisa preocupar de autocorrelação? Se a análise demonstra uma relação MUITO forte ( P<0.01) então a perda de alguns graus de liberdade provavelmente não mudará suas conclusões. Nesse caso, a autocorrelação não terá 35 muito importância. ?Ecologia de Populações - Escala 99
  • 100. Escala e Ecologia A escala regional e do paisagem é o novo desafio. As mudanças novas podem ser os próximos desafios. Precisamos • Ecologia espacial • Ecologia de escala grande • Ecologia mecanicamente robusta Ecologia Sensoriamento Remoto Complexidade
  • 101. Escala e Ecologia = Ecologia espacial Ecologia de escala grande Ecologia mecanicamente robusta  Por meio do Estudo empírico dos dados
  • 102. O que aprendemos? Um entendimento de Escala é fundamental Ecologia de Populações - Escala Muitas relações e hipóteses nulas podem ser levantadas e testadas com olho na escala 102