Προσδιορισμός δασικών παραμέτρων για προσομοίωση χιονοστιβάδας με χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Πρότυπος Τίτλος
Προσδιορισμός δασικών παραμέτρων για προσομοίωση χιονοστιβάδας με χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων
Τίτλος
Determining forest parameters for avalanche simulation using remote sensing data
Πηγή
Συγγραφείς Natalie Brožováa, Jan-Thomas Fischerb, Yves Bühlera, Perry Bartelta, Peter Bebi
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
Τα δάση διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στον μετριασμό των χιονοστιβάδων επηρεάζοντας τη δομή της χιονοστιβάδας μέσω της παρεμβολής, του μικροκλίματος και της αυξημένης τραχύτητας της επιφάνειας. Ενώ οι χιονοστιβάδες μεγάλης κλίμακας μπορούν να καταστρέψουν τα δάση, οι μικρότερες που απειλούν δρόμους και σιδηροδρομικές γραμμές μπορούν να σταματήσουν ή να συντομεύσουν την πορεία τους με την παρουσία των δασών. Η δομή των ορεινών δασών στις ζώνες που είναι επιρρεπείς σε χιονοστιβάδες είναι χωρικά μεταβλητή και μπορεί να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου λόγω φυσικών ή ανθρωπογενών παραγόντων. Οι απότομες αλλαγές στα δάση επηρεάζουν το σχηματισμό και την πορεία των χιονοστιβάδων, ιδίως με επαναλαμβανόμενες διαταραχές. Για να βελτιωθεί η χαρτογράφηση του κινδύνου χιονοστιβάδων, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι χωρικές και χρονικές αλλαγές στη δασική κάλυψη και οι επιπτώσεις τους στις αποστάσεις απορροής χιονοστιβάδων. Τα δεδομένα τηλεπισκόπησης, ιδίως το LiDAR και η φωτογραμμετρία, είναι αποτελεσματικά για την ποσοτικοποίηση της δασικής βιομάζας και την απόκτηση κρίσιμων παραμέτρων για προσομοιώσεις χιονοστιβάδων. Η μελέτη επικεντρώνεται στην ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση των δασικών παραμέτρων και την αξιολόγηση της καταλληλότητάς τους για την προσομοίωση χιονοστιβάδων. Τα ερευνητικά θέματα περιλαμβάνουν την επίδραση της μεταβαλλόμενης δασικής κάλυψης στην απελευθέρωση και την εκροή χιονοστιβάδας, τη σύγκριση των δασικών παραμέτρων που λαμβάνονται από μεθόδους τηλεπισκόπησης και την επίδραση της δομής του δάσους στις παραμέτρους του μοντέλου και στις προσομοιωμένες αποστάσεις εκροής χιονοστιβάδας. Η μελέτη διερευνά την αποτελεσματικότητα των ορεινών δασών στην παροχή φυσικής και οικονομικά αποδοτικής προστασίας από χιονοστιβάδες. Η έρευνα επικεντρώνεται στην αξιολόγηση των δομικών παραμέτρων των δασών μέσω μεθόδων τηλεπισκόπησης και των επιπτώσεών τους στην απορροή χιονοστιβάδων. Ο στόχος είναι να ενισχυθεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης χιονοστιβάδων με την ενσωμάτωση λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με τα χαρακτηριστικά του δάσους. Δύο διαφορετικές μέθοδοι τηλεπισκόπησης (με βάση τη φωτογραμμετρία και το LiDAR) συγκρίθηκαν με μετρήσεις ελέγχου σε 107 αγροτεμάχια. Ενώ το ύψος των δέντρων και η κάλυψη της κόμης δεν διέφεραν σημαντικά μεταξύ των μεθόδων τηλεπισκόπησης και ελέγχου, η τραχύτητα της επιφάνειας υποεκτιμήθηκε. Οι προσομοιώσεις χιονοστιβάδων με βάση αυτές τις παραμέτρους έδειξαν συνεπή αποτελέσματα για χιονοστιβάδα υγρού χιονιού, αλλά αποκάλυψαν διαφορές στις αποστάσεις εκροής για χιονοστιβάδα ξηρού χιονιού λόγω της υποεκτιμημένης δασικής κάλυψης. Η μελέτη υποδηλώνει ότι οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης είναι ολοένα και πιο κατάλληλες για τον προσδιορισμό των σχετικών δασικών παραμέτρων για τα μοντέλα προσομοίωσης χιονοστιβάδων, αλλά απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την ακριβή εκτίμηση της δασικής κάλυψης και την κατανόηση των επιπτώσεών της στην απορροή χιονοστιβάδων.
