Εκτίμηση βάθους πλημμύρας κατά τη διάρκεια του τυφώνα Harvey...

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: Εκτίμηση βάθους πλημμύρας κατά τη διάρκεια του τυφώνα Harvey με χρήση δεδομένων Sentinel-1 και UAVSAR

Πρωτότυπος τίτλος: Flood Depth Estimation during Hurricane Harvey Using Sentinel‐1 and UAVSAR Data

Συγγραφείς: Sananda Kundu, Venkat Lakshmi and Raymond Torres

Δημοσιεύθηκε: Remote Sensing of Water Cycle: Recent Developments and New Insights (2022)

Πηγή: https://cutt.ly/8Scd8ho

Εικ.1: Η περιοχή μελέτης με τα υψόμετρα και τους μετεωρολογικούς σταθμούς

Εικ.2: Χωρική κατανομή κατακρημνίσεων στην περιοχή μελέτης ανά ημέρα

Πίνακας 1: Ιδιότητες των δεδομένων

Εικ.3: Έκταση και βάθος πλημμύρας με χρήση Sentinel-1 και UAVSAR, DEM και extent

Πίνακας 2: Περιοχή διακύμανσης του βάθους των πλημμυρικών υδάτων με χρήση υπολογισμένου βάθους από το DEM

Εικ.4: Σύγκριση του βάθους πλημμύρας και συνολική ακρίβεια μεταξύ των υπολογισμένων δεδομένων

1. Εισαγωγή

Τον Αύγουστο του 2017, ο τυφώνας Χάρβεϊ ήταν μία από τις πιο καταστροφικές καταιγίδες που έπληξαν την περιοχή του Χιούστον, προκαλώντας απώλειες σε ζωές και περιουσίες. Οι χρονικές και χωρικές μεταβολές στο βάθος του νερού και στην έκταση της πλημμύρας αποτελούν θεμελιώδες κομμάτι των μελετών πλημμύρας. Αυτή η εργασία εκτιμά την έκταση και το βάθος της πλημμύρας χρησιμοποιώντας το ψηφιακό μοντέλο LiDAR DEM (light detection and ranging digital elevation model) και δεδομένα από το ραντάρ (SAR)-Unmanned Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) και τον δορυφορικό αισθητήρα-Sentinel-1.

2. Υλικό και Μεθοδολογία

Περιοχή μελέτης και ειδικές συνθήκες

Η περιοχή μελέτης είναι η ευρύτερη περιοχή του Χιούστον, μια πυκνοκατοικημένη αστική-αγροτική περιοχή με έκταση περίπου 4692 km2. Η χρονική περίοδος μελέτης επικεντρώνεται στις πλημμύρες κατά τη διάρκεια και μετά το πέρασμα του τυφώνα Harvey, από τις 29 Αυγούστου έως τις 5 Σεπτεμβρίου 2017.

Στην ευρύτερη περιοχή του Χιούστον, η ημερήσια ένταση των βροχοπτώσεων κυμαινόταν από 10 mm/ημέρα έως πάνω από 100 mm/ημέρα από τις 25 έως τις 29 Αυγούστου 2017, οι μέγιστες πλημμύρες προέκυψαν στις 27 Αυγούστου.

Δεδομένα και επεξεργασία

Οι αναλύσεις της έρευνας κάνουν χρήση των δεδομένων LiDAR DEM και SAR για την εκτίμηση του βάθους και της έκτασης της πλημμύρας. Ο δορυφόρος Sentinel-1 είναι χρήσιμος για την παρακολούθηση των πλημμυρών λόγω της συχνής επανεπίσκεψής του (6 ημέρες). Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα επιπέδου 1 του Sentinel-1 και έγιναν διορθώσεις για την απομάκρυνση του θορύβου. Οι δέκτες UAVSAR του JPL κάλυψαν ολόκληρη την πόλη και τις γύρω περιοχές, λειτουργώντας σε συχνότητα 1,26 GHz. Το UAVSAR χρησιμοποιείται στην παρούσα μελέτη καθώς έχει υψηλή χωρική ανάλυση (1,8 m × 0,8 m) και μεγάλο μήκος κύματος (23,8 cm). Οι εικόνες του UAVSAR και του Sentinel-1 γεωαναφέρθηκαν και μετατρέπονται σε αριθμητικές τιμές για τον προσδιορισμό των πλημμυρισμένων και μη πλημμυρισμένων περιοχών. Αυτές οι επεξεργασμένες εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της έκτασης της πλημμύρας με τη χρήση της μεθόδου κατωφλίου. Οι εκτιμήσεις του βάθους πλημμύρας πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση των υψομέτρων από το DEM LiDAR και την έκταση της πλημμύρας. Εκτιμήθηκε το βάθος της πλημμύρας υπολογίζοντας τη διαφορά του υψομέτρου που λαμβάνεται από τα όρια της έκτασης της πλημμύρας και των αντίστοιχων τιμών υψομέτρου από το DEM LiDAR.

