Περιφερειακής κλίμακας χαρτογράφηση βιότοπων φυκιών στην ευρύτερη περιοχή της Καραιβικής που χρησιμοποιεί τους αισθητήρες Landsat

Από RemoteSensing Wiki

Περιφερειακής κλίμακας χαρτογράφηση βιότοπων φυκιών στην ευρύτερη περιοχή της Καραϊβικής που χρησιμοποιεί τους αισθητήρες Landsat: Εφαρμογές στη συντήρηση και την οικολογία

Colette C. Wabnitz, Serge Andrefouet, Damaris Torres - Pulliza, Frank E. Muller - Karger, Phillip A. Kramer

Remote Sensing of Environment, Vol. 112, 2008

Λιβάδια από φύκια καταλαμβάνουν ένα μεγάλο ποσοστό των παγκόσμιων παράκτιων ωκεανών και είναι μερικά από τα παραγωγικότερα συστήματα στη γη. Οι άμεσες και έμμεσες ανθρώπινος-παραγόμενες επιδράσεις έχουν οδηγήσει σε σημαντική πτώση των φυκιών παγκοσμίως και την αλλαγή των υπηρεσιών που συνδέονται με τη βιοποικιλότητά τους. Η αποτελεσματική συντήρηση και η παροχή βιώσιμων στόχων αποκατάστασης για τα οικολογικά σημαντικά είδη περιορίζονται από την απουσία αξιόπιστων πληροφοριών για την έκταση των φυκιών. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για την ευρύτερη καραϊβική περιοχή (WCR) όπου υπάρχουν πολλές πρωτοβουλίες συντήρησης εν εξελίξει, αλλά εξασθενίζουν λόγω της έλλειψης ακριβών χαρτών βιότοπων βασικών γραμμών. Για να βοηθήσουν μια τέτοια θεμελιώδη ανάγκη συντήρησης που χρησιμοποιεί τα υψηλής ευκρίνειας στοιχεία τηλεπισκόπησης, και οι περιβαλλοντικές και οι μεθοδολογικές προκλήσεις πρέπει να αντιμετωπιστούν. Κατ' αρχάς, η ποικιλομορφία των περιβαλλόντων, η ετερογένεια των βιότοπων, και η απέραντη έκταση της στοχοθετημένης περιοχής σημαίνουν ότι η εξειδίκευση και τα δεδομένα επαρκούς ποιότητας και ανάλυσης είναι σπάνια διαθέσιμα. Δεύτερον, η μεγάλης κλίμακας υψηλής ευκρίνειας χαρτογράφηση απαιτεί αρκετές εικόνες Landsat 5 και 7, το οποίο δημιουργεί τα ουσιαστικά προβλήματα επεξεργασίας.

Ο κύριος στόχος αυτής της μελέτης ήταν να εξεταστεί η δυνατότητα μεγάλης κλίμακας χαρτογράφηση των φυκιών μέσω Landsat με περιορισμένα στοιχεία από το έδαφος . Χρησιμοποιήσαμε τον ακόλουθο συνδυασμό μεθόδων για να χαρτογραφήσουμε φύκια σε όλο το WCR: γεωμορφολογική κατάτμησηκαι εποπτευμένες ταξινομήσεις. Συνολικά 40 σκηνές Landsat (πορεία-σειρά) υποβλήθηκαν σε επεξεργασία. Τρεις σημαντικές κατηγορίες παρήχθησαν («πυκνά φύκια», «μέσαία-αραιά φύκια», και ένας γενικός «άλλη» κατηγορία). Οι ακρίβειες των προϊόντων αξιολογήθηκαν ενάντια (ι) στα επιλεγμένα κανονικά στοιχεία (ii) σχέδια ανιχνεύσιμα με τις πολύ υψηλής ευκρίνειας εικόνες IKONOS και (iii) δημοσιευμένοι χάρτες βιότοπων με τις τεκμηριωμένες ακρίβειες. Παρά τις μεταβλητές γενικές ακρίβειες ταξινόμησης (46-88%), μετά από την κρίσιμη αξιολόγησή τους, οι προκύπτοντες θεματικοί χάρτες κρίθηκαν αποδεκτοί σε (ι) περιφερειακά παρέχουν μια επαρκή βασική γραμμή για τα περαιτέρω μεγάλης κλίμακας προγράμματα συντήρησης και έρευνα και (ii) περιφερειακά επαναξιολογεί τις εκτιμήσεις ικανότητας μεταφοράς για τις πράσινες χελώνες. Αντιπροσωπεύουν βεβαίως μια δραστική βελτίωση σχετικά με τις τρέχουσες περιφερειακές βάσεις δεδομένων.