Δεδομένα
Τοποθεσίες πεδίου
Η μελέτη διεξήγαγε μια σύγκριση μεταξύ μεθόδων τηλεπισκόπησης που βασίζονται σε LiDAR και φωτογραμμετρία και μιας μεθόδου ελέγχου στο πεδίο για την αξιολόγηση των δομικών παραμέτρων των δασών σε 107 επιφάνειες μελέτης (50 επιφάνειες αειθαλών και 57 επιφάνειες φυλλοβόλων δασών) σε τρεις περιοχές του καντονιού Grisons της Ελβετίας. Οι περιοχές γύρω από το Davos παρουσίαζαν αείφυλλα δάση στα οποία κυριαρχούσε η Picea abies, ενώ οι Bündner Herrschaft και Schanfigg είχαν μεγαλύτερο ποσοστό φυλλοβόλων δασών με Fagus sylvatica, Fraxinus excelsior και άλλα είδη. Οι μετρήσεις περιλάμβαναν το ύψος του κεντρικού δέντρου, την τραχύτητα της επιφάνειας σε ακτίνες 5 και 10 μέτρων και την κάλυψη της κόμης που εκτιμήθηκε στο πεδίο και από ορθοφωτογραφίες υψηλής ανάλυσης. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν συγκρίθηκαν με μοντέλα ύψους βλάστησης που βασίζονται σε LiDAR υψηλής ανάλυσης και φωτογραμμετρία. Αυτές οι παράμετροι συνιστώνται στον πίνακα αναζήτησης RAMMS για την προσομοίωση χιονοστιβάδων.
Τηλεπισκοπικα δεδομένα
Στόχος της μελέτης ήταν η σύγκριση της ακρίβειας των δασικών παραμέτρων που λαμβάνονται από διάφορες μεθόδους τηλεπισκόπησης με μια μέθοδο ελέγχου σε 107 αγροτεμάχια μελέτης. Δύο μοντέλα ύψους βλάστησης (VHMP και VHML) δημιουργήθηκαν με τη χρήση ψηφιακών μοντέλων επιφάνειας (DSM) με βάση τη φωτογραμμετρία και την πτήση LiDAR, αντίστοιχα. Τα ύψη των δέντρων και από τα δύο μοντέλα συγκρίθηκαν με μετρήσεις πεδίου με τη χρήση υπερήχων. Η κάλυψη της κόμης συγκρίθηκε για τους τύπους φυλλοβόλων και αειθαλών δασών σε τρεις κατηγορίες (ανοικτό, διάσπαρτο, πυκνό). Η τραχύτητα της επιφάνειας υπολογίστηκε από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) χρησιμοποιώντας ένα διανυσματικό μέτρο τραχύτητας και τα κατηγορικά δεδομένα (ομαλή, ανώμαλη, τραχιά) συγκρίθηκαν με παρατηρήσεις πεδίου χρησιμοποιώντας μια τεχνική πίνακα σύγχυσης. Η μελέτη χρησιμοποίησε στατιστικές δοκιμές, ιστογράμματα και μέτρα ακρίβειας όπως η κανονικοποιημένη διάμεση απόλυτη απόκλιση για την ανάλυση, αποκαλύπτοντας μη κανονικές κατανομές για ορισμένες παραμέτρους. Οι συγκρίσεις αποσκοπούσαν στην αξιολόγηση της αξιοπιστίας των μεθόδων τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση των δασικών παραμέτρων για την προσομοίωση χιονοστιβάδων.
