Ο ρόλος του Landsat στις οικολογικές εφαρμογές της τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
BioScience 54(6):535-545. 2004
Warren B. Cohen & Samuel N. Goward
Link: [1]
Λέξεις-Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Landsat, Φασματικοί Δείκτες Βλάστησης, Χαρτογράφηση βλάστησης, Εντοπισμός αλλαγών
Ο τομέας της οικολογίας έχει γνωρίσει τρομακτική ανάπτυξη τον τελευταίο αιώνα. Αυτή η ανάπτυξη οφείλεται σε ένα σύνολο από κοινωνικές, πολιτικές, περιβαλλοντικές και τεχνολογικές παραμέτρους, καθώς και νέες εφαρμογές. Το δημόσιο ενδιαφέρον για την κατάσταση του περιβάλλοντος οδήγησε στην θέσπιση ολοένα και περισσότερων μέτρων προστασίας του. Η κετο΄ξευση του δορυφόρου Sputnik το 1957 και στη συνέχεια κατά την διάρκεια των επανδρωμένων προγραμμάτων Gemini και Apollo, από το 1965 ως το 1972, λήφθηκαν πολλές φωτογραφίες της Γης από το διάστημα, κάτι που σηματοδότησε την γέννηση της τηλεπισκόπησης. Με την εκτόξευση του πρώτου δορυφόρου Landsat το 1972, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να δουν τις επιπτώσεις από τις ανθρώπινες παρεμβάσεις πάνω στη Γη. Ο δορυφόρος Landsat έχει πολλά πλεονεκτήματα. Αρχικά, προσφέρει εικόνες σε βάθος τριάντα χρόνων, που είναι και το μεγαλύτερο διάστημα παροχής πληροφοριών σε σχέση με οποιονδήποτε άλλο δορυφόρο. Επίσης, η χωρική του ανάλυση βελτιστοποιεί την κατηγοριοποίηση των χρήσεων/καλύψεων γης για την καλύτερη διαχείριση του χώρου και τρίτον, είναι σε θέση να λάβει φασματικές μετρήσεις σε όλα τα μήκη κύματος του ηλιακού ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Σημασία της μέσης υπέρυθρης ανακλαστικότητας Ο δορυφόρος Landsat ήταν το πρώτο δορυφορικό σύστημα που συμπεριλάμβανε το κανάλι του μέσου υπέρυθρου. Σε αυτό το σημείο, αναδεικνύεται η σημασία των εικόνων Landsat στις οικολογικές εφαρμογές εξαιτίας της ύπαρξης του συγκεκριμένου καναλιού. Αρχικά, οι Horler και Ahern (1986) εκτέλεσαν την πρώτη αναλυτική εξέταση για τη συλλογή δασικών πληροφοριών. Ανακάλυψαν πως το κανάλι του μέσου υπέρυθρου περιείχε περισσότερες πληροφορίες για τα κωνοφόρα δέντρα απότι τα άλλα κανάλια. Αργότερα, ανακαλύφθηκε πως το μέσο υπέρυθρο ήταν σε θέση να εκτιμήσει τον όγκο των κωνοφόρων δασών. Επίσης, οι Lymburner και συνεργάτες (2000) ανέφεραν πως το μέσο υπέρυθρο ήταν το πιο σημαντικό κανάλι για τον χαρακτηρισμό των διαφορετικών φυλλωμάτων ενός δάσους. Τέλος, ο Steininger (2000) ανακάλυψε πως το μέσο υπέρυθρο κανάλι είναι το πιο σημαντικό για την χαρτογράφηση της ηλικίας και της βιομάζας. Με βάση την σημασία του μέσου υπέρυθρου για τον χαρακτηρισμό της κατάστασης ενός δάσους, είναι αναμενόμενο πως το συγκεκριμένο κανάλι είναι απαραίτητο για την καταγραφή αλλαγών στα δάση. Οι Williams και Nelson (1986) ανακάλυψαν πως το κανάλι του μέσου υπέρυθρου απέδιδε πιο ακριβείς και λεπτομερείς χαρακτηρισμούς της βλάβης στα κωνοφόρα δέντρα από τα έντομα. Η σημασία του μέσου υπέρυθρου σημειώνεται επίσης και σε μη δασικές εφαρμογές. Ο Lee kαι οι συνεργάτες (1988) ανέφεραν πως το μέσο υπέρυθρο κανάλι είναι το καλύτερο κανάλι για τηνν ευρεία ταξινόμηση του εδάφους λόγω της ευαισθησίας του στην υφή των επιφανειών , στο περιεχόμενο της οργανικής ύλης και στην υγρασία.
