Αλλαγές κάλυψης γης που προκλήθηκαν από τον μεγάλο σεισμό του 2011 στην Ιαπωνία

Από RemoteSensing Wiki

Αλλαγές κάλυψης γης που προκλήθηκαν από τον μεγάλο σεισμό του 2011 στην Ιαπωνία

Συγγραφείς:Μ. Ishihara, T. Tadono

Πηγή

Περίληψη

Ο σεισμός που προκλήθηκε στην ανατολική Ιαπωνία στις 11 Μαρτίου 2011 ήταν μια μεγάλη φυσική καταστροφή, λαμβάνοντας υπόψιν τις συνέπειες του, που συμπεριέλαβαν το σεισμικό σοκ, το τσουνάμι και το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό της Φουκουσίμα. H καταστροφή αυτή προκάλεσε αλλαγές στην χρήση και κάλυψη γης στην περιοχή Tohoku. Παρότι ο υφιστάμενος πριν την καταστροφή χάρτης χρήσης/ κάλυψης γης είναι διαθέσιμος, δεν έχει υπάρξει ακόμα ανάλογος ακριβής χάρτης που να απεικονίζει τα δεδομένα μετά τις καταστροφές. Στην εργασία αυτή, δημιουργήσαμε έναν ακριβή χάρτη χρήσης/ κάλυψης γης για τα έτη 2013- 2015, μετά την περίοδο της καταστροφής, με χωρική ανάλυση 30 m, χρησιμοποιώντας εικόνες από τον LANDSAT-8, για την αξιολόγηση των αλλαγών που προκλήθηκαν από την καταστροφή. Τα αποτελέσματα δείχνουν πολλές αλλαγές σε εκτάσεις που έχουν χαρακτηριστεί ως καλλιέργειες ρυζιού, μετατρεπόμενες κυρίως σε βλάστηση, γύρω από την ακτή που χτυπήθηκε από το τσουνάμι, αλλά και στην περιοχή εκκένωσης από το πυρηνικό ατύχημα. Επειδή μελλοντικές αλλαγές στη χρήση/ κάλυψη γης είναι πιθανές ανάλογα με την μεταβολή της ζώνης εκκένωσης και τις επιχειρούμενες προσπάθειες αναμόρφωσης και ανασυγκρότησης της περιοχής, συνιστούμε συνεχόμενη παρακολούθηση των αλλαγών στη χρήση και κάλυψη γης μέσω δορυφορικών δεδομένων, έτσι ώστε να αξιολογηθούν οι επιδράσεις της καταστροφής μακροχρόνια.

Εισαγωγή

Η καταστροφή που επέφεραν οι συνέπειες του σεισμού προκάλεσε πολλαπλές επιδράσεις στα οικοσυστήματα και την ανθρώπινη δραστηριότητα της περιοχής. Για παράδειγμα, η αγροτική δραστηριότητα παραμένει στάσιμη λόγω των ζημιών του τσουνάμι. Επίσης, ο αριθμός των εγκαταλειμμένων αγροτικών εκμεταλλεύσεων και της άγριας βλάστησης έχει αυξηθεί στην εκκενωμένη ζώνη και της γύρω περιοχές εξαιτίας των άμεσων και έμμεσων συνεπειών του πυρηνικού ατυχήματος της Φουκουσίμα.Η αποτίμηση των επιδράσεων αυτών είναι απαραίτητη, καθότι είναι πιθανή περαιτέρω επέκταση τους σε πολλά οικοσυστήματα.

Ακριβής χάρτης χρήσης και κάλυψης γης της περιοχής πριν την καταστροφή κατέστη διαθέσιμος μέσω της υπηρεσίας JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Τα δεδομένα αποκτήθηκαν με χωρική ανάλυση 10 m με τη χρήση εικόνων από τον ραδιομετρητή AVNIR-2 του δορυφόρου ΑLOS. Καθώς η αποστολή του ALOS ολοκληρώθηκε πριν την καταστροφή και άλλες πηγές δεδομένων όπως ο ραδιομετρητής MODIS δεν μπορούν να συνδράμουν ιδιαίτερα στην εργασία, κατασκευάσαμε τον ακριβή χάρτη με την χρήση εικόνων από τον δορυφόρο LANDSAT-8, χωρικής ανάλυσης 30 m. Κατόπιν, προχωρήσαμε σε σύγκριση των χαρτών πριν και μετά την καταστροφή, έτσι ώστε να αξιολογήσουμε τα αποτελέσματα στις αλλαγές χρήσης και κάλυψης γης.

Μέθοδοι

Δορυφορικά δεδομένα

Κατά την εκπόνηση της εργασίας, χρησιμοποιήθηκαν 45 εικόνες οι οποίες λήφθηκαν από τον δορυφόρο LANDSAT-8. Μέσω των εικόνων αυτών ,δημιουργήσαμε υποτμήματα της περιοχής, κατόπιν επεξεργασίας του θορύβου που προέκυψε από τα σύννεφα και το χιόνι.

