Από RemoteSensing Wiki

Πρότυπος Τίτλος

Διερευνηση της επιπτωσης της αποδασωσης στο μικροκλιμα και στην αύξηση του θερμικού στρες με χρηση επεξεργασιας δορυφορικης εικονας (Μελέτη Περίπτωσης: Δάση Περιοχής Χιράν)

Τίτλος

Investigating the impact of Deforestation on Microclimate and increasing the Risk of Heat Stress using Satellite Image Processing (Case Study: Forests of Hiran Area)

Πηγή

Copernicus

doi

Συγγραφείς

FJ. Jafarzadeh, A.A. Kakroodi, Y. Erfanifard

Πίνακας περιεχομένων 1 Εισαγωγή 2 Περιοχή Μελέτης 3 Δεδομένα και Μεθοδολογία 3.1 Δεδομένα και Εργαλεία Λογισμικού 3.2 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 3.3 Land Surface Temperature (LST) 4 Αποτελέσματα Ανάλυσης 4.1 Υπολογισμός NDVI 4.2 Αλλαγή χρήσης δασικών εκτάσεων 4.3 Υπολογισμός και αλλαγές LST 5 Συμπεράσματα

Εισαγωγή

H μελέτη εξετάζει τη σημασία των δασών στη διατήρηση της περιβαλλοντικής ισορροπίας με την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα και την παραγωγή οξυγόνου. Η αποψίλωση των δασών προσδιορίζεται ως μια σημαντική αιτία μείωσης της βιοποικιλότητας, των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και των δυσμενών επιπτώσεων, όπως η κλιματική αλλαγή και η απώλεια οικοτόπων. Τα δεδομένα τηλεπισκόπησης, ιδίως οι δορυφορικές εικόνες, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την παρακολούθηση των αλλαγών στις χρήσεις γης, συμπεριλαμβανομένης της αποψίλωσης των δασών. Η μελέτη επικεντρώνεται στα βόρεια δάση του Ιράν, κατά την περίοδο από το 1984 έως το 2021, τονίζοντας την υψηλή αξία τους και τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν λόγω της μετατροπής τους για διάφορους λόγους. Γίνεται αναφορά σε προηγούμενες έρευνες, καταδεικνύοντας τον παγκόσμιο αντίκτυπο της αποψίλωσης των δασών στις ανωμαλίες της θερμοκρασίας και στις κλιματικές συνέπειες. Με χρήση επεξεργασίας δορυφορικών εικόνων Landsat για την αξιολόγηση της επιφανειακής θερμοκρασίας και της πυκνότητας των δέντρων στα δάση Hiran, που βρίσκονται στα σύνορα των επαρχιών Gilan και Ardabil και της Δημοκρατίας του Αζερμπαϊτζάν. Απώτερος στόχος είναι η διερεύνηση της συσχέτισης μεταξύ της αποψίλωσης των δασών, της καταστροφής των δέντρων και της θερμικής καταπόνησης στην περιοχή. Ο αντίκτυπος αυτής της αποψίλωσης των δασών στο μικροκλίμα αξιολογήθηκε με τη σύγκριση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας μεταξύ της υπό μελέτη περιοχής και μιας περιοχής ελέγχου.

Περιοχή Μελέτης

Η έρευνα επικεντρώνεται σε μια έκταση 47.590 εκταρίων που βρίσκεται στο βόρειο τμήμα της Ισλαμικής Δημοκρατίας του Ιράν και εκτείνεται στις επαρχίες Gilan και Ardabil. Η περιοχή αυτή, που συνορεύει με τη Δημοκρατία του Αζερμπαϊτζάν, αποτελεί μέρος των δασών του Ιράν της Υρκανίας, που βρίσκονται μεταξύ 48,33 έως 48,50 μοίρες ανατολικού γεωγραφικού μήκους και 38,23 έως 38,26 μοίρες βόρειου γεωγραφικού πλάτους. Τα δάση του Ιράν, συνολικής έκτασης 3.400.000 εκταρίων, καλύπτουν κυρίως τις βόρειες πλαγιές των βουνών Alborz και τις παράκτιες επαρχίες της Κασπίας Θάλασσας. Τα υπόλοιπα τρία εκατομμύρια εκτάρια διάσπαρτων δασών βρίσκονται σε άλλα μέρη της χώρας.

