ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΞΗΡΑΣΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΚΛΙΜΑΤΚΩΝ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Από RemoteSensing Wiki

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΞΗΡΑΣΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΚΛΙΜΑΤΚΩΝ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

2. Στόχος Εφαρμογής: Κύριος στόχος της εφαρμογής είναι να δίνει γεω-ανηγμένες πληροφορίες σε μορφή χαρτών και δεδομένων για τις περιοχές τις οποίες επηρεάζει η ξηρασία. Οι πληροφορίες αυτές θα διαδίδονται κυρίως μέσω Διαδικτύου.

3. Πώς γινόταν παλαιότερα: Παραδοσιακά οι φαινολογικές μελέτες γίνονταν κυρίως με δεδομένα πεδίου από παρατηρήσεις για συγκεκριμένα είδη φυτών σε περιορισμένη έκταση.

4. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα του δέκτη AVHRR, ο οποίος προσφέρει συγκεντρωτικές και σε near real time μετρήσεις για τις συνθήκες που επικρατούν στην επιφάνεια της Γης.

5. Χρησιμότητα Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους η ανάλυση με τηλεπισκοπικά δεδομένα δίνει τη δυνατότητα μέτρησης των αλλαγών στη βλάστηση σε επίπεδο οικοσυστήματος με τη δημιουργία πολλών και επαναλαμβανόμενων παρατηρήσεων. Οι διαχρονικές δορυφορικές παρατηρήσεις επιτρέπουν την ποσοτικοποιήση των εποχιακών φαινομένων και του χαρακτηρισμού της βλάστησης ανάλογα με τα εποχιακά πρότυπα που δημιουργεί. Μία πρώτη εφαρμογή των δορυφορικών δεδομένων ήταν η μελέτη των φαινολογικών κύκλων της βλάστησης ή των εποχιακών κύκλων που περιλαμβάνουν την ωριμότητα, το στάδιο γήρανσης και τη λανθάνουσα κατάσταση της βλάστησης. Οι δορυφορικές παρατηρήσεις είναι πολύτιμη πηγή συνεχόμενων πληροφοριών μεγάλης χωρικής λεπτομέρειας σε μεγάλες περιοχές. Μία δεύτερη γραμμή έρευνας ήταν η χρήση των δορυφορικών δεδομένων για την παρατήρηση και ανάλυση των διαταραχών των εποχιακών κύκλων βλάστησης. Σε πολλές περιπτώσεις τα δεδομένα του AVHRR έχουν αποτελέσει βάση για μια ποικιλία χαρτογραφήσεων και μελετών της βλάστησης αφού έχει καθημερινή παγκόσμια κάλυψη της επιφάνειας της Γης με ονομαστική δ.ι. 1- km. Στη μελέτη αυτή δημιουργήθηκαν κάποια παράγωγα του NDVI με σκοπό την ευκολότερη και ακριβέστερη εξαγωγή πληροφοριών ξηρασίας από μία χρονολογική σειρά δορυφορικών δεδομένων. Ένας από τους παράγωγους δείκτες ήταν ο VCI (Δείκτης Συνθηκών Βλάστησης) που είναι ο λόγος του NDVI για μία συγκεκριμένη χρονική περίοδο προς τη γενική διασπορά του ( μέγιστο – ελάχιστο ) για έναν αριθμό ετών. Για τιμές VCI από 35 και κάτω σημαίνει ξηρασία. Ένας δεύτερος δείκτης είναι ο TCI (δείκτης θερμοκρασίας) ο οποίος χρησιμοποιεί το θερμικό κανάλι 4 του AVHRR.

6. Προεπεξεργασίες: Στα δορυφορικά δεδομένα έγινε ατμοσφαιρική διόρθωση για την απαλοιφή της επίδρασης των υδρατμών, του όζοντος και της σκέδασης κατά Rayleigh.

7. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Τα δεδομένα του ΝDVI επηρεάζονται συχνά από μία σειρά φαινομένων όπως η μόλυνση των σύννεφων, ατμοσφαιρικές διαταράξεις, μεταβλητός φωτισμός και γεωμετρία σκόπευσης, τα οποία μάλιστα μειώνουν την τιμή του. Γι’ αυτό το σκοπό δημιουργήθηκε μία μέθοδος ελάχιστων τετραγώνων ανισοβαρών γραμμικών παρατηρήσεων για τον υπολογισμό της τυπικής απόκλισης των δεδομένων η οποία εξομαλύνει την επίδραση των παραπάνω φαινομένων στα πολυφασματικά δεδομένα του NDVI.

