Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Li A. et al., 2006. Eco-environmental vulnerability evaluation in mountainous region using remote sensing and GIS—A case study in the upper reaches of Minjiang River, China Ecological Modelling 192. 175–187

Εισαγωγή

Η περιοχή μελέτης, η πεδιάδα Qinghai στον άνω ρου του ποταμού Minjiang, χαρακτηρίζεται από ποικίλο ανάγλυφο και εμφανίζει την τυπική ευπάθεια των ορεινών οικοσυστημάτων. Προκειμένου να αναλυθεί η οικο-περιβαλλοντική ευαισθησία, χρησιμοποιήθηκαν τεχνολογίες τηλεπισκόπησης (RS) και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS) για την ανάπτυξη ενός αριθμητικού μοντέλου με τη μέθοδο Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (Spatial Principle Component Analysis (SPCA)). Το μοντέλο συνίσταται από εννέα παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων του υψομέτρου, της κλίσης, της αθροιστικής θερμοκρασίας, του δείκτη ξηρασίας, της χρήσης γης, της βλάστησης, του εδαφικού τύπου, της διάβρωσης του εδάφους και της πυκνότητας του πληθυσμού. Με το μοντέλο αυτό υπολογίζεται ο Δείκτης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας της περιοχής μελέτης για τα έτη 1972, 1986 και 2000, υποδεικνύοντας τα πέντε επίπεδα ευπάθειας: εν δυνάμει, ασήμαντη, μικρή, μέτρια, σημαντική ευπάθεια. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η οικο-περιβαλλοντική ευαισθησία στην περιοχή μελέτης βρίσκεται στο επίπεδο μέτριας ευπάθειας και εξαρτάται σημαντικά από το υψόμετρο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτά, η περιοχή μελέτης διαιρείται σε τρεις ζώνες, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για το σχεδιασμό δράσεων για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος.

Περιοχή μελέτης

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στην πεδιάδα του άνω ρου του ποταμού Minjiang, στα ανατολικά της πεδιάδας Qinghai–Tibet, έχει συνολική έκταση 23.000km2 και διοικητικά υπάγεται σε 5 διαφορετικές επαρχίες της Κίνας. Πρόκειται για ορεινή περιοχή, με ποικίλο ανάγλυφο και υψόμετρο από 700m ως 6.260m.

Δεδομένα

• Τηλεπισκοπικά δεδομένα. Λήφθηκαν τηλεπισκοπικές απεικονίσεις από το Θεματικό Χαρτογράφο (Δεκέμβριος 1986 και 2000) και τον αισθητήρα MSS (Multispectral Scanner) (Δεκέμβριος 1972) του δορυφόρου Landsat 5, διακριτικής ικανότητας 30m και 80m, αντίστοιχα. Αξιοποιήθηκαν προκειμένου να προκύψουν οι κατηγορίες κάλυψης γης και τα είδη βλάστησης μέσω επιβλεπόμενων μεθόδων. Συγκρίθηκαν οι γεωαναφερμένες επεξεργασμένες εικόνες από MSS και ΤΜ και επαληθεύθηκαν τα αποτελέσματα με επιτόπια αυτοψία.
• Εδαφικός τύπος. Δεδομένα για τον τύπο του εδάφους και για τη διάβρωση του εδάφους από τη βάση δεδομένων Ινστιτούτου Εφαρμογών Τηλεπισκόπησης της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών για το 1999.
• Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους. Τα δεδομένα παρασχέθηκαν από το Υπουργείο Ερευνών και Χαρτογραφίας σε χάρτες κλίμακας 1:50.000. Από το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους προέκυψαν δεδομένα για το υψόμετρο και την κλίση των πρανών της περιοχής μελέτης.
• Μετεωρολογικά δεδομένα. Παρασχέθηκαν από το Ινστιτούτο Φυσικών Πόρων και Γεωργικής Έρευνας της Κινεζικής Ακαδημίας Γεωργικών Επιστημών.
• Στατιστικά δεδομένα για το οικονομικό - κοινωνικό περιβάλλον, παρασχεθέντα από την αρμόδια στατιστική υπηρεσία

