Η χρήση της τηλεπισκόπησης για την διερεύνηση των αστικών κλιματικών συνθηκών
Από RemoteSensing Wiki
Περίληψη
Η τηλεπισκόπηση προσφέρει μοναδικές προοπτικές για τη μελέτη της σχέσης μεταξύ των αστικών συστημάτων και την κλιματική αλλαγή, διότι παρέχει χωρικές πληροφορίες και συνοπτική θέα του τοπίου που είναι διαθέσιμο σε πολλαπλά πεδία, έκταση, και χρονικότητες.
Η χωρική οργάνωση των αστικών περιοχών, το αποτύπωμα και το ύψος των κτιρίων, το πλάτος, το μήκος, και τη διάταξη των δρόμων, η σχετική εγγύτητα των αστικών υποδομών, το είδος και η ποικιλία του αστικού πρασίνου, επηρεάζει την αστική χρήση της ενέργειας και των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Επιπλέον, η επέκταση των αστικών περιοχών επηρεάζει τον κύκλο του άνθρακα μέσω της αλλαγής της εδαφοκάλυψης. Λαμβάνοντας υπόψη τις αναμενόμενες τάσεις στην αστική ανάπτυξη, μια αναμενόμενη αύξηση του παγκόσμιου αστικού πληθυσμού κατά 2,7 δισεκατομμύρια μέχρι το 2050 (Ηνωμένα Έθνη, 2010), υπάρχουν τεράστιες ευκαιρίες για τη διαμόρφωση του δομημένου περιβάλλοντος και μπορεί ο αστικός χωροταξικός σχεδιασμός να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στο κλίμα , όσον αφορά την προσαρμογή .
Αστική μορφή και δομή
Αυτό που λείπει από τα περισσότερα υπάρχοντα σχέδια δράσης για το κλίμα είναι μια σαφής σύνδεση μεταξύ της αστικής χρήσης γης πέρα από τη κλίμακα του κτιρίου, και τη χρήση της ενέργειας ή των εκπομπών. Υπάρχει επίσης πολύ λίγη γνώση για τις αναπτυσσόμενες χώρες, όπου αναμένεται να συμβεί η πλειοψηφία των μελλοντικών αστικών επεκτάσεων. Δορυφορικές παρατηρήσεις αποτελούν την κύρια πηγή πληροφοριών σχετικά με τη μέτρηση της αστικοποίησης σε αυτές τις περιοχές.
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση σε αστικές περιοχές παρέχει σαφή χωρικά στοιχεία που έχουν γίνει μια ουσιαστική πηγή πληροφοριών για τη μέτρηση της αστικής μορφής και δομής. Ενώ επικρατούν αναλύσεις εστίασης σε μεμονωμένα pixel αστικής τηλεπισκόπησης, μια πιο ολοκληρωμένη ανάλυση της αστικής μορφής θα επικεντρωθεί στην ταυτόχρονη ανάλυση της χωρικής διαμόρφωσης μιας ομάδας ή πλαισίων εικονοστοιχείων. Η ανάλυση θα πρέπει να περιλαμβάνει την κάθετη διάσταση (π.χ. ύψος του κτιρίου) και τη διάταξη υπεραστικών χώρων, συμπεριλαμβανομένων των δρόμων και των κτιρίων. Η φυσική οργάνωση των αστικών περιοχών είναι κεντρικής σημασίας για τη χρήση της ενέργειας, και αυτό είναι όπου η τηλεπισκόπηση μπορεί να συμβάλει σημαντικά. Αυτό θα απαιτήσει ένα νέο τρόπο σκέψης για την ταξινόμηση, την αξιολόγηση της ακρίβειας, και τη μοντελοποίηση. Η έρευνα σχετικά με την ανίχνευση χωροταξικού σχεδίου έχει προωθήσει την ενδοαστική ανάλυση σε κλίμακες, όπου τα δορυφορικά δεδομένα παρέχουν ζωτικής σημασίας ενδιάμεσες διασυνδέσεις για κτίριο, οικοδομικό μπλοκ, γειτονιά, πόλη, περιοχή, έθνος, και τελικά τη παγκόσμια κλίμακα. Με την ολοκλήρωση της έρευνας σε κλίμακες, οι επιστήμονες μπορούν να συμβάλουν σε συνδυαστικές λύσεις και που είναι σήμερα διερευνημένες χωριστά στον τοπικό σχεδιασμό, την περιφερειακή αξιολόγηση, την εθνική πολιτική, και τις διεθνείς διαπραγματεύσεις (Εικ. 1).
