ΜΕΛΕΤΗ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΟΡΕΙΝΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΥΨΗΛΟΥ ΥΨΟΜΕΤΡΟΥ ΜΕ ΜΟΝΙΜΑ ΠΑΓΩΜΕΝΑ ΕΔΑΦΗ, ΣΕ ΣΗΜΕΙΑ ΕΠΙΚΡΑΤΗΣΗΣ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΠΑΓΕΤΩΝΑ

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή: Remote sensing of glacier- and permafrost-related hazards in high mountains: an overview

Συγγραφείς: A. K¨a¨ab, C. Huggel, L. Fischer, S. Guex, F. Paul, I. Roer, N. Salzmann, S. Schlaefli, K. Schmutz, D. Schneider, T. Strozzi, and Y.Weidmann

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η υψηλή επικινδυνότητα εξαιτίας της επικράτησης συνθηκών παγετώνα σε ορεινές περιοχές μεγάλων υψομέτρων συνδέεται με περιστατικά πλημμυρών λόγω λιωσίματος παγωμένων όγκων νερού όπου συσσωρεύτηκε για μεγάλα χρονικά διαστήματα, σταθερή και ασταθή αλλαγή του μήκους του στρώματος πάγου ή διακυμάνσεις του όγκου του πάγου, κινήσεις μαζών και κινδύνους λόγω κάλυψης ηφαιστείων με πάγο. Συχνά, συνδυασμοί αυτών ή και άλλων διαδικασιών οδηγούν σε σφοδρές καταστροφές, καθώς πέρα από τις υλικές ζημιές, ένα και μόνο περιστατικό μπορεί να οδηγήσει στον θάνατο εκατοντάδων ανθρώπων. Αν και οι κίνδυνοι που συνδέονται με περιοχές μόνιμα παγωμένων εδαφών είναι προφανείς, υπάρχουν και άλλες έμμεσες επιπτώσεις όπως αλλαγές στην ροή των ποταμών κατά την ξηρή περίοδο, μείωση της τουριστικής αξίας ή άλλες κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις.

ΣΤΟΧΟΣ

Η αξιολόγηση και η διαχείριση των κινδύνων που συνδέονται με την ύπαρξη όγκων πάγου σε ορεινές περιοχές προϋποθέτει την εφαρμογή μοντέρνων ολοκληρωμένων τεχνικών παρατήρησης της γης, κυρίως για τους παρακάτω λόγους:

• Στις περισσότερες περιπτώσεις, περιοχές σχετικών κινδύνων εντοπίζονται σε απομακρυσμένες περιοχές μεγάλου υψόμετρου που δύσκολα μπορεί κανείς να προσεγγίσει λόγω τοπογραφίας.
• Ο τηλεπισκοπικός εντοπισμός των περισσότερων επικίνδυνων σημείων, οι πιθανές αλληλεπιδράσεις, οι αλυσιδωτές αντιδράσεις και η εξ αποστάσεως εύρεση επικίνδυνων σημείων σε πολύ μεγάλα ύψη, απαιτούν την χρήση ανιχνευτών που είναι ικανοί να καλύψουν μεγάλες εκτάσεις με μια μόνο λήψη.
• Οι κλιματικές αλλαγές προκαλούν διαταραχές στις ισορροπίες των όγκων πάγου και είναι δυνατή η κατάστρωση ζωνών κινδύνου έχοντας ως βάση σχετικά ιστορικά στοιχεία τα οποία όμως δεν επαρκούν από μόνα τους και θα πρέπει να συνδυαστούν με άλλες βάσεις δεδομένων.
• Πρόσφατες εξελίξεις στα δορυφορικά και αερομεταφερόμενα συστήματα τηλεπισκόπησης ανοίγουν τον δρόμο για νέες δυνατότητες για την εκτίμηση των φυσικών κινδύνων γενικότερα, αλλά και ειδικότερα των κινδύνων που συνδέονται με περιοχές μόνιμα παγωμένων εδαφών.

