Ευαισθησία της τηλεπισκόπησης στη δριμύτητα της πυρκαγιάς και αποκατάσταση της πυρκαγιάς

Από RemoteSensing Wiki

Remote sensing sensitivity to fire severity and fire recovery

C.H. Key

1.Εισαγωγή

Η τηλεπισκόπηση της συγκεκριμένης ενότητας έχει έναν βασικό στόχο για να συγκεντρώσει αξιόπιστες συγκεκριμένες ως προς την περιοχή πληροφορίες τουλάχιστον από σημαντικές μερίδες των εμπλεκόμενων περιοχών. Μια πρόκληση είναι να χρησιμοποιηθούν τα τυποποιημένα πρωτόκολλα για να εξασφαλιστούν συγκρίσιμα αποτελέσματα από περιοχή σε περιοχή και με την πάροδο του χρόνου. Η δυνατότητα να τυποποιηθούν και να συγκριθούν τα αποτελέσματα εξαρτάται σε μεγάλο μέρος από την κατανόηση της ευαισθησίας της τηλεπισκόπησης στις συνθήκες που επηρεάζουν την αξιολόγηση, η οποία είναι πολυδιάστατη, και όχι πάντα απλή. Οι ευαισθησίες της τηλεπισκόπησης σε τέτοιες προσπάθειες εξαρτώνται από τους στόχους, οι οποίοι μπορούν να ποικίλουν από αρκετά γενικός και απλός πολύ συγκεκριμένος και εγγενώς πιό σύνθετος.

Για να επεξηγήσει κανείς την επιρροή των παραγόντων στην ανίχνευση και τον καθορισμό δριμύτητας εγκαυμάτων, και ως κοινή αναφορά για τη σύγκριση, ένας δείκτης της δριμύτητας που χρησιμοποιείται , είναι ο κανονικοποιημένος λόγος delta -NBR ή dNBR (Key and Benson, in press; van Wagtendonk et al., 2004)). Οι περιπτώσεις εξήχθησαν από ένα αρχείο των αξιολογήσεων που αναπτύχθηκαν από το συντάκτη κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας χρησιμοποιώντας δεδομένα αντανάκλασης του 30m Landsat TM και ETM+. Ο dNBR παρέχει μια συνεχή κλίμακα της διαφοράς που μπορεί να αφορά ένα μέγεθος της οικολογικής αλλαγής, η οποία προσφέρει ένα εννοιολογικό πρότυπο για τη δριμύτητα του καψίματος. Ο dNBR πολλαπλασιάζεται με 1000 σε αυτό το έγγραφο για την ευκολία τις τιμές ακέραιων αριθμών.

2. Ένα συνοπτικό εννοιολογικό μοντέλο της δριμύτητας και της αποκατάστασης

Το πλαίσιο για τη συζήτηση της ευαισθησίας της τηλεπισκόπησης είναι ότι η δριμύτητα της πυρκαγιάς και το μέτρο αποκατάστασης αλλάζουν από την αντιμετώπιση της πυρκαγιάς και τις βραχυπρόθεσμες συνθήκες μετά την πυρκαγιά. Στη φύση, ενδεχομένως ένας μεγάλος αριθμός μεταβλητών επηρεάζεται από την πυρκαγιά. Κάθε μία αποτελεί μια μεμονωμένη επίδραση πυρκαγιάς με τη μοναδική δυναμική της οποίας πιθανώς να διαφέρει. Ένα δεύτερο πλαίσιο είναι η δριμύτητα και η αποκατάσταση, εν τούτοις που αντιπροσωπεύεται ενδεχομένως από μόνο μια επίδραση, καλύπτει πραγματικά όλες τις απαντήσεις μέσα σε κάποια καθορισμένη περιοχή και συνοψίζει τον αντίκτυπο της πυρκαγιάς.

