Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης
Από RemoteSensing Wiki
Εισαγωγή
Σκοπός της μελέτης είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης δεδομένων ASTER, επαληθευμένων με μετρήσεις πεδίου, για τη συσχέτιση των διαφόρων παροχών του ποταμού (εν προκειμένω, του ποταμού Tagliamento, Ιταλία) και της εξάπλωσης της ποτάμιας βλάστησης.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης αφορά τον ποταμό Tagliamento στην βορειοανατολική Ιταλία, και συγκεκριμένα 21km αυτού, ο οποίος πηγάζει από τις Άλπεις και εκβάλει στην Αδριατική. Πρόκειται για ποταμό με φυσική ροή χωρίς να έχουν γίνει παρεμβάσεις στην κοίτη του, πολυσχιδείς κλάδους και με υπόστρωμα να αποτελείται κατά κύριο λόγο από χαλίκια. Στη ροή του ποταμού συμβάλουν και υπόγεια ύδατα. Η περιοχή μελέτης διακρίνεται σε άνω, μέσο και κάτω ρου, ενώ διαιρέθηκε σε 21 υποπεριοχές για κάθε ένα χιλιόμετρο μήκους του ποταμού. Ο μέσος και ο κάτω ρους χωρίζονται από μία σημαντική στένωση της κοίτης. Λόγω και των πολλών κλάδων του ποταμού παρατηρούνται μεμονωμένα, σποραδικά τμήματα βλάστησης ποικίλων μεγεθών και ηλικίας καθώς και νησίδες με δενδρώδη φυτοκάλυψη. Η παρουσία βραχώδους νησίδας στην υποπεριοχή 9 την κατέστησε ακατάλληλη για τη συγκεκριμένη μελέτη και έτσι εξαιρείται από τις αναλύσεις βλάστησης.
Δεδομένα
Δορυφορικές απεικονίσεις ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) - Level 1A Visible-Near Infrared (VNIR) για την περίοδο από 2005 ως 2009 παρασχέθηκαν Κέντρο Ανάλυσης Τηλεπισκοπικών Δεδομένων του Τόκυο (ERSDAC). Για την παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν εικόνες στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο Κανάλι, διακριτικής ικανότητας 15m, και συγκεκριμένα στο Κανάλι 1 (Πράσινο, 0.52-0.60 pm) Κανάλι 2 (Κόκκινο, 0.63-0.69pm) και Κανάλι 3Ν (Εγγύς Υπέρυθρο, 0.76-0.86 pm). Επιλέχθηκαν οι εικόνες χωρίς νέφη πάνω από τον ποταμό, την περίοδο πλήρους ανάπτυξης της βλάστησης και με χαμηλή ροή, ώστε να διευκολύνεται η σύγκριση ανά έτος της βλάστησης. Επιλέχθηκε μία εικόνα ανά έτος, με εξαίρεση το 2008, για το οποίο χρησιμοποιήθηκαν 2 εικόνες για να φανούν οι διαφορές λόγω πλημμυρών εκείνης της περιόδου, και έγινε η διόρθωση της γεωαναφοράς των εικόνων στο κατάλληλο για την περιοχή προβολικό σύστημα.
Χαρτογράφηση της Βλάστησης
Για τη χαρτογράφηση της βλάστησης χρησιμοποιήθηκε ο Δείκτης Βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), διότι παρουσιάζει ευαισθησία στην αραιή βλάστηση και άρα είναι καταλληλότερος για τον υπό εξέταση πολυσχιδή ποταμό. Ταξινομήθηκαν τρεις κατηγορίες βλάστησης: νερό και χαλικώδες υπόστρωμα (NDVI <0,1), αραιή βλάστηση (0,1 <NDVI <0,2) και πυκνή βλάστηση (NDVI> 0.2). Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης επαληθεύτηκαν με δεδομένα υψηλότερης ευκρίνειας παλαιότερης μελέτης για την περιοχή και συγκεκριμένα με χειροκίνητα ψηφιοποιημένο χάρτη βλάστησης από αεροφωτογραφίες και αυτόματη ταξινόμηση της βλάστησης από δεδομένα LIDAR. Η επαλήθευση αυτή έγινε με τη χρήση του συντελεστή συσχέτισης Pearson μεταξύ των αεροφωτογραφιών και του LIDAR, μεταξύ του δείκτη βλάστησης από τις εικόνες ASTER με τις αεροφωτογραφίες και το LIDAR. Φαίνεται ότι με το δείκτη βλάστησης αποτυπώνονται καλύτερα το υπόστρωμα και η πυκνή βλάστηση και λιγότερο καλά η αραιή βλάστηση, ωστόσο η ακρίβεια των αποτελεσμάτων κρίθηκε αρκετά καλή.
