Εφαρμογή της Τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του κινδύνου πυρκαγιών των δασών

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς

Brigitte Leblon

Αντικείμενο της εφαρμογής

Αντικείμενο της εφαρμογής αποτελεί μια ανασκόπηση μεθόδων για την παρακολούθηση του κινδύνου πυρκαγιών των δασών μέσα από την εφαρμογή της Τηλεπισκόπησης.

Στόχος της εφαρμογής

Στόχος της εφαρμογής αποτελεί μια διερεύνηση της μεθοδολογίας μέσω της χρήσης διαφορετικών δορυφορικών δεδομένων, για τη χαρτογράφηση της υγρασίας των καύσιμων υλικών, κυρίως της βλάστησης, ενός παράγοντα ιδιαίτερα σημαντικού για την ανάφλεξη και εξάπλωση πυρκαγιών σε δασικές περιοχές.

Εισαγωγή

Η ανάφλεξη και η εξάπλωση των δασικών πυρκαγιών εξαρτώνται κυρίως από το ποσοστό υγρασίας της βλάστησης και τις καιρικές συνθήκες, καθώς και από τα χαρακτηριστικά των καύσιμων υλικών και την τοπογραφίας της περιοχής. Η πλειοψηφία των επιχειρησιακών συστημάτων διαβάθμισης του κινδύνου πυρκαγιών δίνουν εκτιμήσεις για συγκεκριμένες θέσεις (σημεία), ωστόσο είναι απαραίτητο να υπάρχει μια παρεμβολή μεταξύ των σημειακών θέσεων ώστε να γίνονται υποθέσεις σχετικά με τον κίνδυνο εκδήλωσης πυρκαγιών για μεγαλύτερες γεωγραφικές ενότητες. Ωστόσο, τέτοιους είδους παρεμβολές είναι δυνατό να μη λαμβάνουν, για παράδειγμα, υπόψη τους ενδεχόμενες μεταβολές στις περιβαλλοντικές συνθήκες, στοιχείο που επηρεάζει σημαντικά τη δυνατότητα εκδήλωσης πυρκαγιάς.

Έτσι, τα δεδομένα από δορυφορικά συστήματα προσφέρουν τη δυνατότητα αντιμετώπισης παρόμοιων περιορισμών. Σημαντικό πλεονέκτημα της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι μπορεί να λαμβάνονται πληροφορίες για περιοχές οι οποίες είναι ιδιαίτερα απομακρυσμένες και δύσκολα προσβάσιμες. Σημαντικοί παράγοντες για την εξάπλωση πυρκαγιών, όπως ο τύπος των καύσιμων υλικών, μπορούν να χαρτογραφηθούν μέσω υψηλής χωρικής ανάλυσης οπτικών δορυφορικών απεικονίσεων και ραντάρ. Οι χάρτες αυτοί μπορούν στη συνέχεια να συνδυαστούν με μια σειρά άλλων παραμέτρων που επιτείνουν τον κίνδυνο πυρκαγιών, όπως είναι το ανάγλυφο της περιοχής, η εγγύτητα σε δρόμους και σε αστικές περιοχές, κ.λπ.

Ένας ακόμη σημαντικός παράγοντας στον οποίο επικεντρώνεται η παρούσα εφαρμογή είναι τα ποσοστά νερού και υγρασίας της βλάστησης. Η κριτική δίνει έμφαση στη ΄΄ζωντανή΄΄ βλάστηση (LFM - Live Fuel Moisture), αφού η ΄΄νεκρή΄΄ βλάστηση (DFM - Dead Fuel Moisture) μπορεί να εντοπιστεί με βάση τις καιρικές συνθήκες και τα χαρακτηριστικά των καύσιμων υλικών.

Σε πολλές από τις έρευνες που αξιολογήθηκαν, τα χαρακτηριστικά της ΄΄ζωντανής΄΄ βλάστησης ποσοτικοποιήθηκαν μέσω της περιεκτικότητας σε υγρασία (FMC - fuel moisture content) ή μέσω υπολογισμού του πάχους του νερού (EWT - equivalent water thickness).

Η εργασία αποτελεί μια συνέχεια της κριτικής του Leblon (2001), προσφέροντας νέα παραδείγματα εφαρμογών απεικονίσεων των δορυφόρων NOAA - AVHRR και SAR για την παρακολούθηση της υγρασίας στα καύσιμα υλικά (βλάστηση), ιδιαίτερα στα σκανδιναβικά δάση.

Χρήση δορυφορικών απεικονίσεων (ανιχνεύοντας την ανακλώμενη φυσική ακτινοβολία - Optical Remote Sensing)

Οι πρώτες εφαρμογές για την παρακολούθηση των συνθηκών υγρασίας των καύσιμων υλικών χρησιμοποίησαν κυρίως απεικονίσεις NOAA - AVHRR, με τη χρήση του δείκτη βλάστησης NDVI. Ωστόσο, ο δείκτης αυτός σχετίζεται μόνο έμμεσα με την υγρασία της βλάστησης, αφού ουσιαστικά μετράει τα επίπεδα πρασίνου και τη δραστηριότητα της χλωροφύλλης της χλωρίδας. Μια καλύτερη χρήση του δείκτη θα μπορούσε να σχετίζεται με τη χαρτογράφηση χρονικά της δραστηριότητας των φυλλοβόλων δέντρων, ενός παράγοντα κρίσιμου για τη διαχείριση των πυρκαγιών, και αυτό γιατί συνδέεται με συμβάντα εκδήλωσης πυρκαγιών σε μικτά-φυλλοβόλα δάση. Η υγρασία των καύσιμων υλικών πιθανότατα να μπορεί να εκτιμηθεί καλύτερα με τη χρήση υπερφασματικών δεδομένων, που μπορεί να προέρχονται από αερομεταφερόμενα συστήματα.

