Ποσοτικοποίηση της επέκτασης και απομάκρυνση της Spartina alterniflora στο Chongming νησί, στην Κίνα, χρησιμοποιώντας εικόνες χρονοσειρών Landsat
Από RemoteSensing Wiki
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425720302868
Το άρθρο αφορά τον έλεγχο ζιζανίων σε παράκτιες περιοχές και υγροτόπους στην Κίνα και έχει τίτλο: Quantifying expansion and removal of Spartina alterniflora on Chongming island, China, using time series Landsat images during 1995–2018. Γράφτηκε από τους Xi Zhang, Xiangming Xiao, Xinxin Wang, Xiao Xu, Bangqian Chen, Jie Wang, Jun Ma, Bin Zhao και Bo Li το 2020. Η τοποθεσία της μελέτης επικεντρώνεται στο νησί Τσονγκμίνγκ που είναι μέρος της μεγαλούπολης της Σαγκάης στην Κίνα και βρίσκεται στις εκβολές του Yangtze Ποταμού. Είναι το μεγαλύτερο αλλουβιακό νησί στον κόσμο και καλύπτει μία έκταση περίπου 1267 τετραγωνικών χιλιομέτρων, έχει ένα τυπικό υποτροπικό κλίμα μουσώνων με ετήσια μέση θερμοκρασία περίπου 15,3 ° C και ετήσια μέση βροχόπτωση περίπου 1022 χιλιοστά. Το 1995 το φυτό Spartina, το οποίο ευδοκιμεί σε παράκτια έλη αλατιού, εντοπίστηκε για πρώτη φορά στα βόρεια του νησιού. Το 2001 στο νησί είχε καλύψει 337 εκτάρια και το 2003 542 εκτάρια. Προκειμένου να αποφευχθούν οι αρνητικές επιπτώσεις της καταπάτησης της χλωρίδας από το συγκεκριμένο ποώδες φυτό, η κυβέρνηση της Σαγκάης είχε επενδύσει περίπου 1,3 δισεκατομμύρια Γιουάν (186 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) για την εκτέλεση ενός έργου οικολογικής αποκατάστασης της γηγενείς κοινότητας φυτών και ανακατασκευή ενδιαιτημάτων πουλιών. Το έργο ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2010 και διάφορες τεχνικές μέθοδοι δοκιμάστηκαν και αξιολογήθηκαν κατά τη διάρκεια 2011–2012. Σε αυτήν τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένας αλγόριθμος που βασίζεται σε pixels και φαινολογία από δεδομένα Landsat και του Google Earth. Η περιοχή μελέτης καλύπτεται από 2 σειρές (P118R38 και P119R38) του Συστήματος Αναφοράς Landsat Worldwide (WRS-2). Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα Landsat 5/7/8 επιφανειακή ανάκλαση (SR) από την 1η Ιανουαρίου 1995 έως την 1η Ιανουαρίου 2019, τα οποία έχουν αρχειοθετηθεί στο Google Earth Engine (GEE). Τα σύνολα δεδομένων έχουν διορθωθεί ατμοσφαιρικά μέσω του Landsat Ecosystem Disturbance Adaptive Processing System (LEDAPS) αλγορίθμου και του αλγορίθμου Landsat Surface Reflectance Code (LaSRC). Ο εντοπισμός κακής ποιότητας εικόνων συμπεριλαμβανομένων των νεφών και των σκιών σύννεφων έγινε από τον αλγόριθμος CFMask. Τα δεδομένα σειρών Landsat SR με καλής ποιότητας παρατηρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό τριών δεικτών βλάστησης: 1) Κανονικοποιημένος Δείκτης διαφοράς βλάστησης (NDVI), Enhanced Vegetation Index (EVI) και δείκτης επιφανειακών υδάτων Land Surface Water Index (LSWI). Ο NDVI σχετίζεται στενά με την φυλλική επιφάνια και ο EVI ανταποκρίνεται περισσότερο στην περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη. Τόσο ο NDVI όσο και ο EVI χρησιμοποιούνται ευρέως στις μελέτες