Μεθοδολογία Αξιολόγησης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας

Οι παράμετροι που λήφθηκαν υπόψη, προκειμένου να ενσωματωθούν στην αξιολόγηση οι πιέσεις στην περιοχή και από το φυσικό αλλά και από το ανθρωπογενές περιβάλλον, είναι οι εξής: το υψόμετρο, η κλίση πρανών, η αθροιστική θερμοκρασία, ο δείκτης ξηρασίας, η χρήση γης, το είδος βλάστησης, ο τύπους εδάφους, ο βαθμός διάβρωσης και πληθυσμιακή πυκνότητα. Η αρνητική επίδραση του κάθε παράγοντα στην οικο-περιβαλλοντική σταθερότητα έχει ταξινομηθεί σε πέντε επίπεδα (2, 4, 6, 8, και 10). Σημαντικό βήμα αποτελεί η μετατροπή των κριτηρίων σε δείκτες αξιολόγησης. Επιλέχθηκε η μέθοδος Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών, παραλλαγή της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών, κατά την οποία τυποποιούνται τα πρωτογενή δεδομένα, δημιουργείται πίνακας συνδιασποράς R για κάθε μεταβλητή και σε κάθε ομάδα τίθενται οι κύριες συνιστώσες. Οι άξονες του νέου χώρου είναι ασυσχέτιστες και, κατ΄ αυτόν τον τρόπο, ο τελικός Δείκτης Αξιολόγησης Τρωτότητας (ΔΑΤ), βάσει των επιλεγμένων κριτηρίων, ορίζεται ως το άθροισμα των ζευγών των σταθμισμένων κριτηρίων. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ΔΑΤ τόσο περισσότερο τρωτό είναι το περιβάλλον της περιοχής. Με ανάλογο τρόπο υπολογίστηκαν οι Δείκτες για την περιοχή μελέτης και τα έτη 1972, 1986 και 2000. Οι τιμές που προκύπτουν από τον υπολογισμό των δεικτών είναι συνεχείς. Μέσω της ανάλυσης του ιστογράμματος της κατανομής του δείκτη η τρωτότητα του περιβάλλοντος ταξινομείται σε πέντε επίπεδα: σε εν δυνάμει ευπάθεια, ασήμαντη, μικρή, μέτρια και σημαντική. Παράδειγμα της ανάλυσης του ιστογράμματος για το έτος 2000 φαίνεται στην Εικόνα 2. Για την ποσοτική ανάλυση των τάσεων μεταβολής της περιβαλλοντικής ευαισθησίας, στα προαναφερθέντα επίπεδα αποδίδεται ο βαθμός ευπάθειας από Ι ως IV, αντίστοιχα. Έτσι, ο Ολικός Δείκτης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας (EVSI) προκύπτει ως το άθροισμα των σταθμισμένων βάσει του ποσοστού κάλυψης βαθμών αξιολόγησης της κάθε παραμέτρου.

Αποτελέσματα

Βαθμός Ευαισθησίας

Βάσει των ως άνω, υπολογίστηκαν οι δείκτες περιβαλλοντικής ευαισθησίας για την περιοχή μελέτης και για τα έτη 1972, 1986 και 2000 (Εικόνα 3), όπου φαίνεται ότι ο δείκτης EVSI αυξάνεται από 3,3116 το 1972 σε 3,3729 και 3,4027 το 1986 και 2000, αντίστοιχα, και άρα αυξάνεται και η τρωτότητα του οικοσυστήματος. Η τάση του δείκτη που παρουσιάζεται σαφέστερα στο διάγραμμα της Εικόνας 4, ενώ φαίνεται ότι το κέντρο της ασύμμετρης κανονικής κατανομής μετακινείται προς τα μεγαλύτερα επίπεδα ευαισθησίας. Είναι εμφανές από τη χωρική κατανομή του δείκτη ότι η οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας σχετίζεται με το υψόμετρο. Τα επίπεδα ευαισθησίας ΙΙΙ και IV εμφανίζονται κυρίως σε υψόμετρο από 2.600 έως 4.400m, τα χαμηλότερα επίπεδα ευαισθησίας σε χαμηλότερα υψόμετρα από 2.600m. Ακόμα, ευπαθέστερες φαίνεται να είναι οι περιοχές προς το βορρά παρά προς το νότο.

