Μια νέα προσβολή στη Σουηδία από το έντομο - Physokermes inopinatus: Ιχνηλατώντας την καταστροφή των δασών με τη βοήθεια δορυφορικής τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: "A new invasive insect in Sweden – Physokermes inopinatus: Tracing forest damage with satellite based remote sensing"

Συγγραφείς: Per-Ola Olsson, Anna Maria Jφnsson, Lars Eklundh - Department of Physical Geography and Ecosystem Science, Lund University, Lund, Sweden

Πηγή: www.elsevier.com

Εισαγωγή

Στα τέλη Ιουνίου του 2010 ο διαχειριστής του δάσους Hackeberga (lat.. 550 50΄N, lon. 130 50΄E) ανίχνευσε σοβαρή φυλλόπτωση στα δάση ερυθρελάτης. Τον Σεπτέμβριο επιβεβαιώθηκε ότι η ζημιά προκλήθηκε από Physokermes inopinatus, ένα είδος που δεν είχε προηγουμένως παρουσιαστεί στη Σουηδία. Το έντομο προκάλεσε ζημιά σε 1000 εκτάρια δασικής έκτασης ερυθρελάτης στο νότιο και ανατολικό Scania και εφαρμόστηκε κοπή διάσωσης σε άλλα 400 εκτάρια (Isacsson, 2010). Η μελέτη διερευνά πώς, οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση και χαρτογράφηση ζημιών που προκλήθηκαν από το P. inopinatus σε δάση ερυθρελάτης

Σκοπός

O γενικός στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει εάν οι επιθέσεις από τοP. inopinatus είναι δυνατόν να ελεγχθούν με τεχνικές τηλεπισκόπησης Ο πρωταρχικός στόχος της μελέτης είναι να διερευνηθεί πόσο μεγάλη ζημιά προκλήθηκε από τον P inopinatus κατά τη διάρκεια της επιδημίας το 2010 και να χαρτογραφηθεί με μεσαίας ανάλυσης δορυφορικά δεδομένα. Η μέθοδος θα μπορεί επίσης να εφαρμοστεί και με τα στοιχεία από το 2009 για να μελετηθεί αν υπήρχε οποιαδήποτε ζημία αυτό το έτους πριν την παρουσία του Ρ. inopinatus γίνει γνωστή. Ο δευτερεύων στόχος είναι να διερευνήσει τις δυνατότητες χαμηλή χωρική, αλλά υψηλή χρονική, ανάλυση των δεδομένων για τη χαρτογράφηση των ζημιών που προκαλούνται από τον P. inopinatus.

Μέθοδος

Περιοχή μελέτης

Εικόνα 1 :Κατανομή των κωνοφόρων και φυλλοβόλων δασών στην περιοχή μελέτης. Μη δασικές εκτάσεις κυριαρχούνταιι από γεωργικές εκτάσεις.

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο (lat.. 550 50΄N, lon. 130 50΄E) στη Scania, η νοτιότερη επαρχία της Σουηδίας (Εικ. 1). Η περιοχή είναι περίπου 3000 km2 και γενικά επίπεδη με λίγες λοφώδεις περιοχές. Η κυρίαρχη κάλυψης γης είναι γεωργικές εκτάσεις (70%), 6% καλύπτεται από φυλλοβόλα δάση και 5% από κωνοφόρα δάση

Δεδομένα SPOT

Εικόνες SPOT ανακτήθηκαν από τη Σουηδική αρχή χαρτογράφησης, κτηματολογίου και κάλυψης γης η οποία παρέχει ετήσια κάλυψη δορυφορικών δεδομένων για τη Σουηδία (Saccess, 2011).

• 2008 - Εικόνα στις 26 Ιουλίου που καλύπτει ολόκληρη την περιοχή,

• 2009 – Εικόνα από τις 24 Ιουνίου που καλύπτει το Ανατολικό μέρος και στις 20 Μάιου του Δυτικού μέρος της περιοχής,

• MOD09A1, 8-ημερα σύνθετα των μεμονωμένων ζωνών με 500 m ανάλυση.

