Από RemoteSensing Wiki

Πρότυπος Τίτλος : The Remote Sensing of Biodiversity: From Global to Local Scales

Τίτλος : Η τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας: από την παγκόσμια στην τοπική κλίμακα

Συγγραφείς : BW Heumann, RA Hackett, AK Monfils, and JW Gross

Πηγή : Researchgate

Εισαγωγή

Το παρόν άρθρο πραγματεύεται την τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας, από παγκόσμια σε τοπική κλίμακα. Αρχικά θα οριστεί η έννοια της βιοποικιλότητας και τι σημασία και οφέλη έχει για την κοινωνία με το να υποστηρίζει τις λειτουργίες, τα αγαθά και τις υπηρεσίες του οικοσυστήματος. Έπειτα θα παρουσιαστούν παραδείγματα εφαρμογής της τηλεπισκόπησης στη βιοποικιλότητα. Η χρήση της στον εντοπισμό της βιοποικιλότητας είναι πολύπλευρη και περίπλοκη διαδικασία. Από τεχνικής πλευράς, η πρόκληση βρίσκεται στον εντοπισμό και στην επεξεργασία του βιοτικού αντικειμένου, και έπειτα στη συσχέτιση του με τα οικολογικά συστήματα σε κλίμακα που είναι κατάλληλη να απαντήσει το βιολογικό ερώτημα. Από οικολογικής πλευράς, είναι περίπλοκος ο εντοπισμός της βιοποικιλότητας σε θέμα κλίμακας, μέτρησης της βιοποικιλότητας και της σχέσης ανάμεσα στις λειτουργίες, τα αγαθά και τις υπηρεσίες. Από πρακτικής πλευράς τίθεται το ερώτημα εάν η τηλεπισκόπηση βοηθά να γίνει πιο αποδοτικός , εκλεπτυσμένος και μεγαλύτερης κλίμακας ο εντοπισμός της βιοποικιλότητας.