Αυτή η προσέγγιση περιλαμβάνει ένα μετακινούμενο παράθυρο πέντε χρονικών περιόδων για τον υπολογισμό της τυπικής απόκλισης. Το παράθυρο αυτό μετακινείται κάθε φορά ανά περίοδο λήψης δεδομένων και έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μίας οικογένειας ευθειών που αντιπροσωπεύουν την απόκλιση σε κάθε χρονική στιγμή. Στη συνέχεια υπολογίζεται ο μέσος όρος των οικογενειών αυτών. Με την επεξεργασία αυτή καταλήγουμε σε έναν NDVI με μειωμένο θόρυβο και μεγάλη χρησιμότητα στην ερμηνεία φαινολογικών φαινομένων. Στην ΕΙΚΟΝΑ 1 βλέπουμε τα αποτελέσματα της εξομάλυνσης (κόκκινη γραμμή) του NDVI ανά pixel του AVHRR. Για να αναγνωρίσουμε την αρχή μιας περιόδου αρκεί να εντοπίσουμε μία εμφανή αλλαγή στη ροπή των τιμών του NDVI χρησιμοποιώντας ένα «μετακινούμενο» μέσο όρο των προηγούμενων τιμών. Με τη μέθοδο αυτή υπολογίζουμε ένα μ.ο. σε ένα παράθυρο (π.χ. 5 παρατηρήσεων) και τον συγκρίνουμε με την τελευταία «εξομαλυσμένη» (smoothed) παρατήρηση. Στη συνέχεια προχωράμε στην επόμενη παρατήρηση και επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία. Όταν οι τιμές των παρατηρήσεων υπερβούν το «μετακινούμενο» μέσο όρο τότε σίγουρα έχουμε αλλαγή στη ροπή των τιμών του NDVI και άρα εδραιώνουμε την αρχή της περιόδου. Το τέλος μιας περιόδου εντοπίζεται με παρόμοιο τρόπο μόνο που ο «μετακινούμενος» μέσος όρος έχει αντίθετη κατεύθυνση.

Για την παρακολούθηση της βλάστησης υπολογίζεται το «εποχιακό ποσοστό πράσινου» (seasonal greenness – SG ) και συγκρίνεται στη συνέχεια με το μέσο όρο της ίδιας περιόδου σύμφωνα με μία βάση δεδομένων που διαθέτει τιμές από το 1989 ως σήμερα. Το επί τοις εκατό ποσοστό του SG ισούται με το λόγο του πρόσφατου SG προς το μ.ο. πολλαπλασιασμένο με το 100. Οι περιοχές που έχουν τιμές SG κάτω από το μέσο όρο επηρεάζονται κυρίως από στάσιμα νερά, ξηρασία, αποψίλωση δασών, αστικοποίηση κ.α. Στην ΕΙΚΟΝΑ 2 βλέπουμε ένα χάρτη με τα ποσοστά SG μιας περιοχής για το μήνα Ιούνιο. 8. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί μία διαφορετική προσέγγιση από τις άλλες καθώς υπολογίζει τα φαινολογικά χαρακτηριστικά με βάση μία συνάρτηση του NDVI ως προς το χρόνο και όχι με τα πρωτογενή στοιχεία του NDVI που περιέχουν και θόρυβο. Επίσης τα στοιχεία αυτά μπορούν να συγκριθούν και με στοιχεία από άλλους δέκτες όπως οι MODIS and SPOT Vegetation. Σκοπός είναι η δημιουργία υψηλής χωρικής ανάλυσης γεωανηγμένων ψηφιακών χαρτών των περιοχών, που έχουν επηρεαστεί από την ξηρασία, από τα στοιχεία που θα δίνουν τα μοντέλα των δορυφορικών και κλιματολογικών δεδομένων. Μόλις δημιουργηθούν τα μοντέλα αυτά θα λαμβάνονται πληροφορίες από τους μετεωρολογικούς σταθμούς για την περιοχή μελέτης και στη συνέχεια θα ενσωματώνονται τα δορυφορικά με τα παραδοσιακά μετεωρολογικά δεδομένα για την παραγωγή Δεικτών Επιρροής της Ξηρασίας ( Drought Impacts Index (DII)). Ο δείκτης αυτός θα είναι χωρικά συνεχόμενος με δ.ι. 1-km και θα περιγράφεται από μία αριθμητική κλίμακα στην οποία θα διακρίνονται τα επίπεδα στα οποία επηρεάζεται η βλάστηση από την ξηρασία.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

A PROTOTYPE DROUGHT MONITORING SYSTEM INTEGRATING CLIMATE AND SATELLITE DATA Jesslyn F. Brown Bradley C. Reed Michael J. Hayes Donald A. Wilhite Kenneth Hubbard