Παγκόσμιες Τάσεις της έκθεσης στη φωτορρύπανση των Φυσικών Χερσαίων Οικοσυστημάτων.

Από RemoteSensing Wiki

Σχήμα 1. (a) Παγκόσμια εικόνα νυχτερινών φώτων από δεδομένα DMSP 2012 (b) Παγκόσμια κάλυψη γης από GLC2000, ανάλυση 1 km (c) Επίγειες οικολογικές περιοχές από το World Wildlife Fund (WWF).

Σχήμα 2. Οι οριζόντιες μπάρες δείχνουν το ποσοστό της συνολικής επιφάνειας της γης που καταλαμβάνεται από κάθε τύπο οικοσυστήματος για την οποία ανιχνεύθηκε αύξηση (πορτοκαλί) και μείωση (μπλε) του τεχνητού φωτός μεταξύ των χρονικών περιόδων 1992- 1996 και 2008-2012. Τα διαγράμματα πίτας δείχνουν την αναλογία των φυσικών οικοσυστημάτων σε κάθε βίωμα που είχε μια φωτεινότητα 6 DN ή μεγαλύτερη.

Σχήμα 3. Επιλεγμένα περιοχές όπου απεικονίζεται η καταπάτηση του φωτός πάνω σε φυσικά και ημι-φυσικά οικοσυστήματα. (Α, β) κεντρική Κύπρος, με έγχρωμη σκίαση αντιπροσωπεύεται η ένταση του φωτός από διαβαθμονομημένα DMSP / OLS δεδομένα από (α) 1992-1997 και (β) 2008-2014. (Γ, δ) κεντρικό Μεξικό, συμπεριλαμβανομένης της Πόλης του Μεξικού, για τις ίδιες χρονικές περιόδους. (Ε, στ) το Δέλτα του Νίγηρα, στη Νιγηρία, που δείχνει τις μεταβαλλόμενες μορφές της εκπομπής φωτός που οφείλονται σε μεταβολές της δραστηριότητας στη βιομηχανία πετρελαίου.

Αντικείμενο Μελέτης

Η ραγδαία αύξηση της χρήσης ηλεκτρικών φώτων σε όλο τον κόσμο έχει οδηγήσει σε αυξανόμενη παρουσία τεχνητού φωτός σε φυσικά και ημι-φυσικά οικοσυστήματα τη νύχτα. Αυτό συμβαίνει τόσο λόγω του άμεσου φωτισμού και του σκεδασμένου φωτός στην ατμόσφαιρα. Υπάρχει αυξανόμενη ανησυχία σχετικά με τις επιπτώσεις του τεχνητού φωτός στις βιολογικές διαδικασίες, τη βιοποικιλότητα και τη λειτουργία των οικοσυστημάτων. Ωστόσο, ενώ αρκετές μελέτες έχουν εξετάσει τις περιφερειακές αλλαγές στο τεχνητό φως, δεν είναι σαφώς γνωστό ποιοι τύποι φυσικών οικοσυστημάτων έχουν τη μεγαλύτερη έκθεση παγκοσμίως στην εξάπλωση του τεχνητού φωτός.

