Περιβαλλοντικές αλλαγές, τηλεπισκόπηση, και ανάπτυξη υποδομής: H περίπτωση του λιμανιού East Port Said
Από RemoteSensing Wiki
Environmental changes, remote sensing, and infrastructure development: The case of Egypt’s East Port Said harbor
Περιβαλλοντικές αλλαγές, τηλεπισκόπηση, και ανάπτυξη υποδομής: H περίπτωση του λιμανιού East Port Said
Συγγραφέας:M.F. Kaiser
Πηγή:Applied Geography, 2009
Σκοπός
Σκοπός του παρόντος άρθρου είναι να εξετάσει το περιβαλλοντικό αντίκτυπο της κατασκευής του λιμανιού East Port Said και γενικότερα της ανάπτυξης των υποδομών, στην πεδιάδα El-Tina, στη βορειοδυτική μεσογειακή ακτή της περιοχής Sinai στην Αίγυπτο, χρησιμοποιώντας τηλεσκοπικές τεχνικές. Ερευνήθηκαν οι αλλαγές στη χρήση γης πριν και μετά την κατασκευή του λιμανιού, χρησιμοποιώντας τον άριστο συνδυασμό καναλιών και πολυφασματική ταξινόμηση εικόνας.
Δεδομένα και μεθοδολογία
Οι εικόνες από τον Thematic Mapper (ανάλυση 30m) που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την μελέτη αποκτήθηκαν τον Αύγουστο του 1984, τον Αύγουστο του 1991 και τον Ιούλιο του 2003. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για να συγκρίνουν την ακτογραμμή σε δύο διαφορετικές περιόδους (1984-1991 και 1991-2003). Οι πρώτες δύο εικόνες (1984 και 1991) ήταν από τον Thematic Mapper (Landsat 5), ενώ η τρίτη εικόνα (2003) συλλέχθηκε από τον Enhanced Thematic Mapper (Landsat 7).
Γεωμετρική διόρθωση
Η ταξινόμηση των εικόνων έγινε χρησιμοποιώντας το ERDAS IMAGINE 8.7. Για την ταξινόμηση των δεδομένων της πεδιάδας El-Tina για το έτος 2003 μαζί με άλλα δεδομένα από τον Kaiser (2004) και τους White και El-Asmar (1999), χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος κυβικής ελίκωσης (cubic convolution), η οποία είναι μια προηγμένη μέθοδος αποκατάστασης εικόνων που προσδιορίζει τις αξίες των pixels εκτιμώντας το τετράγωνο των 16 pixels που περιβάλλουν κάθε pixel. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε επίγεια έρευνα στην περιοχή για την επικύρωση των αποτελεσμάτων της τηλεπισκόπισης.
Τεχνικές ανίχνευσης αλλαγών
Οι δύο στρατηγικές που εφαρμόστηκαν για τον υπολογισμό του ποσοστού αλλαγής της ακτογραμμής και την ανίχνευση των αλλαγών στη χρήση/ κάλυψη γης της πεδιάδας El-Tina σαφούς μετά την κατασκευή του λιμανιού East Port Said, είναι η διανυσματική ανάλυση και η ενίσχυση εικόνας. Για την παραγωγή ενός διανυσματικού χάρτη της ακτογραμμής χρησιμοποιήθηκε το κανάλι 7 του Thematic Mapper. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε μια διαδικασία κατάτμησης βασισμένη σε περιοχές για να σκιαγραφήσει το όριο ξηράς/ θάλασσας κατά μήκος της ακτογραμμής της πεδιάδας El-Tina βγάζοντας τη θάλασσα σαν χωριστή περιοχή. Υπολογίστηκαν η μέση, ελάχιστη και η μέγιστη τιμή, καθώς και η σταθερή απόκλιση 50 ψηφιακών τιμών από τις εικόνες του καναλιού 7, όπως μετρήθηκαν από το έδαφος και τη θάλασσα στην πεδιάδα El-Tina, για την εκτίμηση της κατάλληλης τιμής της φασματικής απόστασης που χρησιμοποιήθηκε για την κατάτμηση της εικόνας.
