Εδαφική ανάπτυξη, χρήσεις γης και αστική εξάπλωση στο Πουέρτο Ρίκο με την ενσωμάτωση δεδομένων τηλεπισκόπησης και πληθυσμιακής απογραφής

Από RemoteSensing Wiki

Αντικείμενο Εφαρμογής: Τηλεπισκόπηση και Αστικός Χώρος

Πρωτότυπος Τίτλος: « Land development, land use, and urban sprawl in Puerto Rico integrating remote sensing and population census data »

Συγγραφείς: Sebastián Martinuzzi, William A. Gould, Olga M. Ramos González

Δημοσιεύθηκε: Landscape and Urban Planning, Volume 79, Issues 3–4, 2 March 2007, Pages 288-297

Πηγή: [13]

Λέξεις Κλειδιά: εδαφική ανάπτυξη, αστική κάλυψη, αστική εξάπλωση, απογραφή πληθυσμού, χρήσεις γης, τηλεπισκόπηση, Πουέρτο Ρίκο.

Περίληψη

Το νησί του Πουέρτο Ρίκο χαρακτηρίζεται από μακρά ιστορία αναποτελεσματικού σχεδιασμού χρήσεων γης, έχοντας προκαλέσει τον υψηλό βαθμό αστικής εξάπλωσης στο 40% του νησιού. Η μητροπολιτική περιοχή San Juan είναι μια από τις πιο διευρυμένες αστικές περιοχές με πληθυσμό 2-2,5 εκατομμύρια, συγκρίσιμη με τις πιο εκτεταμένες πόλεις της ΗΠΑ (Γραφείο απογραφής των Η.Π.Α., 2000). Χρησιμοποιώντας τηλεπισκοπικά και απογραφικά στοιχεία, για πρώτη φορά στα δεδομένα της Καραϊβικής για μελέτη του ανθρώπινου περιβάλλοντος, γίνεται κατανοητό πώς οι άνθρωποι αξιοποιούν τη γη. Η περιοχή μελέτης χωρίστηκε σε: Αστική (16%), Αγροτικού Πληθυσμού (36%) και Αραιοκατοικημένη αγροτική (48%) γη. Η μελέτη αυτή ενισχύει την ανάγκη ενός αποτελεσματικού σχεδιασμού χρήσεων γης.

Εισαγωγή

Οι λεπτομερείς αναλύσεις της αστικής ανάπτυξης και της πληθυσμιακής κατανομής στο Πουέρτο Ρίκο είναι χρήσιμες για την προβολή των τάσεων στην αστικοποίηση, την αξιολόγηση της «έξυπνης ανάπτυξης» και των προσπαθειών διατήρησης της και για την αξιολόγηση των επιπτώσεων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο οικοσύστημα. Σε αυτή τη μελέτη συνδυάσαμε τις δορυφορικές πληροφορίες με δεδομένα απογραφής πληθυσμού για να μελετήσουμε τρεις κύριες πτυχές του τοπίου του Πουέρτο Ρίκο: ανάπτυξη, χρήσεις γης και αστική εξάπλωση. Το Πουέρτο Ρίκο χαρακτηρίζεται από μια ραγδαία οικιστική ανάπτυξη χρόνια και μετασχηματισμό γης τα τελευταία 40 (Helmer, 2004), αλλά και από πλούσιο τροπικό τοπίο και γεωργικές εκτάσεις, που συνεχώς τροποποιούνται από ανθρώπινες δραστηριότητες. Σήμερα, οι κάτοικοί του υποφέρουν από τις συνέπειες και πληρώνουν το κόστος της εξάπλωσης. Οι τεχνολογίες τηλεπισκόπησης παρέχουν ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη αστικών προβλημάτων. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνολογίες θα μελετηθεί η αστική χρήση και η κατανάλωση γης. Το μεγαλύτερο πρόβλημα για τη χαρτογράφηση των αστικών περιοχών με τη χρήση δορυφορικών απεικονίσεων έγκειται στην ποικιλομορφία και την ετερογένεια της φασματικής απόκρισης, με αποτέλεσμα την υπεροχή των φαινομενικά μικτών εικονοστοιχείων Landsat εικόνων των αστικών περιοχών (Small, 2003).