της επιφάνειας του εδάφους. Ο LSWI είναι ένας φασματικός δείκτης για την υγρασία του εδάφους. Η τιμή LSWI χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύει μια κατάσταση αλλαγής από παραγωγικό φύλλο σε γερασμένο φύλλο και υπολογίζεται από την κανονικοποιημένη διαφορά του εγγύς υπερθύρου με το μέσο υπέρυθρο. Τα επιβλέποντα φυτά αρχίζουν να πρασινίζουν στα τέλη Απριλίου, μεγαλώνουν γρήγορα από τον Ιούνιο έως τις αρχές Σεπτεμβρίου, και γηράσκουν έως τα τέλη Δεκεμβρίου. Ο αλγόριθμος που δημιουργήθηκε για την αναγνώριση του Spartina βασίζεται σε pixels και φαινολογία και αναπτύχθηκε με βάση τα δεδομένα Landsat. Τα δύο βασικά χαρακτηριστικά της φαινολογίας του Spartina είναι (1) το αργότερο πρασίνισμα την άνοιξη και (2) αργότερη γήρανση το χειμώνα. Τον Απρίλιο – Μάιο είχε χαμηλές τιμές NDVI, EVI και LSWI, ενώ τα άλλα φυτά άρχισαν να πρασινίζουν με υψηλότερες τιμές LSWI (> 0). Υπολογίστηκε η μέση τιμή του LSWI κατά τη διάρκεια Απριλίου έως Μάιο (μέσος όρος LSWI (Απρίλιος-Μάιος) ) για μεμονωμένα pixel και έδειξε ότι ο μέσος όρος LSWI (Απρίλιος-Μάιος) αν είναι μικρότερος από 0 θα μπορούσε να ξεχωρίσει το Spartina από τους άλλους τύπους βλάστησης. Σε Δεκέμβριο – Ιανουάριο, ο NDVI και ο EVI έδειξαν μεγάλες διαφορές μεταξύ Spartina και άλλων φυτών. Το σχετικά υψηλό NDVI (> 0,2), EVI (> 0,1) και LSWI (> 0) στα pixels του Spartina ήταν και ένας άλλος κρίσιμος δείκτης για να μπορέσει να ταυτοποιηθεί και ο αλγόριθμος ήταν: LSWImean(Apr-May) ≤ 0 and (Dec-Jan) > 0, με VF (vegetation frequency) να είναι η συχνότητα πράσινης βλάστησης τον Δεκέμβριο – Ιανουάριο, υπολογίζεται ως η αναλογία του αριθμού των παρατηρήσεων που προσδιορίζονται ως πράσινη βλάστηση στον αριθμό παρατηρήσεων καλής ποιότητας. Την άνοιξη, NDVI, EVI και οι τιμές LSWI στην τοποθεσία που δεν υπήρχε Spartina αυξήθηκαν σημαντικά κατά τα τέλη του Απριλίου με αρχές Μαΐου. Συγκριτικά, οι τιμές NDVI, EVI και LSWI στις τοποθεσίες Spartina παρέμειναν πολύ χαμηλές στα τέλη Απριλίου-αρχές Μαΐου και άρχισαν να πρασινίζουν στα τέλη Μαΐου. Οι υπόλοιπες περιοχές φθάνουν τις υψηλότερες τιμές NDVI, EVI και LSWI στις αρχές του καλοκαιριού, αλλά οι NDVI, EVI και LSWI σε θέσεις Spartina αργά το καλοκαίρι. Τιμές NDVI και EVI στις τοποθεσίες που δεν περιείχαν Spartina μειώθηκαν σημαντικά από Νοέμβριο έως Δεκέμβριο, φθάνοντας στο NDVI <0,2 και EVI <0,1, που οδήγησαν στη γήρανση των φύλλων. Σε σύγκριση με τις τοποθεσίες Spartina που παρέμειναν ακόμη πράσινοι τον Νοέμβριο-Δεκέμβριο, έχοντας σχετικά υψηλότερες τιμές NDVI (> 0,2) και EVI (> 0,1). Σε εποχές φθινοπώρου και χειμώνα η γήρανση των φύλλων Spartina δεν εισήλθε στη γήρανση μέχρι τον Ιανουάριο του επόμενου έτους, ενώ τα άλλα φυτά εισήλθαν τον Νοέμβριο με τέλη Δεκεμβρίου. Αυτά τα φαινολογικά χαρακτηριστικά όπως παρατηρήθηκαν από τρεις δείκτες βλάστησης πρότειναν ότι Απρίλιος-Μάιος και Δεκεμβρίου – Ιανουάριος είναι δύο χρονικές περίοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν εικόνες Landsat για να διαχωριστούν φυτά Spartina από άλλα φυτά στις αλυκές στο νησί Chongming.