Χρησιμοποιήθηκε επιπλέον, η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών ( Principal Component Analysis) για τη συμπίεση πολυκάναλων δεδομένων, υπολογίζοντας ένα νέο σύστημα συντεταγμένων στο οποίο ο πρώτος άξονας (η πρώτη κύρια συνιστώσα) μεγιστοποιεί τη διακύμανση των στοιχείων κατά μήκος του άξονα. Η δεύτερη κύρια συνιστώσα είναι ορθογώνια ως προς την πρώτη και έχει τη δεύτερη μέγιστη διακύμανση, και ούτω καθεξής. Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα της ανάλυσης αυτής είναι ότι παράγει εικόνες με μηδενική συσχέτιση.
Πραγματοποιήθηκε ανεπίβλεπτη ταξινόμηση στα δύο σετ δεδομένων των εικόνων, αλλά και επιβλεπόμενη ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνειας, για την ανίχνευση των κατηγοριών κάλυψης γης.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα σώθηκαν σε διανυσματική μορφή καθιστώντας δυνατή την ανάλυση των μεταβολών στην ακτογραμμή μέσω GIS (Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών). Τα κανάλια 7,4 και 2 χρησιμοποιήθηκαν από τα σύνθετα δεδομένα ETM+ για τα έτη 1984 και 2003. Η επιφάνεια της λίμνης El-Malha, που φαίνεται μαύρη, μειώθηκε από το 1984 έως το 2003 (εικ. 1Α και Β). Οι γεωργικές αστικές περιοχές απεικονίζονται με καφέ χρώμα. Οι καταλληλότεροι λόγοι καναλιών αποδείχτηκαν οι 7/4, 7/2 και 4/2 (εικ. 1C και D). Κατά τη διάρκεια της περιόδου 1991 - 2003 εμφανίστηκε ιζηματοποίηση σε μερικές βαθιές θέσεις της Μεσογείου. Αυτό οδήγησε σε βαθυμετρικές αλλαγές. Η είσοδος του καναλιού Σουέζ και του λιμανιού East Port Said έχουν υποστεί ιζηματογένεση, κάτι που δημιουργεί προβλήματα στη ναυσιπλοΐα. H επιφάνεια των υγροτόπων και της λίμνης El-Malha μειώθηκαν από το 1984 έως το 2003: οι υγρότοποι από 103km2 σε 30 km2 και η λίμνη El-Malha από 27 km2 σε 18 km2. Την ίδια περίοδο η περιοχή που καλύπτεται από αλάτι αυξήθηκε από 11 km2 σε 19 km2.
Η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών των δεδομένων Landsat TM της παράκτιας κοιλάδας El-Tina εφαρμόστηκε στα επτά κανάλια. Δημιουργήθηκε ένα σετ έγχρωμων σύνθετων τριών καναλιών. Οι ψευδοχρωματικές σύνθετες εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή κύριων συνιστωσών που αντιπροσωπεύουν όλες τις αλλαγές που σημειώθηκαν την περίοδο 1972-1991 (El-Raey, Nasr, & El-Hattab, 1995). Οι τρεις πρώτες κύριες συνιστώσες (PC) πρόσφεραν τις περισσότερες πληροφορίες. Τα στοιχεία με την υψηλότερη ανακλαστικότητα στο κανάλι 7 αντιπροσωπεύονται από τις PC1. Οι PC2 έδειξαν υψηλή θετική συσχέτιση στο κανάλι 4 και θα ήταν χρήσιμες για τη μελέτη της βλάστησης. Έτσι, η εικόνα που προήλθε από τη σύνθεση των καναλιών PC1 (κόκκινο), PC2 (πράσινο) και PC3 (μπλε) καταδεικνύει την καλύτερη αντίθεση μεταξύ των υγρών σωμάτων, των περιοχών με βλάστηση, των υγροτόπων, των περιοχών που καλύπτονται με αλάτι και των αστικών περιοχών (εικ.2Α και Β). Από το 1984 έως το 2003, οι υγρότοποι (μπλε) συμπεριλαμβανομένης της λίμνης, μειώθηκαν σε μέγεθος, ενώ οι γεωργικές εκτάσεις, καθώς και οι περιοχές που καλύπτονται με αλάτι (αχνό πράσινο) αυξήθηκαν.
