Δείκτης Τηλεπισκόπησης για Μακροπρόθεσμες Οικολογικές Επιπτώσεις σε Άνυδρες Μεταλλευτικές Περιοχές

Από RemoteSensing Wiki

Απόδοση Τίτλου Στα Ελληνικά: Ένας Δείκτης Βασισμένος στην Τηλεπισκόπηση για την Εκτίμηση των Μακροπρόθεσμων Οικολογικών Επιπτώσεων σε Άνυδρες Μεταλλευτικές Περιοχές

Πρωτότυπος Τίτλος: A Remote Sensing Based Index for Assessing Long-Term Ecological Impact in Arid Mined Land

Τύπος: Ερευνητική Εργασία – Άρθρο

Συντακτική Ομάδα: Dantong Meng, Nisha Bao, Kaiwusha Tayier, Qiuyue Li, Tianhong Yang

Στοιχεία Δημοσίευσης: Επιστημονικό Περιοδικό: Environmental and Sustainability Indicators, Τόμος 22, 100364, Ιούνιος 2024

Λέξεις Κλειδιά - Keyword: Πρωτότυπο Άρθρο: Arid region, Open-pit mines, Mined land status index, Spatial–temporal changes, Ecological status | Άνυδρες περιοχές, Επιφανειακά μεταλλεία, Δείκτης κατάστασης μεταλλευτικής γης, Χωροχρονικές μεταβολές, Οικολογική κατάσταση

DOI: [1]

Ιστορικό Άρθρου: Διαθέσιμο online: 16 Φεβρουαρίου 2024

URL: [2]

Πλήρης Βιβλιογραφική Αναφορά: Dantong Meng, Nisha Bao, Kaiwusha Tayier, Qiuyue Li, Tianhong Yang (2024). A Remote Sensing Based Index for Assessing Long-Term Ecological Impact in Arid Mined Land. Environmental and Sustainability Indicators, 22, 100364. https://doi.org/10.1016/j.indic.2024.100364

Σύνοψη Άρθρου

Οι δραστηριότητες εξόρυξης μεγάλης κλίμακας στην δυτική Κίνα επιταχύνουν την περιβαλλοντική υποβάθμιση των άνυδρων οικοσυστημάτων, καθιστώντας αναγκαία τη μακροχρόνια παρακολούθηση και αξιολόγηση των οικολογικών επιπτώσεων. Η μελέτη αυτή, αναπτύσσει έναν Δείκτη Κατάστασης Ανθρακωρυχείων σε Άνυδρες Περιοχές (AMLS), βασισμένος σε δεδομένα τηλεπισκόπησης, για την εκτίμηση των οικολογικών επιδράσεων των εξορύξεων. Ο AMLS συγκρίνεται με τους δείκτες RSEI (Remote Sensing Ecological Index) και LSESCI (Land Surface Ecological Status Composition Index), προκειμένου να αξιολογηθεί η ακρίβειά του στην απεικόνιση των επιπτώσεων της εξόρυξης σε διαφορετικά σημειά.

Η μελέτη βασίζεται σε δεδομένα Landsat από το 2005 έως το 2020 για τρία επιλεγμένα ανθρακωρυχεία στην επαρχία Xinjiang. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο δείκτης AMLS είχε ισχυρή συσχέτιση (r > 0.65) με παράγοντες όπως η υγρασία του εδάφους, η θερμοκρασία της επιφάνειας, η ξηρότητα και η κλίση. Επιπλέον, συγκρινόμενος με τους δείκτες LSESCI και RSEI, ο AMLS κατάφερε να αποτυπώσει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις διαφοροποιήσεις μεταξύ των εξορυκτικών περιοχών και των φυσικών εδαφικών σχηματισμών, αποκαλύπτοντας τις χωρικές και χρονικές μεταβολές που προκαλούν οι εξορυκτικές δραστηριότητες. Τέλος, επισημαίνετε η ανάγκη για τη συνεχή παρακολούθηση των μεταβολών στις εξορυκτικές περιοχές, καθώς και για την εφαρμογή στρατηγικών αποκατάστασης με βάση την οικολογική διαχείριση και τη χρήση προηγμένων μεθόδων τηλεπισκόπησης.

