Παρακολούθηση της πετρελαιοκηλίδας στο Norilsk της Ρωσίας με χρήση δορυφορικών δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Παρακολούθηση της πετρελαιοκηλίδας στο Norilsk της Ρωσίας με χρήση δορυφορικών δεδομένων
Πρωτότυπος Τίτλος : Monitoring oil spill in Norilsk, Russia using satellite data
Συγγραφείς : Sankaran Rajendran, Fadhil N. Sadooni, Hamad Al-Saad Al-Kuwari, Anisimov Oleg, Himanshu Govil, Sobhi Nasir & Ponnumony Vethamony
Δημοσιεύτηκε : nature.com/ scientificreports15/2/2021
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου https://www.researchgate.net/publication/349312687_Monitoring_oil_spill_in_Norilsk_Russia_using_satellite_data
Εισαγωγή
Η ανίχνευση και ο εντοπισμός πετρελαιοκηλίδων μέσω δορυφορικών αισθητήρων έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο στη χρήση των ορατών, βραχέων έως θερμικών υπέρυθρων (οπτικών) και των μικροκυματικών ζωνών ραντάρ. Ο επιφανειακός εντοπισμός και η χαρτογράφηση μιας πετρελαιοκηλίδας είναι ουσιώδεις για την αξιολόγηση της πιθανής εξάπλωσης και επίπλευσης από την πηγή στις παρακείμενες περιοχές. Η παρούσα εργασία μελετά τη διαρροή πετρελαίου , η οποία συνέβη στη περιοχή Norlisk Taimyr της Ρωσίας λόγω της κατάρρευσης της δεξαμενής καυσίμων στο σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις 29/5/2020. Η πετρελαιοκηλίδα συνέβη λόγω της αστοχίας μιας δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμων ντίζελ που έχει κατασκευαστεί πάνω σε μόνιμο πάγο και οδήγησε σε μόλυνση των υδάτων και του εδάφους σε μεγάλες περιοχές.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε τέσσερα σημεία : (1) να επανεξετάσει τα χαρακτηριστικά φασματικής απορρόφησης της πετρελαιοκηλίδας χρησιμοποιώντας δεδομένα Sentinel-2 (2) να χαρτογραφήσει την πετρελαιοκηλίδα χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους επεξεργασίας εικόνας και δεδομένα Sentinel-2 που αποκτήθηκαν πριν, κατά τη διάρκεια και μετά το συμβάν, (3) να διακρίνει τα σχετικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, ιδίως το χιόνι, το πάγο, το νερό, τη βλάστηση και τους υγρότοπους και (4) να αναλύσει τα ημερήσια μετεωρολογικά αρχεία από τον μετεωρολογικό σταθμό Norlisk , να εκτελέσει μοντελοποίηση μόνιμου πάγου και να αξιολογήσει τον πιθανό ρόλο της κλιματικής αλλαγής , της απόψυξης του μόνιμου πάγου και των απρόβλεπτων καιρικών συνθηκών στην εκδήλωση του συμβάντος.
Υλικά και Μέθοδοι
Παρακολουθήσαμε το χιόνι, το πάγο, το νερό τη βλάστηση και τον υγρότοπο της περιοχής χρησιμοποιώντας δεδομένα από τα πολυφασματικά όργανα (MSI) του δορυφόρου Sentinel-2. Αναλύσαμε τις απορροφήσεις των φασματικών ζωνών των δεδομένων του που αποκτήθηκαν πριν, κατά τη διάρκεια και μετά το περιστατικό, αναπτύξαμε σύνθετες εικόνες αληθούς και ψευδούς χρώματος (FCC), αποχρωματίσαμε τις φασματικές ζώνες και χρησιμοποιήσαμε τους δείκτες, δηλαδή το Δείκτη Νερού Χιονιού (SWI) , τον Δείκτη Νερού Κανονικοποιημένης Διαφοράς (NDWI ) και τον Δείκτη Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς (NDVI). Σε αυτή τη μελέτη αναπτύσσονται εικόνες πραγματικού χρώματος για την ανίχνευση της πετρελαιοκηλίδας με τη χρήση φασματικών ζωνών του Sentinel-2 κόκκινο(Β04), πράσινο (Β03) και μπλε (Β02) στα αντίστοιχα κόκκινα, πράσινα και μπλε κανάλια.(όπως τα μάτια μας βλέπουν το κόσμο, δηλαδή βλέπουμε την υγιή βλάστηση πράσινη). Επίσης σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν έγχρωμα σύνθετα (RGB) με διάφορους συνδυασμούς .Οι συνδυασμοί ζωνών για διάφορες εφαρμογές βρίσκονται στο πρόγραμμα (SNAP) Sentinel Application Platform. Η κατασκευή αναλογιών ζωνών και δεικτών ενισχύει τις φασματικές διαφορές μεταξύ των ζωνών και μειώνει τις επιπτώσεις της τοπογραφίας.