Ορισμός βιοποικιλότητας και η αξία της

Βιοποικιλότητα ονομάζουμε τον αριθμό και την ποικιλία των ζωντανών οργανισμών, και συμπεριλαμβάνει το σύνολο των οικοσυστημάτων, των βιολογικών ειδών και των γονιδίων. Η ποικιλία στα οικοσυστήματα είναι το σύνολο των παραλλαγών σε διαφορετικές χωρικές κλίμακες. Η δομή κοινοτήτων σε δίκτυα, οι λειτουργικές ομάδες και οι οικότυποι μπορούν να συμπεριληφθούν επίσης στη βιοποικιλότητα. Η ποικιλότητα των ειδών συμπεριλαμβάνει τις παραλλαγές μέσα στα ταξονομικά διαφορετικά είδη, της φυλογενετικές παρουσιάσεις των ειδών και την ισορροπία των ειδών μέσα σε μια κοινότητα ή ένα τοπίο. Η γενετική βιοποικιλότητα είναι οι διαφοροποιήσεις των γονότυπων μέσα σε ένα είδος ή έναν πληθυσμό. Η αξία των οικοσυστημάτων μετριέται συνήθως με τη σχέση των λειτουργιών και των παραγόμενων αγαθών και υπηρεσιών τους. Οι λειτουργίες του οικοσυστήματος είναι βιοχημικές και φυσικές διεργασίες που ρυθμίζουν, αλλάζουν και διατηρούν τη σταθερότητα ενός οικοσυστήματος. Σε γενικό επίπεδο, η απώλεια της βιοποικιλότητας κάνει το οικοσύστημα πιο ευάλωτο, γιατί μειώνει την αποδοτικότητα της αυτορρύθμισης του, και την ικανότητα να αποκρίνεται σε φυσικές και ανθρωπογενή διαταραχές. Η κλιματική αλλαγή είναι παράδειγμα μιας τέτοιας διαταραχής σε παγκόσμια κλίμακα που επηρεάζει όλα τα οικοσυστήματα. Τα οικολογικά ποικιλόμορφα συστήματα έχουν είδη τα οποία καταλαμβάνουν ένα εύρος από διαφορετικά ενδιαιτήματα, τα οποία σε επικείμενη αλλαγή του κλίματος, έχουν τη δυνατότητα να επιβιώσουν και να διατηρήσουν τις οικοσυστημικές τους λειτουργίες. Ενώ τα συστήματα με ποικιλότητα στα είδη, έχουν πλήθος ειδών τα οποία καταλαμβάνουν ένα πλήθος από ενδιαιτήματα και ένα εύρος από αυτά εξυπηρετεί τις ίδιες λειτουργίες, με συνέπεια, σε κάποια καταστροφή, εάν χαθεί το ένα είδος, άλλα είδη μπορούν να μετακινηθούνε στην οικοθέση αυτή. Τα πλήθη ειδών με γενετική ποικιλομορφία αυξάνουν τη δυνατότητα να κρατηθούν γενετικά χαρακτηριστικά με φυσική επιλογή που θα είναι πλεονέκτημα για το νέο κλίμα. Η βιοποικιλότητα είναι λοιπόν σημαντική σε όλα τα επίπεδα για την επιβίωση του πληθυσμού των ειδών, και μέσω αυτού και για το οικοσύστημα στο οποίο μένει. Τα οικοσυστημικά προϊόντα και οι υπηρεσίες και που παρέχονται από το περιβάλλον, ωφελούν τον άνθρωπο απευθείας (τροφή, φάρμακα, οικοδομικά υλικά, ποιότητα νερού, κουλτούρα, αισθητική αξία). Η απώλεια βιοποικιλότητας μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στη ξυλεία, τις καλλιέργειες, την αλιεία, και τη ρύθμιση του κλίματος. Οι σημερινές πρακτικές καλλιέργειας εστιάζουν στη μονοκαλλιέργεια, παρόλα αυτά, οι φυτείες με ποικιλία στα είδη έχουν αυξήσει την συνολική παραγωγικότητα. Οι επιστήμονες γενικά προωθούν την ποικιλότητα στις καλλιέργειες για να μειώσουν τις αρρώστιες και την ξηρασία. Αυτό που θα πρέπει να ληφθεί επίσης υπόψιν είναι η οικονομική αξία της βιοποικιλότητας. Υπάρχουν μέρη που είναι νούμερο ένα προορισμοί λόγω της βιοποικιλότητάς τους. Πολλά χαρισματικά είδη τα οποία προσδίδουν ένα αίσθημα ταυτότητας σε συγκεκριμένα οικοσυστήματα έχουν γίνει συνώνυμα με τα εθνικά τους σύμβολα(π.