3. Χωρική ευαισθησία

Οι χωρικοί παράγοντες έχουν επιπτώσεις στην τηλεπισκόπηση των καμένων μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ της ανάλυσης και των απαντήσεων των πιθανών να ανιχνεύσουν (Chen, 1999 Liang, 2000). Τα ανιχνεύσιμα αποτελέσματα περιλαμβάνουν την μεταβολή που εμφανίζεται μέσα στην ελάχιστη μονάδα δειγματοληψίας, καθώς επίσης και μεταξύ των μονάδων, δηλαδή σε ένα όλο καμένο. Αυτές οι πηγές είναι η alpha και beta μεταβολή στη δριμύτητα.

3.1 Alpha μεταβολή

Στο σχήμα 1 αριστερά, αποκαλύπτεται λεπτομέρεια που μπορεί να μετρηθεί σε μια περιοχή 30x30m. Εδώ, τα αποτελέσματα όπως το ύψος του προσροφητικού άνθρακα σε κάθε δέντρο, και οι επιζώντες των μεμονωμένων ειδών μπορούν να χωριστούν έξω και να χρησιμοποιηθούν είτε χωριστά είτε συλλογικά για να καθιερώσουν τη δριμύτητα του καψίματος. Στην ανάλυση 0.3 έως 1.0m (κέντρο), κάποια άλφα μεταβολή διατηρείται, αλλά ο αριθμός των δεικτών δριμύτητας μειώνεται.

Η περιοχή, εντούτοις, εμφανίζεται τώρα στο πλαίσιο με τα περίχωρα, το οποίο επιτρέπει στο χώρο τη συνεχή αξιολόγηση πέρα από τις ευρύτερες περιοχές (βήτα μεταβλητότητα). Δεδομένου ότι η ανάλυση μειώνεται σε 30m (δεξιά), τα συστατικά της περιοχής δεν είναι ξεχωριστά ανιχνεύσιμα, μειωμένα σε μια ενιαία, αθροιστική αξία. Η ανταπόκριση είναι σε αυτό το επίπεδο είναι μια χωρικά και συνθετικά ενσωματωμένη ποσότητα καλούμενη ως δριμύτητα των περιοχών.

Σχήμα1: Η σταδιακή συνάθροιση των αποτελεσμάτων πυρκαγιάς καθώς η χωρική ανάλυση μειώνεται. Από αριστερά στα δεξιά, πεδίο φωτογραφίας ληφθείσας 1 έτος περίπου μετά,έγχρωμη εναέρια φωτογραφία 1 μήνα μετά την πυρκαγιά, η εικόνα του dNBR που χρησιμοποιεί στοιχεία 1 μήνα μετά την πυρκαγιά. Τα άσπρα τετράγωνα, κατά προσέγγιση 30x30m, δείχνουν την κατά προσέγγιση θέση της περιοχής που παρουσιάζεται στα αριστερά.

3.2 Beta μεταβολή (inter-site)

Η βήτα μεταβολή προσκρούει στη δυνατότητα να καθοριστούν οικολογικά τα σημαντικά χαρακτηριστικά των καμένων, όπως η άκρη, η πολυπλοκότητα μωσαϊκών (η ποικιλία και η διανομή των μπαλωμάτων), και η γενική σειρά των απαντήσεων (Slocum et al., 2003 Beaty and Taylor, 2001 Weir et al., 2000 Chen, 1999). Άλλες επηρεασθείσες ιδιότητες περιλαμβάνουν τα παραγόμενα μεγέθη των καμένων και τον τομέα των υπομονάδων, π.χ. ευδιάκριτες κατηγορίες καμένων, υδροκρίτες ή επηρεασθέντες οικότυποι (Nelson, 2005 Soja et al., 2004).