Υδρομετρικά δεδομένα
Εφόσον το υδρολογικό καθεστώς παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της παραποτάμιας βλάστησης, αναγκαίο είναι να καταγραφούν οι μεταβολές της ροής του ποταμού στη διάρκεια της μελέτης. Στη λεκάνη απορροής στην οποία ανήκει η περιοχή μελέτης έχουν εγκατασταθεί υδρομετρικοί σταθμοί που καταγράφουν αυτόματα τη στάθμη του ποταμού ανά 30 λεπτά.
Καθώς για την περιοχή αυτή η περίοδος επαναφοράς εκτιμάται στα 3 χρόνια, η πρώτη δορυφορική εικόνα προς ανάλυση ήταν από τον Αύγουστο του 2005, δηλαδή το επόμενο έτος που παρατηρήθηκε πλημμύρα, και μέχρι τον Ιούλιο του 2009, έχοντας μεσολαβήσει η πλημμύρα του 2008.
Ρυθμός Ανάπτυξης της Βλάστησης
Έγιναν αναλύσεις με μετρήσεις στο πεδίο σε 200 μεμονωμένα δέντρα και σε διάφορες θέσεις για την ηλικία, το ύψος και το ρυθμό ανάπτυξης (μέσω δενδροχρονολόγησης). Τα δείγματα που επιλέχθηκαν είχαν ύψος από 2,5 ως 3,5m και ηλικίας από 3 ως 21 ετών. Οι παραπάνω αναλύσεις έγιναν για το είδος Populus nigra, καθώς αυτό αποτελεί το κυρίαρχο είδος βλάστησης στον υπό μελέτη ποταμό. Κατόπιν εφαρμόστηκε γραμμική παρεμβολή για το μέσο ρυθμό ανάπτυξης σε κάθε υποπεριοχή, προκειμένου να γίνει η σύγκριση με τα δεδομένα που προέρχονται από τις εικόνες ASTER.
Αποτελέσματα και Συμπεράσματα
Γίνεται η παρακολούθηση της χωρικής κατανομής της βλάστησης στην περιοχή μελέτης κατά τις περιόδους α) Αύγουστος 2005 – Ιούλιος 2008, β) Ιούλιος 2008 – Ιούλιος 2009, προκειμένου να αποτυπωθούν αλλαγές λόγω της αυξημένης παροχής της περιόδου εκείνης, γ) Αύγουστος 2008 – Ιούλιος 2009 (Εικόνα 3).
Φαίνεται ότι νέα βλάστηση πρόεκυψε σε ομαλές ροές. Μέχρι τον Ιούλιο 2008, όπου η ροή του ποταμού κυμαινόταν σε φυσιολογικά επίπεδα, η βλάστηση αυξήθηκε κατά πολύ, ιδίως στις υποπεριοχές 10 ως 13. Στις θέσεις αυτές ήταν ήδη έντονη η παρουσία της προϋπάρχουσας βλάστησης, υποδεικνύοντας ότι τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της κοίτης ευνοούν την εμφάνιση της βλάστησης, πιθανότατα λόγω του ότι στα σημεία αυτά συγκρατούντα τα εκριζωμένα ανάντη δέντρα από προηγούμενα πλημμυρικά φαινόμενα. Διαφορές παρατηρήθηκαν μεταξύ αραιής και πυκνής βλάστησης, όπου η αραιή βλάστηση αυξήθηκε περισσότερο, σε αντίθεση με την πυκνή βλάστηση που αυξήθηκε κυρίως στα σημεία που ήταν ήδη συγκεντρωμένα πολλά φυτά. Κατά τις υψηλές παροχές την περίοδο από τον Ιούλιο 2008 ως τον Ιούλιο 2009, μεγάλο ποσοστό της νέας βλάστησης καταστράφηκε, κυρίως τα μικρότερα σποραδικά τμήματα, τα οποία αποψιλώθηκαν εξολοκλήρου, καθώς και τμήματα της παρόχθιας βλάστησης. Λόγω της στένωσης στην υποπεριοχή 16 και άρα εξαιτίας των αυξημένων ταχυτήτων ροής, στις κατάντη περιοχές όλη η νέα βλάστηση που προέκυψε τις προηγούμενες περιόδους εξαφανίστηκε. Η πυκνή βλάστηση επέστρεψε στα ίδια επίπεδα με αυτά κατά την έναρξη της μελέτης.
