Μακροπρόθεσμη παρακολούθηση και έλεγχος των μεσογειακών οικοσυστημάτων με τηλεπισκόπηση και GIS
Από RemoteSensing Wiki
Observation and long-term monitoring of Mediterranean ecosystems with satellite remote sensing and GIS
Μακροπρόθεσμη παρακολούθηση και έλεγχος των μεσογειακών οικοσυστημάτων με τηλεπισκόπηση και GIS
Συγγραφείς: J. Hill, P. Hostert and A. Roder
Πηγή: Management of Environmental Quality: An International Journal, 2003
Η σημαντικότητα της παρακολούθησης των μεσογειακών οικοσυστημάτων έχει αναγνωρισθεί εδώ και καιρό. Όσον αφορά τη χωρική έκταση των μεγάλων περιοχών που απειλούνται από υποβάθμιση, γίνεται φανερό ότι οι πρακτικές επίγειας παρατήρησης (απογραφή, χαρτογράφηση κτλ.) από μόνες τους δεν αρκούν. Σκοπός του παρόντος άρθρου είναι να παρουσιάσει τον τρόπο με τον οποίο είναι εφικτή η παρακολούθηση και ο έλεγχος των διαδικασιών υποβάθμισης του περιβάλλοντος από τη βόσκηση, που λειτουργούν σε μεγαλύτερη χωρική και χρονική κλίμακα, συνδυάζοντας τη μέθοδο της τηλεπισκόπισης με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS).
Η περίπτωση της Κρήτης
Η Κρήτη είναι μια περιοχή της οποίας οι φυσικοί πόροι έχουν υποστεί μεγάλη πίεση τις τελευταίες δεκαετίες, λόγω της υπερβόσκησης των ορεινών οικοσυστημάτων, που οφείλεται κυρίως από την αύξηση της ζήτησης των ζωικών προϊόντων. Η οροσειρά του Ψηλορείτη επιλέχτηκε για να βρεθούν απαντήσεις στα διάφορα ερωτήματα που προκύπτουν. Πρόκειται για περιοχή που έχει υποστεί υπερβόσκηση και ανθρώπινη επιρροή που έχει τις ρίζες της στη μινωική εποχή. Η κτηνοτροφία γενικά, μπορεί να θεωρηθεί ως η βασική οικονομική δραστηριότητα για σχεδόν όλες οι περιοχές που δεν είναι κατάλληλες για γεωργία. Επίσης, η κατασκευή καινούριων δρόμων έκανε προσβάσιμες κάποιες περιοχές, με αποτέλεσμα τα ζώα να μπορούν να μεταφερθούν και στις – μέχρι πρότινος – πιο απομακρυσμένες. Σύμφωνα με επίσημες στατιστικές, ο αριθμός των αιγοπροβάτων έχει αυξηθεί κατά 150% από το 1980, με αποτέλεσμα τη μείωση των δασών, που σιγά-σιγά οδηγεί στην ερημοποίηση. Επικρατεί η πεποίθηση ότι μια ανασκοπική μελέτη της δυναμικής της βλάστησης στα ορεινά οικοσυστήματα της Κρήτης μπορεί να αποκαλύψει πολλά για την υποβάθμιση των οικοσυστημάτων στη Μεσόγειο, που προέρχεται από τη βόσκηση (Hill, 1998).
Δεδομένα
Η ανάλυση βασίζεται σε ένα σετ 9 εικόνων Landsat-5 TM (1984-1996) και 5 εικόνων Landsat MSS (1977-1988), οι οποίες έχουν παρθεί την άνοιξη. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν ως συμπληρωματικά δεδομένα ένα DEM (Digital Elevation Model) της Κεντρικής Κρήτης, που προήλθε από το δορυφόρο SPOT, και μια αντίστοιχη ορθοφωτογραφία συντεταγμένων UTM, με γεωμετρική ανάλυση 20m και 10m αντίστοιχα. Ψηφιοποιήθηκε επίσης, ένας γεωλογικός χάρτης της ίδιας περιοχής από χάρτες κλίμακας 1:50.000 και συλλέχθηκαν δεδομένα από το πεδίο για την κάλυψη βλάστησης και την κατανομή των ειδών. Πολυάριθμες υπερφασματικές μετρήσεις χωμάτων, πετρωμάτων και βλάστησης συλλέχθηκαν, στη συνέχεια τους δόθηκε γεωαναφορά με GPS και τέλος αποθηκεύτηκαν στο GIS.
