Παγκόσμιος δείκτης ανίχνευσης σκόνης (GDDI): Mια νέα μεθοδολογία για την ανίχνευση καταιγίδων σκόνης
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Global dust Detection Index (GDDI); A new remotely sensed methodology for dust storms detection
Συγγραφείς: Mehdi Samadi, Ali Darvishi Boloorani, Seyed Kazem Alavipanah, Hossein Mohamadi, Mohamad Saeed Najafi.
Πηγή: JOURNAL OF ENVIRONMENTAL HEALTH SCIENCE & ENGINEERING
Εισαγωγή:
Αμμοθύελλα ονομάζεται το φαινόμενο όπου οι ισχυροί άνεμοι που επικρατούν πάνω από ερήμους, άνυδρες και ημι-άνυδρες περιοχές, υψώνουν και μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες άμμου ή σκόνης δημιουργώντας ένα νέφος στην ατμόσφαιρα που μπορεί να είναι τόσο πυκνό ώστε να προκαλέσει πολλές δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον και την υγεία. Πιο συγκεκριμένα οι καταιγίδες σκόνης μπορούν να μεταφέρουν μεγάλη ποσότητα σκόνης και με αυτόν τον τρόπο να δημιουργήσουν τεράστιες καταστροφές σε καλλιέργειες, και εγκαταστάσεις εξόρυξης και επικοινωνίας. Μέσω της μείωσης της ορατότητας λόγω του νέφους μπορούν να διαταραχθούν οι καθημερινές δραστηριότητες του ανθρώπου, όπως οι αεροπορικές και χερσαίες μεταφορές, και λόγο της απόκρυψης του ήλιου να υπάρξει και μείωση της θερμοκρασίας. Περιβαλλοντικά μια αμμοθύελλα μπορεί να συμβάλει σε μόλυνση της ατμόσφαιρας και μείωση της ποιότητας του αέρα, ακόμη και σε επιτάχυνση της διαδικασίας της απερήμωσης μιας περιοχής. ΆΆμεσες επιπτώσεις τους στην ανθρώπινη υγεία απεικονίζονται κυρίως σε δυσκολίες στην αναπνοή.
Ο εντοπισμός μιας αμμοθύελλας και η παρακολούθηση των χαρακτηριστικών της είναι πολύ σημαντικές στο σχεδιασμό συστημάτων προειδοποίησης, και στη διαχείριση για μείωση του κινδύνου αυτού του φαινομένου. Σημαντικό ερευνητικό πεδίο αποτελεί τόσο η ανίχνευση αυτού του φαινομένου όσο και διαχωρισμός του από άλλα ατμοσφαιρικά φαινόμενα, ώστε να γίνει καλύτερη αξιολόγηση των χαρακτηριστικών και των επιπτώσεων μιας αμμοθύελλας. Για αυτό το λόγο, από το 1970 έχουν αναπτυχθεί αρκετές εφαρμογές τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση καταιγίδων σκόνης, αφού έτσι μπορεί να γίνει η καλύτερη παρακολούθηση της περιφερειακής και παγκόσμιας έκτασης του φαινομένου, γρήγορα εύκολα και οικονομικά.
Μεθοδολογία:
Η τηλεπισκόπηση μπορεί να δώσει σημαντικά στοιχεία για τις χωρικές και χρονικές μεταβολές μιας αμμοθύελλας, και μιας και η σκόνη μπορεί να ανιχνευθεί σε πολλά διαφορετικά φασματικά κανάλια δίνεται η δυνατότητα απόσπασης της κατά την επεξεργασία των δεδομένων. Συγκεκριμένα το σύστημα MODIS που λειτουργεί μέσω των δορυφόρων Terra και Aqua τους προγράμματος Earth Observing System της NASA, χρησιμοποιεί 36 φασματικές ζώνες με φασματικό εύρος από 0,41 έως 14,4 μm και χωρικές αναλύσεις σε 0,25, 0,5 και 1km.