Δεδομένα και Μεθοδολογία

Δεδομένα και Εργαλεία Λογισμικού

Η έρευνα χρησιμοποιεί δεδομένα Landsat 4, 5 και 8 από τα έτη 1984, 1994, 2005, 2014 και 2021, μαζί με μια ταξινομημένη εικόνα χρήσης γης από τον δορυφόρο Sentinel 2. Τα εργαλεία λογισμικού που χρησιμοποιήθηκαν περιλαμβάνουν το ArcGIS έκδοση 8.10 και το ENVI έκδοση 5.3 για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων και το λογισμικό προγραμματισμού RStudio για τη στατιστική ανάλυση.

Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)

O δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI) είναι ένα απλό γραφικός δείκτης που χρησιμοποιείται στην τηλεπισκοπική ανάλυση και μετρήσεις για την αξιολόγηση της παρουσίας ή της απουσίας βλάστησης σε μιας περιοχή. Το εύρος των μεταβολών αυτού του δείκτη κυμαίνεται μεταξύ +1 και -1.

Land Surface Temperature (LST)

Κάθε αντικείμενο που έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη από μηδέν βαθμούς Kelvin εκπέμπει θερμική ακτινοβολία και η ενέργεια αυτή εκπέμπεται από αντικείμενα ή την επιφάνεια της γης. Στην παρούσα μελέτη η LST υπολογίζεται με τη μέθοδο ενός καναλιού. Το "Shapiro-Wilk" test χρησιμοποιείται ως τεστ προσαρμογής της κανονικής κατανομής για να προσδιοριστεί εάν τα δεδομένα ακολουθούν ή όχι κανονική κατανομή, με απόρριψη της μηδενικής υπόθεσης εάν η τιμή P είναι μικρότερη από 0,05. Το "t-test με δύο ανεξάρτητα δείγματα" συγκρίνει τους μέσους όρους δύο ομάδων ερωτηθέντων που προέρχονται από τυχαία δείγματα, ανεξάρτητα από την ισότητα του μεγέθους του δείγματος. Το "T- welch test" είναι συγγενές με το T-test δύο δειγμάτων, αλλά υποθέτει άνισες διακυμάνσεις στους πληθυσμούς που συγκρίνονται.

Αποτελέσματα Ανάλυσης

Υπολογισμός NDVI

Τα σημεία γης συλλέχθηκαν από την περιοχή μελέτης με τη χρήση φορητής συσκευής GPS μιας συχνότητας (Garmin 12). Συνολικά λήφθηκαν 60 σημεία, με τυχαία δειγματοληψία, από περιοχές με δενδρώδη βλάστηση και από περιοχές με βοσκότοπους και χορτολιβαδική βλάστηση. Κατά τη δειγματοληψία λήφθηκε υπόψη η χωρική ανάλυση της εικόνας Landsat (30 μέτρα), με τα σημεία να λαμβάνονται σε αποστάσεις μικρότερες των τριάντα μέτρων μεταξύ τους. Τα σημεία αυτά κατηγοριοποιήθηκαν με βάση την πυκνότητα της δενδρώδους κάλυψης, συμπεριλαμβανομένων τόσο των πυκνών όσο και των αραιών περιοχών. Στο λογισμικό ENVI, οι φασματικές τιμές ανάκλασης των σημείων συγκρίθηκαν με τη μελετώμενη περιοχή και καθορίστηκε πειραματικά μια τιμή κατωφλίου για τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης. Στη συνέχεια, η εικόνα του δείκτη επαναταξινομήθηκε σε δύο κατηγορίες με βάση αυτό το κατώφλι. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι υπολογισμένοι δείκτες βλάστησης σε μια δεκαετή χρονοσειρά από το 1984 έως το 2021, υποδεικνύοντας τις αλλαγές στην περιοχή μελέτης.

Αλλαγή χρήσης δασικών εκτάσεων

Η μελέτη αποκαλύπτει σημαντική μείωση της δασικής κάλυψης στην περιοχή μελέτης κατά περίπου 2000 εκτάρια από το 1984 έως το 2021. Η μείωση αυτή αποδίδεται κυρίως σε επιτόπιες επισκέψεις, σημειώνοντας καταστροφή για την κατασκευή βίλας και κατοικιών, μαζί με τη δημιουργία μονοπατιών επικοινωνίας για την προσβασιμότητα σε αυτές τις τοποθεσίες.