Μελέτες Περιπτώσεων Χιονοστιβάδων
Στη μελέτη επιλέχθηκαν δύο δασικές χιονοστιβάδες από τον χειμώνα 2007/2008 και 2017/2018 για την αξιολόγηση δασικών παραμέτρων που εκτιμήθηκαν με μεθόδους τηλεπισκόπησης. Οι εν λόγω παράμετροι ελέγχθηκαν με τη χρήση του λογισμικού RAMMS, εστιάζοντας σε δασικές περιοχές. Οι παράμετροι εισόδου, όπως το είδος του δέντρου, η διάμετρος σε ύψος στήθους (DBH) και ο συντελεστής απομάκρυνσης (K), αποδόθηκαν με βάση τις μεθόδους ελέγχου και τηλεπισκόπησης. Οι τιμές Κ αντιπροσωπεύουν την ικανότητα των δέντρων να αποσυνδέουν το χιόνι, επιβραδύνοντας τη χιονοστιβάδα. Το DBH μετρήθηκε στο πεδίο και υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το ύψος από την τηλεπισκόπηση. Οι παράμετροι της χιονοστιβάδας ορίστηκαν για να ταιριάζουν με τις παρατηρούμενες εκροές χιονοστιβάδας και τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με τη μέθοδο ελέγχου. Η μελέτη επικεντρώθηκε στα χωρικά μέγιστα του μέγιστου βάθους ροής, της μέγιστης ταχύτητας ροής και της εκροής, αξιολογώντας την επίδραση των δασικών παραμέτρων στα αποτελέσματα της προσομοίωσης χιονοστιβάδας. Οι επιλεγμένες διαδρομές χιονοστιβάδων, Schatzalp και Teufi, παρείχαν παραδείγματα χιονοστιβάδων με ζώνες απορροής εντός δασικής κάλυψης, επιτρέποντας την προσέγγιση των φαινομένων απομάκρυνσης του χιονιού εντός του δάσους. Η αξιολόγηση αποσκοπούσε στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο διαφορετικές μέθοδοι εκτίμησης των δασικών παραμέτρων επηρεάζουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης χιονοστιβάδων.
Χιονοστιβάδα Schatzalp
Η χιονοστιβάδα Schatzalp σημειώθηκε στις 22 Ιανουαρίου 2018, απελευθερώνοντας πάνω από το τοπικό όριο των δέντρων σε υψόμετρο 2110 μ. μ. Η χιονοστιβάδα προήλθε από τρεις ξεχωριστές ρεματιές σε μια απότομη και ΝΑ-Δ εκτεθειμένη πλαγιά 36-40°, που συγχωνεύτηκαν σε μια χιονοστιβάδα και ταξίδεψαν μέσα σε δασώδες έδαφος μέχρι να φτάσουν σε υψόμετρο 1830 μ. μ. μ. Η χιονοστιβάδα, η οποία προκλήθηκε από πρόσθετη φόρτιση χιονιού στην υπάρχουσα χιονοστρωμνή, ήταν μεσαίου μεγέθους (< 10.000 m3) με συνολικό μήκος 630 m. Το δάσος στην τροχιά της χιονοστιβάδας περιείχε πεύκα (Pinus cembra) κοντά στο όριο των δέντρων και ερυθρελάτες (Picea abies) στα χαμηλότερα τμήματα. Η απελευθέρωση προκλήθηκε από χιονοστιβάδες πλάκας ξηρού χιονιού που προκλήθηκαν από νέο χιόνι στην περιοχή του Νταβός.
Χιονοστιβάδα Teufi
Η χιονοστιβάδα του Teufi, η οποία εκδηλώθηκε κατά τη διάρκεια μιας βροχής με χιόνι τη νύχτα της 22ας προς 23η Απριλίου 2008, απελευθερώθηκε από μια πλαγιά περίπου 40° στα 2080 m υψόμετρο και κατέβηκε στον πυθμένα της κοιλάδας στα 1690 m υψόμετρο. Ήταν μια μικρή έως μεσαίου μεγέθους χιονοστιβάδα (1000-10.000 m3) με συνολικό μήκος 400 m και ύψος πτώσης 390 m. Η σύνθεση του δάσους κατά μήκος της διαδρομής της χιονοστιβάδας περιλάμβανε πεύκο (Pinus cembra) στο ανώτερο τμήμα, πράσινη σκλήθρα (Alnus viridis subsp. viridis) εντός της διαδρομής της χιονοστιβάδας και ερυθρελάτη (Picea abies) και Πεύκη (Larix decidua) στο κατώτερο τμήμα.
