Η εδαφική καταλληλότητα της φυσικής βλάστησης με τη χρήση τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ

Από RemoteSensing Wiki

Land suitability modeling of natural vegetation using integrated remote sensing and GIS techniques: a case study, A. H. El-Nahry, H. E. Khashaba, Journal of Applied Sciences 6 (1): 51-56, 2006, ISSN 1812-5654, 2006 Asian Network for Scientific Information, http://adsabs.harvard.edu/abs/2006JApSc...6...51E

Αντικείμενο της εφαρμογής

Ο κόλπος του Σουέζ θεωρείτε από την επιστημονική κοινότητα ως μία από τις πλουσιότερες κοινωνίες της Αιγύπτου σε όρους βιοποικιλότητας, ενδημισμού και ποικιλότητας ενδιαιτημάτων. Η χλωρίδα της είναι διαφορετική και μοναδική. Η οικονομική και φαρμακευτική της αξία είναι δυνητικά πολύ μεγάλη. Παρά, όμως, την αξία της αυτή, βρίσκεται κάτω από σοβαρή απειλή. Περισσότερο από το 80% της περιοχής έχει απογυμνωθεί από τη φυσική βλάστηση και έχει υποβαθμιστεί από την υπερβόσκηση και τη διάβρωση. Η βόσκηση είναι ο κύριος παράγοντας διατάραξης της βλάστησης.

Στόχος της εφαρμογής

Η ποσοτικοποίηση της ποικιλότητας των ειδών και η έκταση της όχλησης από ανθρώπους και ζώα είναι σημαντική για τη μελλοντική διαχείριση της βλάστησης. Οι άμεσοι στόχοι του προγράμματος παρακολούθησης του περιβάλλοντος περιλαμβάνουν την αναγνώριση και την ποσοτικοποίηση των επιδράσεων στο περιβάλλον διαφόρων δραστηριοτήτων. Σήμερα, η χρήση τηλεπισκόπησης και τεχνικών ΓΣΠ μπορεί να θεωρηθεί ως το καλύτερο εργαλείο για την αναγνώριση και την εκτίμηση της βλάστησης.

Υλικά και μέθοδοι

Τηλεπισκόπηση: Η ψηφιακή ανάλυση των εικόνων του δορυφόρου Landsat 7.0 – ETM +, του έτους 2005 εκτελέστηκε με τον τρόπο που αναφέρεται παρακάτω:

• Χειρισμός των δεδομένων συμπεριλαμβανομένων μεγέθυνση (βελτιστοποίηση) εικόνας, φιλτράρισμα και σύγκριση ιστογραμμάτων.
• Διόρθωση των εικόνων του δορυφόρου με τη χρήση ERDAS IMAGINE 8.7.
• Ενίσχυση της ανάλυσης από 30 σε 15m, με τη χρήση μεθοδολογίας συγχώνευσης εικόνας.
• Παραγωγή μωσαϊκής εικόνας από δύο Landsat 7.0 ΕΤΜ + δορυφορικές εικόνες που καλύπτουν όλη την περιοχή χρησιμοποιώντας το λογισμικό ENVI 4.1. Ο δείκτης βλάστησης NDVI παράχθηκε από τα κανάλια 3 και 4 του ΕΤΜ +.

ΓΣΠ: Το σχέδιο διεπαφής του χρήστη και η ενσωμάτωση του αναλυτικού μοντέλου καταλληλότητας έγινε με τη χρήση του προγράμματος ARC GIS έκδοση 9.0. Το Χωρικό Μοντέλο Καταλληλότητας της Γης (Land Suitability Spatial Model, LSSM) σχεδιάστηκε και η διαδικασία του μπορεί να συνοψιστεί παρακάτω:

• Interpolating points to raster of Texture, OC, TSS, CaCO3, pH, WHC, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).
• Επαναταξινόμηση των δεδομένων σε μια κοινή κλίμακα.
• Στάθμιση των δεδομένων με βάση τη σημασία τους.
• Χρήση conditional/algebra statements και εργαλεία επιλογής περιοχών.
• Συνδυασμός των δεδομένων για την εύρεση της πιο κατάλληλης τοποθεσίας για συγκεκριμένα χλωριδικά είδη.

Η χρήση τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ συμπληρώθηκε από έρευνα στο πεδίο, έρευνα στο εργαστήριο και φυσικές και χημικές αναλύσεις.

Διάγραμμα ροής του LSSM

Αποτελέσματα

Μοντέλο βλάστησης: Τα ΓΣΠ και τα συστήματα ταξινόμησης της βλάστησης σε συνδυασμό με τις πολυάριθμες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τις αυτοματοποιημένες και βασισμένες σε υπολογιστές τοπογραφικές μεθόδους, αποτελούν απαραίτητα εργαλεία στην προσπάθεια μοντελοποίησης της βλάστησης. Η μοντελοποίηση στοιχείων οικολογίας και βλάστησης απαιτεί την αναγνώριση χαρακτηριστικών της γης και του εδάφους, τη συμπεριφορά των φυτών (προσαρμογή) απέναντι στο παρακείμενο περιβάλλον σε συνδυασμό με την αλληλεπίδραση μεταξύ φυτών και εδάφους. Συμπεριλαμβάνοντας τα χαρακτηριστικά του εδάφους, τα κριτήρια/ απαιτήσεις της φυσικής βλάστησης, την προσαρμογή στο οικοσύστημα και την αλληλεπίδραση φυτών/ εδάφους, μπορεί να δημιουργηθεί το Χωρικό Μοντέλο Καταλληλότητας της Γης (Land Suitability Spatial Model, LSSM). Το LSSM βασίζεται κυρίως σε δύο τεχνικές: τη γεωστατιστική και τη χωρική ανάλυση.

