Μέθοδοι και τηλεπισκόπηση για τους δείκτες παρακολούθησης της κατάστασης της βλάστησης: Μια Αυστραλιακή κριτική

Από RemoteSensing Wiki

Site-based and remote sensing methods for monitoring indicators of vegetation condition: An Australian review

V. Lawley, M. Lewis, K. Clarke, B. Ostendorf University of Adelaide, School of Earth and Environmental Sciences, Australia Received 2 July 2014, Revised 9 March 2015, Accepted 16 March 2015, Available online 7 April 2015

πηγή: [[1]]

Μετάφραση και Περίληψη

1. Εισαγωγή

Τοπική βλάστηση, η οποία περιλαμβάνει σωζόμενα δέντρα και καλύψεις εδάφους, έχει από καιρό αναγνωριστεί ως ένας σημαντικός και πολύτιμος πόρος. Δεδομένου ότι αναγνώρισαν τη σημασία του, πολλές οργανώσεις και οι κυβερνήσεις επιδιώκουν ενεργά να κατανοήσουν τη χωρική και χρονική δυναμική της τοπικής βλάστηση αναλαμβάνοντας την παρακολούθηση. Η παρακολούθηση μπορεί να σας βοηθήσει να προσδιοριστεί η έκταση και η αιτία των αλλαγών στη βλάστηση. Είναι σημαντικό, οι δείκτες και οι μέθοδοι αξιολόγησης να καλύπτουν απόλυτα οικολογικά ή διοικητικά ζητήματα, ενώ συμπεριλαμβανουν κριτήρια όπως για χωρικές και χρονικές κλίμακες. Αυτό το επιστημονικό άρθρο αξιολογεί τα δομικά, λειτουργικά και συνθετικά χαρακτηριστικά που είναι σημαντικά για την παρακολούθηση της κατάστασης της βλάστησης και πώς αυτά έχουν μετρηθεί με βάση τον τόπο και τη χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης, συμπεριλαμβανομένων των επιχειρησιακών προγραμμάτων εντός της Αυστραλίας. Αποτελεσματική χαρτογράφηση θα παράσχει αποδείξεις για την κατάσταση της τοπικής βλάστησης και είναι απαραίτητη για την ενημέρωση της διαδικασίας λήψης τεκμηριωμένων αποφάσεων, την αξιολόγηση της προόδου προς την κατεύθυνση των στόχων και των περιβαλλοντικών εκθέσεων.

2. Επιλογή Δείκτης στην παρακολούθηση

Μια συνολική απογραφή όλων των χαρακτηριστικών της βλάστησης και των μεταβλητών με το χρόνο σε όλο το τοπίο είναι αδύνατο και ανέφικτο. Η επιλογή των δεικτών που πρέπει να μετρηθεί είναι κρίσιμη για την παρακολούθηση της βλάστησης. Η σημαντική ποικιλομορφία των δεικτών βλάστησης μπορεί γενικά να χωριστεί σε τρεις κατηγορίες: σύνθετος, δομικός και λειτουργικός δείκτης. Σύνθεση των δεικτών περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά της ταυτότητας, όπως τον πλούτο των ειδών και την ποικιλομορφία, τους τύπους βλάστησης, η παρουσία των απειλούμενων ειδών και τη σχετική κάλυψη των εξωτικών και των αυτοχθόνων ειδών. Δομικά συστατικά του υπολείμματος της βλάστησης είναι γνωστό ότι είναι σημαντικό για τον επηρεασμό του μικροκλίματος, παρέχοντας κόγχες για μια ευρεία ποικιλία των ειδών της πανίδας, συμπεριλαμβανομένων των ερπετών και μικρών θηλαστικών. Λειτουργικοί δείκτες περιλαμβάνουν οικολογικές διεργασίες και την ιστορία της βλάστησης, όπως η ιστορία διαταραχής, την υγεία δέντρου. Οι δείκτες αυτοί παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τις φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα σε ένα σύστημα.