Προσομοίωση χιονοστιβάδας με μεταβαλλόμενη δασική κάλυψη
Η χιονοστιβάδα στο Τέουφι χρησιμοποιήθηκε ως μελέτη περίπτωσης για τη διερεύνηση της επίδρασης της δομής του δάσους που καθορίζεται με μεθόδους τηλεπισκόπησης στις παραμέτρους του μοντέλου και στην προσομοιωμένη απόσταση απορροής. Δύο μέθοδοι τηλεπισκόπησης (VHML και VHMP) μαζί με μια μέθοδο ελέγχου χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση του δάσους στην περιοχή απελευθέρωσης της χιονοστιβάδας Teufi. Η προσομοίωση αποσκοπούσε στην αντιστοίχιση των παραμέτρων μιας πραγματικής χιονοστιβάδας υγρού χιονιού από το 2008, εστιάζοντας στην κατανόηση των επιπτώσεων των αλλαγών της δασικής κάλυψης εντός της διαδρομής της χιονοστιβάδας. Το μέγεθος της περιοχής απελευθέρωσης καθορίστηκε μέσω ψηφιακών δεδομένων για την τοπογραφία και τη δασοκάλυψη και όχι μέσω επιτόπιων παρατηρήσεων. Οι προσομοιώσεις εξέτασαν επίσης διαφορετικές δασικές δομές στο κατώτερο τμήμα της διαδρομής της χιονοστιβάδας πριν και μετά την καταστροφή των δασών για να εκτιμηθεί η επίδραση των αλλαγών των δασών στην απόσταση εκροής. Η δασική δομή για την προσομοίωση RAMMS (τιμές Κ) εκτιμήθηκε με τη χρήση ορθοφωτογραφιών πριν και μετά τα γεγονότα χιονοστιβάδων σε συνδυασμό με την τοπική τεκμηρίωση της δασικής απογραφή
Αποτελέσματα
Προσδιορισμός Δασικών Παραμέτρων με μεθόδους τηλεπισκόπησης
Ύψος δέντρων
Η μελέτη συνέκρινε την παρατηρούμενη και την προβλεπόμενη κατανομή του ύψους των δέντρων σε 107 αγροτεμάχια χρησιμοποιώντας τόσο μετρήσεις πεδίου όσο και μεθόδους τηλεπισκόπησης (VHML και VHMP). Τα αποτελέσματα έδειξαν ομοιότητα στις κατανομές τόσο για τις μεθόδους πεδίου όσο και για τις μεθόδους τηλεπισκόπησης. Οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης εκτίμησαν με ακρίβεια τα μέσα ύψη των δέντρων χωρίς σημαντική διαφορά μεταξύ VHML και VHMP. Ωστόσο, υπήρξε σημαντική διαφορά στους τύπους αειθαλών δασών μεταξύ VHML και VHMP. Τα ελάχιστα και μέγιστα ύψη δέντρων παρουσίασαν διαφορές στους αειθαλείς τύπους δασών, με τη VHML να παρέχει γενικά ακριβέστερες εκτιμήσεις σε σύγκριση με τη VHMP. Η αξιολόγηση της κατακόρυφης συμφωνίας ύψους δέντρων αποκάλυψε μεγαλύτερη ακρίβεια για το VHML από το VHMP σε όλα τα μέτρα. Η ανάλυση συσχέτισης έδειξε υψηλή συσχέτιση μεταξύ των μετρούμενων στο πεδίο υψών δένδρων και εκείνων που προέκυψαν από τη VHML και τη VHMP. Η VHML επέδειξε καλύτερη απόδοση στην ομάδα των αειθαλών δέντρων, ενώ η VHMP είχε ελαφρώς καλύτερη απόδοση στην ομάδα των φυλλοβόλων δέντρων. Συνολικά, η VHML επέδειξε μεγαλύτερη ακρίβεια και καλύτερη συμφωνία με τις μετρήσεις πεδίου από τη VHMP στην εκτίμηση του ύψους των δέντρων σε όλα τα αγροτεμάχια της μελέτης.
