Οικολογικοί δείκτες για την πελαγική ζώνη του ωκεανού μέσω τηλεπισκόπισης
Από RemoteSensing Wiki
Ecological indicators for the pelagic zone of the ocean from remote sensing
Οικολογικοί δείκτες για την πελαγική ζώνη του ωκεανού μέσω τηλεπισκόπισης
Συγγραφείς:Trevor Platt, Shubha Sathyendranath
Πηγή: Remote Sensing of Environment, 2008
Στο παρόν άρθρο γίνεται μία ανασκόπηση των οικολογικών δεικτών για το πελαγικό οικοσύστημα, ενώ υποδεικνύεται ότι η τηλεπισκόπιση μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στο να επιτευχθούν οι επιθυμητές ιδιότητες αυτών των δεικτών.
Επιθυμητές ιδιότητες των οικολογικών δεικτών: ο πιθανός ρόλος της τηλεπισκόπισης
Οι οικολογικοί δείκτες θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν κάποια ευρέως αποδεκτή και κατανοητή ιδιότητα του οικοσυστήματος, που μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με έναν ξεκάθαρο τρόπο. Θα πρέπει να μπορούν να μετρηθούν γρήγορα, με χαμηλό κόστος, σε συχνότητα συμβατή με την εσωτερική χρονική κλίμακα που υπονοείται στη μέτρηση και επίσης, με τη χρονική κλίμακα που σχετίζεται με τις εφαρμογές. Ιδανικά, ο ίδιος δείκτης θα πρέπει να είναι κατάλληλος για μια ποικιλία εφαρμογών. Οι δείκτες θα πρέπει να μπορούν να εφαρμοστούν σε πολλές τοποθεσίες χρησιμοποιώντας την ίδια αντικειμενική μεθοδολογία, ώστε να υπάρχει δυνατότητα σύγκρισης μεταξύ οικοσυστημάτων.
Υπάρχουν πολλοί αυστηροί όροι πράγματι και θα ήταν αδύνατο να τηρηθούν μέσω μιας συμβατικής πλατφόρμας δειγματοληψίας. Δεν είναι δύσκολο όμως να τηρηθούν, χρησιμοποιώντας την τηλεπισκόπιση, με την προϋπόθεση ότι μπορεί να προσδιορισθεί το κατάλληλο μετρικό σύστημα. Η τηλεπισκόπηση έχει τη δυνατότητα να παρέχει στοιχεία με υψηλή χωρική ανάλυση (1km ή λιγότερο) και με υψηλή συχνότητα επανάληψης (1 ημέρα). Η κάλυψη είναι παγκόσμια, επομένως μπορεί να παρουσιαστεί το ωκεανογραφικό περιεχόμενο οποιασδήποτε περιοχής.
Ένα από τα πιο χρήσιμα στοιχεία που μπορούμε να γνωρίζουμε για το οικοσύστημα είναι η αυτοτροφική βιομάζα, που μας παρέχεται μέσω του ορατού φάσματος της φασματοραδιομετρίας, ως συγκέντρωση χλωροφύλλης. Τα πεδία της χλωροφύλλης μπορούν να μετατραπούν σε πεδία πρωτογενούς παραγωγής. Επομένως, μέσω της τηλεπισκόπισης μπορούμε να ερευνήσουμε δύο βασικές ιδιότητες του οικοσυστήματος, με πολύ μικρότερο κόστος από αυτό των συμβατικών μεθόδων (συλλογή στοιχείων από πλοία). Επιπλέον, η ανίχνευση αλλαγών στο οικοσύστημα μπορεί να επιτευχθεί με την κατασκευή χρονοσειρών μέσω σύνθετων δορυφορικών εικόνων.
Στη συνέχεια θα εξετάσουμε κάποιες εφαρμογές δεικτών ξεχωριστά.
Δείκτες που περιγράφουν την εποχιακή δυναμική της βιομάζας φυτοπλαγκτόν
Η άνθιση του φυτοπλαγκτόν την άνοιξη μπορεί να ταυτοποιηθεί ως προς το εύρος, τη χρονική στιγμή που αρχίζει, την αιχμή αλλά και τη διάρκεια (βλ. διάγραμμα 1). Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να προσδιορισθούν με έναν αντικειμενικό τρόπο, για κάθε pixel, διατηρώντας τη χωρική δομή (εικ.1), ενώ η σπουδαιότητά τους μπορεί να γίνει κατανοητή και από ένα μη ειδικό.
Δείκτες που περιγράφουν την εποχιακή δυναμική της παραγωγής φυτοπλαγκτόν
Η συγκέντρωση χλωροφύλλης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της παραγωγής φυτοπλαγκτόν, δεδομένου ότι έχουμε στοιχεία για την ηλιακή ακτινοβολία (Platt & Sathyendranath, 1988,1993). Τα πεδία της χλωροφύλλης που προέκυψαν μέσω τηλεπισκόπισης, μπορούν να επεξεργασθούν για την εκτίμηση των πεδίων πρωτογενούς παραγωγής, όπως φαίνεται στην εικόνα 2, που αποκτήθηκε μέσω του δέκτη SeaWiFS (Sea Wide Field of View Sensor).