χ. τα καγκουρό της Αυστραλίας). Υπάρχει ένα δυσανάλογα μεγάλο ενδιαφέρον του ανθρώπου να διατηρήσει τα είδη αυτά, ενώ το οικολογικό και οικονομικό όφελος τους είναι χαμηλό σε σχέση με άλλα είδη. Αυτό κάνει την διατήρηση της οικολογικής και γενετικής τους ποικιλότητας προτεραιότητα. Διαφορετικές υποθέσεις έχουν προταθεί σχετικά με τις σχέσεις μεταξύ βιοποικιλότητας και οικολογικών λειτουργιών και υπηρεσιών. Μία από αυτές δηλώνει πως ένας μεγαλύτερος αριθμός ειδών οδηγεί σε μεγαλύτερη βιοποικιλότητα. Η πραγματική σχέση είναι πολύ πιο περίπλοκη. Για ένα οικοσύστημα, δεν είναι μόνο το πλήθος των διαφορετικών ειδών που κατέχει, το οποίο επηρεάζει τις λειτουργίες και την ανθεκτικότητά του, αλλά ποια είδη είναι παρόντα και εάν αυτά τα είδη είναι ντόπια ή αλλόχθονα. Αυτό που επηρεάζει τις διαδικασίες ενός οικοσυστήματος περισσότερο είναι η απώλεια μιας εγγενούς ποικιλότητας. Διότι ένα οικοσύστημα στο οποίο εισβάλλουν αλλόχθονα είδη μπορεί να φαίνεται να έχει περισσότερη ποικιλότητα από ένα άλλο, αλλά αυτό δίνει παραπλανητικά συμπεράσματα για τις σχετικές οικοσυστημικές λειτουργίες και υπηρεσίες. Είναι σημαντικό να γίνουν κατανοητά τα όρια των μέτρων και να σημειωθούν οι χαμένες πληροφορίες όταν εξάγονται τα μέτρα, όταν μελετάται η βιοποικιλότητα, και κυρίως μέσω της τηλεπισκόπησης. Η σχέση μεταξύ βιοποικιλότητας και οικοσυστημικής λειτουργίας μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τον τύπο της βιοποικιλότητας ο οποίος μελετάται. Επίσης, η βραχυπρόθεσμη έρευνα δεν καταγράφει πάντα το πόσο η βιοποικιλότητα επηρεάζει οικοσυστημικές λειτουργίες και υπηρεσίες, γι αυτό το σκοπό χρειάζονται και μακροπρόθεσμες έρευνες, μαζί με τις βραχυπρόθεσμες, που θα δείξουν την αξία της βιοποικιλότητας και των υπηρεσιών. Μεγάλη σημασία έχει επίσης, αυτά τα δύο να εξετάζονται μαζί, κάτι το οποίο μπορεί να επιτευχθεί μέσω του πλήθους ερευνών που εξειδικεύονται σε μία μόνο λειτουργία και τη χρήση από εξελιγμένες στατιστικές μεθόδους. Οι έρευνες αυτές συνδυαστικά μπορούν να αποφέρουν μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση των οικοσυστημικών λειτουργιών σε σχέση με τη βιοποικιλότητα, και να σταθεροποιήσει προηγούμενες υποθέσεις γι αυτά τα θέματα. Υπάρχουν πολλές απειλές για τη βιοποικιλότητα, για τις οποίες κατά βάση ευθύνεται ο άνθρωπος (καταστροφή ενδιαιτημάτων , εισβολή αλλόχθωνων ειδών, υπερεκμετάλλευση των ειδών, κτλ). Και για την κάλυψη των αυξανόμενων αναγκών του, υπάρχει η απαίτηση για όλο μεγαλύτερες καλλιεργήσιμες εκτάσεις, για ενέργεια και ταξίδια, με συνέπεια τη μείωση της βιοποικιλοτητας. Στη συνέχεια θα εξηγηθεί γιατί είναι σημαντική η τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας. Σκοπός της είναι να εντοπίσει και χαρτογραφήσει οτιδήποτε υποστηρίζει τις λειτουργίες και υπηρεσίες του οικοσυστήματος, οι οποίες έχουν κάποιο κοινωνικό όφελος, όπως τον εντοπισμό αλλόχθωνων ειδών, την εκτίμηση της βιοχημείας διαφόρων φυτών, τις εναλλαγές στην παραγωγικότητα τους κτλ. Η τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας επίσης περιέχει τα τεχνητά οικοσυστήματα, και είναι μάλιστα ιδιαίτερα σημαντική στις καλλιέργειες, για τον εντοπισμό ασθενειών, εντόμων και κλιματικής αλλαγής. Επισημαίνεται πως η τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας είναι πιο εύκολη και χρησιμοποιείται περισσότερο για την χλωρίδα, αν και η βιοποικιλότητα εμπεριέχει και χλωρίδα και πανίδα. Η πανίδα για να εντοπιστεί τηλεπισκοπικά, ενώ δεν είναι αδύνατο, έχει αρκετές δυσκολίες, όπως ότι τα ζώα κινούνται, καμουφλάρονται πιο εύκολα. Για τον εντοπισμό πανίδας με τηλεπισκόπηση χρησιμοποιούνται κυρίως αντικαταστάτες, αντί για τα ίδια τα ζώα, όπως οι φωλιές τους.