Η περίληψη αυτή συγκεντρώνει και παρουσιάζει τις διάφορες μεθόδους τηλεπισκόπησης που έχουν εφαρμοστεί για την αξιολόγηση της επικινδυνότητας που οφείλεται στην ύπαρξη μεγάλων όγκων πάγου σε ορεινές περιοχές. Η παρατήρηση παραδειγμάτων εφαρμογής επιτρέπει την διαπίστωση των δυνατών και αδύνατων σημείων που με τη σειρά τους καθορίζουν τις δυνατότητες και τους περιορισμούς των τηλεπισκοπικών τεχνικών για την χρήση τους στις συγκεκριμένες εφαρμογές.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ

Η δυνατότητα εφαρμογής της τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση της επικινδυνότητας σε ορεινά σημεία μεγάλου υψομέτρου καλυμμένα με πάγο εξαρτάται κυρίως από τους παράγοντες ακολουθούν:

• Η ανάλυση χώρου του ανιχνευτή καθορίζει τον βαθμό λεπτομέρειας που μπορεί να ανιχνευτεί από τα δεδομένα παρατήρησης.
• Η κάλυψη χώρου, δηλαδή η επιφάνεια του εδάφους που ανιχνεύεται, μπορεί να θεωρηθεί ότι εξαρτάται από την ανάλυση χώρου του ανιχνευτή μέσω των τεχνικών περιορισμών π.χ. λαμβάνοντας υπόψιν το όριο ανιχνευσιμότητας της έντασης του εισερχόμενου σήματος (όριο ανίχνευσης θορύβου). Ενώ τα μέτριας ανάλυσης δορυφορικά δεδομένα Landsat, IRS, ή ASTER είναι πολύ χρήσιμα για μια πρώτου βαθμού αξιολόγηση σε περιφερειακό επίπεδο, τα υψηλής ανάλυσης δεδομένα δορυφόρου IKONOS, QuickBird, ή Orbview προτιμώνται για αναλυτικότερη μελέτη σε τοπικό επίπεδο. Τα δεδομένα του δορυφόρου SPOT-5 (έως 2.5 m ανάλυση, 60 km πλάτος πεδίου) συνδυάζουν και τα μεν και τα δε πλεονεκτήματα σε ικανοποιητικό βαθμό.
• Η χρονική συχνότητα, δηλαδή ο χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών επισκέψεων του τηλεπισκοπικού συστήματος θα πρέπει να συμφωνεί με τους ρυθμούς εξέλιξης των κινδύνων ή των αλλαγών που μπορεί κάποιος να παρατηρήσει και συνδέεται κυρίως με την κάλυψη χώρου.
• Η ρύθμιση του χρόνου λήψης των δεδομένων θα πρέπει να ελέγχεται και να καθορίζεται από τον χρήστη ή να συμπίπτει τυχαία με τις ανάγκες του χρήστη. Η πιθανότητα να συμβεί τυχαία σύμπτωση αυξάνει όσο αυξάνει η χρονική συχνότητα.
• Η επιλογή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που είναι διαθέσιμο καθορίζει μεταξύ άλλων τις παραμέτρους επιφάνειας οι οποίες σημειώνονται από τον ανιχνευτή και την εξάρτηση του ανιχνευτή από τις καιρικές συνθήκες και τις συνθήκες ηλιοφάνειας.

ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

Τα αερομεταφερόμενα συστήματα τηλεπισκόπησης που εφαρμόζονται με επιτυχία στην αξιολόγηση της επικινδυνότητας ορεινών περιοχών μεγάλων υψομέτρων περιλαμβάνουν τις παρακάτω τεχνικές:

• Αποτύπωση/ψηφιακή αερο-φωτογραμμετρία μέσω ανιχνευτών CCD. Αυτές οι τεχνικές έχουν ευρεία εφαρμογή στην διαδικασία παραγωγής ψηφιακών μοντέλων εδάφους, στην ανίχνευση κατακόρυφων αλλαγών τοπίου, μέτρηση των τοπικών μετατοπίσεων και αναλυτικότερη εκτίμηση της κατάστασης της περιοχής.
• Παρά το ότι και οι μοντέρνες ψηφιακές κάμερες έχουν πολυφασματικές δυνατότητες μέσω εισαγωγής μερικών καναλιών στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο, υπάρχουν επίσης ορισμένοι υπερφασματικοί ανιχνευτές με δεκάδες εκατοντάδες στενά κανάλια στο εγγύς και μικροκυματικό υπέρυθρο.
• Τα αερομεταφερόμενα συστήματα υπερφασματικής τηλεπισκόπησης επιτρέπουν λεπτομερή φασματική ανάλυση της επιφάνειας του εδάφους (λιθολογικά χαρακτηριστικά, βλάστηση, λίμνες) αλλά είναι περιορισμένη η εφαρμογή τους στην άμεση αξιολόγηση της επικινδυνότητας όγκων πάγου σε ορεινές περιοχές εξαιτίας του υψηλού κόστους απόκτησης των δεδομένων και της μεγάλης ειδίκευσης που απαιτείται για την σωστή ανάλυση των δεδομένων.
• Η μέθοδος αερομεταφερόμενης σάρωσης με λέιζερ είναι μια τεχνική που εξελίσσεται για την απόκτηση δεδομένων ψηφιακού μοντέλου εδάφους υψηλής ακρίβειας.
• Το αερομεταφερόμενο ραντάρ SAR (synthetic aperture radar) χρησιμοποιείται σχετικά σπάνια για την παρατήρηση περιοχών υψηλού υψομέτρου, κυρίως λόγω τοπογραφικών περιορισμών. Ωστόσο, το μικροκυματικό φάσμα έχει πολλές δυνατότητες χρήσης εξαιτίας της δυνατότητας λήψης κατά τη μέρα και τη νύχτα ανεξαρτήτως καιρικών συνθηκών. Μέσω αυτού μπορούν να αποκτηθούν επιφανειακά και υπόγεια χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την διηλεκτρική σταθερά του εδάφους.

ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

Τα αντίστοιχα δορυφορικά συστήματα για την μελέτη αυτού του τύπου εφαρμογών είναι τα παρακάτω:

• Η λήψη δορυφορικών πολυφασματικών εικόνων είναι μια καλή τηλεπισκοπική μέθοδος για την χαρτογράφηση και τον έλεγχο της κάλυψης γης και τις αλλαγές της. Χρησιμοποιείται συχνά για την ανίχνευση σημείων κινδύνου και αλλαγές τοπίων αλλά και για την χαρτογράφηση των διακυβευμένων ζωνών.
• Οι δορυφορικές στερεο-εικόνες συχνά συνδυάζονται με πολυφασματικές εικόνες για την διαχείριση ψηφιακών μοντέλων εδάφους, ένα κρίσιμο στοιχείο που προαπαιτείται για τις περισσότερες μελέτες περιοχών μεγάλου υψομέτρου.
• Η συμβολομετρία SAR (InSAR) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση ψηφιακών μοντέλων εδάφους. Ειδικότερα, το εργαλείο αυτό είναι χρήσιμο για την υποστήριξη αξιολόγησης κινδύνου απομακρυσμένων περιοχών μέσω ψηφιακών μοντέλων εδάφους με μόνο μια σάρωση και λήψη δεδομένων. Επαναλαμβανόμενες λήψεις δεδομένων επιτρέπουν την μέτρηση των μετακινούμενων όγκων πάγου.

ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ

Η πιο κοινή εφαρμογή επεξεργασίας των τηλεπισκοπικών δεδομένων εκτίμησης της επικινδυνότητας περιοχών μεγάλου υψομέτρου είναι η συσχέτιση και ταξινόμηση του περιεχομένου των εικόνων. Με τον τρόπο αυτό εκμεταλλεύονται τόσο οι φασματικές πληροφορίες της εικόνας όσο και το περιεχόμενο ως προς τον χώρο. Η τεχνολογικά απλούστερη ανάλυση είναι η μη αυτόματη χαρτογράφηση των χαρακτηριστικών που παρουσιάζουν ενδιαφέρον από την συνολική διαθέσιμη εικόνα (Εικόνα 1). Ειδικότερα, κάτω από συνθήκες δύσκολης τοπογραφίας και ασθενούς οπτικής αντίθεσης ο μη αυτόματος ορισμός περιοχών μπορεί να είναι ανώτερος των ημιαυτόματων ή ακόμα και των αυτόματων τεχνικών. Ένας μεγάλος αριθμός ενισχύσεων εικόνας και τεχνικών διάχυσης είναι διαθέσιμος για την υποστήριξη της μη αυτόματης παρέμβασης. Ωστόσο για ταχύτατες, επαναλαμβανόμενες και/ή μεγάλων περιοχών ποσοτικές εφαρμογές, η αυτόματη ταξινόμηση εικόνων είναι μια διαδικασία που επιτρέπει καλή υποστήριξη. Υπάρχει μεγάλη ποικιλία διαθέσιμων τεχνικών όπως η μονοφασματική κατάτμηση, η πολυ- και υπερ-φασματική ταξινόμηση και οι χωρο-φασματικές αναλύσεις χρησιμοποιώντας όχι μόνο τις φασματικές πληροφορίες των εικονοστοιχείων της εικόνας αλλά και του χωρικού τους περιεχομένου. Πολλοί κίνδυνοι που σχετίζονται με την συμπεριφορά των πάγων μπορούν να παρακολουθηθούν μέσω των αλλαγών της ευρύτερης περιοχής. Για τον λόγο αυτό οι διαχρονικές εφαρμογές παρουσιάζουν ενδιαφέρον για την αξιολόγηση των κινδύνων σε περιοχές μεγάλων υψομέτρων. Τυπικές επεξεργασίες των διαχρονικών δεδομένων είναι οι εξής:

• επικάλυψη των διαχρονικών δεδομένων και σύγκριση μέσω παρέμβασης στις αλλαγές μετά από ταξινομήσεις, όπου τα αποτελέσματα ταξινόμησης των επιμέρους μη διαχρονικών εικόνων επικαλύπτονται. (Εικόνα 2)

• πρόσδοση 'ζωτικότητας' κατά την διαδοχική προβολή των ταξινομημένων διαχρονικών εικόνων (”flickering”)
• δημιουργία διαχρονικών σύνθετων ψευδοχρωμάτων (false colour composites, FCC), όπου τα επιμέρους κανάλια μιας έγχρωμης εικόνας (π.χ. κόκκινο, πράσινο, μπλε) συνθέτονται από εικόνες διαφορετικού χρόνου λήψης.(Εινόνα 3)

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Η τηλεπισκόπηση παρουσιάζει αυξανόμενη σημασία και λαμβάνει την θέση σημαντικού στοιχείου στις διαδικασίες χαρτογράφησης κινδύνων σε περιοχές με συνεχώς παγωμένα εδάφη. Η παραπάνω περίληψη ανακεφαλαιώνει τις αερομεταφερόμενες και δορυφορικές τεχνικές που είναι διαθέσιμες για την εκτίμηση των σχετικών κινδύνων. Αξιολογήθηκαν οι δυνατότητες και οι περιορισμοί διαφόρων μελετών περιπτώσεων. Η καλύτερα εφαρμοσμένη και συνεκτική τηλεπισκοπική μέθοδος για αναλυτικές μελέτες παρατήρησης μόνιμα παγωμένων περιοχών είναι η αεροφωτογραμμετρία, καθώς επιτρέπει παρέμβαση στην εικόνα, παραγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους και μετρήσεις σχετικά με την μετατόπιση όγκων πάγου με ακρίβεια εκατοστού έως μέτρου(Εικόνα 4). Για μελέτες κλίμακας περιφέρειας

και/ή περιοχές που δεν είναι προσβάσιμες για επίγειες μελέτες μέσω οδικού δικτύου ή με αερομεταφερόμενες πλατφόρμες, η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί χρήσιμο εργαλείο καθώς είναι μια συνεκτική μέθοδος που έχει εύκολη εφαρμογή. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει (ημι-)αυτόματες ταξινομήσεις, μέτρηση ισχυρών και μεγάλης κλίμακας μετατοπίσεων ενώ υπό ορισμένες συνθήκες (συγκεκριμένα όργανα) μπορεί να παραχθεί ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Όλα τα παραπάνω έχουν ακρίβεια μεταξύ μέτρου και δεκάδων μέτρων. Τα αερομεταφερόμενα και δορυφορικά τηλεπισκοπικά συστήματα παρέχουν πληροφορίες κυρίως για την αξιολόγηση του κινδύνου μετατοπίσεων όγκων πάγου ενώ σε μικρότερο βαθμό δίνουν πληροφορίες σχετικά με τις αιτίες που προκαλούν αυτές τις μετατοπίσεις. Ωστόσο, η παρατήρηση χαρακτηριστικών που η ύπαρξή τους μπορεί να συσχετιστεί με την εμφάνιση ενός καταστροφικού φαινομένου στο μέλλον είναι ο απόλυτος μακροχρόνιος στόχος των παρατηρήσεων από τον αέρα ή το διάστημα. Ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την ακρίβεια και την δυνατότητα εφαρμογής των δορυφορικών ανιχνευτών σε μελέτες κινδύνων που σχετίζονται με μόνιμα παγωμένα εδάφη, είναι η ανάλυση χώρου. Δεδομένα από ανιχνευτές υψηλής ανάλυσης όπως οι IKONOS, QuickBird και Orbview3 δημιουργούν νέες δυνατότητες από αυτή την άποψη όμως εξακολουθούν να είναι πολύ ακριβοί ενώ δε μπορούν να καλύψουν μεγάλες περιοχές.