Η αλληλεπίδραση των τεχνητών φώτων νυκτός στην οικολογία του τοπίου: μια τηλεπισκοπική προσέγγιση
Από RemoteSensing Wiki
Τοπία υψηλής βιοποικιλότητας σε όλο τον κόσμο βρίσκονται υπό τεράστια πίεση λόγω της επέκτασης των δραστηριοτήτων του ανθρώπου. Για να εξασφαλιστεί η αποτελεσματική παρακολούθηση και διαχείριση αυτών των τοπίων, είναι αναγκαίο να ενσωματωθούν στη σύνθεση του τοπίου οι σχετικές κοινωνικό-οικονομικές διεργασίες στα προγράμματα διατήρησης. Η ρύπανση από τα τεχνητά φώτα νυκτός (ΑΝΤΙ_) είναι σύγχρονο φαινόμενο, με εντυπωσιακή περιβαλλοντική αλλοίωση. Πρόκειται για μια σημαντική απειλή για τα είδη και τις κοινότητες που συν-εξελίχθηκαν. Παρά τον δυνητικά βασικό ρόλο της ΑΝΤΙ_ στην αναδιαμόρφωση των φυσικών συστημάτων, σπάνια εξετάζεται η μακροοικολογία. Η τηλεπισκόπηση παρέχει ένα μοναδικό σύνολο εργαλείων για την ενσωμάτωση της ΑΝΤΙ_ σε μακροοικολογικές μελέτες. Σε αυτή το άρθρο, θα χρησιμοποιηθούν τα δεδομένα τηλεπισκόπησης από τα φώτα της νύχτας μαζί με αυξημένο δείκτη βλάστησης (EVI) για να μελετήσει τις επιπτώσεις και την έκταση της ΑΝΤΙ_ στο τοπίο τις νυκτερινές ώρες δύο προστατευόμενων περιοχών στην Ιταλία. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι ένας σημαντικός αριθμός των ημι-φυσικών εκτάσεων βλάστησης πάσχουν από ρύπανση ΑΝΤΙ_ σε διαφορετικό βαθμό. Με προσομοίωση μιας εκθετικής μείωσης στη ΑΝΤΙ_ δείξαμε ότι μια μέτρια μείωση της ρύπανσης ΑΝΤΙ_ θα οδηγήσει σε ανάκτηση ενός σημαντικού μεγέθους ιδιαίτερα ακατάλληλο για τη βιοποικιλότητα. Η μείωση σε ομοιογενείς σκούρες κηλίδες βλάστησης στα τοπία έχει αρνητικές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα, καθώς και για τις υπηρεσίες του οικοσυστήματος που παρέχουν. Ως εκ τούτου, είναι πλέον καιρός η επιστημονική κοινότητα και οι φορείς χάραξης πολιτικής να εντείνουν τις προσπάθειές τους για την παρακολούθηση και την άμβλυνση των οικολογικών επιπτώσεων των ΑΝΤΙ_ στα οικοσυστήματα. Η ενσωμάτωση της φωτορύπανσης στην οικολογία τοπίου θα μπορούσε να συνδυάσει την τηλεπισκόπηση με άλλες πτυχές της φωτορύπανσης, όπως έμμεση διάδοση και φασματική σύνθεση.
Περιοχή μελέτης
Για τη μελέτη των επιπτώσεων της φωτορύπανσης νυκτός για τις προστατευόμενες περιοχές, επιλέχθηκαν δύο φυσικά καταφύγια, το "Colli Euganei" και το "Cilento, Vallo di Diano e Alburni". Το περιφερειακό πάρκο "Colli Euganei" (Εικόνα 1) είναι ένας Τόπος Κοινοτικής Σημασίας (ΤΚΣ) που βρίσκεται στο βόρειο τμήμα της Ιταλίας. Αυτή η προστατευόμενη περιοχή αποτελείται από ένα εξαιρετικά κατακερματισμένο τοπίο, με λίγους μεσαίου μεγέθους θύλακες βλάστηση να συγκεντρώνονται στο υψηλότερο υψόμετρο της περιοχής, ενώ συνυπάρχουν με καλλιεργούμενα εδάφη και μικρές οικιστικές ενότητες.
Μεθοδολογία
Οι νυκτερινές εικόνες που αποκτήθηκαν από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Μετεωρολογικού Δορυφόρου με διαθέσιμο σύστημα σάρωσης (DMSP-OLS) από το 1992 έχουν εκτενώς χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη διαφόρων χαρακτηριστικών του αστικού τοπίου. Σε πολλές μελέτες που χρησιμοποιούν την απεικόνιση δεδομένων DMSP-OLS για τη χαρτογράφηση της άναρχης αστικής εξάπλωσης των τελευταίων δεκαετιών, η εκτίμηση των οικονομικών δεικτών, όπως η κατανάλωση ενέργειας και το Ακαθάριστο Εγχώριο Προϊόν (ΑΕΠ), απορρέουν χάρτες νέας πυκνότητας πληθυσμού. Το κύριο μειονέκτημα της χρήσης δεδομένων DMSP-OLS είναι το περιορισμένο εύρος ραδιομετρίσεων (6-bits) που προκαλεί τον κορεσμό των αστικών νυκτερινών φώτων.