Πρόοδοι στην τεχνολογία της Τηλεπισκόπησης

Στο υπόλοιπο άρθρο θα αναλυθούν οι ευκαιρίες και προκλήσεις στην διαδικασία της τηλεπισκόπησης της βιοποικιλότητας. Οι ευκαιρίες της τηλεπισκόπησης από παγκόσμια σε τοπική κλίμακα όλο και αυξάνονται με την πρόοδο της τεχνολογίας. Αρχικά, η πρόσβαση σε δεδομένα αυξάνεται και μειώνεται το κόστος σε αυτά, όπως επίσης αυξάνεται ο όγκος και το είδος των προσβάσιμων δεδομένων για μη κερδοσκοπικούς σκοπούς. Ακόμα και εμπορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης είναι πλέον πιο οικονομικές και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μη κερδοσκοπικές χρήσεις. Η τελευταία γενιά εμπορικών δορυφορικών δεδομένων γνωρίζει πλέον καθημερινή επισκεψιμότητα.

Οι πρόοδοι της τηλεπισκόπησης δεν περιορίζονται στις δορυφορικές πλατφόρμες. Το άρθρο συνεχίζει με το να παρουσιάζει μέσα τηλεπισκόπησης. Αρχικά, τα πιο παραδοσιακά(παλιά) μέσα, όπως τα λεγόμενα RPV (μη επανδρωμένα αεροσκάφη ή drone), τα οποία έχουν εξελιχθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια και επιτρέπουν εντελώς καινούρια επίπεδα δεδομένων τα οποία ελέγχει ο χρήστης, και μάλιστα με λεπτομέρεια σε χωρικές κλίμακες και σε περιορισμένες εκτάσεις. Αυτά επισημαίνεται πως είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για την παρακολούθηση διαφορετικών τύπων οικοσυστημάτων, και ειδικά για αυτά τα οποία είναι μικρά σε μέγεθος και περιλαμβάνουν κυρίως ποώδη φυτά. Η τηλεπισκόπηση με RPV γίνεται όλο και πιο ενδιαφέρουσα όσο οι τεχνολογίες αναπτύσσονται και τα δεδομένα είναι ελαφρύτερα, κάτι το οποίο επιτρέπει σε τέτοιες τεχνολογίες να εντάσσονται πιο αποτελεσματικά σε πλατφόρμες, και ο χρήστης μπορεί να επιλέγει ο ίδιος εικόνες για τους δικούς του σκοπούς. Άλλο μέσο τηλεπισκόπησης το οποίο χρησιμοποιείται είναι η Αεροφωτογραφία. Η μέθοδος αυτή αναπτύσσεται ακόμα χάρη σε νέους ψηφιακούς σένσορες και καινοτόμα εργαλεία επεξεργασίας τα οποία δημιουργούν άψογα και γρήγορα μωσαϊκά των εικόνων. Επίσης, οι καινούριες αυτόματες προσεγγίσεις για τρισδιάστατα μοντέλα είναι ικανές να φτιάξουν μοντέλα ψηφιακής επιφάνειας με ακρίβεια LIDAR, με χρήση αεροφωτογραφιών.