Η ταξινόμηση απέδωσε πέντε φασματικές κατηγορίες: τους υγρότοπους, τη λίμνη El-Malha, τις περιοχές που καλύπτονται με αλάτι, τις αστικές χρήσεις γης και τη γεωργική γη. Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση (εικ.2 C και D) ολοκληρώθηκε με την έρευνα σε 25 σημεία επίγειου ελέγχου και ψηφιακούς τοπογραφικούς χάρτες της περιοχής. Τα αναπτυξιακά έργα είναι υπεύθυνα για την αύξηση της αστικής χρήσης γης το 2003. Η γεωργική γη αυξήθηκε επίσης, λόγω εγγειοβελτιωτικών έργων. Τα ρηχά νερά (πράσινο) και υγρότοποι (κίτρινο) μειώθηκαν σαν αποτέλεσμα της αυξημένης ιζηματογένεσης (που προκλήθηκε από ανθρώπινες δραστηριότητες). Τα βαθιά νερά της λίμνης El-Malha απεικονίζονται με κόκκινο και οι υγρότοποι και οι περιοχές που καλύπτονται με αλάτι, με μπλε. Αυτές οι περιοχές επεκτάθηκαν λόγω διαδικασιών όπως η αύξηση της στάθμης της θάλασσας και η καθίζηση.
Συμπεράσματα
Ο ρυθμός διάβρωσης της ακτής αυξήθηκε από -13m/χρόνο κατά την περίοδο 1984-1991 σε -15m/χρόνο κατά την περίοδο 1991-2003, ακολουθώντας την κατασκευή του λιμανιού. Οι αλλαγές στη χρήση/ κάλυψη γης οφείλονται σε διάφορους παράγοντες. Η περιοχή μελέτης υποβλήθηκε σε εντατικό τοπικό σχεδιασμό και σε αναπτυξιακά έργα όπως η κατασκευή του καναλιού El-Salam, η δημιουργία του λιμανιού East Port Said, στην αύξηση της εκβιομηχάνισης, στις ιχθυοκαλλιέργειες και τα εγγειοβελτιωτικά έργα. Από το 1926 ως το 1987 η στάθμη της θάλασσας αυξήθηκε κατά 16cm και είναι πιθανόν να συνεχίσει να αυξάνεται μέχρι το 2100, κατά 44,2cm. Επιπλέον, η λίμνη El-Malha συρρικνώνεται ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης των ιχθυοκαλλιεργειών στην πεδιάδα (εικ.3). Νότια του λιμανιού, η βιομηχανία, οι κατασκευές και οι μεταφορές έχουν αναπτυχθεί σημαντικά. Λαμβάνοντας υπόψη την επέκταση της βιομηχανίας και της αγροτικής παραγωγής δεν θα πρέπει να ξαφνιάζει το γεγονός ότι οι αστικές και γεωργικές περιοχές αυξήθηκαν σημαντικά, ενώ οι υγρότοποι μειώθηκαν με βάσει τα στοιχεία του 2003. Αντίθετα, η περιοχή που καλύπτεται από αλάτι αυξήθηκε κατά 8 km2 από το 1984 έως το 2003.
Βαθύτερος σκοπός αυτής της μελέτης είναι να αποφευχθούν οι αρνητικές επιπτώσεις των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο οικοσύστημα της κοιλάδας και κυρίως στις παραλίες. Χρειάζεται όμως, περαιτέρω μελέτη για την εκτίμηση των αρνητικών επιπτώσεων των αναπτυξιακών δραστηριοτήτων στην περιοχή, ενώ η άμβλυνση αυτών θα πρέπει να συνδυαστεί με την υδρολογία και τη διαχείριση γης.
