Δορυφορική παρακολούθηση των παράκτιων υγροτόπων και ακτογραμμών στη Βόρεια Καρολίνα
Από RemoteSensing Wiki
Επισκόπηση προγράμματος
Οι κομητείες Hyde, Tyrrell και Dare στην ανατολική Βόρεια Καρολίνα καταλαμβάνουν τις ακτές των εκβολών των ποταμών Albemarle και Pamlico Sound, ιδιαίτερα την ηπειρωτική πλευρά – τις «Εσωτερικές Όχθες», αντίστοιχες προς τις πιο τουριστικές Εξωτερικές Όχθες. Η διάβρωση των ακτών, η άνοδος της στάθμης της θάλασσας και η αύξηση της έντασης των καταιγίδων συνιστούν μια καλά τεκμηριωμένη απειλή για τα οικονομικά συμφέροντα στις Εξωτερικές Όχθες. Λιγότερο εμφανής, αλλά όχι λιγότερο σημαντική, είναι η πιθανότητα οι ίδιες αυτές επιρροές να επηρεάσουν τα οικοσυστήματα των εκβολών και τις κοινότητες των Εσωτερικών Οχθών. Η απώλεια φυσικών περιβαλλόντων λόγω πλημμυρών των παράκτιων ελών, σε συνδυασμό με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας και την αυξημένη ένταση των καταιγίδων μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες ζημιές σε ακίνητα από πλημμύρες, καθώς και σε επιπτώσεις στους πόρους αλιείας και άγριας ζωής. Η Pamlico Sound, που βρίσκεται στη Βόρεια Καρολίνα, είναι η μεγαλύτερη λιμνοθάλασσα εκβολών κατά μήκος της ανατολικής ακτής των Ηνωμένων Πολιτειών. Η Διεύθυνση Παράκτιας Διαχείρισης της Βόρειας Καρολίνας (NCDCM) έχει την ευθύνη για τη διαχείριση των παράκτιων πόρων και τον μετριασμό των παράκτιων κινδύνων. Για να τη βοηθήσει στο έργο της, μια ομάδα φοιτητών από το Εθνικό Πρόγραμμα DEVELOP [ΑΝΑΠΤΥΞΗ], ένα αναπτυξιακό πρόγραμμα πρακτικής άσκησης εργατικού δυναμικού υπό την αιγίδα της Διεύθυνσης Επιστημονικών Αποστολών Εφαρμοσμένων Επιστημών της NASA, συνεργάστηκε με τη NCDCM για να βοηθήσει με την εκτίμηση των αλλαγών στην ακτογραμμή και την απώλεια φυσικών περιβαλλόντων σε παράκτιους υγρότοπους με τη χρήση δορυφορικής τηλεανίχνευσης.
Με τη μελέτη των λειτουργιών των οικοσυστημάτων και τις τάσεις στις μετακινήσεις των ακτογραμμών, η ομάδα DEVELOP βοήθησε να δημιουργηθεί μια ανάλυση της αλλαγής της ακτογραμμής και του τρόπου που η παράκτια διάβρωση έχει επηρεάσει τα συστήματα της εκβολής. Ο στόχος αυτού του προγράμματος είναι να ανιχνεύσει τις αλλαγές κατά μήκος της ακτογραμμής και των εκβολών και να μετρήσει πώς αλλάζουν στον χρόνο, το μέγεθος και το είδος των γεγονότων που μπορεί να προκαλέσει αλλαγές. Σε αυτό θα μπορούσε να παίξει ρόλο μια σειρά από παράγοντες· οι εκβολές αντιμετωπίζουν καθημερινή διάβρωση η οποία καταστρέφει τη γη γύρω από πολλά σπίτια και δομές, ενώ τροπικοί κυκλώνες και καταιγίδες από τα βορειοανατολικά μπορούν να προκαλέσουν μεγάλης κλίμακας διάβρωση σε μικρές χρονικές περιόδους. Η διάβρωση των Εσωτερικών Οχθών έχει τεκμηριωθεί επαρκώς, αλλά εντός των Εσωτερικών Οχθών το μέγεθος του προβλήματος δεν είναι επαρκώς εδραιωμένο. Αν οι ακτογραμμές των δύο μεγάλων παράκτιων εκβολών υποβάλλονται σε ταχεία, σημαντική αλλαγή, ο κίνδυνος για τις δομές, τις ιστορικές περιοχές και τα φυσικά περιβάλλοντα άγριας ζωής είναι αναμφισβήτητος.
