Παρακολούθηση του οπτικού πάχους αερολυμάτων στην Κύπρο με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών.

Από RemoteSensing Wiki

Παρακολούθηση του οπτικού πάχους αερολυμάτων στην Κύπρο με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης και συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών.

Aerosol optical thickness measurements and monitoring using remote sensing and gigs over Cyprus.

Συγγραφείς : Β.Τρίγκας, Κ. Θεμιστοκλέους, Δ. Χατζημίτσης

Πηγή : Πρακτικά Συνεδρίου, 10ο Comecap 2010 Πάτρα, Δορυφορική τηλεπισκόπηση

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης αποτελεί αντικείμενο ενδιαφέροντος τις τελευταίες δεκαετίες. Η εξέλιξη των δορυφορικών συστημάτων και συγκεκριμένα της δορυφορικής τηλεπισκόπησης παρέχει τη δυνατότητα διαχείρισης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης κάνοντας χρήση δορυφορικών εικόνων και όχι αποκλειστικά μετρήσεων. Μια από τις σημαντικότερες κατηγορίες επεξεργασίας δορυφορικών εικόνων είναι η ατμοσφαιρική διόρθωση, η οποία επιτυγχάνεται με τις μεθόδους σκοτεινότερων εικονοστοιχείων (DP) και γραμμικής συσχέτισης επίγειων μετρήσεων (PIT).

ΔΕΔΟΜΕΝΑ

Χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες Landasat 7 TM+ και τέσσερα κανάλια, που απαρτίζονταν από τα τρία του ορατού φάσματος και το κοντινό υπέρυθρο, με χωρική ανάλυση 30 μέτρων σε κάθε ένα από αυτά. Οι μετρήσεις πεδίου έγιναν με φασματοραδιόμετρο και ηλιοφωτόμετρο σε μικρή απόσταση από τα σημεία που επιλέχθηκαν.

ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η περιοχή που επιλέχθηκε εντοπίζεται στην παραλιακή ζώνη της Λεμεσού στην Κύπρο. Καθορίστηκαν τέσσερα σημεία μέτρησης στην ευρύτερη περιοχή (Εικόνα 1), η οποία θεωρείται ιδιαίτερα επιβαρυμένη με ρύπους, κυρίως, λόγω των δραστηριοτήτων του λιμένα.

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΔΙΟΡΘΩΣΗ

Ατμοσφαιρική διόρθωση με τη μέθοδο των σκοτεινότερων εικονοστοιχείων (darkest pixel)

Η μέθοδος DP ορίζει ότι κάθε μαύρο στοιχείο σε μια δορυφορική εικόνα έχει μηδενική ψηφιακή τιμή, σε περίπτωση που κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει η τιμή αυτή αποτελεί την επίδραση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην εικόνα. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την εφαρμογή της μεθόδου περιλαμβάνει αρχικά τη μετατροπή των ψηφιακών τιμών των δορυφορικών εικόνων σε μονάδες μέτρησης της ροής της ακτινοβολίας και ακολούθως μετασχηματισμό της ροής σε ανακλαστικότητα. Η μέθοδος ολοκληρώθηκε με τον εντοπισμό και την αφαίρεση του σκοτεινότερου εικονοστοιχείου από όλες τις δορυφορικές εικόνες.

Ατμοσφαιρική διόρθωση με τη μέθοδο του PIT

Η μέθοδος PIT βασίζεται στη μεθοδολογία της πολλαπλής χρονικής κανονικοποιήσης (ΜΤΝ) και σε αντίθεση με αυτή χρησιμοποιεί δεδομένα ανακλαστικότητας εδάφους για τιμές αναφοράς οι οποίες συσχετίζονται με τις τιμές της δορυφορικής εικόνας. Η εν λόγω μέθοδος χρησιμοποιεί δορυφορικές εικόνες τύπου Landsat 7 TM+ καθώς και μετρήσεις πεδίου με φασματοραδιόμετρο, οι οποίες έγιναν σε χρονικά διαστήματα με την ελάχιστη δυνατή ατμοσφαιρική επίδραση. Οι θέσεις μέτρησης επιλέχθηκαν με κυριότερο κριτήριο τη σταθερότητα της ανακλαστικοτητας τους στο χρόνο. Στη συνέχεια γίνεται σύγκριση των τιμών ανακλαστικότητας του εδάφους για κάθε κανάλι με τις τιμές της δορυφορικής εικόνας σε κάθε κανάλι για κάθε επιλεγμένη θέση, με σκοπό την απόκτηση πληροφοριών σχετικών με το Atmospheric Path Radiance Component. Η μέθοδος ολοκληρώνεται με τον προσδιορισμό της τιμής της ατμοσφαιρικής επίδρασης που προκύπτει από τη γραφική παράσταση των τιμών ανακλαστικότητας από το φασματοραδιόμετρο και της δορυφορικής εικόνας και πιο συγκεκριμένα από το σημείο τομής της ευθείας που ενώνει τα παραγόμενα σημεία με τον άξονα ψ ή χ και το σημείο τομής των αξόνων.

ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (ΓΣΠ)

Η μέθοδος των ΓΣΠ εφαρμόζεται σε κάθε μια από τις δυο μεθόδους. Η μέθοδος DP εφαρμόστηκε και εντοπίστηκε το σκοτεινότερο εικονοστοιχείο, το οποίο αντιπροσώπευε την ατμοσφαιρική ρύπανση. Η εικόνα 2 παρουσιάζει έναν χάρτη DP της Κύπρου που δημιουργήθηκε με παρεμβολή.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Οι μετρήσεις πεδίου παρουσίασαν καλή συσχέτιση με τις δορυφορικές εικόνες Landsat 7, η οποία θα ήταν πιθανότατα ισχυρότερη αν χρησιμοποιούνταν εικόνες με μεγαλύτερη χωρική ανάλυση. Τα δεδομένα που προέκυψαν έπειτα από τη χρήση του φασματοραδιόμετρου είναι αξιόπιστα λόγω ακρίβειας αλλά και λόγω απουσίας ρύπων μεταξύ δέκτη και επιλεγμένου σημείου. Η συσχέτιση του οπτικού πάχους των αερολυμάτων (ΑΟΤ) με τα αποτελέσματα της μεθόδου DP έδωσαν υψηλές τιμές συσχέτισης κατά τη θερινή περίοδο. Αντίστοιχα ήταν και τα αποτελέσματα της μεθόδου PIT, με καλύτερη συσχέτιση να παρουσιάζει το τρίτο κανάλι του ορατού φάσματος (Εικόνα 3).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Οι δυο μέθοδοι ατμοσφαιρικής διόρθωσης δορυφορικών εικόνων χρησιμοποιούνται με σκοπό τη λήψη πληροφοριών όπως είναι το Atmospheric Path Radiance Component και το οπτικό πάχος των αερολυμάτων (ΑΟΤ). Οι μέθοδοι δίνουν τη δυνατότητα επιλογής της περιοχής μελέτης βάση της παρουσίας των σκοτεινότερων εικονοστοιχείων (DP) και των μη-μεταβλητών στόχων (PIT). Σημαντικό εργαλείο διαχείρισης της ρύπανσης αποτελούν τα ΓΣΠ, ενώ τα αποτελέσματα πιστοποιούνται με τη χρήση οργάνων όπως τα ηλιοφωτόμετρα και τα φασματοραδιόμετρα.