Εισαγωγή

Οι εξορυκτικές δραστηριότητες μεγάλης κλίμακας έχουν βαθιές επιπτώσεις στα άνυδρα και ημίξηρα οικοσυστήματα, καθώς διαταράσσουν τη δομή του εδάφους, τη βλάστηση και το τοπικό κλίμα. Στη δυτική Κίνα, όπου βρίσκονται εκτεταμένες ανθρακωρυχικές περιοχές, η υποβάθμιση του περιβάλλοντος λόγω της εξόρυξης αποτελεί ένα σοβαρό οικολογικό ζήτημα. Η παρακολούθηση αυτών των επιπτώσεων μέσω τηλεπισκόπησης είναι ζωτικής σημασίας, καθώς επιτρέπει την αξιολόγηση των αλλαγών σε μεγάλη κλίμακα και την ανίχνευση των χωρικών και χρονικών μεταβολών. Ωστόσο, οι υπάρχοντες δείκτες οικολογικής υποβάθμισης δεν είναι πλήρως προσαρμοσμένοι στις ιδιαιτερότητες των ξηρών περιοχών, όπου η φυσική βλάστηση είναι ήδη περιορισμένη και η παρουσία σκόνης από την εξόρυξη επηρεάζει τις μετρήσεις.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, η μελέτη αυτή εισάγει έναν καινοτόμο δείκτη, τον AMLS (Arid Mining Landscape Status Index), ο οποίος έχει σχεδιαστεί ειδικά για την παρακολούθηση και ποσοτικοποίηση των περιβαλλοντικών μεταβολών στις εξορυκτικές περιοχές άνυδρων περιοχών. Ο AMLS συγκρίνεται με τους δείκτες RSEI (Remote Sensing Ecological Index) και LSESCI (Land Surface Ecological Status Composition Index), προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητά του στην αποτύπωση των επιπτώσεων της εξόρυξης σε σύγκριση με άλλες, γενικότερες μεθόδους. Η έρευνα εστιάζει σε ανθρακωρυχεία της επαρχίας Xinjiang και αξιοποιεί δορυφορικά δεδομένα Landsat από το 2005 έως το 2020, ώστε να καταγραφούν οι μακροχρόνιες μεταβολές της οικολογικής κατάστασης στις εξορυκτικές ζώνες. Τα αποτελέσματα της μελέτης μπορούν να συμβάλουν στην αποτελεσματικότερη διαχείριση και αποκατάσταση των υποβαθμισμένων τοπίων, βελτιώνοντας τις πρακτικές εξορυκτικής εκμετάλλευσης.

Υλικά

Η εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της εξόρυξης στηρίχθηκε σε δορυφορικά και γεωχωρικά δεδομένα που καταγράφουν μακροχρόνιες μεταβολές στο τοπίο. Χρησιμοποιήθηκαν πολυφασματικές εικόνες Landsat (Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+, Landsat 8 OLI/TIRS) από το 2005 έως το 2020, παρέχοντας πληροφορίες για τη βλάστηση, τη θερμοκρασία και την υγρασία του εδάφους. Για την αποτύπωση των γεωμορφολογικών αλλαγών, ενσωματώθηκαν ψηφιακά μοντέλα εδάφους (DEM), ενώ τα δεδομένα χρήσης γης (ESRI Land Cover, Google Earth Engine) επέτρεψαν την ανάλυση των αλλαγών που σχετίζονται με τις εξορυκτικές δραστηριότητες.

Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει τρεις ανθρακωρυχικές ζώνες στην επαρχία Xinjiang, όπου καταγράφονται έντονες μεταβολές στη βλάστηση, τη θερμοκρασία και το υδρολογικό ισοζύγιο. Όλα τα δεδομένα επεξεργάστηκαν με γεωστατιστικές τεχνικές, ώστε να εξαχθούν αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με τη σταδιακή υποβάθμιση του τοπίου.

Μεθοδολογία

Για την ποσοτικοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, αναπτύχθηκε ένας νέος δείκτης, ο Δείκτης Κατάστασης Ανθρακωρυχείων σε Άνυδρες Περιοχές (AMLS), ο οποίος σχεδιάστηκε ειδικά για να καταγράφει τις μεταβολές στις εξορυκτικές ζώνες. Η ακρίβειά του συγκρίθηκε με δύο ήδη καθιερωμένους δείκτες, τον RSEI (Remote Sensing Ecological Index) και τον LSESCI (Land Surface Ecological Status Composition Index). Για την ανάλυση των δεδομένων, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές στατιστικής ανάλυσης τάσεων, όπως ο έλεγχος Mann-Kendall και η κλίση Sen (Sen’s slope analysis), επιτρέποντας την ανίχνευση μακροχρόνιων αλλαγών στα οικολογικά χαρακτηριστικά. Παράλληλα, αξιοποιήθηκαν τεχνολογίες GIS, ώστε να αποτυπωθούν χωρικά οι επιπτώσεις των εξορυκτικών δραστηριοτήτων. Η εκτίμηση των επιπτώσεων βασίστηκε σε τέσσερις κύριες παραμέτρους:

• Υγρασία εδάφους (NDMI)

• Βλάστηση (NDVI)

• Θερμοκρασία επιφάνειας (LST)

• Αλλαγές στη χρήση γης (NDBI - Built-up Index)

Ο AMLS αποδείχθηκε πιο ακριβής από τους υπόλοιπους δείκτες, καθώς λαμβάνει υπόψη κρίσιμες μεταβλητές που επηρεάζουν άμεσα τα άνυδρα οικοσυστήματα.

Αποτελέσματα & Συζήτηση

Εικόνα 1: Χωρική κατανομή διαφορετικών δεικτών οικολογικής κατάστασης επιφάνειας γης το 2020.