Με μια ακριβή μέθοδο αξιολόγησης των ακτογραμμών βασισμένη σε δορυφορικές εικόνες, η NCDCM θα μπορούσε να εξετάσει προηγούμενες δορυφορικές εικόνες και να αξιολογήσει το μέγεθος και τον χρόνο των αλλαγών στις ακτογραμμές. Παρόλο που η NCDCM διεξάγει εκατονταετείς αξιολογήσεις υψηλής ανάλυσης της ακτογραμμής με τη χρήση αεροφωτογράφισης, η μέθοδος αυτή δεν μπορεί να αξιολογήσει τις διαφορές που προκαλούνται από μεμονωμένα επεισόδια όπως οι τροπικοί κυκλώνες λόγω του κόστους των εναέριων υπερπτήσεων. Έτσι, ένα σύνολο δεδομένων μέσης ανάλυσης αλλά υψηλότερης συχνότητας θα μπορούσε να βοηθήσει τη NCDCM στη λήψη πολιτικών αποφάσεων σχετικά με τη διαχείριση των ακτών, δίνοντάς της μια βιώσιμη μέθοδο αξιολόγησης των γεγονότων που μπορεί να προσφέρει γνώσεις αναφορικά με το ποια από αυτά τα γεγονότα προκαλούν μεγάλες αλλαγές και το πού αυτές οι αλλαγές εντοπίζονται, ώστε να προσδιοριστούν τα ακίνητα και τα φυσικά περιβάλλοντα που βρίσκονται σε κίνδυνο· αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη αξιολόγηση του τρόπου διαχείρισης της ακτογραμμής ώστε να διασφαλιστεί ένα ελάχιστο απώλειας περιουσίας, οικολογικής βλάβης και οικονομικής ζημίας από γεγονότα όπως τυφώνες και καταιγίδες από τα βορειοανατολικά. Για να επιτευχθούν όλα αυτά, η ακτογραμμή πρέπει πρώτα να εντοπίζεται με ακρίβεια.
Το εν λόγω πρόγραμμα χρησιμοποίησε έξι δορυφορικές εικόνες Landsat από την ιστοσελίδα USGS GloVis (Εικόνες 1 και 2). Οι έξι εικόνες ήταν από διαφορετικές χρονικές περιόδους εντός του ίδιου έτους για να περιοριστεί η μεταβλητότητα μεταξύ των ετών. Κάθε εικόνα ταξινομήθηκε σε δύο κατηγορίες, έδαφος ή νερό, όπου στα εικονοστοιχεία εδάφους δόθηκε τιμή 0 και στα εικονοστοιχεία νερού δόθηκε τιμή 1. Με στηλοθέτηση των έξι εικόνων και προσθέτοντας το συνολικό άθροισμα για κάθε εικονοστοιχείο, τρία αποτελέσματα ήταν πιθανά. Αν το συνολικό άθροισμα του εικονοστοιχείου ήταν 0, τότε το εικονοστοιχείο ήταν πάντοτε έδαφος και παρέμενε αμετάβλητο. Αν το εικονοστοιχείο ήταν πάντοτε νερό, το άθροισμα ήταν 6. Κάθε άθροισμα μεταξύ αυτών των δύο άκρων ήταν μεταβλητή – δηλαδή, κάποιες φορές περιείχε νερό και κάποιες άλλες έδαφος. Παλιρροϊκοί παράγοντες, εκδηλώσεις καταιγίδων, μαζική ερήμωση και άλλα φαινόμενα θα μπορούσαν να συμβάλλουν σε μια αλλαγή στα εικονοστοιχεία