3. Μέθοδοι για τους δείκτες παρακολούθησης της κατάστασης της βλάστησης

Οι δύο κύριες προσεγγίσεις έχουν εφαρμοστεί σε κατάσταση παρακολούθησης της βλάστησης: εκτίμηση με βάση τον τόπο και τις μεθόδους τηλεπισκόπησης. Οι δύο προσεγγίσεις διακρίνονται, μεταξύ άλλων, σε χωρικές και χρονικές κλίμακες εφαρμογής τους, το κόστος, την τεχνογνωσία που απαιτείται, και το σημαντικότερο, τα διαφορετικά χαρακτηριστικά και οι δείκτες που το καθένα μπορεί να μετρήσει.

3.1. Χωρικές και χρονικές κλίμακες της παρακολούθησης

Η παρακολούθησης με βάση τον τόπο τυπικά περιλαμβάνει την επιλογή των τόπων μέσα από homogenous patches της βλάστησης στον ίδιο τύπο κοινότητας και την ιστορία της περιοχής. Η κλίμακα στην οποία οι μελέτες τηλεπισκόπησης μετρούν τα χαρακτηριστικά της κατάστασης της βλάστησης ποικίλει ανάλογα με τον αισθητήρα που χρησιμοποιείται. Αισθητήρες ποικίλουν σε χωρική, φασματική, ραδιομετρικά και χρονικά ψηφίσματα της συλλογής δεδομένων, και ως εκ τούτου την ικανότητά τους να καταγράφουν και να παρακολουθούν τα χαρακτηριστικά της βλάστησης. Συχνά αισθητήρες με την πιο χονδροειδή χωρική ανάλυση έχουν μια υψηλότερη χρονική ανάλυση και οι αισθητήρες με την υψηλότερη χωρική και φασματική ανάλυση έχουν περιορισμένη χωρική κάλυψη και χρονικά αρχεία. Τα προγράμματα δεν έχουν ακόμη αναπτυχθεί τα οποία να ενσωματώνουν τα άλλα μέτρα της κατάστασης, όπως η διάκριση μεταξύ τοπικής και μη τοπικής φυτοκάλυψης.

3.2. Διαρθρωτικά, τη σύνθεση και λειτουργικούς δείκτες

Ιστορικά, η ιστοσελίδα με βάση την παρακολούθηση της βλάστησης έχει taxon-focussed, αλλά έχει επίσης εφαρμοστεί με επιτυχία για τη μέτρηση άλλων συνθέσεων, διαρθρωτικών και, σε μικρότερο βαθμό, λειτουργικών δεικτών της κατάστασης της βλάστησης.

3.2.1. Μέθοδοι με βάση τον τόπο

Χρησιμοποιώντας διαβούλευση εμπειρογνωμόνων, Oliver καταρτίζεται από 62 διαρθρωτικούς, σύνθετους και λειτουργικούς δείκτες που ταιριάζουν καλύτερα να ενθυλακώσουν την κατάσταση της βλάστησης στην κλίμακα του χώρου, για τις δασικές κοινότητες και ανοιχτής δασικής βλάστησης εντός της Νέας Νότιας Ουαλίας, Αυστραλία. Οι δομές του τοπίου είναι τυπικά αυτές που χρησιμοποιούνται σε άλλες μελέτες της κατάστασης βλάστησης τόσο διεθνώς αλλά και στην Αυστραλία. Φυτά που χρησιμοποιούνται ως δείκτες έχουν συμπεριληφθεί είδη ορχιδέας, είδη ανταπόκρισης σε είδη των βοσκοτόπων, δημοφιλή βρώσιμα άγρια φυτά και λειτουργικά είδη φυτών μεταξύ πολλών άλλων. Η χρήση των ειδών δείκτη βασίζεται στην υπόθεση ότι άλλα είδη θα ανταποκριθούν σε στρεσογόνους παράγοντες και κρίσιμες διεργασίες του οικοσυστήματος με παρόμοιο τρόπο, ως εκ τούτου, την παρακολούθηση χρειάζεται να διενεργείται μόνο για ένα μόνο είδος δείκτη ή taxa. ανίχνευση του πλούτου των ειδών. Διαρθρωτικά μέτρα είναι κοινά σε προγράμματα παρακολούθησης με βάση την περιοχή και περιλαμβάνουν μορφές ζωής, το ύψος, τα στρώματα και τα διάφορα μέτρα της πυκνότητας του στελέχους, τον θόλο και την κάλυψη του φυλλώματος. Ένταξη των λειτουργικών δεικτών έχει ενθαρρυνθεί για την αξιολόγηση της κατάστασης της βλάστησης στην κλίμακα του χώρου.