Δείκτες που περιγράφουν άλλες διαδικασίες της κοινότητας του φυτοπλαγκτόν
Λαμβάνοντας υπόψη το παρόν πεδίο βιομάζας (της χλωροφύλλης) και την εκτίμηση του πεδίου παραγωγής φυτοπλαγκτόν για μια δεδομένη σύνθετη εικόνα, μπορούμε να προσδιορίσουμε το πεδίο βιομάζας στην επόμενη σύνθετη εικόνα. Γενικά, το εκτιμηθέν πεδίο βιομάζας θα υποδεικνύει υψηλότερη βιομάζα από αυτή που παρατηρείται στην επόμενη σύνθετη εικόνα, επειδή θα έχουν αγνοηθεί οι όροι απώλειας (Platt και λοιποί, 1991). Στην πραγματικότητα, η διαφορά μεταξύ της παρατηρηθείσας και της προβλεπόμενης είναι μιας πρώτης τάξης εκτίμηση του γενικευμένου πεδίου απώλειας για το φυτοπλαγκτόν. Αυτό είναι σημαντικό, καθώς αυτή η απώλεια είναι πολύ δύσκολο να εκτιμηθεί διαφορετικά.
Δείκτες που σχετίζονται με τη διακύμανση των πεδίων χλωροφύλλης
Όσον αφορά την έρευνα των ψαριών, αρχίζει να επικρατεί η άποψη (Berkeley, 2004) ότι μόνο ένα μικρό ποσοστό, σε ένα κοπάδι που ωοτοκεί, καταφέρνει να παράγει απογόνους. Τα ψάρια που το επιτυγχάνουν είναι αυτά που ωοτοκούν στην πιο ευνοϊκή τοποθεσία την ευνοϊκότερη περίοδο. Η ποσοτικοποίηση της χωρικής μεταβλητότητας στη βιομάζα και την παραγωγή φυτοπλαγκτόν, σε οποιαδήποτε εποχή, είναι αρκετά απλή. Ο Berkeley υποστηρίζει ότι ο καλύτερος τρόπος για τη διατήρηση ενός πληθυσμού ψαριών με εύρος ηλικιών, είναι τα συνδεόμενα δίκτυα θαλάσσιων προστατευόμενων περιοχών. Για τον προσδιορισμό της τοποθεσίας αυτών των προστατευόμενων περιοχών, η χρονοσειρά χλωροφύλλης αποδεικνύεται πολύ χρήσιμη, καθώς θέλουμε να ξέρουμε τις περιοχές όπου σταθερά μπορεί να βρεθεί βιομάζα (ή παραγωγή) φυτοπλαγκτόν (βλ. εικ.3).
Δείκτες που σχετίζονται με τη δομή της κοινότητας του φυτοπλαγκτόν
Εκτός από την ποσοτικοποίηση της βιομάζας και της παραγωγής της, μας ενδιαφέρουν και ποιοτικά θέματα, όπως η δομή της κοινότητας, καθώς στο πλαίσιο της έρευνας του κύκλου του άνθρακα στον ωκεανό, και της κλιματικής αλλαγής, αρχίζουν να επικρατούν τα μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη τους λειτουργικούς τύπους φυτοπλαγκτόν (Phytoplankton Functional Types – PFT). Έτσι προκύπτει πλέον η ανάγκη να αναγνωρίζονται μέσω της τηλεπισκόπισης αυτές οι διαφορετικές κατηγορίες. Ο Sathyendranath (2004) έχει αναπτύξει έναν αλγόριθμο για να προσδιορίσει εάν μια κοινότητα φυτοπλαγκτόν σε μία συγκεκριμένη τοποθεσία, όπως φαίνεται σε εικόνες που προέρχονται από την τηλεπισκόπιση, κυριαρχείται από διάτομα (Μονοκύτταρα, αποτελούν έναν από τους πιο κοινούς τύπους φυτοπλαγκτόν). Ο Alvain (2005) επίσης έχει δημοσιεύσει μια διαδικασία για την καταχώρηση λειτουργικών ομάδων μέσω τηλεσκοπικών δεδομένων.
Δείκτες που σχετίζονται με τη δομή μεγάλης κλίμακας περιφέρειας
Η τελική εφαρμογή αφορά την διάσπαση της περιοχής ενδιαφέροντος σε λειτουργικές υπο-περιοχές για περαιτέρω ανάλυση (Platt & Sathyendranath, 1999). Αυτό λέγεται και διαχωρισμός σε ακολουθία βιογεωχημικών διαμερισμάτων (Partition into a suite of biogeochemical provinces,Platt & Sathyendranath, 1988). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για τον υπολογισμό των βιογεωχημικών ροών σε επίπεδο λεκάνης, αλλά και σε παγκόσμια κλίμακα. Αυτή η εικόνα της οικολογικής δομής μιας περιοχής ενδιαφέροντος είναι ανεκτίμητη από πλευράς διαχείρισης.
Συμπεράσματα
Η τηλεπισκόπιση έχει μεγάλη προοπτική στην παροχή δεικτών του πελαγικού οικοσυστήματος, με ένα συνεπή, απλό και οικονομικό τρόπο. Παρόλα αυτά, αντιμετωπίζει κάποια προβλήματα, π.χ. η συνεχής κάλυψη με σύννεφα μπορεί να εισάγει κενά στα δεδομένα των χρονοσειρών. Επομένως, η τηλεπισκόπιση δε μπορεί να θεωρηθεί πανάκεια για όλες τις ανάγκες παρατήρησης και ελέγχου. Ο συνδυασμός όμως, των δορυφορικών παρατηρήσεων με καλά σχεδιασμένη επιτόπια παρατήρηση, είναι επιθυμητή, εξαιτίας της συμπληρωματικότητας των δύο τύπων δεδομένων. Στο παρόν άρθρο λοιπόν, υποστηρίζεται η χρήση των δεικτών, ως έγκαιρα, συμπληρωματικά στοιχεία, με γεωαναφορά, που μπορούν να γίνουν κατανοητά και από τους μη ειδικούς, για να εμπλουτίσουν τη βάση πληροφοριών επάνω στην οποία βασίζεται η διαχείριση του οικοσυστήματος.