Κάλυψη κόμης
Η μελέτη αξιολόγησε τη συμφωνία μεταξύ της κάλυψης κόμης με βάση την τηλεπισκόπηση και μιας μεθόδου ελέγχου, αποκαλύπτοντας διαφοροποιήσεις ανάλογα με την κατηγορία κάλυψης κόμης και τον τύπο του δάσους. Η καλύτερη συμφωνία σημειώθηκε σε πυκνά δάση (κάλυψη κόμης > 70%) και σε δάση φυλλοβόλων. Σε πυκνά και αειθαλή δάση, η VHMP υπερεκτίμησε την κάλυψη κόμης σε σύγκριση με την VHM L και τη μέθοδο ελέγχου. Για τα φυλλοβόλα δάση με διάσπαρτη κάλυψη κόμης, και τα δύο μοντέλα υπερεκτίμησαν, ενώ στα αειθαλή δάση της ίδιας κατηγορίας κάλυψης, το VHM P υποεκτίμησε ελαφρώς και το VHM L υπερεκτίμησε ελαφρώς τις παρατηρήσεις. Τα ανοιχτά δάση εκτιμήθηκαν καλύτερα στον τύπο των φυλλοβόλων δασών, με μικρή υποεκτίμηση στο VHMP. Στα ανοιχτά δάση της κατηγορίας αειθαλών δασών, η VHML υπερεκτίμησε και η VHMP υποεκτίμησε την κάλυψη κόμης σε σύγκριση με τη μέθοδο ελέγχου. Οι διαφορές μεταξύ των μοντέλων και της μεθόδου ελέγχου δεν ήταν στατιστικά σημαντικές για τα ανοικτά, διάσπαρτα και πυκνά δάση.
Τραχύτητα εδάφους
Η αξιολόγηση της τραχύτητας της επιφάνειας με βάση ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) ανάλυσης 1 m αποκάλυψε διαφορές μεταξύ των κατηγοριών τραχύτητας. Το DTM παρείχε στενή αντιστοιχία με τη μέθοδο ελέγχου στην κατηγορία ομαλή, αλλά παρατηρήθηκαν περιορισμοί στην εκτίμηση των κατηγοριών ανώμαλη και τραχιά, καθώς το DTM έτεινε να υποεκτιμά την τραχύτητα. Δεν διαπιστώθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ της τραχύτητας ακτίνας 5 m και 10 m που παρατηρήθηκε στο πεδίο και της τραχύτητας που προέκυψε από το DTM. Το DTM εκτίμησε αποτελεσματικά την επιφανειακή τραχύτητα ακτίνας 5 m στην κατηγορία λείο, αλλά υποεκτίμησε τις κατηγορίες ανώμαλο και τραχύ. Παρόμοια μοτίβα παρατηρήθηκαν για την τραχύτητα ακτίνας 10 m. Μεμονωμένα στοιχεία τραχύτητας, όπως πέτρες και κούτσουρα δέντρων που μετρήθηκαν στο πεδίο, γενικά δεν μπορούσαν να αναγνωριστούν από τις αυξημένες τιμές τραχύτητας που προέκυψαν από το DTM, υποδεικνύοντας περιορισμούς στην ανίχνευση τέτοιων στοιχείων με αυτή τη μέθοδο τηλεπισκόπησης.