Οι πιέσεις που οδηγούν σε αυτές τις μεταβολές σχετίζονται με ανθρωπογενείς παράγοντες και ιδιαίτερα με την υπερεκμετάλλευση της ξυλείας και με τις αλλαγές στις χρήσεις γης.

Ιστορικά έχει καταγραφεί μείωση της δασικής έκτασης της περιοχής μελέτη, ιδίως κατά τη δεκαετία του 1980 με την γενικότερη τεράστια άνθηση των οικονομικών δραστηριοτήτων, οπότε και η υλοτομία θεωρήθηκε σημαντικό εισόδημα, κάτι που εκτιμάται ότι έχει οδηγήσει στην υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Η ροή του ποταμού Minjiang συσχετίζεται σημαντικά με τις δασικές εκτάσεις. Όταν η κάλυψη δασικής έκτασης είναι κάτω από 18,46%, κατά την ξηρή περίοδο ο ποταμός σχεδόν στερεύει, ενώ κατά την περίοδο των βροχοπτώσεων παρουσιάζει υψηλότερες από το σύνηθες παροχές.

Ζώνες Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας

Προκειμένου τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής να μπορέσουν να αξιοποιηθούν στο σχεδιασμό πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος κρίθηκε απαραίτητο να γίνει η ζωνοποίηση του δείκτη οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας στις τρεις παρακάτω ζώνες (Εικόνα 5):

I. Περιοχή σημαντικής ευπάθειας χρήζουσα αυστηρής προστασίας. Πρόκειται για περιοχή έκτασης 601.200 km2 και χαμηλή πυκνότητα πληθυσμού κάτω από 10 άτομα / km2. Χαρακτηρίζεται από ψηλά βουνά και λοφώδη εδάφη. Το οικοσύστημα αποτελείται από κωνοφόρα αλπικό δάσος, αλπικό θαμνώνες και λιβάδια.

II. Περιοχή μικρής και μέτριας ευπάθειας χρήζουσα εστιασμένης προστασίας. Πρόκειται για περιοχή έκτασης 1.495.067 km2 αντιπροσωπεύοντας το 60,47% του συνόλου της περιοχής μελέτης και ως επί το πλείστον χαμηλή πυκνότητα πληθυσμού, κάτω από 20 άτομα / km2. Χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλά βουνά με ποικίλα είδη βλάστησης, όπως θάμνοι, λιβαδικές περιοχές, αλπικά δάση αείφυλλων πλατύφυλλων, αλπικά δάση κωνοφόρων.

ΙΙΙ. Περιοχή ασήμαντης ευπάθειας. Συνολικής έκτασης 376.079 km2 αντιπροσωπεύει μόνο το 15,21% της περιοχής μελέτης. Αποτελεί πυρήνα της οικονομικής ανάπτυξης. Είναι η πιο πυκνοκατοικημένη περιοχή, όπου συγκεντρώνονται καλλιεργήσιμα εδάφη. Τα οικοσυστήματα που συναντώνται είναι χαμηλή βλάστηση και λειμώνες, δάση αειθαλή, κωνοφόρα και μικτά.

Συμπεράσματα

Είναι φανερό ότι η τάση προς υψηλότερα επίπεδα οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας κατά την τελευταία δεκαπενταετία, έστω και με βραδείς ρυθμούς, οφείλεται σε σημαντικό βαθμό στη μη ορθολογική ανάπτυξη της οικονομία και την καθυστερημένη εφαρμογή πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι τα αντισταθμιστικά μέτρα που πρέπει να ληφθούν αλλά και η περεταίρω ανάπτυξη της περιοχής πρέπει να γίνουν βάσει της ως άνω ζωνοποίησης.

Ακόμα, η υπό εξέταση μεθοδολογία, η οποία ενσωματώνει τεχνολογίες τηλεπισκόπησης και GIS με τη μαθηματική προσέγγιση Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (SPCA) αποτελεί σημαντικό εργαλείο για το σχεδιασμό πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος, ιδίως αν εφαρμοστεί σε μικρότερη κλίμακα.