3.2.2. Μέθοδοι τηλεπισκόπησης

Η ικανότητα των εργαλείων τηλεπισκόπησης για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών της βλάστησης ποικίλει ανάλογα με τον αισθητήρα, τα βασικά χαρακτηριστικά και τους δείκτες οι οποίοι ανιχνεύουν τη βλάστηση. Η γνώση των χαρακτηριστικών του χαρακτηριστικού που πρέπει να μετρηθεί πρέπει να χρησιμοποιηθεί για να ενημερώσει την επιλογή των κατάλληλων εικόνων για την ανίχνευση και την ανάλυση.

3.2.3. Σύνθεση

Μελέτες τηλεπισκόπησης έχουν ως στόχο να χαρτογραφήσουν τη σύνθεση της βλάστησης που κυμαίνονται από λειτουργικούς τύπους βλάστησης και τις κοινότητες για μεμονωμένα είδη, συμπεριλαμβανομένων των τοπικών και εξωτικών ειδών. Η σύνθεση της βλάστησης έχει χαρτογραφηθεί με πολυφασματικές δορυφορικές εικόνες υπερ-φασματικών εικόνων, υψηλής χωρικής ανάλυσης πολυφασματικών εικόνων. Το είδος βλάστησης έχει προέλθει από τηλεπισκοπικές εικόνες χρησιμοποιώντας μια σειρά από διαφορετικές τεχνικές εξαγωγής χαρακτηριστικών, συμπεριλαμβανομένων των δεικτών βλάστησης και φασματικής ταξινόμησης. Ευρείες κατηγορίες βλάστησης και των τύπων χρήσης γης έχουν παραχθεί με τη χρήση του NDVI. Φαινολογία έχει χρησιμοποιηθεί να διακρίνει διαφορετικούς τύπους βλάστησης, χρησιμοποιώντας δεδομένα υπερχρονικής ανάλυσης. Οι εικόνες αναλύσεις προσφέρονται ιδιαίτερα για περίπτερα ομοιογενής βλάστηση, αν και έχει λιγότερο καλές επιδόσεις στην ταξινόμηση για μικτές συστάδες βλάστησης. Μεγάλο μέρος της έρευνας έχει επικεντρωθεί στην ανίχνευση ειδών ζιζανίων, η κάλυψη των οποίων είναι γνωστό ότι είναι ένας βασικός δείκτης της κατάστασης της βλάστησης.

3.2.4. Δομή

Η σύνθεση, οι δομικές και λειτουργικές ιδιότητες συνήθως χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της κατάστασης της βλάστησης, η τηλεπισκόπηση έχει σημειώσει τη μεγαλύτερη επιτυχία στη μέτρηση δομής, ιδιαίτερα φυτοκάλυψης, το ύψος, και το στέλεχος της πυκνότητας. Υπήρξε μικρή επιτυχία σε τηλεπισκοπικά μέτρα κοιλότητες δέντρων ή στην ανίχνευση πεσμένων κούτσουρων και ξυλώδη υπολειμμάτων. Οι δείκτες βλάστησης χρησιμοποιούνται συνήθως για την ποσοτικοποίηση της βλάστησης, το σθένος και την πυκνότητα στην τηλεπισκόπηση. Κάθε δείκτης βλάστησης έχει διαφορετική απόδοση σε αδιάφορο περιβάλλοντα, η έρευνα είναι συχνά απαραίτητη για να προσδιορίσει ποια είναι η πιο κατάλληλη φόρα συγκεκριμένης εφαρμογής. Τα άλλα δομικά χαρακτηριστικά, όπως πεσμένα κούτσουρα και δέντρα, και κουφάλες δέντρων συχνά μετριούνται σε εκτιμήσεις κατάσταση με βάση τον τόπο, αν και περιορισμένη εργασία έχει γίνει για την ανίχνευση αυτών στην τηλεπισκόπηση, λόγω της δυσκολίας της ανίχνευσής τους.