Εισαγωγή

Τα φύκια είναι καταδυμένα φυτά (angiosperms) που μπορούν να διαμορφώσουν τα πυκνά στρώματα, συνήθως καθαρά και προφυλαγμένα. Αυτά τα λιβάδια από φύκια είναι σημαντικοί τροπικοί, συγκρατημένοι, και πολικού ψύχους παράκτιοι βιότοποι. Η συνδυασμένη παραγωγικότητα των φυκιών και τα επιφυτικά άλγη τους ταξινομούν μεταξύ των παραγωγικότερων συστημάτων στη γη. Αυτά τα λιβάδια χρησιμεύουν επίσης ως οι κρίσιμοι λόγοι αναπαραγωγής και βρεφικών σταθμών για τα νεανικά στάδια πολλών οικονομικά και οικολογικά σημαντικών ειδών.

Τοποθετημένα στις παράκτιες ζώνες, τα στρώματα φυκιών είναι εγγενώς επιρρεπή σε φυσική διαταραχή συστημάτων, ιδιαίτερα στις συγκρατημένες περιοχές. Εντούτοις, οι αλλαγές ή οι απώλειες στην αφθονία, τη σύνθεση ειδών, τη δομή, και το βαθμό έχουν προκύψει συνήθως από τις δραστηριότητες όπως ο ευτροφισμός, η υπερβολική εκμετάλλευση, και η αλλαγή ή η καταστροφή βιότοπων. Μέχρι σήμερα, σχετικά λίγη προσοχή έχει δοθεί στις επιδράσεις των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στους ιστούς τροφίμων των φυκιών με τις περισσότερες μελέτες να εστιάζουν στο πώς η φυσική διαταραχή αλλάζει τη δομή και τη λειτουργία των βιότοπων φυκιών. Η παρουσία πράσινων χελωνών (mydas Chelonia) μπορεί να είχε τα ουσιαστικά οικολογικά και εξελικτικά αποτελέσματα: αύξηση της παραγωγικότητας φυκιών με τον ίδιο τρόπο όπως τα grazers στα επίγεια λιβάδια. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία, τα θρεπτικά επίπεδα, και η αλατότητα, καθώς επίσης και μια μείωση 93-97% του πληθυσμού πράσινων χελωνών στην Καραϊβική σύγκρινόμενη με το μέγεθός της πριν από την ανθρώπινη επαφή έχει δείξει αραίωση των φυκιών σε όλη την περιοχή. Οι γενικές, ανθρωπογενείς επιδράσεις έχουν συμβάλει στο να θεωρούνται τα φύκια το πίο απειλούμενο έιδος.

Λαμβάνοντας υπόψη την τρέχουσα ανάπτυξη παράκτιας ζώνης σε όλη την υδρόγειο, είναι επιτακτικό να σχεδιαστούν και να εφαρμοστούν οι αποτελεσματικοί τρόποι να προστατευθούν οι παράκτιοι πόροι. Συγκεκριμένα, στο πέμπτο συνέδριο παγκόσμιων πάρκων το 2003, η σύσταση υποβλήθηκε για να αναπτύξει τα εκτενή δίκτυα προστατευμένων περιοχών (MPAs) που «περιλάμβανε τις αυστηρά προστατευόμενες ζώνες σε τουλάχιστον 20-30% κάθε βιότοπου» μέχρι το 2012. Εντούτοις, οι ακριβείς προβλέψεις της πιθανής θέσης των φυιών στο μέλλον και των καλύτερων τρόπων να προστατευθούν εμποδίζονται κυρίως από την απουσία συνεπών και αξιόπιστων πληροφοριών σχετικά με την παρούσα έκταση αυτού του βιότοπου. Ομοίως, οι τρέχουσες εκτιμήσεις ικανότητας μεταφοράς των πράσινων χελωνών για τις Καραϊβικές Θάλασσες (16-586 εκατομμύριο άτομα), είναι βασισμένες μόνο σε μια πολύ ασαφή ιδέα για το εύρος των φυκιών.

