Δορυφορική Τηλεπισκόπηση Ανάλυση της Ποιότητας Νερού στη Λίμνη Lohjanjärvi
Από RemoteSensing Wiki
Δορυφορική Τηλεπισκόπηση Ανάλυση της Ποιότητας Νερού στη Λίμνη Lohjanjärvi
Kari Kallio, Ινστιτούτο Περιβάλλοντος Φινλανδίας Διεύθυνση: Mechelininkatu 34a, PL 140, FIN-00251 Ελσίνκι, Φινλανδία E-mail: kari.y.kallio©ymparisto.fi
Πηγή:Karjaanjoki LIFE-project (LIFE00 ENV/FIN/000668).Νότια Φινλανδία 2001-2005
Αντικείμενο Εφαρμογής: Περιβαλλοντική Ρευστομηχανική
Σκοπός Εφαρμογής: Ο κύριος στόχος της παρούσας φινλανδικής μελέτης, που είναι υποέργο του Karjaanjoki LIFE, ήταν η παρακολούθηση της χωρικής διακύμανσης της ποιότητας των υδάτων της λίμνης μέσω της δορυφορικής τηλεπισκόπησης.
Εισαγωγή
Η παρακολούθηση των λιμνών βασίζεται συνήθως στη δειγματοληψία νερού σε σταθερούς σταθμούς. Οι διακριτές μετρήσεις δεν αποδίδουν απαραιτήτως μια αξιόπιστη εκτίμηση της συνολικής ποιότητας των υδάτων της λίμνης. Η παρακολούθηση μπορεί να γίνει πιο αποτελεσματική με τη χρήση της τηλεπισκόπησης (μετρήσεις από δορυφόρο ή αεροσκάφους), διότι καθιστά δυνατή μια πιο ακριβή εκτίμηση την μεταβολή στο χώρο της ποιότητας των υδάτων. Οι τηλεπισκοπικές εικόνες έτσι ολοκληρώνουν την παρακολούθηση των αποτελεσμάτων των σταθερών σταθμών. Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα της χρήσης των εικόνων τηλεπισκόπησης είναι το γεγονός ότι μεγάλες περιοχές μπορούν να χαρτογραφηθούν ταυτόχρονα.
Ανάλυση
Η περιοχή μελέτης αφορούσε την λίμνη Lohjanjärvi, μία μέσο-ευτροφική λίμνη που βρίσκεται στη νότια Φινλανδία και έχει έκταση 89 km2. Στη Λίμνη Lohjanjärvi, έγινε λήψη των εικόνων ETM+ και TM (Thematic Mapper) των δορυφόρων LANDSAT 5 και LANDSAT 7, οι οποίοι είναι διαθέσιμοι για τη λίμνη Lohjanjärvi σε διάστημα 8 ημερών. Δυστυχώς, όλες οι δορυφορικές εικόνες δεν είναι αξιοποιήσιμες, διότι η ποιότητα του νερού δεν μπορεί να ερμηνευθεί όταν υπάρχει έντονη συννεφιά. Οι εικόνες ETM+/TM έχουν καλή χωρική διακριτική ικανότητα 30 μ. και περιλαμβάνουν πάνω από 100.000 εικονοστοιχεία από τη λίμνη Lohjanjärvi. Για όλα αυτά τα εικονοστοιχεία πραγματοποιήθηκε η εκτίμηση της θολότητας, οι συγκεντρώσεις ολικών αιωρούμενων στερεών και της διαφάνειας (transparency) Secchi. Όλες οι μετρήσεις της ποιότητας των υδάτων και οι εθελοντικές παρατηρήσεις ήταν συγχρονισμένες με τρεις διαβάσεις των δορυφόρων τον Μάιο-Σεπτέμβριο του 2002-2004. Επιπλέον, είχαν προβλεφθεί επιπλέον ημέρες που θα ήταν διαθέσιμες, αν στις προγραμματισμένες ημέρες εργασίας ήταν συννεφιασμένες. Οι τελικώς αποκτημένες εικόνες με αίθριο καιρό από τους δορυφόρους ETM+/TM ήταν από τις 25 Μαΐου 2002, στις 9 Σεπτεμβρίου του 2002, στις 17 Μαΐου 2004 και στις 5 Αυγούστου του 2004. Μετά την διόρθωση και την γεωαναφορά των εικόνων οι αλγόριθμοι ερμηνείας που διατυπώθηκαν χρησιμοποιώντας συνδύασαν και τις συμβατικές μετρήσεις της ποιότητας του νερού σε δέκα σταθμούς παρακολούθησης καθώς και οι διαφάνειες (transparency) Secchi που μετρήθηκαν από εθελοντές, οι οποίοι διατίθεται σε 20 θέσεις, στην καλύτερη περίπτωση. Οι αλγόριθμοι ερμηνείας κατασκευάστηκαν συγκρίνοντας τις μετρήσεις των δορυφόρων σε διαφορετικά φασματικά κανάλια με τις παρατηρήσεις πεδίου. Οι χάρτες ποιότητας νερού παρήχθησαν από την εφαρμογή αυτών των αλγορίθμων σε κάθε εικονοστοιχείο του νερού