Δεδομένα εκπαίδευσης και επικύρωση δεδομένων

Στην εργασία χρησιμοποιήθηκαν 800 περιοχές εκπαίδευσης, 100 για κάθε θεματική κατηγορία ευρέως ταυτοποιημένη στην Ιαπωνία, οι οποίες λήφθηκαν μέσω Google Earth και Street View, για ομογενείς περιοχές μεγαλύτερες των 30 m σε διάμετρο. Τα δεδομένα επικύρωσης λήφθηκαν μέσω της βάσης JAXA (SACLAJ). Τα δεδομένα αυτά σχετίζονται με την γεωγραφική τοποθεσία, την ημερομηνία παρατήρησης, την κατηγορία χρήσης/ κάλυψης γης και την ομοιογένεια της περιοχής. Χρησιμοποιήθηκαν 564 σημεία της μελετούμενης περιοχής, από την περίοδο 2013- 2015.

Ταξινόμηση και διαπίστωση αλλαγών

Ο χάρτης χρήσης/ κάλυψης γης δημιουργήθηκε μέσω πιθανολογικής μεθόδου ταξινόμησης, βασισμένης στο σύστημα kernel. Η συγκεκριμένη μέθοδος ταξινόμησης είναι μη παραμετρική, και υπολογίζει την από κοινού πιθανότητα κάθε τάξης στην περιοχή μελέτης. Η κλάση με την υψηλότερη κοινή πιθανότητα επιλέγεται κάθε φορά ως το αποτέλεσμα της ταξινόμησης.

Η ταξινόμηση βασίστηκε στις ανακλάσεις των καναλιών 1 εώς 7 του δορυφόρου LANDSAT-8. Ο αρχικός χάρτης χρήσης/ κάλυψης γης εκπονήθηκε με παρατήρηση όλων των καναλιών του δορυφόρου ALOS AVNIR-2. Διαφορετικές κατηγορίες δασών ταξινομήθηκαν ενιαία ως δάσος.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Οι αλλαγές στην χρήση/ κάλυψη γης είναι ορατές στην Εικόνα 1 . Μετά την καταστροφή οι περιοσσότερες εκτάσεις καλλιέργειας ρυζιού ταξινομούνται ως χορτολιβαδικές. Οι ζημιές που προκάλεσε το τσουνάμι εμπόδισαν την καλλιεργητική δραστηριότητα στο ρύζι. Η χωρική κατανομή των αλλαγών στην τάξη ορυζώνα είναι παρόμοια με την χωρική κατανομή της περιοχής που υπέστη ζημία από το τσουνάμι. Επιπλέον, πολλές γεωργικές εκτάσεις εγκαταλείφθηκαν λόγω της δυσκολίας να συνεχιστούν οι γεωργικές δραστηριότητες στη ζώνη εκκένωσης και στην περιοχή υψηλής ραδιενέργειας. Σε περιοχές υψηλής ραδιενεργού μόλυνσης, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα υπέρβασης το κατώτατου ορίου δόσης ακτινοβολίας για τα γεωργικά προϊόντα.

Στην συνέχεια, υπολογίστηκε ο λόγος της έκτασης κάθε κλάσης ανά δήμο της περιοχής μελέτης προς την συνολική έκταση των δήμων, για ζώνες 0-20, 20-40, 40-60 και 60-80 km. Αναφορικά με τις κλάσεις του νερού και του δάσους, ο λόγος αυτός παρέμεινε περίπου σταθερός, σημείωσε ωστόσο σημαντική πτώση ως προς την κλάση των καλλιεργειών ρυζιού, ενώ αυξήθηκε σημαντικά η κλάση

των χορτολιβαδικών εκτάσεων, με τις σημαντικότερες σχετικές διαφοροποιήσεις να παρατηρούνται στην περιοχή εκκένωσης και κατά μήκος των ακτών της περιοχής (Εικόνα 2). Οι αλλαγές αυτές έλαβαν χώρα κυρίως στην ζώνη των 0-20 km, ενώ το ίδιο ισχύει και για τις αυξομειώσεις στις τάξεις των αστικών περιοχών και του γυμνού εδάφους. Οι λοιπές καλλιέργειες σημειώνουν μείωση του υπολογιζόμενου λόγου σε ορισμένες περιοχές λόγω του τσουνάμι και του πυρηνικού ατυχήματος, ο λόγος αυτός όμως αυξήθηκε σε ορισμένες άλλες περιοχές όπου υπάρχει η δυνατότητα καλλιέργειας.

Προκειμένου να μελετηθεί η εξάπλωση ραδιενεργών στοιχείων, χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα εξομοίωσης, τα οποία πιθανόν να επηρεάστηκαν από τις εδαφολογικές συνθήκες. Για παράδειγμα, η ημιζωή του ραδιενεργού καισίου είναι υψηλότερη σε δασικές περιοχές. Λανθασμένα, οι εξομοιώσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν σε χάρτες χρήσης/κάλυψης γης οι οποίοι δημιουργήθηκαν πριν την καταστροφή. Η συνεχής παρακολούθηση των αλλαγών στην χρήση/ κάλυψη γης κρίνεται πολύ σημαντική, λόγω των διαχρονικών επιδράσεων της ακτινοβολίας. Η δορυφορική παρατήρηση είναι εφικτή, και μπορεί να τεθεί στην υπηρεσία της ανασυγκρότησης και αναζωογόνησης της περιοχής που επιχειρούν οι κυβερνητικοί οργανισμοί.