Δεδομένα και μέθοδοι

Οι πόροι για τη μελέτη αυτή αποτελούνται από εικόνες Landsat ETM+ που αποκτήθηκαν μεταξύ 1999 και 2003, αεροφωτογραφίες NOAA από το 1999 και πληροφορίες από την Απογραφή των ΗΠΑ 2000, συμπεριλαμβανομένου του πληθυσμού και την Ταξινόμηση Αστικών και Αγροτικών Περιοχών., με ανάλυση εικονοστοιχείου 15μ. Πρόγραμμα ανάλυσης είναι το ERDAS IMAGINE 8.7. Η διαδικασία της μελέτης χωρίστηκε σε έξι βήματα (εικ. 1): 1.Προετοιμασία εικόνας: σύνθετη εικόνα για το Πουέρτο Ρίκο ως αποτέλεσμα δύο ψηφιδωτών που καλύπτουν το 97% του Πουέρτο Ρίκο. Μόνο το 3% του νησιού καλύπτεται επίμονα από σύννεφα, κυρίως σε δασικές εκτάσεις σε μεγάλα υψόμετρα. 2.Χαρτογράφηση ανεπτυγμένων περιοχών: συνδέθηκαν δύο επιμέρους αστικές/οικιστικές καλύψεις και οι περιοχές με σύννεφα αντικαταστάθηκαν από προηγούμενα δεδομένα κάλυψης γης. 3.Ανάλυση μοντέλων αστικής ανάπτυξης: υψηλής (αστικά εικονοστοιχεία που περιβάλλουν περισσότερο από το 50% των αναπτυγμένων εικονοστοιχείων) και χαμηλής πυκνότητας. 4.Ανάλυση χρήσεων γης: διαχωρισμός αστικών (η παρουσία αναπτυγμένων εικονοστοιχείων είναι μεγαλύτερη από 20% μέσα στο πλαίσιο) και αγροτικών εκτάσεων. 5.Ανάλυση κατανάλωσης γης: υπολογισμός διαφοράς πραγματικού και αναμενόμενου πληθυσμού, με υπόθεση ότι οι περιοχές με πληθυσμό υψηλότερο από τον αναμενόμενο θα έχουν χαμηλότερη κατανάλωση γης από τις περιοχές με πληθυσμό χαμηλότερο από τον αναμενόμενο. 6.Ανάλυση της αστικής εξάπλωσης: σχήμα κατηγοριοποίησης εξάπλωσης των αστικών μεταβολών με την ενσωμάτωση προηγούμενων βημάτων (Εικ. 2). Αναγνωρίστηκαν πέντε τάξεις αυξανόμενης τάσης προς εξάπλωση, κυμαινόμενες από 1 (χαμηλότερη τάση) έως 5 (υψηλότερη τάση).

Εικόνα 1. Έξι βήματα που εμπλέκονται στη μεθοδολογία: προετοιμασία εικόνας, αστική χαρτογράφηση, ανάλυση της αστικής πυκνότητας, ανάλυση της χρήσης γης, ανάλυση της κατανάλωσης των αστικών περιοχών και ανάλυση της αστικής εξάπλωσης. Πηγή: [1]

Εικόνα 2: Κανόνες απόφασης για τον εντοπισμό πέντε τάξεων αυξανόμενης τάσης για αστική εξάπλωση με βάση παραμέτρους χρήσης γης, ανάπτυξης γης και κατανάλωσης γης. Πηγή: [2]

Αποτελέσματα

Η μελέτη μας αναφέρεται σε 95.342 εκτάρια εδαφικής εξάπλωσης στο Πουέρτο Ρίκο για την περίοδο 2000-2003, που αντιστοιχούν στο 11% του νησιού. Ο συντελεστής Kappa (Landis και Koch, 1997) μέτρησε ακρίβεια ίση με 94%. Η οπτική ερμηνεία της αστικής/δομημένης κάλυψης δείχνει ότι τα αναπτυγμένα εικονοστοιχεία κατανέμονται σε όλο το νησί, λίγες ανοικτές περιοχές εμφανίζονται χωρίς ανθρώπινη επίδραση (εικ. 3), ενώ σε βουνά η παρουσία ανεπτυγμένων περιοχών αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 7% της συνολικής τους έκτασης (εικ. 4). Από την συνολική δομημένη έκταση, σχεδόν το 60% αντιστοιχεί σε υψηλή πυκνότητα (συμπαγές μοντέλο) και το υπόλοιπο ποσοστό σε χαμηλή (μη συνεχής ανάπτυξη) (εικ.5). Για τις μεταβολές υψηλής πυκνότητας, αλλά για την ανάπτυξη χαμηλής πυκνότητας η μείωση της κλίσης είναι πολύ πιο αργή (εικ. 6). Κατά συνέπεια, η ανάπτυξη υψηλής πυκνότητας κυριαρχεί στις πεδιάδες, ενώ η ανάπτυξη χαμηλής πυκνότητας κυριαρχεί σε λόφους και βουνά (εικ. 7). Η κατανομή των καλύψεων γης στην περιοχή παρουσιάζονται στην εικόνα 8. Οι περιοχές των ανεπτυγμένων και των μη ανεπτυγμένων γαιών είναι περίπου ίσες (εικ. 9). Το αραιοκατοικημένο αγροτικό περιβάλλον αποτελεί το υπόλοιπο 48% του νησιού. Τα υψηλότερα ποσοστά κατανάλωσης γης αναφέρθηκαν σε γειτονιές που κυριαρχούσαν από μη οικιστικές μεταβολές όπως αεροδρόμια, λιμάνια, εμπορικά κέντρα και βιομηχανίες. Οι περιοχές αστικής εξάπλωσης παρουσιάζονται στις εικόνες 10 και 11. Η πυκνότητα του πληθυσμού συγκριτικά με την περιοχή San Juan εμφανίζεται στον πίνακα 1.