Τα χαρακτηριστικά μιας αμμοθύελλας ενδέχεται να προσδιοριστούν διαφορετικά και αυτό οφείλεται στις διαφορετικές επιφάνειες που υπάρχουν στη Γη. Οι φωτεινές επιφάνειες όπως οι έρημοι και οι πεδιάδες έχουν πολύ πιο υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας σε σχέση με τις σκοτεινότερες επιφάνειες όπως τα βουνά. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε περιοχή ενδιαφέροντος πρέπει αν δημιουργηθεί και ένας συγκεκριμένος χάρτης κάλυψης Γης.
Όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 2, η ανάλυση των φασματικών καμπύλων δείχνει ότι τα σύννεφα έχουν υψηλή ανακλαστικότητα στη ζώνη 3 του MODIS και χαμηλή ανάκλαση στη ζώνη 7, ενώ η σκόνη έχει υψηλή ανακλαστικότητα στη ζώνη 7 και χαμηλή στη ζώνη 3. Επίσης παρατηρείτε ότι στο θερμικό φάσμα (25), τα σύννεφα έχουν πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία φωτεινότητας από τη σκόνη. Μέσο των παρατηρήσεων που παράγει το MODIS για μια περιοχή, μπορεί να δημιουργηθεί μια βάση δεδομένων, η οποία να συμβάλει στη δημιουργία ενός αλγορίθμου στον οποίο, να μπορούν να εξεταστούν τα επίπεδα ανάκλασης της σκόνης πάνω από μια περιοχή συγκριτικά με τα κανονικά επίπεδα ανάκλασης της ίδιας περιοχής, μέσω της κατηγοριοποίησης της επιφάνειας ανάκλασης. Συγκεκριμένα για την περίπτωση ανάλυσης του φαινομένου πάνω από το δυτικό τμήμα του Ιράν, προκειμένου να αποφασιστούν με ακρίβεια οι ζώνες και τα επίπεδα ανάκλασης στον αλγόριθμο ανίχνευσης σκόνης, χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα εκπαίδευσης για φασματική ανάλυση περισσότερα από 20 περιστατικά αμμοθύελλας που εμφανίστηκαν στην περιοχή κατά την περίοδο 2000-2011. Λαμβάνοντας υπόψιν τα επίπεδα ανάκλασης της αμμοθύελλας, της συννεφιάς, και των επιφανειών της περιοχής ενδιαφέροντος, μπορούν να τεθούν τιμές ώστε ανάλογα με το βαθμό ανάκλασης των παραπάνω, να προσδιορίζεται με μεγάλη ακρίβεια από το σύστημα αυτόματης ανίχνευσης ο βαθμός αμμοθύελλας που επικρατεί.
Η διαδικασία χωρίζεται σε δύο μέρη: α) στη σκόνη πάνω από τη στεριά και, β) στη σκόνη πάνω από νερό. Στην ανίχνευση σκόνης πάνω από τη στεριά, αφού αφαιρεθούν το νερό και τα σύννεφα, η στεριά χωρίζεται σε σκοτεινές και φωτεινές επιφάνειες. Χρησιμοποιώντας τους καθορισμένους δείκτες, αυτό που απομένει στην εικόνα είναι η σκόνη και ο θόρυβος. Στην ίδια διαδικασία διακρίνονται επίσης και οι σκόνες πάνω από νερό. Με αυτόν τον τρόπο, όλα τα χαρακτηριστικά χωρίζονται από την εικόνα με μια συγκεκριμένη σειρά και στο τέλος, τα αποτελέσματα και των δύο θα συνδυαστούν για τη χαρτογράφηση της αμμοθύελλας.
Συμπεράσματα:
Οι εφαρμογές τηλεπισκόπησης της αμμοθύελλας μπορούσαν να γίνουν με διάφορες τεχνικές, τα προβλήματα όμως που προέκυπταν όπως για παράδειγμα οι αλλαγές των εποχών και των συνεχών μετατροπών των ορίων που χρειαζόντουσαν, δημιούργησαν την ανάγκη για τη δημιουργία ενός συστήματος που θα έλυνε όλα αυτά τα προβλήματα. Η αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου έχει ελεγχθεί εξετάζοντας αρκετά περιστατικά αμμοθύελλας και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μοντέλο έχει καλή απόδοση σε όλες τις περιπτώσεις ενώ έχει και την ικανότητα να χρησιμοποιείται σε οποιοδήποτε σύστημα πρόβλεψης.