από έδαφος σε νερό, υποδηλώνοντας έτσι την παρουσία μιας δυναμικής ακτογραμμής. Αυτή η μεταβλητότητα έδειχνε ότι το εικονοστοιχείο ήταν μέρος της ακτογραμμής, όντας αρκετά κοντά στο νερό ώστε ενίοτε να βυθίζεται, ενώ ήταν και εκτεθειμένο. Εικόνες της ακτογραμμής παρήχθησαν και επιστρώθηκαν πάνω σε ένα υψηλής ανάλυσης αρχείο shapefile της ακτογραμμής που παρέσχε η NCDCM. Η σύγκριση των δύο εικόνων έδειξε αποδεκτή ακρίβεια αυτής της μεθόδου ακτογραμμής, υποδεικνύοντας ότι θα μπορούσε να είναι χρήσιμη στη NCDCM για γενική αξιολόγηση της θέσης της ακτογραμμής και των αλλαγών.
Η ομάδα DEVELOP βοήθησε τη NCDCM διερευνώντας μεθόδους με τις οποίες οι υγρότοποι των εκβολών θα μπορούσαν να εξεταστούν με τη χρήση δορυφορικών εικόνων. Συγκρίνοντας ένα αρχείο shapefile των υγροτόπων που παρείχε η NCDCM με μια ποικιλία ζωνών και με χειρισμούς των ζωνών των εικόνων Landsat, η ομάδα DEVELOP συμπέρανε ότι οι συγκεκριμένοι υγρότοποι έτειναν να παρουσιάζουν μειωμένη χλωροφύλλη (χρησιμοποιώντας έναν πρότυπο Ομαλοποιημένο Ψηφιοποιημένο Δείκτη Βλάστησης) σε σχέση με τις γύρω εκτάσεις γης. Επιπλέον, η διάκριση από το γυμνό έδαφος (π.χ. καλλιεργημένα χωράφια) μπορούσε να επιτευχθεί με περαιτέρω εξέταση της ημι-υπέρυθρης ζώνης (b5) του Landsat (Εικόνα 3). Η θέση των υγροτόπων μπορούσε να καθοριστεί από τον συνδυασμό NDVI και Β5, δίνοντας στη NCDCM τη δυνατότητα να εξετάσει παλαιότερες εικόνες και να εξακριβώσει πώς οι υγρότοποι έχουν αλλάξει από το 1983.
Οι παράκτιοι υγρότοποι συμβάλλουν σε μια σειρά από χρήσιμες λειτουργίες. Ως μοναδικό φυσικό περιβάλλον, μπορούν να είναι φυσική κατοικία για απειλούμενα είδη και να χρησιμεύουν ως ενδιαιτήματα ψαριών, περιοχές αναπαραγωγής πτηνών και ως φυσική κατοικία για άλλη χλωρίδα και πανίδα (Εικόνα 4). Παρέχουν επίσης τα προς το ζην σε χιλιάδες στον κλάδο της αλιείας και θαλασσινών. Επιπλέον, παρέχουν έναν θώρακα προστασίας ενάντια στις καταιγίδες, απορροφώντας μερικές από τις επιπτώσεις των καταιγίδων και των ισχυρών ανέμων που διαφορετικά θα μπορούσαν να βλάψουν τα σπίτια και τις κοινότητές κοντά στην ακτή. Ως εκ τούτου, η απώλεια των ενδιαιτημάτων αυτών πρέπει να παρακολουθείται προσεκτικά και η βελτιωμένη διαχείριση, καθώς και η υποστήριξη λήψης αποφάσεων είναι απαραίτητες για την παράκτια Βόρεια Καρολίνα.