Οικολογικές εφαρμογές δεδομένων Landsat
Τα δεδομένα Landsat έχουν μεταφραστεί ως χρήσιμες οικολογικές πληροφορίες για πάνω από τριάντα χρόνια. Στη συγκεκριμένη ενότητα γίνεται μία περίληψη των εφαρμογών του Landsat στην οικολογία και τονίζεται: α) η ποικίλια των χρήσεων των δεδομένων και β) η αυξανόμενη πολυπλοκότητα της διαλειτουργικότητας μεταξύ του Landsat και των οικολογικών μοντέλων.
Κατάσταση και δυναμική των οικοσυστημάτων.
Τα οικοσυστήματα μπορούν να περιγραφούν από την κατάστασή τους και από τον τρόπο που μεταβάλλονται. Μετά την διάθεση των δεδομένων Landsat, έχουν χρησιμοποιηθεί με σκοπό την ικανοποίηση και των δύο περιγραφικών τους χαρακτηριστικών.
Θεματική ταξινόμηση. Η ταξινόμηση των δασών (εικόνα 1) είναι ιδιαίτερα δημοφιλής χρήση των δεδομένων του Landsat . Σε άλλα οικοσυστήματα, οι ταξινομήσεις που έχουν προκύψει έχουν χρησιμοποιηθεί για να απεικονίσουν την παραγωγικότητα των ψαριών, τις μεταναστεύσεις των πτηνών, την εκτίμηση κατολισθήσεων και κινδύνων πυρκαγιάς κλπ.
Βιοφυσική.
Η χρήση των δεδομένων Landsat για την συλλογή πληροφοριών σε σχέση με τα βιοφυσικά χαρακτηριστικά της βλάστησης είναι εξίσου σημαντική (εικόνα 2). Φασματικά μοντέλα για την αναγνώριση χρακτηριστικών της βλάστησης, όπως είναι το είδος των φυλλωμάτων, η βιομάζα, και η περιεχόμενη υγρασία έχουν χρησιμοποιηθεί σε ποικίλες εφαρμογές βλάστησης. Επίσης, οι ιδιότητες των επιφανειών που δεν σχετίζονται άμεσα με την βλάστηση έχουν ερευνηθεί μέσω του Landsat. Πιο συγκεκριμένα, το θερμικό κανάλι χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό της θερμοκρασίας μίας επιφάνειας (Holifield et al. 2003) και των ιδιοτήτων του εδάφους, όπως είναι η συγκέντρωση του φωσφόρου και η τιμή του pH.
Δυναμική οικοσυστημάτων.
Ο εντοπισμός των αλλαγών ενός οικοσυστήματος με τη χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων είναι πολύ συνηθισμένος. Τα δεδομένα Landsat χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό αλλαγών σε μία ποικιλία τύπων οικοσυστημάτων, όπως φαίνεται στην εικόνα 3. Στα δάση, έχει υπάρξει επιτυχής εντοπισμός των αλλαγών που έχουν σχέση με την υλοτόμησή τους, τις βλάβες από έντομα, την όξινη βροχή κ.ά.
Χωρικά μοτίβα.
Tα δεδομένα Landsat έχουν χρησιμοποιηθεί για να εκτιμήσουν τα μοτίβα ανάπτυξης της βλάστησης σε σχέση με την οικολογία και την διαχείριση. Ο χαρακτηρισμός των τοπίων με μετρητικά χαρακτηριστικά μέσω των εικόνων Landsat είναι επίσης συνηθισμένος. Oι Gluck και Rempel (1996) χρησιμοποίησαν δεδομένα TM για να χαρακτηρίσουν το μέγεθος, το σχήμα και άλλα μετρητικά στοιχεία για δάση στον Καναδά.