MODIS δεδομένα

Τα ακόλουθα προϊόντα MODIS είχαν αποκτηθεί από το MODIS Web Service (MODIS, 2011):

• MOD13Q1, 16-ημέρα σύνθετα του NDVI και EVI με 250 m ανάλυση,

• MOD09A1, 8-ημερα σύνθετα των μεμονωμένων ζωνών με 500 m ανάλυση.

Δεδομένα Ορθοφωτογραφιών – πεδίου - κάλυψης γης

Αποκτήθηκαν υψηλής ανάλυσης ορθοφωτογραφίες, μεγέθους pixel 25cm από Geodatacenter Skåne AB. Συλλέχθηκαν στοιχεία καταγραφής ζημιών από τους ιδιοκτήτες / διαχειριστές των δασών και τη Σουηδική Υπηρεσία Δασών Δεδομένα κάλυψης γης με ανάλυση 25 m ελήφθησαν από τη Σουηδική αρχή χαρτογράφησης, κτηματολογίου και κάλυψης γης. Αυτά τα στοιχεία είναι από το έτος 2000 και βασίζεται σε μια ταξινόμηση των εικόνων Landsat. Στα δεδομένα κάλυψης γης δεν υπάρχουν ξεχωριστές κατηγορίες για έλατο και πεύκο, αυτά έχουν ταξινομηθεί ως δάση κωνοφόρων.

Ανάλυση δεδομένων

Εικόνα 2 :Δείχνει πώς τα δάση ερυθρελάτης έχουν μολυνθεί από το Physokermes inopinatus, και η σύγκριση με υγιή (A,C έγχρωμες φωτογραφίες B,D CIR φωτογραφίες).

Τα δεδομένα χρησιμοποιούνται ως ακολούθως:

- Ορθοφωτογραφίες, παρέχοντας εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης είναι πλούσιες σε λεπτομέρειες, χρησιμοποιήθηκαν για να εκτελεστεί μια χειροκίνητη χαρτογράφηση βλάβης, καλύπτουν ολόκληρη την περιοχή μελέτης.

- Δεδομένα SPOT, με χωρική ανάλυση 10 μ., είναι το κύριο δεδομένο που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση. Χρησιμοποιήθηκαν για ανίχνευση βλαβών τόσο το 2010 όσο και το 2009.

- Δεδομένα MODIS, με χωρική ανάλυση των 250 και 500 μ., χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της δυνατότητας να ανιχνευθεί ζημιά σε χαμηλή ανάλυση δεδομένων καθώς και για τη μελέτη εάν υπήρχαν ανιχνεύσιμες ζημιές πριν από το 2009.

- Τα δεδομένα κάλυψης γης, χρησιμοποιούνται αποκλειστικά και μόνο για να συγκαλύψουν τις περιοχές χωρίς κωνοφόρα.

Στις ορθοφωτογραφίες εντοπίστηκαν οι κατεστραμμένες περιοχές και ψηφιοποιήθηκαν ως πολύγωνα που θα χρησιμοποιηθούν ως training sites. Με τη βοήθεια αυτών των σημείων πραγματοποιήθηκε ένα εγχειρίδιο χαρτογράφηση των ζημιών σε ολόκληρη την περιοχή της μελέτη. Οι κατεστραμμένες περιοχές μπορούσαν να προσδιοριστούν με μεγάλη ακρίβεια τόσο στις έγχρωμες όσο και στις CIR-ορθοφωτογραφιές. (Εικ 2)

Ανίχνευση ζημιών σε SPOT του 2010.

Εικόνα 3 :Φασματικές υπογραφές για τα υγιή και προσβεβλημένα έλατα.