Υπολογισμός και αλλαγές LST

Η έρευνα διερευνά τις μέσες μεταβολές της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης από το 1984 έως το 2021, οι οποίες παρουσιάζονται σε βαθμούς Κέλβιν και βαθμούς Κελσίου. Οι τιμές που υπολογίστηκαν δείχνουν μια συνολική αύξηση της θερμοκρασίας κατά 0,85 βαθμούς Κελσίου στη μελετώμενη περιοχή κατά τη συγκεκριμένη περίοδο.

Για να διακριθούν και να μοντελοποιηθούν οι μεταβολές της θερμοκρασίας που αφορούν ειδικά την περιοχή μελέτης από τους παγκόσμιους μέσους όρους, επιλέγεται μια περιοχή ελέγχου. Η περιοχή αυτή, μεγέθους ενός δεκάτου της περιοχής μελέτης, χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς για την αξιολόγηση των μεταβολών της θερμοκρασίας και των μεταβολών της πυκνότητας των δέντρων. Aπεικονίζεται η θέση της περιοχής ελέγχου μοντελοποίησης εντός της περιοχής μελέτης, η οποία επιλέχθηκε για την ελάχιστη καταστροφή των δασών. Στόχος είναι η κατανόηση των μεταβολών της θερμοκρασίας κατά τα έτη μελέτης και της αναλογίας τους προς τις παγκόσμιες μεταβολές σε αυτή την επιλεγμένη περιοχή ελέγχου.

Aναγνωρίζοντας την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας ως φαινόμενο, για να ελεγχθεί αυτή τη μεταβλητή, εισάγεται μια περιοχή χωρίς αποψίλωση και κοπή δέντρων ως ομάδα ελέγχου, συγκρίνοντας την με την περιοχή που μελετήθηκε. Για τις συγκρίσεις πραγματοποιήθηκαν στατιστικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένων των Shapiro-Wilk, του ανεξάρτητου t-test, του Lune's test και του ανεξάρτητου t-test του Welch, με τη χρήση του λογισμικού προγραμματισμού Rstudio. Δεδομένου ότι και οι δύο περιοχές παρουσίασαν κανονική κατανομή σύμφωνα με το τεστ Shapiro- Wilk, χρησιμοποιήθηκε το ανεξάρτητο t-test για να ελεγχθεί η ισότητα των μέσων θερμοκρασιών μεταξύ των δύο περιοχών. Το Lon-test χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την αξιολόγηση της ισότητας της διακύμανσης, με την απόρριψη αυτής της υπόθεσης λόγω άνισης διακύμανσης (P-value=0,03145). Κατά συνέπεια, χρησιμοποιήθηκε το Welch T-test, το οποίο απέρριψε σημαντικά την υπόθεση της ισότητας των θερμοκρασιών μεταξύ των περιοχών ελέγχου και δοκιμής σε επίπεδο εμπιστοσύνης 99% (P-value=0,0006944). Τα αποτελέσματα του τεστ Shapiro-Wilk δείχνουν ότι τα δεδομένα θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου τόσο για τις περιοχές ελέγχου όσο και για την πειραματική περιοχή έχουν κανονική κατανομή.

Συμπεράσματα

Η καταστροφή των δασικών εκτάσεων και με τον όρο, η αποψίλωση των δασών έχει μία από τις ατυχείς συνέπειες της ανθρώπινης παρέμβασης στις στον πλανήτη. Εν τω μεταξύ, τα τελευταία χρόνια, τα δάση της βόρειας Ιράν, τα οποία έχουν πολύ μεγάλη αξία, έχουν μετατραπεί σε βίλες και δρόμους λόγω διαφόρων ανθρώπινων λόγων. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν αξιοσημείωτη αύξηση της θερμοκρασίας στις αποψιλωμένες περιοχές, αναδεικνύοντας τη σημαντική επίδραση της αποψίλωσης στην αύξηση της θερμοκρασίας και στο μικροκλίμα.