Εκτίμηση του μεγέθους των επιπτώσεων μιας πυρκαγιάς με χρήση σχετικού συντελεστή καταστροφής λόγω φωτιάς (dNBR)
Από RemoteSensing Wiki
Εκτίμηση του μεγέθους των επιπτώσεων μιας πυρκαγιάς με χρήση σχετικού συντελεστή καταστροφής λόγω φωτιάς (dNBR)
Quantifying burn severity in a heterogeneous landscape with a relative version of the delta Normalized Burn Ratio (dNBR) Miller J.D., Thode A.E. 2007, Remote Sensing and Environment,109,66-80[4]
Εισαγωγη
Η εκτίμηση των καταστροφών στη φυσική βλάστηση και το έδαφος, σε μία περιοχή που έχει πληγεί από πυρκαγιά, είναι ένας τομέας στον οποίο έχει εισαχθεί η Τηλεπισκόπηση με τη χρήση και ανάλυση δορυφορικών απεικονίσεων. Οι μέθοδοι που εφαρμόζονται είναι αρκετές, από τις πιο δημοφιλείς είναι γενικά η σύγκριση των δεικτών βλάστησης σε απεικονίσεις πριν και μετά την πυρκαγιά, ώστε να εκτιμηθεί το μέτρο της καταστροφής που έχει επέλθει στο φυσικό περιβάλλον. Το πρόβλημα με αυτή τη διαδικασία, είναι ότι λόγω της διαφοροποίησης της βλάστησης και της ποικιλίας των συνθηκών ανά περιοχή και φαινόμενο πυρκαγιάς, οι μέχρι τώρα μέθοδοι δεν μπορούν να θέσουν ένα ενιαίο πλαίσιο για τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών γεγονότων πυρκαγιάς, με διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ. διαφορετική ποσότητα βλάστησης πριν την πυρκαγιά).
Στοχοι μελέτης
Στο άρθρο των Miller και Thode, γίνεται προσπάθεια, με χρήση ενός σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς, που να συνδέει την κατάσταση πριν και μετά τη φωτιά, να προσδιοριστεί μία κλίμακα που να μπορεί να εφαρμοστεί για διαφορετικές πυρκαγιές και για διαφορετικές συνθήκες βλάστησης. Η μελέτη έγινε, ώστε οι δείκτες καταστροφής που εκτιμώνται για κάθε πυρκαγιά, να βρίσκονται σε ίδια κλίμακα ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση μεταξύ διαφορετικών πυρκαγιών.
Περιοχή Μελέτης - Συλλογή Δεδομένων
Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία των Miller και Thode, προήλθαν από την περιοχή της Sierra Nevada στην California (βλέπε Εικόνα 1). Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει ποικιλία υψομέτρων (από 60 μέχρι 4418 μέτρα) και συνολικά καλύπτει έκταση 11.5 εκατομμυρίων εκταρίων όπου περιλαμβάνονται δάση, εθνικοί δρυμοί και φυσικά μνημεία.
Η εκτίμηση της καταστροφής έγινε μέσω του δείκτη CBI(Composite Burn Index) που εισήχθει από τους Key και Benson (2005). Σύμφωνα με την παραπάνω μέθοδο, η καταστροφή λόγω πυρκαγιάς εκτιμάται με οπτική ταξινόμηση διαφόρων χαρακτηριστικών της καμμένης περιοχής και τελικά η σοβαρότητα της καταστροφής εκτιμάται σε μια κλίμακα αξιολόγησης από 1 έως 5, με 5 υψηλό βαθμό καταστροφής (καταστροφή μεγάλων δένδρων).
Οι δορυφορικές εικόνες Landsat που χρησιμοποιήθηκαν για πριν και μετά την πυρκαγιά, επιλέχθηκαν ώστε να είναι κοντά στην ημερομηνία του συμβάντος της πυρκαγιάς για την εξασφάλιση παρόμοιων συνθηκών ηλιοφάνειας.Πραγματοποιήθηκε η διαδικασία της διόρθωσης και αποκατάστασης των ψηφιακών απεικονίσεων με σκοπό την εξάλειψη τυχόν γεωμετρικών και ραδιομετρικών παραμορφώσεων στις εικόνες κατά την διαδικασία της λήψης τους και προφανώς για να υπάρχει αποτυπωμένη η κατάσταση των επιπτώσεων της πυρκαγιάς όσο γίνεται πιο πειστικά. Για την εκτίμηση των αλλαγών στη βλάστηση χρησιμοποιήθηκε το κανάλι 4 (κοντινό υπέρυθρο, near infrared) που είναι πιο ευαίσθητο για τον εντοπισμό της χλωροφύλλης των φυτών, καθώς και το κανάλι 7 (μακρυνό υπέρυθρο, mid infrared) που είναι πολύ ευαίσθητο στον εντοπισμό της υγρασίας (του νερού στο έδαφος και τη βλάστηση). Ο δείκτης καταστροφής λόγω πυρκαγιάς που εξάγεται, προέρχεται από την εξίσωση:
NBR=(band4-band7)/(band4+band7)
Για κάθε πυρκαγιά υπολογίστηκε ο δείκτης dNBR (διαφορά NBR περιοχής πριν και μετά την πυρκαγιά) ενώ η τιμές εκφράστηκαν ως ακέραιοι για να είναι συμβατές με τη μέθοδο CBI.