Ταξινόμηση
Οι δείκτες Vani και ΕΥΗ είναι συνεχείς σύνολαa δεδομένων πεδίου με χαμηλή έως υψηλή μεταβλητότητα της φωτεινότητας και της βλάστησης αντίστοιχα. Ποσοτικά συγκρίνουν το τοπίο κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, και ομαδοποιούνται τα pixels ΕΥΗ και Vani σε πέντε κατηγορίες, με βάση το ποσοστό διανομής (Εικόνα 2). Ενώ οι Τάξεις ΕΥΗ εκπροσωπούν τα pixel με παρόμοια κάλυψη βλάστησης, οι Τάξεις Vani αντιπροσωπεύουν εκείνα με παρόμοια κάλυψη βλάστησης και την ένταση του φωτός. Η μελέτη επικεντρώνεται κυρίως στην κατηγορία EVI 5 και Vani της κατηγορίας 1 για να μελετήσει τις επιπτώσεις των ΑΝΤΙ_ στις περιοχές μελέτης. Οι Τάξεις ΕΥΗ αντιπροσωπεύουν τον κατάλληλο χώρο για την υψηλή βιοποικιλότητα όπου θεωρείται μόνο κάλυψη βλάστησης, ενώ η κατηγορία 1 του Vani αντιπροσωπεύει περιοχές κατάλληλες για την υψηλή βιοποικιλότητα όταν ενσωματώνεται ο ΑΝΤΙ_.
Αποτελέσματα
Η ταξινόμηση του δείκτη ΕΥΗ οδήγησε σε περίπου 63% (P), 29% (Β), 16% (PB) της συνολικής έκτασης που ταξινομούνται για την περιοχή Colli Euganei, και 26% (P) , 24% (Β) και 21% (ΡΒ) για την περιοχή Cilento. Από την άλλη πλευρά, με τον δείκτη Vani κατά την ταξινόμηση παρατηρήθηκε συρρίκνωση ή μετατόπιση στο χώρο μετρήσεων μέσω EVI (Εικόνα 2). Για την καλύτερη κατανόηση του κατακερματισμού της υψηλής βιοποικιλότητας του χώρου, ταξινομούνται εικόνες, αναλύοντας μόνο τις αλλαγές που σημειώθηκαν από την τάξη ΕΥΗ 5 σε όλες τις τάξεις Vani (1-5). Είναι ενδιαφέρον, τόσο στο Cilento και στο Colli Euganei σημειώθηκαν σημαντικά επίπεδα κατακερματισμού. Στην εικόνα 3 παρουσιάζονται οι μετρήσεις για τις περιοχές των πάρκων.
Για να ποσοτικοποιηθεί και να απεικονιστεί η μετατόπιση του δείκτη ΕΥΗ χρησιμοποιείται η εντολή του πλησιέστερου γείτονα με απόσταση και κυκλικές μετρήσεις και μέση γωνία αντίστοιχα (Εικόνα 4 και Εικόνα 5). Το αποτέλεσμα οδήγησαν σε μία μέση μετατόπιση 1.516 m σε ένα κύκλο με μέση γωνία των 284 ° (WestNorthwest) στην περιοχή του πάρκου Colli Euganei και σε 3.503 m με μια μέση γωνία των 19 ° (NorthNorthEast) στην περιοχή του πάρκου Cilento.
Προσομοιώθηκαν σενάρια με διαφορετικούς βαθμούς μείωσης έντασης ΑΝΤΙ_ χρησιμοποιώντας μια συνάρτηση ενέργειας , με αυξανόμενες τιμές εκθέτη. Υπολογίστηκε ο δείκτης Vani και στη συνέχεια ταξινομήθηκε η εκθετική μείωση ΑΝΤΙ_ ώστε να διερευνηθούν οι επιπτώσεις του μειωμένου ΑΝΤΙ_ στο νυχτερινό τοπίο (Εικόνα 6 και Εικόνα 7). Στην περιοχή Colli Euganei, παρατηρήθηκε μια αύξηση του 3,5, 9, 15, 35 και 46% του δείκτη Vani όταν μειωνόταν ο ΑΝΤΙ_ από 4, 8, 11, 14 και 21% αντίστοιχα. Κατά συνέπεια, στην περιοχή Cilento, το κέρδος ήταν 8, 16, 26, 40 και 48% του Vani σε ολόκληρη τη ζώνη PB όταν μειωνόταν ο ΑΝΤΙ_ από 5, 10, 20, 40 και 50% αντίστοιχα.
Συμπέρασμα
Τα νυκτερινά τοπία των προστατευόμενων περιοχών μελέτης επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την ρύπανση ΑΝΤΙ_. Είναι κρίσιμο να αξιολογηθεί η κατάσταση των νυκτερινών τοπίων στην περιοχή με ρύπανση ΑΝΤΙ_. Σε αυτή τη μελέτη, έχει αναπτυχθεί ένα πλαίσιο για την ενσωμάτωση του ΑΝΤΙ_ στην οικολογία τοπίου με χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης, δεδομένων και GIS. Πραγματοποιήθηκε η χαρτογράφηση των εκτάσεων ρυπασμένων από ΑΝΤΙ_ και να ποσοτικοποιηθεί ο κατακερματισμός των περιοχών κατά τη διάρκεια της νύχτας. Από τα αποτελέσματα ελήφθησαν συμπέρασμα ότι, παρά τα διαφορετικά καθεστώτα διαχείρισης, τα πάρκα επηρεάζονται από τον ΑΝΤΙ_ εξαιτίας της παρουσίας μικρών και μεγάλων οικισμών που βρίσκονται στην περιφέρεια και μεγάλες πόλεις έξω από τις προστατευόμενες περιοχές.