Μέθοδος
Οι εικόνες διορθώθηκαν γεωμετρικά ως προς την ορθοφωτογραφία λαμβάνοντας υπόψη το μοντέλο DEM. Στη συνέχεια έγινε ραδιομετρική διόρθωση, βασισμένη σε έναν τροποποιημένο κώδικα 5S (Hill και Sturm, 1991). Υπολογίστηκαν διάφορα ατμοσφαιρικά συστατικά πάνω από επιφάνειες νερού ακολουθώντας την προσέγγιση «σκοτεινού στόχου» (Teillet και Fedosejevs, 1995). Εφαρμόστηκε τοπογραφική κανονικοποίηση βάσει του διαχωρισμού του άμεσου και του διάχυτου φωτός, χρησιμοποιώντας το μοντέλο DEM. Επιπλέον, εφαρμόστηκε η Ανάλυση Φασματικού Μείγματος (Spectral Mixture Analysis –SMA) για να υπολογισθεί η ποσότητα της πράσινης βλάστησης και των κυρίαρχων επιφανειών που καλύπτονται με χώμα και πέτρα σε κάθε pixel (εικ.2), βάσει της υπολογιστικής αποσύνθεσης πολυφασματικών μετρήσεων όσον αφορά έναν πεπερασμένο αριθμό καθαρών φασματικών συνιστωσών - endmembers (Adams, 1993 και Smith, 1990). Για την υποστήριξη του ορισμού των κατάλληλων μοντέλων endmember, χρησιμοποιήθηκαν o γεωλογικός χάρτης και τα δεδομένα της βλάστησης για τη στρωματοποίηση σε οικολογικά φασματικά ομογενείς ομάδες. Επιλέχτηκε ένα μοντέλο με 4 endmembers, που αποτελείται από ασβεστόλιθο, Luvisol, φωτοσυνθετική δραστική βλάστηση, και σκιά. Τα δεδομένα MSS με τις «φασματικά χαμηλότερες διαστάσεις» αναλύθηκαν με ένα μοντέλο 3 endmembers, όπου τα φάσματα του χώματος και των βραχωδών υποστρωμάτων διαμόρφωσαν ένα ανάμεικτο «backround endmember». Έτσι, έγινε δυνατή η σύγκριση της κάλυψης βλάστησης, με την αντίστοιχη που προέκυψε από επίγεια χαρτογράφηση, όπως διεξάχθηκε από του Πανεπιστήμιο του Ηρακλείου, στα πλαίσια του project DeMon-II.
Μια αντίστοιχη μήτρα endmember χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των εικόνων Landsat MSS από το 1976. Τέλος, εφαρμόστηκε ανάλυση γραμμικής παλινδρόμησης ανά pixel, με αποτέλεσμα να διεξαχθούν όχι μόνο οι μέσες τιμές της βλάστησης, αλλά και συναρτήσεις που υποδεικνύουν τις τάσεις και την ανάπτυξη της βλάστησης που έχει υποστεί βόσκηση κατά την περίοδο των 20 χρόνων που εξετάζεται (Hostert, 2001).
Αποτελέσματα
Η ανασκοπική ανάλυση της δυναμικής της βλάστησης έδειξε ότι πράγματι η βόσκηση έχει αυξηθεί, παρόλα αυτά οι τάσεις υποβάθμισης είναι περιορισμένες σε συγκεκριμένες περιοχές, ενώ μεγάλες ορεινές περιοχές στην Κεντρική Κρήτη έχουν παραμείνει ανεπηρέαστες. Οι μακροπρόθεσμες τάσεις ερευνήθηκαν συνδιάζοντας την κατεύθυνση της τάσης με την έκταση και το μέσο επίπεδο στο οποίο εκδηλώνεται. Καθορίστηκε ένας δείκτης υποβάθμισης που κυμαίνεται από το -6 έως το +6, αρχίζοντας από μικρή μείωση στην κάλυψη της βλάστησης έως μια σημαντική αύξηση. Ακραία επίπεδα υποβάθμισης βρέθηκαν στη βόρεια πλευρά του Ψηλορείτη σε υψόμετρο μεταξύ 800m και 1.500m. Η μειωμένη κάλυψη βλάστησης παρατηρείται κυρίως σε περιοχές με καλή παροχή νερού, ανεπτυγμένα χώματα και ήπιο τοπικό κλίμα. Αυτές οι περιοχές επικοινωνούν με τις βασικές ζώνες βόσκησης που περιβάλλονται από λίγες κοινότητες. Σύμφωνα με τις στατιστικές, το 60% περίπου των ζώων συγκεντρώνεται σε τέσσερις κοινότητες. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι μία σημαντική αύξηση στον αριθμό των ζώων που βόσκουν, σε συνδιασμό με βελτιωμένη προσβασιμότητα σε μέχρι πρότινος απρόσβατες περιοχές, έχει οδηγήσει σε πρόβλημα υπερβόσκησης, που ανακλάται στην υποβάθμιση της βλάστησης.
Συμπεράσματα
Τα πλεονεκτήματα της τηλεπισκόπισης οφείλονται στη συνοπτική της φύση, την κατανοητή χωρική πληροφορία και την αντικειμενική, επαναλαμβανόμενη κάλυψη που προσφέρει. Μέσω μιας συνοπτικής ερμηνείας όλων των επεξεργασμένων δεδομένων διακρίνουμε μείωση της βλάστησης σε συγκεκριμένες περιοχές με συνεχιζόμενη υπερβόσκηση. Η τηλεπισκόπιση λοιπόν, μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά σε μία πιο συνειδητή διαχείριση του περιβάλλοντος. Μέσω αξιολογήσεων και εκτιμήσεων των διαθέσιμων πόρων, η εφαρμογή αποτελεσματικών στρατηγικών διαχείρισης, παρακολούθησης και ελέγχου της κατάστασης της περιβάλλοντος, είναι βασική προϋπόθεση για τη μείωση του κινδύνου υποβάθμισης της γης και της ερημοποίησης. Τόσο η απογραφή όσο και η χαρτογράφηση της κατάστασης του χώματος και της βλάστησης, μπορούν να προσφέρουν μια βάση για την παρακολούθηση, ενώ οι έλεγχοι πρέπει να είναι επαναλαμβανόμενοι και συγκρίσιμοι. Παρόλο που η τηλεπισκόπιση δε φαίνεται να πρόκειται να αντικαταστήσει τις παραδοσιακές πηγές δεδομένων, παίζει σημαντικότατο ρόλο στην αξιολόγηση και την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, διαμορφώνοντας έτσι τη βάση για την εφαρμογή αποτελεσματικών σχεδίων διαχείρισης της γης, αναγκαίων για την αποφυγή της υποβάθμισής της.