Θερμικές υπέρυθρες απεικονίσεις

Ο προσδιορισμός της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ εδάφους και ατμόσφαιρας αποτελεί ένα καλύτερο φασματικό δείκτη για την παρακολούθηση της κατάστασης των φυτών όσον αφορά τα επίπεδα υγρασίας.

Μέσα από τη χρήση θερμικών υπέρυθρων απεικονίσεων του δορυφόρου NOAA - AVHRR ήταν δυνατός ο υπολογισμός των θερμοκρασιών της επιφάνειας, που σχετίζονται αναλυτικά με μεταβλητές που επηρεάζουν την υγρασία της επιφάνειας, όπως η εξατμισοδιαπνοή. Μέσα από την αναλυτική διαδικασία εξισώσεων ενέργειας υπολογίστηκε ο λόγος μεταξύ της πραγματικής και μιας ενδεχόμενης εξατμισοδιαπνοής (AET/PET), μέσω καθημερινών απεικονίσεων NOAA - AVHRR για θερμοκρασίες επιφάνειας εδάφους και ατμόσφαιρας. Ο λόγος αυτός υπολογίστηκε από παρόμοιες απεικονίσεις των βόρειων αρκτικών δασών του Καναδά και συσχετίστηκε με FWI δείκτες. Στον υπολογισμό του παραπάνω λόγου, ο δείκτης NDVI μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στον υπολογισμό της ροής θερμότητας του εδάφους και των αεροδυναμικών αντιστάσεων.

Συνδυασμός NDVI και θερμικών απεικονίσεων NOAA-AVHRR

Όλο και περισσότερες έρευνες σχετικές με την παρακολούθηση της υγρασίας των καύσιμων υλικών, και πιο συγκεκριμένα της βλάστησης, συνδυάζουν τη χρήση του δείκτη βλάστησης NDVI και θερμικών απεικονίσεων NOAA - AVHRR. Αυτή η απόκτηση επιπλέον πληροφορίας προς επεξεργασία δεν συνεπάγεται επιπλέον κόστος, εφόσον τα δύο αυτά είδη απεικονίσεων παράγονται την ίδια στιγμή από μια σειρά υφιστάμενων δορυφορικών συστημάτων, όπως είναι οι NOAA-AVHRR, LANDSAT-TM, ATSR-2, RESURS-01, METEOSAT, GOES. Μάλιστα, οι ακρίβεια των εκτιμήσεων πρόκειται να ενισχυθεί μελλοντικά με τη χρήση δορυφόρων όπως ο νέος LANDSAT-TM, EOS-ASTER, EOS-MODIS.

Ένας σημαντικός περιορισμός που απορρέει από τη χρήση ενεργών δεκτών (καταγράφουν μια φυσική ακτινοβολία) και θερμικών υπέρυθρων δεδομένων είναι η διαθεσιμότητα των απεικονίσεων, η οποία εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες και τις συνθήκες φωτισμού (π.χ. ύπαρξη συννέφων).

Απεικονίσεις Radar (Δεδομένα παθητικών δεκτών)

Για τον παραπάνω λόγο, ένα επιχειρησιακό σύστημα παρακολούθησης της υγρασίας των καύσιμων υλικών μέσω δορυφορικών δεδομένων είναι η αξιοποίηση απεικονίσεων radar (Radar Images). Οι απεικονίσεις αυτές έχουν το πλεονέκτημα της καλύτερης χωρικής ανάλυσης, ενώ μπορεί να αποκτηθούν ακόμη και κατά την περίοδο όπου επικρατούν νεφώσεις, είναι επομένως διαθέσιμες ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες. Ωστόσο, η διαθεσιμότητά τους μπορεί να περιοριστεί λόγω του μεγαλύτερου κύκλου επανάληψης των δορυφόρων αυτών. Έτσι, ο δορυφόρος ERS-1 έχει κύκλο 35 ημερών, και μερικές φορές ακόμη μεγαλύτερο, και αυτό γιατί συχνά λαμβάνει απεικονίσεις και κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η διάρκεια του κύκλου αυτού είναι μικρότερη για το δορυφόρο RADSAT-1.

Συμπεράσματα

Το πιο πολλά υποσχόμενο εργαλείο παρακολούθησης του κινδύνου πυρκαγιάς μέσα από δορυφορικές απεικονίσεις συνίσταται σε ένα συνδυασμό εικόνων που προκύπτουν από δέκτες οι οποίοι λαμβάνουν μια φυσική ακτινοβολία, θερμικών υπέρυθρων απεικονίσεων και εικόνων radar. Οι περισσότερες από τις έρευνες στη βιβλιογραφία σχετικά με τον κίνδυνο πυρκαγιών βασίζονται στην εκτίμηση της υγρασίας των καύσιμων υλικών, ενός παράγοντα που επηρεάζει το φαινόμενο.