στην εικόνα. Η θολότητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών στο νερό και η ερμηνεία της βασίζεται στο γεγονός ότι η αύξηση της θολότητας αυξάνει την ανάκλαση από το νερό. Στη Λίμνη Lohjanjärvi, η διαφάνεια (transparency) Secchi που υπάρχει κυρίως εξηγείται από θολότητα και ως εκ τούτου, μπορεί επίσης, να ερμηνευθεί από τις δορυφορικές εικόνες ETM+/TM. Σύμφωνα με την ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων ΕΤΜ+ και TM οι παρατηρούμενες τοπικές διαφορές της διαφάνειας (transparency) Secchi στη λίμνη Lohjanjärvi είναι περίπου οι ίδιες κατά τη διάρκεια των χωρίς πάγο περιόδων: οι χαμηλότερες διαφάνειες Secchi είναι στις ίδιες περιοχές, αν και οι τιμές την άνοιξη ήταν χαμηλότερες από το καλοκαίρι. Η χαμηλότερη τιμή της διαφάνειας Secchi ήταν στο ανατολικό τμήμα της λίμνης που η ποιότητα των υδάτων επηρεάζεται μεταξύ άλλων από την διάχυση υλικού μέσω της εισόδου Hossa στα βορειοανατολικά (Εικόνα 1). Επίσης στα νότια τμήματα η διαφάνεια Secchi ήταν χαμηλότερη σε σχέση με τις κεντρικές περιοχές της λίμνης. Σε γενικές γραμμές, το νερό γίνεται καθαρότερο από την ανατολή στη δύση. Στον Outamonjärvi, τον προστατευόμενο κόλπο στο βορρά, ήταν το καθαρότερο μέρος της λίμνης τόσο την άνοιξη όσο και το καλοκαίρι. Η σύγκριση των χαρτών θολότητας επεσήμανε ότι η θολότητα την άνοιξη μπορεί να είναι 2-3 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με την θολότητα στα τέλη του καλοκαιριού (Εικόνα 2). Το καλοκαίρι του 2004 ήταν εξαίρεση, επειδή μεγάλες πλημμύρες αύξησαν την θολότητα στο ανατολικό τμήμα της λίμνης στο ίδιο επίπεδο με την άνοιξη, όπως υποδεικνύεται από την εικόνα του Θεματικού Χαρτογράφου (TM) της 5 Αυγούστου 2004.
Αποτελέσματα
Η τηλεπισκόπηση είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο στις λίμνες όπου οι μεταβολές στο χώρο της ποιότητας των υδάτων είναι μεγάλες. Η ίδια μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί για η χαρτογράφηση των λιμνών σε μεγάλες περιοχές, διότι μία εικόνα ETM+/TM καλύπτει έκταση 150 km x 150 km. Οι μετρήσεις μέσω αεροφωτογραφιών που πραγματοποιήθηκαν στη Λίμνη Lohjanjärvi δείχνουν, ότι εκτός της θολότητας, το σύνολο των αιωρούμενων στερεών και της διαφάνειας Secchi μπορεί επίσης να εκτιμηθεί με χρήση τηλεπισκόπησης, το τροφικό επίπεδο (χλωροφύλλη α) και χουμικές (humic) ουσίες. Ωστόσο, η εκτίμηση της χλωροφύλλης α δεν είναι ακόμη δυνατή με επιχειρησιακά δορυφορικά όργανα με υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα λόγω έλλειψης των χαρακτηριστικών των οργάνων (π.χ. διαμόρφωση του καναλιού). Για το καλύτερο αποτέλεσμα, οι συμβατικές μέθοδοι παρακολούθησης των λιμνών (δειγματοληψία νερού) θα πρέπει να συγχρονιστούν με τα περάσματα των δορυφόρων. Με τη βοήθεια των δορυφορικών εικόνων τα αποτελέσματα της παρακολούθησης που μετρώνται σε σταθερούς σταθμούς μπορούν στη συνέχεια να επεκταθούν σε μεγάλες περιοχές σε μια λίμνη και σε μια ομάδα λιμνών. Οι μετρήσεις των εθελοντών για την διαφάνεια Secchi χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία της εικόνας για πρώτη φορά στην Ευρώπη. Αυτό το πείραμα ήταν επιτυχές και με τη βοήθεια των εθελοντικών παρατηρήσεων για πιο αξιόπιστες ερμηνείες των εικόνων θα μπορούσαν να γίνουν παρά μόνο με τη χρήση των μετρήσεων πεδίου.