3.2.5. Λειτουργία

Η τηλεπισκόπηση είναι πολύ χρήσιμη για τη μέτρηση της βλάστησης σε λειτουργικά χαρακτηριστικά, σε μεγάλο βαθμό σχετικά με την πρωτογενή παραγωγή, την υγεία των φυτών και τη φαινολογία, διαταραχές συμπεριλαμβανομένων βόσκηση, πυρκαγιές και πλημμύρες. Μεγάλο μέρος της έρευνας έχει επικεντρωθεί στη μελέτη της υγείας της βλάστησης μέσω μέτρων της υγρασίας της βλάστησης, βιοχημικές ιδιότητες των φυτών, συμπεριλαμβανομένων την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη. Πολλές αιτίες και οι δείκτες της διαταραχής βλάστησης προέρχονται με επιτυχία από τηλεπισκοπικά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων των καιρικών συνθηκών, πυρκαγιών, αλατότητα του εδάφους, και η βόσκηση. Η θνησιμότητα των δέντρων λόγω της ξηρασίας, η φωτιά και οι αλλαγές στη δραστηριότητα της διαχείρισης έχουν επίσης ανιχνευθεί με τη χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης.

4. Ενσωμάτωση της περιοχής που βασίζονται σε τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της κατάστασης της βλάστησης

Με τη σύνδεση τηλεπισκοπικών δεδομένων με δεδομένα με βάση τον τόπο, τα οικολογικά ζητήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν σε ένα ευρύ φάσμα των χωρικών κλιμάκων. Η πιο κοινή προσέγγιση περιλαμβάνει τη χρήση των δεδομένων με βάση τον τόπο για να χαρακτηρίσει θέσεις κατάρτισης ή / και την αξιολόγηση της ακρίβειας των ταξινομήσεων από τηλεπισκοπική ανάλυση. Τα δεδομένα για την κατάσταση της βλάστησης με βάση τον τόπο έχει ενσωματωθεί με τηλεπισκοπικές εικόνες με διάφορους βαθμούς επιτυχίας. Προκειμένου να συνδεθούν ρητά με βάση τον τόπο και τηλεπισκοπικές μετρήσεις πρέπει να ληφθούν μέτρα. Συχνά ορισμένες εκτιμήσεις ο σχεδιασμός των παραδοσιακών προγραμμάτων παρακολούθησης με βάση τον τόπο δεν επιτρέπει την εύκολη ενσωμάτωση σε τηλεπισκοπικά δεδομένα, δημιουργώντας δυσκολίες με την ενοποίηση των δεδομένων.

5. Σύνθεση

Με δεδομένη την κατάσταση παρακμής της κατάστασης της βλάστησης στην Αυστραλία, η βελτίωση της παρακολούθησης σε ένα εύρος από χωρικές και χρονικές κλίμακες απαιτείται επειγόντως. Με βάση τον τόπο και τις μεθόδους τηλεπισκόπησης έχουν αποδειχθεί πολύ πολύτιμα για την προώθηση του τομέα της παρακολούθησης της βλάστησης σε σχέση με τις κλίμακες εφαρμογής τους. Ωστόσο, η αποτελεσματική ενσωμάτωση των δύο προσεγγίσεων θα είναι το κλειδί για την ακριβή χαρτογράφηση και τους δείκτες της κατάστασης της βλάστησης παρακολούθησης σε ένα ευρύ φάσμα χωρικών κλιμάκων και στην απάντηση πατώντας σε οικολογικά ζητήματα.