Μελέτες Περιπτώσεων Χιονοστιβάδων
Χιονοστιβάδα Schatzalp
Η ταξινόμηση των δασών διέφερε μεταξύ των μεθόδων τηλεπισκόπησης και της μεθόδου ελέγχου, με την VHM P να παρουσιάζει τη μεγαλύτερη απόκλιση, καθώς δεν κατάφερε να ανιχνεύσει κάποια βλάστηση στο ανώτερο τμήμα μιας διαδρομής χιονοστιβάδας. Παρά τις διαφορές στην ταξινόμηση των δασών, η προσομοιωμένη χιονοστιβάδα ακολούθησε παρόμοια πορεία και παρουσίασε παρόμοια ύψη ροής όταν χρησιμοποιήθηκαν παράμετροι από διαφορετικές μεθόδους τηλεπισκόπησης. Ωστόσο, η απόσταση εκροής διέφερε ανάλογα με την εφαρμοζόμενη μέθοδο τηλεπισκόπησης. Για τη χιονοστιβάδα Schatzalp, η απόσταση εκροής και η μέγιστη ταχύτητα ροής δεν διέφεραν από τη μέθοδο ελέγχου όταν χρησιμοποιήθηκε η VHML για τον προσδιορισμό των δασικών παραμέτρων. Αντίθετα, η χρήση της VHMP είχε ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη απόσταση εξόρμησης κατά 42 m και η VHM P αύξησε την ταχύτητα αιχμής της ροής κατά 4,4 m/s σε σύγκριση με τη μέθοδο ελέγχου.
Χιονοστιβάδα Teufi
Το δάσος στο μονοπάτι της χιονοστιβάδας του Teufi ανιχνεύθηκε αποτελεσματικά και από τις δύο μεθόδους τηλεπισκόπησης, παρά τις διαφορές στην εκτίμηση της τραχύτητας που οδηγούν σε διαφοροποιήσεις στις τιμές Κ. Και οι δύο μέθοδοι τηλεπισκόπησης είχαν την τάση να υποεκτιμούν τις τιμές Κ στο κατώτερο τμήμα αλλά να τις υπερεκτιμούν στο ανώτερο τμήμα της διαδρομής της χιονοστιβάδας σε σύγκριση με τη μέθοδο ελέγχου. Οι προσομοιώσεις της χιονοστιβάδας, που αξιολογήθηκαν με τη χρήση τόσο της μεθόδου ελέγχου όσο και της μεθόδου τηλεπισκόπησης, παρουσίασαν παρόμοια αποτελέσματα. Η μέγιστη ταχύτητα ροής ήταν ελαφρώς χαμηλότερη με την VHML (20,0 m/s) σε σύγκριση με την VHMP (22,5 m/s) και τη μέθοδο ελέγχου (24,2 m/s). Ωστόσο, οι αποστάσεις εκροής ήταν σχεδόν ίδιες, με μια μικρή απόκλιση κατά τη χρήση της VHMP (3 m μεγαλύτερη απόσταση εκροής, θεωρώντας το βάθος ροής ίσο με μηδέν, σε σύγκριση με τη μέθοδο ελέγχου).
Προσομοίωση χιονοστιβάδας με μεταβαλλόμενη δασική κάλυψη
Η μικρότερη εκτιμώμενη έκταση απελευθέρωσης της χιονοστιβάδας στο Τέουφι προέκυψε με τη μέθοδο VHM L (2535 m2) λόγω της πυκνότερης εκτιμώμενης δασικής κάλυψης στην περιοχή αυτή. Η μέθοδος VHMP, η οποία δεν ανιχνεύει κάποια βλάστηση σε σύγκριση με τη μέθοδο VHML, οδήγησε σε μεγαλύτερη περιοχή απελευθέρωσης (3313 m2). Η μέθοδος ελέγχου, που αναγνώρισε την πράσινη σκλήθρα, οδήγησε στη μεγαλύτερη περιοχή απελευθέρωσης (4488 m2) λόγω του εύκαμπτου θάμνου που συχνά λυγίζει υπό χιονοκάλυψη. Η προσομοίωση της χιονοστιβάδας με τη μεγαλύτερη επιφάνεια απελευθέρωσης οδήγησε στη μεγαλύτερη απόσταση εκροής (472 m, σε σύγκριση με 464 m για την ορθοφωτογραφία, 455 m για το VHMP και 472 m για το VHM L). Μετά τη χιονοστιβάδα του 2008 και ένα δευτερεύον συμβάν το 2009, μέρος του δάσους στην τροχιά της χιονοστιβάδας καταστράφηκε. Η προσομοίωση της χιονοστιβάδας στο Teufi με τις ίδιες παραμέτρους, αλλά λαμβάνοντας υπόψη τη δασική κάλυψη μετά το 2009, οδήγησε σε μεγαλύτερη απόσταση εξόδου (60 m μεγαλύτερη).