Μέχρι στιγμής, η κατακόρυφη διάσταση στις αστικές περιοχές, δεν έχει ευρέως αναλυθεί με την τηλεπισκόπηση. Η προσθήκη αυτής της τρίτης διάστασης θα παρέχει ένα κρίσιμο συστατικό της αστικής μορφής και μια σαφέστερη κατανόηση των σχέσεων μεταξύ της πυκνότητας, της κινητικότητας και της αποτελεσματικότητας. Νέα έρευνα με τη χρήση ενέργειας οπισθοσκέδασης από σκεδασίμετρο μικροκυμάτων SeaWinds της NASA, και τη νύχτα με τα φώτα από το Αμυντικό Μετεωρολογικό Δορυφορικό Πρόγραμμα της NOAA / Επιχειρησιακού Linescan συστήματος απεικονίζει την προοπτική συνδυασμού πολλαπλών αισθητήρων για τον χαρακτηρισμό της ανάπτυξης των δομημένων υποδομών (Frolking et al., 2013). Σημαντική επίσης είναι η μέτρηση της πυκνότητας του κτιριακού αποθέματος και δομής (όχι πυκνότητα πληθυσμού) και είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της αστικής μορφής για τις αστικές δραστηριότητες.
Χώρος, δείγματα, καθώς και συστήματα των πόλεων
Ένα πλεονέκτημα της δορυφορικής τηλεπισκόπισης είναι η ικανότητα να συλλάβει συνεπείς μετρήσεις σε όλο το «σύμπαν» των πόλεων, προκειμένου να γίνεται αντιληπτό κάτι που μπορεί να είναι σχετικά εκτός της δικαιοδοσίας μιας συγκεκριμένης αστικής περιοχής. Ένα από τα καθήκοντα της ερευνητικής κοινότητας για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής ήταν να καθορίσει τις τροχιές των εκπομπών και τις δυνατότητες περιορισμού των πόλεων σε όλο τον κόσμο. Δηλαδή, για να εξετάσει τις αστικές περιοχές, σαν ομάδες ή σύνολα.
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση δεν είναι χρήσιμη μόνο για τη συνεπή ταξινόμηση σε κλίμακες. Είναι σημαντική επίσης στην ανάπτυξη συνεκτικών συνόλων δεδομένων που μπορούν να εξεταστούν ως ένα μεγάλο στατιστικό δείγμα αστικών περιοχών. Αυτό είναι απαραίτητο για τη στατιστική συμπερασματολογία και τη μεγαλύτερη κλίμακα μοντελοποίησης. Για παράδειγμα, η γνώση της κατανομής των πόλεων με βάση μια τυχαία μεταβλητή όπως η πυκνότητα, είναι αναγκαία για την εξέταση της σχέσης μεταξύ αυτής της παραμέτρου και της ζήτησης μεταφορών (Bento et al., 2005) ή της ενέργειας κτιρίου που χρησιμοποιεί.
Τέλος, η αστική τηλεπισκόπηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξετάσει τους τρόπους με τους οποίους οι πόλεις αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν η μία την άλλη. Οι τάσεις αυτές είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της ανάπτυξης των πόλεων σε εθνικά και παγκόσμια δίκτυα, καθώς και τις ροές του ανθρώπινου κεφαλαίου και των υλικών μεταξύ τους. Αυτά τα δίκτυα μπορεί να θεωρηθούν ως χωρικά οριοθετημένες πόλεις-περιοχές (πολλές πόλεις κοντά) ή παγκόσμια δίκτυα τα οποία συνδέονται με το εμπόριο και τους πόρους (αστικές τηλεσυνδέσεις). Από τις παρατηρήσεις από δορυφορικά δεδομένα που δεν είναι ιδιαίτερα σε οποιαδήποτε χώρα ή δικαιοδοσία, μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την εξέταση των αλληλεπιδράσεων στο πλαίσιο των δικτύων που υπερβαίνουν τα εθνικά ή άλλα πολιτικά σύνορα.