Οι εικόνες SPOT γεωαναφερθηκαν χρησιμοποιώντας ένα πολυώνυμο 2ης τάξης και έγινε ραδιομετρική διόρθωση. Προσβεβλημένα και υγιή έλατα βρίσκεται στην 2010 West εικόνα και χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργήσουν φασματικές υπογραφές για προσβεβλημένα και μη δάση, όπως φαίνεται στο (Εικ.3) Το κόκκινο κανάλι δεν δείχνει διαφορά μεταξύ προσβεβλημένων και υγιών, ενώ υπάρχει μια μικρή διαφορά στο πράσινο κανάλι γεγονός που υποδηλώνει ότι θα μπορούσε ο GNDVI είναι πιο αποτελεσματικός δείκτης βλάστησης. NDVI και GNDVI υπολογίστηκαν σύμφωνα με το ακόλουθο

Ο GNDVI αποδείχθηκε ότι μπορεί να δώσει ελαφρώς καλύτερο αποτέλεσμα επομένως, η πλειοψηφία της μελέτης εκτελέστηκε με GNDVI μόνο. Όταν όλα τα δάση κωνοφόρων, σύμφωνα με τα δεδομένα κάλυψης γης, συμπεριελήφθησαν στην μελέτη η υπερεκτίμηση της ζημίας ήταν σημαντική. Δεδομένου ότι η πλειοψηφία των περιοχών που έχουν εντοπιστεί εσφαλμένα ως κατεστραμμένα, αποδείχθηκαν πευκοδάσος, μια ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνιας διεξήχθη για να χαρακτηρίσει τα δάση κωνοφόρων σε έλατο και πεύκο. Η ταξινόμηση βασίστηκε στην SPOT εικόνας από το 2008. Για να βρούμε το ποσοστό των προσβεβλημένων περιοχών που εντοπίστηκαν σε κάθε κατηγορία αλλαγής, και να εκτιμηθεί η υπερεκτίμηση των προσβεβλημένων ελάτων, έγινε σύγκριση μεταξύ της ζημίας που ανιχνεύθηκε με τα δορυφορικά δεδομένα και με αυτά που προέρχονται από τις ορθοφωτογραφίες.

Ανίχνευση ζημιών σε SPOT του 2009.

Για να μελετήσουμε αν η προσβολή ήταν παρούσα το 2009, έτος κατά το οποίο δεν είχε ανιχνευθεί οποιαδήποτε ζημία στο πεδίο, ακολουθήθηκε η μέθοδος που περιγράφηκε παραπάνω και εφαρμόστηκε και για τις εικόνες SPOT 2009.

Αποτελέσματα

Η συνολική ζημία στην περιοχή, σύμφωνα με το χάρτη που δημιουργήθηκε από τις ορθοφωτογραφίες ήταν περίπου 1000 εκτάρια. Αυτό είναι περίπου το 15% του δάσος ερυθρελάτης στην περιοχή μελέτης, σύμφωνα με την ταξινόμηση σε έλατο και πεύκο που γίνει. Στα κεντρικά σημεία της η περιοχή μελέτης το 30% των δασών ερυθρελάτης δέχθηκαν επίθεση.

Συμπεράσματα

Η συνολική ζημία που προκλήθηκε από το Physokermes inopinatus, το ποιο παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στην Σουηδία, ήταν περίπου 1000 ha. Στις περιοχές του πυρήνα της επίθεσης το 30% της συνολικής έκτασης του δάσους ερυθρελάτης είχε καταστραφεί. Η μελέτη δείχνει επίσης ότι η ζημία που προκλήθηκε από το P. inopinatus και η σχετική μαύρη κρούστα που σχηματίζεται από μύκητες μπορεί να ανιχνευθεί με υψηλή ακρίβεια σε μέτριας ανάλυση δορυφορικά δεδομένα Επιπλέον, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπήρχε ήδη ζημία το 2009, πριν καταγραφεί οποιαδήποτε φυλλόπτωση. Πριν από το 2009 καμία ζημιά δεν ανιχνεύθηκε, υποδεικνύοντας ότι αυτό ήταν το πρώτο έτος της επιδημίας. Η μελέτη υπογραμμίζει σαφώς τη δυνατότητα να τηλεπισκόπησης να παρακολουθεί ζημιές από έντομα, καθώς και τη δυνατότητα για τον εντοπισμό των ζημιών πίσω στο χρόνο.