9.14.4. Η τηλεπισκόπηση της βιοποικιλότητας σε παγκόσμια και τοπική κλίμακα Σε παγκόσμια και τοπική κλίμακα η τηλεπισκόπηση μεμονωμένων οργανισμών είναι σχεδόν ανέφικτη, για διάφορους λόγους. Αρχικά, λόγω κόστους των εικονών υψηλής ποιότητας, και έπειτα λόγω του ότι είναι δύσκολο να καλυφθεί μια μεγάλη επιφάνεια σε μικρό χρονικό διάστημα. Εφαρμόζεται όμως η μέθοδος της τηλεπισκόπησης για τη βιοποικιλότητα με μικρή χωρική ανάλυση και καλύπτοντας μεγάλες επιφάνειες ανά τακτά χρονικά διαστήματα, παρέχοντας έτσι σημαντικές χρονικές πληροφορίες. Στη συνέχεια προτείνεται να επιλεγούν μεγάλες ενότητες ανάλυσης για παγκόσμια και τοπική κλίμακα, όπως κοινότητες, και οικοσυστήματα. Διότι η καταγραφή και ο εντοπισμός της βιοποικιλότητας σε μικρή χωρική ανάλυση έχει το προτέρημα να δίνει πλούσιες πληροφορίες για τις διάφορες οικολογικές ενότητες, οι οποίες συναντώνται σε τόσο εκτενή δεδομένα. Αυτό δίνει τη δυνατότητα παρατήρησης των διαφόρων συνθέσεων και του πλήθους των ταξονομικών ομάδων, οικοτύπων και της διαφορετικής φυσικής δομής. Δίνεται ο ορισμός του Hutchinson για την οικόθεση, σύμφωνα με τον οποίο είναι χρήσιμη η διάκριση τα διάφορα στοιχεία και τους οργανισμούς που αλληλοεπιδρούν, διότι έτσι παρατηρούνται βιογεωγραφικά χωρικά μοτίβα, αντί για τυχαία μοτίβα, όπως επίσης δίνει πλαίσιο κατανόησης και κατανόησης του αριθμού των διαφόρων ειδών μέσα σε μία κοινότητα. Τονίζεται επίσης πως όσο περισσότερες διαφοροποιήσεις υπάρχουν, τόσο περισσότερες οικοθέσεις θα διατίθενται για τις οποίες τα είδη εξελίσσονται ώστε να τις καλύψουν. Παρατίθεται το παράδειγμα της βιοποικιλότητας των τροπικών δασών και της τούνδρας, όπου οι τούνδρες έχουν λιγότερα είδη σε σχέση με τα τροπικά δάση, γιατί υπάρχει λιγότερες διαφοροποιήσεις στον περιβαλλοντικο και φυσικό χώρο για να αναπτυχθούν τα είδη. Η χαρτογράφηση λοιπόν τέτοιων οικολογικών κοινοτήτων και σε τοπική και σε παγκόσμια κλίμακα δίνει πληροφορίες δίνει μαζί με τις βιογεωγραφικές πληροφορίες και πληροφορίες για τις βιοτικές και αβιοτικές διεργασίες της επιφάνειας της γης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι παλαιότεροι τρόποι καταγραφής αυτών των προαναφερθέντων διεργασιών. Αναφέρονται δορυφορικοί σένσορες όπως το MSS (Landsat Multispectral Scanner) και το AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), μέσω των οποίων δημιουργούνταν χάρτες οι οποίοι ήταν χρήσιμοι για βιογεωγραφικές εφαρμογές, αλλά και για μελέτες που αφορούσαν τη παγκόσμια περιβαλλοντική αλλαγή, αφού αυτά τα δεδομένα συνδυάζονταν με κλιματικά μοντέλα. Στη συνέχεια αναφέρονται τωρινά παραδείγματα παγκόσμιων χαρτών που δίνουν τη περιγραφή παγκόσμιων χαρτών χρήσεων γης. Η ανάλυση τους κυμαίνεται από 250m μέχρι 8km, ανάλογα με τον σένσορα λήψης και την εποχή. Η ανάλυση είναι μικρή, αλλά συνδυασμένη με ιστορικά δεδομένα δίνουν μια ικανοποιητική εικόνα για την ανίχνευση και τη διαμόρφωση του παγκόσμιου αντίκτυπου στη βιοποικιλότητα. Όπως προαναφέρθηκε, η βιοποικιλότητα δεν είναι αναγκαίο να περιορίζεται στην απλή απαρίθμηση των ειδών. Στη βλάστηση αυτό ερμηνεύεται μέσω της δομής και της παραγωγικότητας. Οι εκτιμήσεις της δομής της βλάστησης πραγματοποιούνται με την τηλεπισκόπηση, μέσω του LAI (Leaf Area Index), του ύψους συγκόμωσης και της βιομάζας στην επιφάνεια του εδάφους. Οι καλύτερες εκτιμήσεις της δομής βλάστησης γίνονται με LIDAR, αλλά ακόμα καλύτερες είναι οι μέθοδοι με SAR και MODIS, λόγω της ευρείας κάλυψης της περιοχής και τη λήψη ανά τακτά/σύντομα χρονικά διαστήματα. Το προτέρημα στις λήψεις ανά τακτά χρονικά διαστήματα είναι πως μπορούν να διακριθούν η εποχικότητα και η φαινολογία κάλυψης γης, με τις οποίες διακρίνονται οι αλλαγές στο φύλλωμα ανά εποχή (πότε δημιουργείται και πότε πέφτει το φύλλωμα), και αντίστοιχα με μελέτες φαινολογίας, εντοπίζοντας παγκόσμιες περιβαλλοντικές αλλαγές. Δυστυχώς, όλα τα παραπάνω δεν δίνουν πληροφορίες συγκεκριμένες για τους οργανισμούς. Η κατανομή των οργανισμών όμως μπορεί να σχηματιστεί χρησιμοποιώντας τα ππροηγούμενα δεδομένα σε συνδυασμό με άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες, που επίσης προκύπτουν από την τηλεπισκόπηση. Τα μοντέλα κατανομής των ειδών (SDM) χρησιμοποιούν της περιοχές όπου εμφανίζονται τα είδη μαζί με περιβαλλοντικά δεδομένα για να καθοριστούν οι οικοθέσεις γεωγραφικά. Αλλά εκτός από την χαρτογράφηση μεμονομένων ειδών, το SDM χρησιμοποιείται και για τη χαρτογράφηση των μοτίβων που αναδύονται από το πλήθος των ειδών.