Με βάση τα παραπάνω δεδομένα (dNBR και CBI) για κάθε περιοχή, έγινε προσπάθεια συσχετισμού των δύο δεικτών ώστε να εκτιμηθεί μία κλίμακα που να κάνει χρήση του δείκτη dNBR.
Αναπτυξη και εφαρμογή σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς
Στο παρόν άρθρο είναι επιθυμιτή η δημιουργία ενός δείκτη εκτίμησης καταστροφής από πυρκαγιά ο οποίος θα είναι ανεξάρτητος (δεν θα παρουσιάζει συσχέτιση) με τον αρχικό δείκτη
NBR της περιοχής (πριν την πυρκαγιά) όπως συμβαίνει με το δείκτη CBI, που παρουσιάζει πολύ μικρή συσχετιση με την κατάσταση της περιοχής πριν την πυρκαγιά. Στην εικόνα 2 φαίνεται η μικρή συσχέτιση που παρουσιάζει ο δείκτης CBI με το αρχικό NBR και η μεγάλη συσχέτιση του dNBR με το αρχικό NBR πράγμα που καθιστά αναγκαία την εισαγωγή ενός νέου ανεξάρτητου δείκτη. Μετά από μελέτη συσχέτισης διαφόρων εκδοχών του σχετικού dNBR τελικά η σχέση στην οποία καταλήγουν οι συγγραφείς είναι: RdNBR=(PreFireNBR-PostFireNBR)/(SquareRoot(ABS(PreFireNBR/1000)) Στη συνέχεια, καθορίστηκαν τα όρια (κατώφλια) με βάση τα οποία θα κατατάσσεται (αξιολογείται) το εύρος της καταστροφής σε κάθε περιοχή (thresholds) η καταληλότητα των οποίων εκτιμήθηκε με σύγκρισή τους με αυτά του CBI όπου βρέθηκε αρκετά καλή συμφωνία (συσχέτιση). Τέλος επιλέχθηκαν ορισμένες πυρκαγιές για να δοκιμαστεί ο νέος δείκτης RdNBR. Στην εικόνα 3 φαίνεται μία περίπτωση από την πυρκαγιά Straylor όπου εικόνες Landsat έχουν κατηγοριοποιηθεί με βάση τους δείκτες RdNBR και dNBR. Στην εικόνα είναι εμφανές ότι ειδικά στις περιοχές με μεγάλες καταστροφές ο RdNBR παρουσιάζει μεγαλύτερη ομοιογένεια σε σχέση με τον NBR και δίνει πολύ αξιόπιστα αποτελέσματα. Επίσης, τα όρια κατάταξης των επιπτώσεων λόγω πυρκαγιάς για τον RdΝBR συμπίπτουν αρκετά με αυτά του CBI. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και για άλλες πυρκαγιές με ομογενή αλλά και ετερογενή βλάστηση περιοχής, πριν την πυρκαγιά.
Συμπεράσματα
Στο παρόν άρθρο εξετάστηκε η ανάπτυξη και η χρήση ενός σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς από τον οποίο το μεγαλύτερο όφελος είναι ότι δίνει το εύρος της καταστροφής (ως μια μορφή αξιολόγησης) σε μία κλίμακα γενικότερη, που επιτρέπει συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών πυρκαγιών. Η διαφορά του δείκτη RdNBR από τον NBR είναι ότι ο δεύτερος δίνει ένα απόλυτο μέτρο της καταστροφής ενώ ο πρώτος μετρά την καταστροφή σε σχέση με την αρχική βλάστηση. Τα όρια με τα οποία κατατάσσεται το εύρος της καταστροφής εκτιμήθηκαν με γραμμική παρεμβολή και σχετίζονται με τα όρια του υπάρχοντος δείκτη CBI.