Συμπεράσματα
Προσδιορισμός Δασικών Παραμέτρων με μεθόδους τηλεπισκόπησης
Οι μέθοδοι LiDAR και φωτογραμμετρίας παρείχαν ακριβείς εκτιμήσεις του ύψους των δέντρων, χωρίς σημαντική συνολική διαφορά μεταξύ τους σε όλα τα αγροτεμάχια. Ωστόσο, το LiDAR έτεινε να εκτιμά μεγαλύτερα ύψη δέντρων σε αειθαλείς δασικούς τύπους. Και οι δύο μέθοδοι επέδειξαν σφάλματα συστήματος, όπως η LiDAR που ενδεχομένως απέτυχε με διαφορετικά ανακλώμενα αντικείμενα και η φωτογραμμετρία που αντιμετώπισε προκλήσεις σε περιοχές με σκιές. Η κάλυψη της κόμης εκτιμήθηκε καλά και από τα δύο μοντέλα (VHML και VHMP), με το VHML να παρουσιάζει μεγαλύτερη ακρίβεια. Ενώ και τα δύο μοντέλα είχαν καλές επιδόσεις στο πλαίσιο της ταξινόμησης της κάλυψης της κόμης, το LiDAR προτιμήθηκε γενικά έναντι της φωτογραμμετρίας για την εκτίμηση της κάλυψης της κόμης σε περιοχές απελευθέρωσης χιονοστιβάδων. Επισημάνθηκε η ακρίβεια της δασικής κάλυψης και της κάλυψης κόμης από ορθοφωτογραφίες, συνιστώντας τη χρήση τους σε μικρότερες περιοχές. Η μελέτη αξιολόγησε τα καλοκαιρινά δεδομένα για την κάλυψη της κόμης, αναγνωρίζοντας τις πιθανές διαφορές στα φυλλοβόλα και αειθαλή δάση κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η ταξινόμηση της επιφανειακής τραχύτητας από το DTM (ανάλυση 1 m) έτεινε να είναι πιο ομαλή από ό,τι παρατηρήθηκε στο πεδίο και ορισμένα μεμονωμένα στοιχεία τραχύτητας δεν αναγνωρίστηκαν. Η εξομάλυνση στο DTM αποδόθηκε σε σφάλματα κατά τις διαδικασίες φιλτραρίσματος και παρεμβολής. Παρά τους περιορισμούς, η περαιτέρω βελτιστοποίηση της μετα-επεξεργασίας των δεδομένων LiDAR υψηλής ανάλυσης και η πρόσθετη επίγεια επαλήθευση σε μεγαλύτερα οικόπεδα θα μπορούσαν να βελτιώσουν την εφαρμογή της επιφανειακής τραχύτητας στις προσομοιώσεις χιονοστιβάδων.