3. Αποτελέσματα

Έκταση πλημμύρας

Όπως παρατηρείται από τις εικόνες της 29ης και 30ης Αυγούστου, αυτές ήταν οι μέγιστες ημέρες πλημμύρας, ενώ η 5η Σεπτεμβρίου παρουσίασε τη μικρότερη ποσότητα πλημμύρας. Η έκταση των πλημμυρισμένης περιοχής για την 29η Αυγούστου ήταν αποσπασματική, αλλά η πιο συνεχής πλημμύρα σημειώθηκε στο δυτικό Χιούστον, η οποία περιλαμβάνει αστικές και αγροτικές περιοχές. Ο χάρτης της 30ής Αυγούστου 2017 δείχνει αύξηση της έκτασης της πλημμύρας κατά 1,22%, υποδεικνύοντας τη μέγιστη περιοχή που επηρεάστηκε από την πλημμύρα. Ωστόσο, η έκταση που έχει καταγραφεί από την πλημμύρα δεν είναι πολύ μεγάλη, η μείωση των βροχοπτώσεων μετά τις 29 Αυγούστου 2017 είχε ως αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση της επίπεδα των υδάτων. Οι βροχοπτώσεις σταμάτησαν μετά τις 29 Αυγούστου 2017. Ως εκ τούτου, η υποχώρηση των νερού παρατηρήθηκε στις 31 Αυγούστου ως μείωση της έκτασης του νερού και υποχώρηση από το κέντρο της πόλης, αν και το νερό διατηρήθηκε στα περίχωρα του Χιούστον στις αγροτικές περιοχές.

4. Συμπεράσματα

Η παρούσα εργασία παριέχει μια εκτίμηση της έκτασης και του βάθους των πλημμυρών κατά τη διάρκεια των του τυφώνα Harvey πάνω από το Χιούστον και τις γύρω περιοχές. Η έκταση της πλημμύρας για τις 6 ημέρες κατά τη διάρκεια του τυφώνα εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα Sentinel-1 και UAVSAR, τα οποία έδειξαν σταδιακή μείωση από τις 29-30 Αυγούστου 2017 έως τις 5 Σεπτεμβρίου 2017. Το βάθος της πλημμύρας εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας ένα DEM LiDAR και την έκταση της πλημμύρας, το οποίο έδειξε βάθος <1 έως 3 m. Η συνολική πλημμυρισμένη περιοχή, όπως παρατηρήθηκε από τα δεδομένα Sentinel-1 και UAVSAR, ήταν μεγαλύτερη στις 30 Αυγούστου 2017 (12,92%), ακολουθούμενη από τις 29 και 31 Αυγούστου 2017 και 1, 2 και 5 Σεπτεμβρίου 2017. Οι παρατηρήσεις του βάθους πλημμύρας των των 6 ημερών συγκρίθηκαν με τα δεδομένα του μετρητή USGS, τα οποία έδειξαν συσχέτιση (R2) της τάξης του μεγαλύτερη από 0,88 σε διάφορες θέσεις των μετρητών, και η συνολική ακρίβεια στον προσδιορισμό των πλημμυρισμένων και μη πλημμυρισμένων περιοχών απέδωσε επαρκώς για τις θέσεις των μετρητών στην περιοχή.