Εικόνα 3. Αστική / κατοικημένη κάλυψη εδάφους του Πουέρτο Ρίκο με κόκκινο χρώμα, ίσο με 95.342 εκτάρια ή 11% της συνολικής έκτασης. Τα νησιά Vieques και Culebra δεν περιλαμβάνονται στο χάρτη. Τα γκρίζα χρώματα αντιστοιχούν σε υψηλότερα υψόμετρα, συμπεριλαμβανομένων των κεντρικών βουνών και το εθνικό δάσος της Καραϊβικής στα ανατολικά. (Για την ερμηνεία των αναφορών στο χρώμα σε αυτή τη μνήμη, ο αναγνώστης παραπέμπεται στην έκδοση ιστού του άρθρου.) Πηγή: [3]

Εικόνα 4. Κατανομή των αστικών εξελίξεων σε πεδιάδες, λόφους και βουνά. Οι πεδιάδες αποτελούν 55.822 εκτάρια αστικών εξελίξεων, λόφους 12.284 εκτάρια και ορεινά 27.236 εκτάρια. Πηγή: [4]

Εικόνα 5. Πρότυπα αστικής ανάπτυξης του Πουέρτο Ρίκο: εξελίξεις υψηλής πυκνότητας (σε μαύρο χρώμα) και εξελίξεις χαμηλής πυκνότητας (με κόκκινο χρώμα). (Για την ερμηνεία των αναφορών στο χρώμα σε αυτή τη μνήμη, ο αναγνώστης παραπέμπεται στην έκδοση ιστού του άρθρου.) Πηγή: [5]

Εικόνα 6. Κατανομή της αστικής ανάπτυξης σε σχέση με την πλαγιά. Η γραμμή μεταξύ 5◦ και 6◦ αντιπροσωπεύει το σημείο διακοπής για το ποσοστό των εξελίξεων χαμηλής και υψηλής πυκνότητας. Η κορυφή σε 2◦ είναι ένα τεχνούργημα από το DEM (παρόμοια κορυφή βρίσκεται στο DEM). Πηγή: [6]

Εικόνα 7. Κατανομή αστικών περιοχών υψηλής και χαμηλής πυκνότητας σε πεδιάδες, λόφους και βουνά. Πηγή: [7]

Εικόνα 8. Οι χρήσεις γης του Πουέρτο Ρίκο, συμπεριλαμβανομένων των αστικών, πυκνοκατοικημένων αγροτικών περιοχών και των αραιοκατοικημένων αγροτικών περιοχών. Πηγή: [8]

Εικόνα 9. Ποσοστό τύπων χρήσεων γης, συμπεριλαμβανομένης της σχέσης μεταξύ ανεπτυγμένων και μη αναπτυγμένων εικονοστοιχείων. Πηγή: [9]

Εικόνα 10. Χάρτης των αναπτυγμένων περιοχών που παρουσιάζουν διαφορετικές τάσεις προς την αστική εξάπλωση. Πηγή: [10]

Εικόνα 11. Κατανομή της αστικής εξάπλωσης στις αστικές εξελίξεις με διαφορετικές χρήσεις γης. Πηγή: [11]

Πίνακας 1. Σύγκριση της μητροπολιτικής περιοχής του Σαν Χουάν με τις πόλεις του κόσμου με παρόμοιο πληθυσμό (α), την έκταση (β) ή την πυκνότητα του πληθυσμού (γ). Πηγή: [12]

Συζήτηση

Οι αστικές μεταβολές αποτελούν μείζονα συνιστώσα του τοπίου και ως εκ τούτου πρέπει να εξεταστούν προσεκτικά σε κάθε περιφερειακή ανάλυση για σκοπούς που σχετίζονται με την ανάπτυξη και τη συντήρηση της γης. Η παρούσα μεθοδολογία για την χαρτογράφηση των δομημένων περιοχών είναι ιδιαίτερα πρακτική για μικρές περιοχές όπως το Πουέρτο Ρίκο ή άλλα νησιά της Καραϊβικής. Διαπιστώσαμε ότι το 11% του Πουέρτο Ρίκο καλύπτεται από αστικές/δομημένες επιφάνειες. Η συμπαγής κατασκευή αστικών κέντρων καλύπτει το 60% της συνολικής ανάπτυξης και περιορίζεται σε επίπεδες περιοχές, ενώ το υπόλοιπο 40% στις μορφές χαμηλής πυκνότητας.