Διαδικασίες αστικοποίησης
Με περισσότερα από 40 χρόνια από το αρχείο δεδομένων Landsat, μπορούμε να μετρήσουμε την ιστορική αστική μορφή και να αξιολογηθεί ο ρόλος των κυβερνητικών πολιτικών και κινήτρων για τη διαμόρφωση των εντατικών χρήσεων γης. Αυτές οι αναλύσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατανόηση των ιστορικών δυνάμεων και για την προσομοίωση πιθανών μοντέλων αστικής επέκτασης (Seto et al., 2011), καθώς και τη σύνδεσή τους με τις εκτάσεις κάλυψης τόσο μέσω της ζήτησης για επίγειο χώρο (τοπικά) όσο και των πρώτων υλών (μέσω τηλεσυνδέσεων) (Seto et al., 2012b). Ως εκ τούτου, η επιστήμη της τηλεπισκόπισης παρέχει τα δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση μεταξύ της αστικοποίησης και την απώλεια της παγκόσμιας ικανότητας δέσμευσης από γεωργικές εκτάσεις και τα δάση (DeFries et al, 2007?.. Seto et al, 2012a). Παρόμοια υπάρχει δυναμικό για την ανάλυση των προτύπων αστικοποίησης και τις αλλαγές στη χρήση της ενέργειας. Επιπλέον, μια ποικιλία από δορυφορικούς αισθητήρες χρησιμοποιούνται σήμερα για τη μέτρηση της ανάπτυξης των υποδομών και των υλικών αποθεμάτων σε όλο τον κόσμο (. Takahashi et al, 2010? Hsu et al, 2011). Οι αστικές υποδομές είναι ιδιαίτερα ευάλωτες σε ακραία καιρικά φαινόμενα, όπως είναι ο πάγος και οι καταιγίδες, οι τυφώνες και τα κύματα καύσωνα. Αυτό θα οδηγήσει σε μια αυξανόμενη έκθεση σε κίνδυνο και την αλλαγή του προφίλ κινδύνου για εκείνους που ζουν σε αστικές περιοχές που μπορεί να προσδιοριστεί ποσοτικά με την τηλεπισκόπηση. Με συνδυασμό από δορυφορική ανάλυση κινδύνου με τα γεωγραφική μοντέλα για κλιματικούς λόγους, οι επιστήμονες μπορούν να εξετάζουν τα περιφερειακά και παγκόσμια πρότυπα της αστικής προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή (McGranahan et al., 2007).
Βασικά μηνύματα και νέες κατευθύνσεις
Με δεδομένη την τεράστια και αυξανόμενη καταγραφή των δεδομένων τηλεπισκόπησης διαθέσιμα από την κυβέρνηση και ιδιωτικές πηγές, υπάρχει μια συναρπαστική ευκαιρία να αναπτυχθεί μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση των αστικών συστημάτων και των σχέσεών τους με τη χρήση ενέργειας, των εκπομπών, και τη δυναμική του άνθρακα. Ωστόσο, η ερευνητική κοινότητα της αστικής τηλεπισκόπησης πρέπει να επικεντρώσει τις προσπάθειες της σε θέματα που έχουν ιδιαίτερη σημασία για την ανάλυση του κλίματος. Αυτή η βούληση απαιτεί να κινηθούν πέρα από την επικρατούσα ανάλυση της τηλεπισκόπησης: την ανίχνευση των αλλαγών και τη χαρτογράφηση της κάλυψης γης. Η ικανότητα να μετρήσει μοτίβα αστικής κάλυψης γης (διαμόρφωση των pixels),την κατακόρυφη διάσταση, και να δημιουργήσει προϊόντα που έχουν σχεδιαστεί ώστε να συνδέονται απευθείας με βοηθητικά χωρικά δεδομένα είναι καλά παραδείγματα. Απαιτεί, επίσης, εμείς να αναγνωρίζουμε τους περιορισμούς των δορυφορικών παρατηρήσεων, τα οποία μπορεί να προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με ορισμένες παραμέτρους, αλλά απλά δεν είναι σχεδιασμένα να συλλάβουν και άλλα στοιχεία που είναι κρίσιμα για την αστική ανάλυση του κλίματος. Ίσως ακόμη πιο σημαντικό, υπάρχει επείγουσα ανάγκη για την περαιτέρω κατανόηση μας, έτσι ώστε η τηλεπισκόπηση μπορεί να είναι σχετική και έγκαιρο εργαλείο για να βοηθήσει στην ενημέρωση των πολιτικών αποφάσεων.
Υπογραμμίζουμε την ανάγκη να σφυρηλατηθούν νέες συνεργασίες, μεταξύ τηλεπισκόπησης, επιστημόνων , οικονομολόγων, αρχιτεκτόνων, σχεδιαστών, και προσομοιωτών κλίματος. Αυτές οι διεπιστημονικές ερευνητικές ομάδες θα είναι ζωτικής σημασίας προκειμένου να κάνουν αναλύσεις που απαιτούνται να γίνουν για να κατανοηθεί πώς οι αστικές περιοχές μπορούν να μετριάσουν την κλιματική αλλαγή με αποτελεσματικούς τρόπους.
Πηγή: Remote sensing science to inform urban climate change mitigation strategies Karen C. Seto , Peter Christensen