Γεωστατιστική ανάλυση: Η χαρτογραφική πληροφορία που ενσωματώθηκε στα ΓΣΠ, προέκυπτε συνήθως από παρατηρήσεις στο πεδίο, όπως ιδιότητες εδάφους και τύποι βλάστησης. Ο κύριος λόγος χρήσης της γεωστατιστικής ανάλυσης είναι η συμπλήρωση των κενών τιμών δεδομένων, για τη δημιουργία μιας συνεχούς επιφάνειας χρησιμοποιώντας την τεχνική των παρεμβολών. Η γεωστατιστική ανάλυση περιλαμβάνει μία ή περισσότερες μονάδες μέτρησης παρεμβολών για τη διευκόλυνση τέτοιων εκτιμήσεων. Η συνηθισμένη μέθοδος kriging δε χρησιμοποιήθηκε μόνο για να παρεμβάλει τα δεδομένα υφής που έλειπαν, και τα WHC, MC, TSS, OM, CaCO3, pH, αλλά και να ελέγξει την αξιοπιστία τους.

Η χωρική εξάπλωση των τριών ομάδων της φυσικής βλάστησης που προέκυψε από το LSSM

Χωρική ανάλυση: Η χωρική ανάλυση μετατρέπεται σε ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο κατανόησης του κόσμου μας, καθώς τα συστήματα που μελετάμε γίνονται ολοένα και πιο σύνθετα και η παρατήρηση στο πεδίο δυσκολεύει. Ο Barendregt τροποποίησε ένα μη χωρικό, λογιστικό μοντέλο οπισθοδρόμησης που εκτελείται σε ένα ΓΣΠ, ως ένα βήμα προς την οικολογική μοντελοποίηση του τοπίου. Στη συγκεκριμένη μελέτη σχεδιάστηκε ένα χωρικό μοντέλο για την πρόβλεψη των κατάλληλων περιοχών για τη φυσική βλάστηση. Η κακή επιλογή περιοχών μπορεί να προκύψει από μια ποικιλία παραγόντων, με πιο κοινό τους ανενημέρωτους χάρτες χρήσεων γης. Παρ’ όλ’ αυτά, οι νέες τεχνολογίες στα ΓΣΠ παρέχουν την οργάνωση και τις δομές στη διαδικασία λήψης αποφάσεων. Ο στόχος αυτής της έρευνας είναι η διευκόλυνση της εφαρμογής της χωρικής ανάλυσης στη μελέτη των πολύπλοκων διαδικασιών στον κόλπο του Σουέζ. Η εικόνα δείχνει το διάγραμμα ροής του LSSM. Τρεις ομάδες βλάστησης (Α, Β και C) δημιουργήθηκαν μετά την εφαρμογή του LSSM. Οι τύποι βλάστησης κυριαρχούνται από:

• Ομάδα Α: Alhagi maurarum, Cressa cretica, Tamarix nilotica.
• Ομάδα Β: Zygphollum coccineum, Ochradenis baccatus, Acacia chrenbergiana, Halcocneum strobiliaceum, Nitraria retusa.
• Ομάδα C: Parkinsonia aculata, Zilla spinosa, Limonium pruinosum, Haloxylon salicocornicum, Fagonia arabica.

Η χωρική εξάπλωση των τριών ομάδων της φυσικής βλάστησης που προέκυψε από το LSSM φαίνεται στην εικόνα.

Επαλήθευση στο πεδίο: Η έρευνα στο πεδίο έγινε με κύριους σκοπούς την εγκυρότητα του μοντέλου και την εξακρίβωση της πυκνότητας και της εξάπλωσης διαφορετικών ειδών. Οι προβλεφθήσες περιοχές χρησιμοποιώντας LSSM, συνδέονταν στενά με την εξάπλωση των ειδών στο χώρο. Η τεχνική του πίνακα σύγχυσης χρησιμοποιήθηκε για την επαλήθευση του μοντέλου. Με τις συνθήκες που επικρατούσαν στην περιοχή μελέτης, το Alhagi maurorum είναι το είδος με τη μεγαλύτερη αφθονία και απαντάται στο 60% των ειδών κοινωνίας. Τα Tamarix nilotica, Zygophyllum coccineum και Cressa cretica είναι συνοδά είδη και απαντώνται στο 25% των ειδών κοινωνίας. Τα υπόλοιπα είδη έχουν ποσοστό παρουσίας που ανέρχεται στο 15%.