Εικόνα 2: Χρονικές αλλαγές κατά την περίοδο 2005-2020 σε τρία ορυχεία.

Η ανάλυση έδειξε ότι οι εξορυκτικές δραστηριότητες είχαν σημαντική επίδραση στις οικολογικές παραμέτρους των περιοχών μελέτης. Παρατηρήθηκε σταδιακή μείωση της βλάστησης, αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους και αλλαγές στη δομή και διαπερατότητα του εδάφους, λόγω της απογύμνωσης της επιφάνειας.

Ο δείκτης AMLS εμφάνισε ισχυρή συσχέτιση (r > 0.65) με τις μεταβλητές θερμοκρασίας, ξηρότητας και υγρασίας, επιβεβαιώνοντας την αξιοπιστία του. Σε σύγκριση με τους δείκτες RSEI και LSESCI, αποτύπωσε με μεγαλύτερη ακρίβεια τη χρονική και χωρική εξέλιξη της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης. Η χρονική ανάλυση αποκάλυψε ότι η υποβάθμιση της οικολογικής ισορροπίας επιταχύνθηκε από το 2005 έως το 2020, με τις πιο έντονες μεταβολές να σημειώνονται τα πρώτα χρόνια της εξόρυξης. Η τοπογραφία έπαιξε επίσης καθοριστικό ρόλο, καθώς περιοχές με χαμηλή κλίση εμφάνισαν μεγαλύτερη συγκράτηση θερμότητας και αυξημένη αποψίλωση της βλάστησης. Ενώ, οι παρατηρήσεις αυτές υπογραμμίζουν τη μακροχρόνια επίδραση της εξόρυξης στο περιβάλλον και την ανάγκη για στοχευμένα μέτρα αποκατάστασης, προσαρμοσμένα στις ιδιαιτερότητες των άνυδρων περιοχών.

Συγκεκριμένα, σε αντίθεση με τον RSEI και τον LSESCI, οι οποίοι επηρεάζονται από γενικές κλιματικές διακυμάνσεις, ο AMLS προσφέρει μεγαλύτερη ακρίβεια στις εξορυκτικές ζώνες, καθώς εστιάζει αποκλειστικά στις χωρικές και χρονικές μεταβολές που σχετίζονται με την εξορυκτική δραστηριότητα.

Συμπεράσματα

Εικόνα 3: Δυναμική παρακολούθηση της τάσης μεταβολής της οικολογικής κατάστασης σε τρία ορυχεία.

Η χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και προηγμένων οικολογικών δεικτών αποδείχθηκε αποτελεσματική στην παρακολούθηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της εξόρυξης. Ο AMLS αποτύπωσε με ακρίβεια τις χωρικές και χρονικές αλλαγές στις ανθρακωρυχικές ζώνες, ξεπερνώντας τους υπάρχοντες δείκτες σε ευαισθησία και ακρίβεια. Η μελέτη διαπίστωσε ότι ο δείκτης AMLS ξεπέρασε τους δείκτες RSEI και LSEISCI στον χαρακτηρισμό της κακής οικολογικής κατάστασης. Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν ότι η συστηματική παρακολούθηση των εξορυκτικών περιοχών είναι απαραίτητη για την κατανόηση της εξέλιξης των οικολογικών επιπτώσεων, αλλά και για τον σχεδιασμό αποτελεσματικών στρατηγικών διαχείρισης και αποκατάστασης.

Συμπερασματικά, η εφαρμογή του AMLS μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της περιβαλλοντικής διαχείρισης των εξορυκτικών περιοχών, προσφέροντας ένα αξιόπιστο εργαλείο για τοπικές αρχές, περιβαλλοντικές υπηρεσίες και τη βιομηχανία εξόρυξης που επιδιώκει τη βιώσιμη εκμετάλλευση των φυσικών πόρων. Τέλος, η ενσωμάτωση του AMLS στη διαχείριση των εξορυκτικών περιοχών θα μπορούσε να υποστηρίξει τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων, επιτρέποντας την ανάπτυξη στοχευμένων στρατηγικών αποκατάστασης, όπως η αναδάσωση, η βελτίωση της εδαφικής σταθερότητας και η αποκατάσταση του υδρολογικού ισοζυγίου.

Σημαντική παρατήρηση: Όλες οι εικόνες που παρουσιάζονται ανήκουν στους δημιουργούς .Τα πνευματικά δικαιώματα ανήκουν στους συγγραφείς του πρωτότυπου άρθρου και όχι στον παρόντα συντάκτη. Η απόδοση του κειμένου πραγματοποιείται σε περιληπτική μορφή με σκοπό την ενημέρωση και τη χρήση για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Οι βιβλιογραφικές πηγές και οι αναφορές που έχουν χρησιμοποιηθεί για την σύνταξη της παρούσας πληροφορίας ανήκουν αποκλειστικά στο πρωτότυπο κείμενο.