Χαρτογράφηση μεγάλων περιοχών.
Η ωρίμανση του προγράμματος Landsat, η αύξηση της υπολογιστικής ισχύος λόγω της τεχνολογικής ανάπτυξης και η γνώση για το πώς πρέπει να επεξεργαστούν τα δεδομένα έχουν οδηγήσει στο σημείο όπου η χρήση των εικόνων Landsat μπορεί να καταστήσει δυνατή τη χαρτογράφηση μεγάλων περιοχών.
Διαλειτουργικότητα με οικολογικά μοντέλα.Τα τελευταία τριάντα χρόνια, ο αριθμός και η πολυπλοκότητα των μοντέλων που χρησιμοποιούν τα δεδομένα Landsat έχει αυξηθεί σημαντικά.
Φυσιολογικά μοντέλα.
Τα φυσιολογικά μοντέλα είναι μία σημαντική κατηγορία που χρησιμοποιεί δεδομένα Landsat. Οι Kaneko και Hino (1996) εκτίμησαν την ισορροπία ενέργειας σε μία επιφάνεια μίας δασικής περιοχής με τη χρήση παραμέτρων που προέκυψαν από δεδομένα Landsat.
Υπολογιστικά μοντέλα.
Ο Cairns και οι συνεργάτες (2000) ακολούθησαν μία σχετικά απλή προσέγγιση για να αντιστοιχήσουν τιμές της βιομάζας σε κατηγορίες κάλυψης γης που προέκυψαν από έναν υπάρχοντα χάρτη ο οποίος αναβαθμίστηκε με δεδομένα TM.
Πανίδα και βιοποικιλότητα.
Οι μελέτες για την πανίδα και τη βιοποικιλότητα χρησιμοποιούν εκτενώς δεδομένα Landsat. Οι πιο απλές προσεγγίσεις περιλαμβάνουν την χαρτογράφηση και τον χαρακτηρισμό της πανίδας.
Κοινωνικοοικονομικές μελέτες.
Οι κοινωνικοοικονομικές μελέτες βασίζονται ολοένα και περισσότερο στην τηλεπισκόπηση για τη συλλογή πληροφοριών όσον αφορά τις καλύψεις/χρήσεις γης και τις αλλαγές τους διαμέσου του χρόνου.
Η αυξανόμενη αξία του Landsat
Στο πέρας των δεκαετιών, οι οικολογικές επιστήμες έχουν επηρεαστεί σημαντικά από τις κοινωνικοπολιτικές αλλαγές. Επίσης, η τεχνολογική ανάπτυξη επιτρέπει στους οικολόγους να αντιμετωπίσουν ολοένα και πολυπλοκότερα επιστημονικά ερωτήματα. Μαζί με την εξέλιξη των υπολογιστικών συστημάτων και σε συνεργασία με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών η τηλεπισκόπηση είναι σε θέση να αντιμετωπίζει τέτοιου είδους ερωτήματα και ο πρεσβευτής της είναι το δορυφορικό σύστημα Landsat. Ο Landsat εκπροσωπεί το μακρύτερο σε διάρκεια πρόγραμμα για την παρατήρηση της επιφάνειας της Γης από το διάστημα. Το μέλλον του στην οικολογία και τις εφαρμογές της αναμένεται πολλά υποσχόμενο. Η ανάπτυξη χαρτογραφικών προγραμμάτων που θα χρησιμοποιούν μεγάλο όγκο δεδομένων Landsat σε εθνική κλίμακα θα έχει ως αποτέλεσμα την βελτίωση των οικολογικών μοντέλων και την αύξηση των εφαρμογών τους. Τέλος, η διαλειτουργικότητα μεταξύ των δεομένων Landsat με δεδομένα άλλων δορυφόρων, θα αποτελέσει το κλειδί για τη βελτίωση των αποδιδόμενων πληροφοριών από τηλεπισκοπικά δεδομένα.