Μέθοδοι

Το Πρόγραμμα Defense Meteorological Program Operational Linescan System (DMSP / OLS), που παράγεται και διανέμεται από το Εθνικό Κέντρο Γεωφυσικών Δεδομένων NOAA, παρέχει τη μεγαλύτερη χρονοσειρά των διαθέσιμων στο κοινό δεδομένων τηλεπισκόπησης των φώτων κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ενώ βαθμονομημένα δεδομένα υψηλότερης ανάλυσης, είναι διαθέσιμα από το κανάλι ημέρας-νύχτας του Visible Infrared Imaging Radiation Suite (VIIRS), τα δεδομένα φώτων της νύχτας DMSP / OLS παραμένουν εξαιρετικά πολύτιμα ως μια πηγή για την ανίχνευση πιο μακροπρόθεσμων τάσεων στην κατανομή του τεχνητού φωτός τη νύχτα. Η ποσοτικοποίηση των αλλαγών περιπλέκεται από την έλλειψη βαθμονόμησης μεταξύ των αισθητήρων και της συνεχούς προσαρμογής του ελέγχου του οπτικού οργάνου για να παρέχουν συνεπείς εικόνες του νέφους. Παρ 'όλα αυτά, η προσεκτική διαβαθμονόμηση των δεδομένων μπορεί να βοηθήσει να τυποποιήσει τις εικόνες και να ελαχιστοποιήσει τα λάθη και τις προκαταλήψεις, προκειμένου να χαρτογραφήσει και να ανιχνεύσει αλλαγές κατά την πάροδο του χρόνου. Εδώ χρησιμοποιούμε μια ισχυρή τεχνική παλινδρόμησης, παλινδρόμηση μέσων ποσοστημόριων για την διαβαθμονόμηση εικόνων DMSP / OLS ώστε να εντοπιστούν οι αλλαγές στη φωτεινότητα κατά την περίοδο 1992-2012. Συνδυάζουμε αυτά τα δεδομένα με πληροφορίες σχετικά με την παγκόσμια διανομή των φυσικών και ημι-φυσικών τύπων οικοσυστημάτων, που προέρχονται από υψηλής ανάλυσης (1 km) τηλεπισκοπικά δεδομένα κάλυψης γης και τα όρια των επίγειων οικολογικών περιοχών (Σχήμα 1). Στη συνέχεια αξιολογούνται ποια παγκόσμια οικοσυστήματα έχουν την πιο ραγδαία αύξηση της έκθεσης σε τεχνητό φως για την περίοδο 1992-2012.

Αποτελέσματα

Όλα τα φυσικά οικοσυστήματα που εξετάζονται εδώ έχουν βιώσει μια αύξηση της έκθεσης σε τεχνητό φως κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου (Σχήμα 2). Οι πιο σημαντικές αυξήσεις σε φωτεινότητα βρίσκονται σε μεσογειακά οικοσυστήματα, οι περιοχές αυτές περιλαμβάνουν τόσο την ίδια λεκάνη της Μεσογείου και τέσσερις άλλες περιοχές με μεσογειακού τύπου κλίμα. Τα μεσογειακού τύπου οικοσυστήματα φιλοξενούν πολλά «θερμά σημεία» βιοποικιλότητας και ενδημισμού, ιδιαίτερα για τα φυτικά είδη, εκτιμάται ότι η μεσογειακή οικοπεριοχή καλύπτει μόλις το 2% της επιφάνειας του πλανήτη, αλλά περιέχει 20% των φυτικών ειδών στον κόσμο. Στο Σχήμα 3α, b απεικονίζονται οι αυξήσεις στην έκταση της έκθεσης σε τεχνητό φωτισμό.

Συμπεράσματα

Δείχνουμε ότι όλοι οι παγκόσμιοι χερσαίοι τύποι οικοσυστημάτων αντιμετωπίζουν σε κάποιο βαθμό την έκθεση σε τεχνητό φως, και ότι η έκθεση αυτή αυξάνεται. Τα εν λόγω παγκόσμια οικοσυστήματα που αντιμετωπίζουν τις πιο διαδεδομένες αυξήσεις τεχνητού φωτός είναι ήδη εντοπισμένα, και μπορεί να είναι ιδιαίτερης σημασίας διατήρησης λόγω της υψηλής βιοποικιλότητας, τα υψηλά επίπεδα ενδημισμού και σπανιότητας. Συχνά είναι σε κίνδυνο από μια σειρά από άλλες πιέσεις που συνδέονται με την αστική καταπάτηση, απώλεια ενδιαιτημάτων και κατακερματισμό, την εξόρυξη πόρων και διαταραχή της γης. Τα εύκρατα οικοσυστήματα και της Μεσογείου, τα υποτροπικά δάση, και τα μαγκρόβια είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένα στην αύξηση των επιπέδων του τεχνητού φωτός, όπως είναι τα δάση σε ξηρές ζώνες και η φυσική βλάστηση όπου εμφανίζεται κοντά σε γεωργικές εκτάσεις. Ενώ οι εικόνες DMSP / OLS παρέχουν δεδομένα νυχτερινών φώτων για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, και είναι σήμερα το μοναδικές στην ικανότητά τους να παρακολουθούν τις αλλαγές στη φωτορρύπανση κατά τη πάροδο του χρόνου, η VIIRS παρέχει ευκαιρίες για την παρακολούθηση της φωτορρύπανσης σε υψηλότερη χωρική ανάλυση. Άλλες πηγές τηλεπισκοπικών δεδομένα, όπως φωτογραφίες από το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό μπορεί επίσης να αποδειχθούν χρήσιμα.

MDPI