Αξιολόγηση των επιπτώσεων των σοβαρών καιρικών φαινομένων μέσω τηλεπισκόπησης στη Σαμοθράκη, Ελλάδα
Από RemoteSensing Wiki
Assessing the effects of severe weather events through remote sensing on Samothrace, Greece: applications for the management of cultural resources
Daniel Plekhov, Evan I. Levine
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352409X18303900
Εισαγωγή
Δορυφορικές εικόνες υψηλής χρονικής και χωρικής ανάλυσης χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση και μελέτη των επιπτώσεων της έντονης επιφανειακής απορροής, ιδιαίτερα όσον αφορά τις προσπάθειες μετριασμού των επιπτώσεων αυτών για την προστασία των αρχαιολογικών χώρων. Εφαρμόζεται μια σχετικά νέα πηγή πολυφασματικών δορυφορικών δεδομένων που προσφέρει η ομάδα δορυφόρων PlanetScope (Planet Team, 2018), για την παρακολούθηση της πολιτιστικής κληρονομιάς σε σύντομες χρονικές κλίμακες και σε μεγαλύτερη χωρική ανάλυση από αυτήν που προσφέρουν σήμερα άλλες πηγές δεδομένων προσβάσιμες στο κοινό. Οι δορυφόροι PlanetScope έχουν χωρική ανάλυση περίπου 3 μέτρων, ταξινόμηση σε εικόνες VHR και συχνότητα καθημερινής επανεξέτασης. Ο συνδυασμός υψηλής χρονικής και χωρικής ανάλυσης καθιστά έτσι την πλατφόρμα αυτή καλά εξοπλισμένη για την παρακολούθηση βραχυπρόθεσμων γεγονότων σε σχετικά μικρές χωρικές κλίμακες. Εξετάστηκαν τα δεδομένα αυτά στο πλαίσιο δύο εκδηλώσεων καταιγίδων που έλαβαν χώρα στη νήσο Σαμοθράκη στο βορειοανατολικό Αιγαίο και εξετάστηκαν οι δυνατότητές τους να αναγνωρίσουν τις αλλαγές στο τοπίο και τις ζημιές σε χώρους πολιτιστικής κληρονομιάς που προκύπτουν από αυτά τα γεγονότα. Υποστηρίζεται ότι η συχνή παρακολούθηση των διεργασιών τοπίου μέσω δορυφορικών συστημάτων υψηλής χρονικής ανάλυσης, πριν και μετά από σοβαρά γεγονότα καταιγίδας, μπορεί να συμβάλει σε καλύτερα βαθμολογημένα μοντέλα διάβρωσης του εδάφους, πιο ενημερωμένες πρακτικές χρήσης γης και άλλες στρατηγικές πρόληψης της διάβρωσης που μπορούν να συμβάλουν στο μετριασμό περαιτέρω ζημιές σε χώρους πολιτιστικής κληρονομιάς στη Σαμοθράκη καθώς και σε άλλα πλαίσια πέραν αυτών.
Μελέτη περιπτώσεων
Η Σαμοθράκη βιώνει τα ζεστά, ξηρά καλοκαίρια και τους κρύους, υγρούς χειμώνες που παρατηρούνται στα νησιά του Βόρειου Αιγαίου και στην κοντινή ενδοχώρα. Το γεγονός της 17ης Ιουλίου 2017 ήταν μια ασυνήθιστη μεγάλη καταιγίδα (41mm έναντι μέσης ημερήσιας βροχόπτωσης 0,36 mm). Οι επιπτώσεις αυτής της καταιγίδας στο αρχαιολογικό τοπίο του νησιού ήταν ελάχιστες. Το γεγονός της 25ης και 26ης Σεπτεμβρίου 2017 εμφάνισε επίσης υψηλά επίπεδα βροχόπτωσης και είχε ως αποτέλεσμα μεγάλα επίπεδα ζημιών σε ολόκληρο το νησί. Οδήγησε σε εκπληκτική κατακρήμνιση 237,4 χιλιοστών στις 25 Σεπτεμβρίου η οποία μεταφέρθηκε σε επιπλέον 91,8 χιλιοστά στις 26. Σε αντίθεση με την εκδήλωση του Ιουλίου, οι επιπτώσεις στο αρχαιολογικό τοπίο ήταν σοβαρότατες. Στη βορειοανατολική ακτή του νησιού, στο στόμιο του ποταμού Φονιά, η βόρεια και δυτική πλευρά του καλοδιατηρημένου πύργου του 15ου αιώνα κατέρρευσαν λόγω αυξημένης ροής νερού από τη θύελλα. Στο Ιερό των Μεγάλων Θεών, έντονη πλημμύρα της τεράστιας και ενισχυμένης χαράδρας που χωρίζει την τοποθεσία που κατέστρεψε τις ανθρώπινες παρεμβάσεις που αποσκοπούσαν στην υποστήριξη και ενίσχυση της με την ισοπέδωση των σύγχρονων γεφυρών που καλύπτουν τη χαράδρα η οποία ξεχείλισε με αποτέλεσμα να υποχωρήσει και να διαβρωθεί το λοφώδες μονοπάτι που οδηγεί στον αρχαιολογικό χώρο από το μουσείο της Παλαιόπολης.