Μελετήθηκαν οι φασματικές υπογραφές πετρελαιοκηλίδων πάνω από το νερό και χαρτογραφήθηκαν με την τεχνική της υπερφασματικής τηλεπισκόπησης. Τα δεδομένα του Sentinel-2 μεταφορτώθηκαν από την ESA (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος). Η ESA παρέχει λογισμικό ανάλυσης δορυφορικών πληροφοριών (SNAP) και τα δεδομένα αναλύονται με το λογισμικό QGIS και Enviromental for Visualizing Images (ENVI). Τα δεδομένα προ- επεξεργάστηκαν και γεωαναφέρθηκαν στο ελλειψοειδές WGS-84 και στην προβολή Universal Tranverse Mercator (UTM) Zone 45 N και τα στρώματα στοιχειοθετήθηκαν χρησιμοποιώντας το QGIS. Η επεξεργασία για τη χαρτογράφηση της πετρελαιοκηλίδας έγινε με τη χρήση του λογισμικού ENVI. Χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι αλγόριθμοι για τη διόρθωση των εκτροπών , του χρώματος και των επιπέδων φωτός και για την επεξεργασία των εικόνων.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή εμπίπτει στη ζώνη βλάστησης δάσους-τούνδρας και χαρακτηρίζεται από αρκτικό κλίμα με πολύ κρύο το χειμώνα και σύντομα καλοκαίρια. Σύμφωνα με δεδομένα (1980-2020) του μετεωρολογικού σταθμού Norlisk παρατηρείται μια επιταχυνόμενη αύξηση της θερμοκρασίας σε όλες τις εποχές . Η περιοχή βρίσκεται σε συνεχή ζώνη μόνιμου παγετού, όπου το παγωμένο έδαφος καταλαμβάνει περισσότερο από το 90% της έκτασης. Αξίζει να σημειωθεί ότι κατασκευές σε τέτιοα εδάφη βασίζονται σε πασσαλοθεμελιώσεις . Μεταλλικοί πάσσαλοι διαφορετικού μήκους ,(6-12μέτρων), ενσωματώνονται στο μόνιμο πάγο και αγκυρώνονται στο έδαφος με τσιμεντοποίηση του πάγου του εδάφους.
Αποτελέσματα – Συζήτηση
Η παρακολούθηση της πετρελαιοκηλίδας χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του δορυφόρου Sentinel-2 πριn και μετά το συμβάν δεν έδειξαν περαιτέρω εξάπλωση της πετρελαιοκηλίδας στον ποταμό Ambarnaya. (Εικόνα 13) Αυτό μπορεί να οφείλεται στις δραστηριότητες των ομάδων καθαρισμού για να σταματήσουν την εξάπλωση του καυσίμου και να αποτρέψουν την κίνηση της πετρελαιοκηλίδας προς τη λίμνη Pyasino. Τοποθετήθηκαν πλωτά φράγματα και κατασκευές με βραχίονες απομακρύνοντας τόνους μολυσμένου χώματος.
Συμπεράσματα
Η παρούσα μελέτη κατέληξε στα εξής 1) Εξαφάνιση του χιονιού και του πάγου σε δέκα ημέρες μεταξύ 21 και 31/5/2020 λόγω της ασυνήθιστης ζέστης στις 31/5/2020, 2) αλλαγή της κατάστασηςτων υδάτων στη λίμνη το ίδιο δεκαήμερο και την αύξηση της στάθμης των υδάτων μετά, 3) ανάπτυξη της βλάστησης και αύξηση του πρασίνου ματά το τέλος του δεκαημέρου, 4) αλλαγή των υγροτόπων . Όλες αυτές η αλλαγές συνάδουν στο ότι η ασυνήθιστα υψηλή θερμοκρασία τον Μάιο του 2020 μπορεί να συνέβαλε στη κατάρρευση της δεξαμενής. Η μελέτη αυτή κατέδειξε τη συμβολή της τηλεπισκόπησης και ορισμένες εφαρμογές της .