Σχήμα2: Ένα σύνθετο καμένο σχέδιο που αντιμετωπίζεται στις διαφορετικές κλίμακες (πάνω αριστερό 0.3-1m ανάλυση, τα υπόλοιπα 30m). Βήτα παραλλαγή αναφοράς πλεγμάτων που συγκεντρώνεται στα εικονοστοιχεία σε χαμηλότερες αναλύσεις. Η κάλυψη είναι για το ένα τρίτο των καμένων 13.780 εκταρίων

Σύμφωνα με το σχήμα 2 (σχήμα 2 πάνω αριστερά) πολύ μικρά μπαλώματα και πολλή χωρική πολυπλοκότητα είναι εμφανή στο μωσαϊκό των καμένων. Παραμένοντας στο σχήμα 2, είναι υποσύνολα ενός 30m dNBR, ο οποίος είναι βασισμένος στις εικόνες του Landsat TM 10 μήνες μετά από την πυρκαγιά. Οι τόνοι του γκρι αντιστοιχούν σε μια γραμμική κλίση της μεταβολής σε NBR, με μηδεν ή καμία αλλαγή να είναι η μέση γκρίζα συνήθως εξωτερική όψη το καμένου. Οι υψηλότερες θετικές και αρνητικές τιμές είναι όλο και περισσότερο ελαφρύτεροι και σκοτεινότεροι τόνοι, αντίστοιχα. Και οι δύο αντιπροσωπεύουν τους βαθμούς αναχώρησης από την ουδέτερη μη καμένη συνθήκη, και συσχετίζουν τα αποτελέσματα που προκαλούνται από την πυρκαγιά όταν είναι μέσα στην περίμετρο των καμένων. Το πιο ιδιαίτερα θετικό dNBR αντιστοιχεί βασικά στην αυξανόμενη απανθρακωμένη επιφάνεια και τη μειωμένη πράσινη βλάστηση συγκρινόμενο με πριν τη φωτιά. Όσο πιο αρνητικό το dNBR, τόσο περισσότερο η πυρκαγιά ενισχύει την ανάπτυξη των φυτών πέρα από τις συνθήκες πριν τη φωτιά (McCarron and Knapp, 2003), ορατή ως μικρά σκοτεινά μπαλώματα της ποώδους βλάστησης στις υγρές περιοχές

Ο αντίκτυπος στη βήτα μεταβολή είναι εμφανής μεταξύ της εναέριας φωτογραφίας και του πίνακα του εικονοστοιχείου dNBR (πάνω δεξιά). Δεδομένου ότι η ανάλυση μειώνεται σε 500 m και 1km, η ετερογένεια των καμένων μειώνεται επαυξητικά όπως οι ιδιότητες της βήτα-δριμύτητας παίρνουν ενσωματωμένες στην άλφα παραλλαγή των κυττάρων πλέγματος (σχήμα 2 κατωτέρω)

4. Χρονική ευαισθησία Η χρονική ευαισθησία της τηλεπισκόπησης στη δριμύτητα και την αποκατάσταση πυρκαγιάς μπορεί να χωριστεί στους αλληλένδετους παράγοντες σχετικά με το χρόνο του έτους (εποχιακός συγχρονισμός) και το χρόνο από την πυρκαγιά (συγχρονισμός καθυστερήσεων).

5. Συμπεράσματα

Οι ευαισθησίες της τηλεπισκόπησης είναι χωρικές, χρονικές και ραδιομετρικές στη φύση. Υπάρχει κάποιο γεωγραφικό πλάτος στο σχέδιο για να προσαρμόσει τους στόχους και να παρέχει κανείς έναν κατάλληλο βαθμό συγκρισιμότητας. Οι χωρικοί παράγοντες αφορούν κυρίως την ανάλυση και την κλίμακα, που καθορίζουν τη συνάθροιση των επιδράσεων της πυρκαγιάς μέσα στο εικονοστοιχείο (άλφα μεταβολή), και ελέγχουν τη δυνατότητα να ανιχνευθεί η ανομοιογένεια σε όλο το καμένο (βήτα μεταβολή). Δεδομένου ότι η ελάχιστη μονάδα δειγμάτων επεκτείνεται, η διανομή και η ποικιλομορφία των αποτελεσμάτων γίνονται όλο και περισσότερο σύνθετες και μεταβλητές μέσα στη μονάδα. Η άλφα μεταβολή όλο και περισσότερο εξάγει περισσότερη βήτα μεταβολή από τη δομή ολόκληρου του καμένου, με την αντίστοιχη μείωση στη διάκριση των ακρών.