Στο σύνολο της μελετώμενης περιόδου, παρατηρήθηκε αύξηση της βλάστησης, είτε σε νέες θέσεις είτε ως εξάπλωση προϋπάρχουσας βλάστησης.
Οι ρυθμοί ανάπτυξης της βλάστησης ποικίλουν μεταξύ 12 και 42 cm για την μελετώμενη περίοδο. Η στατιστική ανάλυση επέδειξε μεγάλες διαφοροποιήσεις μεταξύ των αρχικών δειγμάτων ως προς τον ρυθμό ανάπτυξης των δένδρων. Στην ομαλή ροή του ποταμού είναι ισχυρή η συσχέτιση της εξάπλωσης και του ρυθμού ανάπτυξης της βλάστησης. Ακόμα, ας σημειωθεί ότι στον άνω και κάτω ρου του υπό μελέτη τμήματος του ποταμού τα σποραδικά τμήματα βλάστησης αυξάνονται σε γενικές γραμμές, ενώ στο μέσο ρου τα τμήματα αυτά μειώνονται κατά τη διάρκεια της μελέτης. Συσχετίζοντας το βρεχόμενο πλάτος (και άρα τις μεταβολές της παροχής) και τα υψηλά επίπεδα ροής του ποταμού, φαίνεται ότι κατά τα 3 πρώτα έτη της μελέτης το βρεχόμενο πλάτος παρέμεινε το ίδιο, ενώ κατά τις πλημμύρες του 2008-2009 αυξήθηκε. Έτσι, κατά τα τρία πρώτα χρόνια όπου οι μεταβολές στη ροή είναι πολύ μικρές ήταν μεγαλύτερη και η ανάπτυξη της βλάστησης.
Εν κατακλείδι, μεγαλύτερη εξάπλωση παρατηρείται σε θέσεις όπου εκ προοιμίου οι ρυθμοί ανάπτυξης είναι μεγαλύτεροι και ταυτόχρονα η ροή του ποταμού είναι σχετικά χαμηλή. Αυτό οφείλεται στο ότι τα γρηγορότερα αναπτυσσόμενα δέντρα αντιστέκονται αποτελεσματικότερα στις υψηλότερες παροχές και δεν εκκριζώνονται το ίδιο εύκολα.
Από τα ως άνω αποτελέσματα της μελέτης προκύπτει σαφής συσχέτιση μεταξύ των συνθηκών ροής και της βλάστησης. Επιπλέον, είναι φανερό ότι η κατανομή της παρόχθιας βλάστησης ποικίλει κατά μήκος ενός ποταμού, γεγονός που πιθανά να οφείλεται και στις ιδιότητες του υπόγειου υδροφόρου ο οποίος, σύμφωνα με μελέτες, εκβάλλει σε κάποια σημεία κοντά στο μέσο ρου του ποταμού, ενώ νερό κατεισδύει σε κατάντη σημεία.
Με την παρούσα μελέτη αποδεικνύεται η χρησιμότητα των τηλεπιπσκοπικών μέσων για την καταγραφή της παραποτάμιας βλάστησης. Εν προκειμένω, φαίνεται ότι παρά τη σχετικά μικρή διακριτική ικανότητά τους, τα δεδομένα από τον ASTER μπορούν να βοηθήσουν τους μελετητές στη διερεύνηση της επίδρασης των πλημμυρικών φαινομένων στη βλάστηση του ποταμού. Μάλιστα, επαρκούν δεδομένα μιας μικρής περιόδου δύο ή τριών χρόνων για να υποδείξουν την μεταβολή στη χωρική κατανομή της βλάστησης. Τα δεδομένα ASTER υπερτερούν λόγω της μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με τις αεροφωτογραφίες, αλλά και του σχετικά μικρού κόστους τους.