Μια βιβλιογραφική επισκόπηση για αυτήν την μελέτη προτείνει ότι υπάρχουν πολλές μελέτες περιοχών και αρχεία για το εύρος των φυκιών για το WCR. Εντούτοις, με λίγες εξαιρέσεις (π.χ., Πουέρτο Ρίκο και οι ΗΠΑ. Τα νησιά της Virgin), είναι δύσκολο να έχουν πρόσβαση και σπάνια σε σχετικά έγγραφα. Οι ψηφιακοί χάρτες με τα σχήματα GIS είναι συχνά μη διαθέσιμοι, ή η χρήση τους περιορίζεται. Η μόνη υπάρχουσα βάση δεδομένων που παράγει μια σφαιρική επισκόπηση αναπτύχθηκε από τα Ηνωμένα Εθνη (UNEP-WCMC) το 2003. Ο προκύπτων «παγκόσμιος άτλαντας φυκιών» ήταν η πρώτη σύνθεση της διανομής και της θέσης του βιότοπου φυκιών σε εκείνη την κλίμακα. Εντούτοις, άμεσοι χάρτες βιότοπων (δηλ., κυρίως που προέρχονται από τα μακρινά στοιχεία των αισθητήρων), που παρέχουν τα ακριβέστερα στοιχεία όσον αφορά τη διανομή βιότοπων, ήταν μόνο διαθέσιμοι για ένα πολύ περιορισμένο υποσύνολο του κόσμου. Η πλειοψηφία των γεωγραφικών πληροφοριών εμπίπτει έτσι σε δύο κύριες κατηγορίες: (ι) παρεμβολή της ειδικής γνώσης και παρατηρήσεις και (ii) τα σημείο-βασισμένα δείγματα, που είναι χρήσιμα στην παροχή των πληροφοριών σχετικά με την παρουσία ειδών, αλλά δεν δίνουν καμία πληροφορία ως προς τον πραγματικό βαθμό των φυκιών. Κατά συνέπεια, η παγκόσμια βάση δεδομένων UNEP-WCMC, συμπεριλαμβανομένου του καραϊβικού τμήματος, πάσχει από την ουσιαστική ανακρίβεια (απέραντα λάθη των επιτροπών ή παράλειψης (δηλ., συμπεριλαμβανομένου ενός εικονοκυττάρου σε μια περιοχή μη-φυκιών και αντίστροφα)), φτωχή χωρική αντιπροσώπευση, και περιορισμένη χωρική ανάλυση.

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση παρέχει ένα εργαλείο για να αναπτύξει μια αξιόπιστη, μεθοδολογικά συνεπή βάση δεδομένων του βαθμού φυκιών πέρα από τις μεγάλες περιοχές, σε μια οικονομικώς αποδοτική, αντικειμενική, και έγκαιρη μορφή. Η χαρτογράφηση βιότοπων στην κλίμακα μιας περιοχής θέτει τις νέες περιβαλλοντικές και μεθοδολογικές προκλήσεις που εξετάζονται σπάνια στις τροπικές πρωτοβουλίες μέχρι σήμερα (αλλά δείτε το πρόγραμμα χαρτογράφησης κοραλλιογενών υφάλων χιλιετίας).

Κατ' αρχάς, η ποικιλομορφία των περιβαλλόντων (εκβολές, περιοχές διαγώνιος-ραφιών, τράπεζες, ατόλλες, και στενά ηπειρωτικά πεζούλια σκοπέλων), η ετερογένεια των βιότοπων, και η απέραντη έκταση της στοχοθετημένης περιοχής υπονοούν ότι τα στοιχεία πείρας και τομέων είναι σπάνια διαθέσιμα με τη συγκρίσιμη ποιότητα, και δεν μπορούν συχνά να αποκτηθούν λόγω των απαγορευτικών δαπανών τους. Δεύτερον, η υψηλής ευκρίνειας περιφερειακή χαρτογράφηση απαιτεί τις εκατοντάδες των εικόνων Landsat για να επιτύχει την πλήρη σύννεφο-ελεύθερη κάλυψη. Η εργασία με ένα τέτοιο μεγάλο σύνολο δεδομένων παρουσιάζει τα ουσιαστικά προβλήματα βαθμολόγησης στα θαλάσσια περιβάλλοντα, και περιπλέκει ή ακόμα και αποτρέπει τη χρήση των τυποποιημένων αναλυτικών και στατιστικών προσεγγίσεων επεξεργασίας εικόνας.

Αυτό το έγγραφο υποβάλλει έκθεση σχετικά με την προσέγγιση που χρησιμοποιείται για τους χάρτες φυκιών χρησιμοποιώντας τις συνεπείς μεθόδους, σε όλο το WCR, λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς που συνδέονται με την εργασία σε ευρείς χωρικές κλίμακες. Κατ' αρχάς, παρέχουμε τα αποτελέσματα επιτευχθεντα για τις καλά τεκμηριωμένες περιοχές σε όλη την περιοχή, όπου η διαγώνιος-σύγκριση με τα βοηθητικά στοιχεία επέτρεψε τα άμεσα ή έμμεσα μέτρα της ακρίβειας. Δεύτερον, περιγράφουμε τις επιπτώσεις των συμπερασμάτων μας για την χαρτογράφηση στρωμάτων φυκιών σε μια οικονομικώς αποδοτική μορφή σε όλο το WCR. Τέλος, συζητάμε τη σχετικότητα των προϊόντων και των αποτελεσμάτων μας για: (ι) γενικά προωθώντας τη μελλοντική έρευνα, τη συντήρηση, και τη διαχείριση βιοποικιλότητας στην περιοχή και (ii) συγκεκριμένα επαναξιολογώντας τις εκτιμήσεις ικανότητας μεταφοράς για τις πράσινες χελώνες.