Μεθοδολογία
Έγινε διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των υψηλής χρονικής ανάλυσης δεδομένων τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση και την ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων των γεγονότων καταιγίδας στη Σαμοθράκη. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα που παρέχονται από την ομάδα PlanetScope (PS) 175 δορυφόρων Dove, που λειτουργούν από την Planet Remote Sensing (Planet Team, 2017). Οι μεταβολές στη βλάστηση, οι αλλούβιες αποθέσεις μπορούν να παρακολουθούνται και να ενσωματώνονται σε συνεχή έρευνα σχεδόν σε πραγματικό χρόνο. Για την παρακολούθηση αυτή έγινε σύγκριση των εικόνων πριν και μετά τη θύελλα, με βάση διαφορές στις τιμές του κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (NDVI) μεταξύ των δύο ζευγών εικόνων. Ο δείκτης NDVI έχει εφαρμογές στην ανίχνευση και χαρτογράφηση κατολισθήσεων, με βάση την αρχή ότι φρέσκο χώμα ή θαμμένες επιφάνειες, όπως εκείνες που προκύπτουν από κατολισθήσεις, θα ξεχωρίζουν σε μια σειρά από εικόνες NDVI που ελήφθησαν από παρόμοιες περιόδους του έτους όταν δεν πρέπει να υπάρχουν αναμενόμενες διαφορές στις τιμές του δείκτη. Τιμές NDVI υπολογίστηκαν για κάθε εικόνα και οι τιμές πριν από την καταιγίδα αφαιρέθηκαν από τις τιμές μετά τη θύελλα. Ελάχιστη ή μηδενική μεταβολή NDVI μεταξύ δύο εικόνων αντιστοιχεί σε μη ανιχνευμένη αλλαγή επιφάνειας, ενώ τα σημεία που αντιστοιχούν σε περιοχές με διαταραγμένη βλάστηση έχουν αρνητικές τιμές. Περιοχές όπου οι τιμές NDVI αυξήθηκαν αντικατοπτρίζουν την ανάπτυξη της βλάστησης που εμφανίστηκε κατά τη διάρκεια αυτού του διαστήματος. Αυτές οι τιμές κατανοούνται καλύτερα απλά σε σχέση με το 0, δεν έχει αποδειχθεί ότι οι πιο αρνητικές τιμές αντιστοιχούν σε μεγαλύτερες ρυθμούς διάβρωσης. (Εικ.1 & Εικ.2)
Αποτελέσματα
H ανάλυση των δύο συνόλων εικόνων που αντιστοιχούν στο καιρικό φαινόμενο της 17ης Ιουλίου, για τις οποίες αναμένουμε ανιχνευμένες αλλαγές στο NDVI που αντιστοιχούν σε διαταραχές που προκαλούνται από την απορροή στην επιφάνεια, απέτυχαν να ανιχνεύσουν σχετικά μεγάλες διαφορές στις τιμές NDVI που θα μπορούσαν να αποδοθούν στη θύελλα. Ανάλυση των εικόνων που αντιστοιχούν στις 25/26 Σεπτεμβρίου ωστόσο, κατάφερε να επισημάνει ιδιαίτερα τις διαταραχές που έπληξαν σοβαρότερα τους αρχαιολογικούς χώρους του νησιού. Ωστόσο, οι λόγοι για τους οποίους η εκδήλωση της 17ης Ιουλίου δεν παρήγαγε ανιχνεύσιμες διαταραχές, παρά τα τεκμηριωμένα στοιχεία επί τόπου, πιθανότατα οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάλυση της εικόνας και του μεγέθους βροχοπτώσεων. Ίσως οι διαταραχές ήταν αρκετά μικρές ώστε να μην ανιχνεύεται από την ανάλυση 3m της εικόνας ή ίσως οι διαταραχές διαγράφηκαν στο διήμερο διάστημα μεταξύ της καταιγίδας και της συλλογής των εικόνων. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται εδώ έχει σχεδιαστεί για την ανίχνευση των αλλαγών στη βλάστηση, είτε από διάβρωση ή απόθεση, έτσι ώστε αυτή η προσέγγιση να μην είναι ευαίσθητη στις αλλαγές που προκύπτουν από διεργασίες επιφάνειας σε χτισμένα περιβάλλοντα χωρίς προηγούμενη φυτοκάλυψη.
Συμπεράσματα
Ανθρωπογενώς προκαλούμενη απορροή και διάβρωση γίνεται όλο και περισσότερο σημαντικό να μελετηθεί αφού η κατοίκηση και εκμετάλλευση σε ορεινές περιοχές επεκτείνονται, θέτοντας σε κίνδυνο μεγαλύτερο αριθμό ατόμων. Ως εκ τούτου, αν και τα καιρικά φαινόμενα όπως αυτά που έλαβαν χώρα στη Σαμοθράκη το καλοκαίρι του 2017 είναι σπάνια, οι επιπτώσεις τους είναι σημαντικές και αναπτύσσουν μέτρα πρόβλεψης και η πρόληψη μελλοντικών ζημιών είναι κρίσιμη. Προβλέψεις ζημιών από τα καιρικά φαινόμενα είναι δύσκολο, ωστόσο, ιδιαίτερα σε τέτοιες δυναμικές και τα τοπογραφικά μεταβαλλόμενα πλαίσια όπως η Σαμοθράκη. Η ποικιλία παραγόντων που συμβάλλουν στη διάβρωση και των διαφόρων χωρικών και οι χρονικές κλίμακες στις οποίες το κάνουν, κάνουν τη μοντελοποίηση και πρόβλεψη ροής χερσαίων υδάτων, διάβρωση και εναπόθεση ιζημάτων δύσκολη χωρίς αυστηρές δοκιμές και μακρόχρονη μελέτη. Ενώ υπάρχουν διάφορα μοντέλα για την πρόβλεψη της επιφανειακής απορροής, της διάβρωσης και της εναπόθεσης, τα περισσότερα απαιτούν τοπική βαθμονόμηση και παραμόρφωση εδάφους.