Μελέτες Περιπτώσεων Χιονοστιβάδων
Στη μελέτη δοκιμάστηκαν μέθοδοι τηλεπισκόπησης στη χιονοστιβάδα ξηρού χιονιού Schatzalp (2018) και στη χιονοστιβάδα υγρού χιονιού Teufi (2008), χρησιμοποιώντας δεδομένα πεδίου ως μέθοδο ελέγχου. Στην περίπτωση του Schatzalp, η VHMP απέτυχε να ανιχνεύσει κάποιο δάσος στο ανώτερο τμήμα της διαδρομής της χιονοστιβάδας, οδηγώντας σε υποεκτίμηση της δασικής κάλυψης και, στη συνέχεια, σε ανακριβή προσομοιωμένη απόσταση απορροής. Από την άλλη πλευρά, η VHML, που βασίζεται σε δεδομένα LiDAR, παρείχε πιο παρόμοια αποτελέσματα με τη μέθοδο ελέγχου σε σύγκριση με τη VHMP που βασίζεται στη φωτογραμμετρία. Στην περίπτωση του Teufi, οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης αναπαρήγαγαν καλά τη δασική κάλυψη, με μικρές διαφορές στις τιμές K που δεν επηρέασαν την προσομοιωμένη απόσταση απορροής χιονοστιβάδας. Η μελέτη συνιστά τη χρήση δεδομένων LiDAR για τον προσδιορισμό των δασικών παραμέτρων και την εφαρμογή τους σε μοντέλα προσομοίωσης χιονοστιβάδων, όταν αυτά είναι διαθέσιμα, ιδίως για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας κινδύνου. Τα φωτογραμμετρικά δεδομένα μπορούν επίσης να είναι εφικτά όταν συνδυάζονται με παρατήρηση πεδίου και ορθοφωτογραφίες. Παρά τις προσπάθειες βελτίωσης των δεδομένων τηλεπισκόπησης, οι αβεβαιότητες στην προσομοίωση χιονοστιβάδων εξακολουθούν να υφίστανται, τονίζοντας τη σημασία του ακριβούς προσδιορισμού και της εκτίμησης των περιοχών απελευθέρωσης. Οι μελλοντικές εξελίξεις στη δορυφορική, αερομεταφερόμενη και μη επανδρωμένη τηλεπισκόπηση (UAS) αναμένεται να συμβάλουν στην ακριβέστερη και έγκαιρη χαρτογράφηση των περιοχών απελευθέρωσης χιονοστιβάδων, ενισχύοντας την κατανόηση και τη μοντελοποίηση.
Προσομοίωση χιονοστιβάδας με μεταβαλλόμενη δασική κάλυψη
Η μελέτη προσομοίωσε τη χιονοστιβάδα στο Τεύφι με δύο διαφορετικές δομές του δάσους (πριν και μετά τις χιονοστιβάδες), αποκαλύπτοντας ότι η απόσταση διαφυγής ήταν μικρότερη πριν από την καταστροφή του δάσους. Η δομή και η σύνθεση του δάσους άλλαξε μετά τις χιονοστιβάδες, με μετατόπιση από ένα δάσος νεαρής ερυθρελάτης στο οποίο κυριαρχεί η πράσινη σκλήθρα. Ο αντίκτυπος της πράσινης σκλήθρας στη δυναμική των χιονοστιβάδων δεν είναι οριστικά κατανοητός, με αντικρουόμενες αναφορές σχετικά με τις επιπτώσεις της. Η μελέτη υπέδειξε ότι, στην περίπτωση της χιονοστιβάδας του Teufi, η πράσινη σκλήθρα αύξησε την τραχύτητα της επιφάνειας στο ίχνος της χιονοστιβάδας. Η μειωμένη δασοκάλυψη είχε ως αποτέλεσμα λιγότερη αποκόλληση και μεγαλύτερες αποστάσεις εκροής. Ενώ και οι δύο μέθοδοι τηλεπισκόπησης παρείχαν παρόμοιες δασικές παραμέτρους και τιμές K για την προσομοίωση χιονοστιβάδας, η σύγκριση ανέδειξε τη χρησιμότητά τους στην αξιολόγηση των επιπτώσεων των αλλαγών στη δασική κάλυψη. Η μελέτη υπογράμμισε ότι τα γεγονότα χιονοστιβάδας μπορούν να εντείνουν σημαντικά τον αντίκτυπο των επόμενων γεγονότων, μειώνοντας την προστατευτική λειτουργία του δάσους. Οι σύνθετες διαταραχές, όπως οι χιονοστιβάδες, μπορεί να οδηγήσουν σε μεγαλύτερες επιπτώσεις και μεγαλύτερες αποστάσεις εκροής, επηρεάζοντας την αποτελεσματικότητα της προστασίας από μελλοντικές χιονοστιβάδες και άλλους φυσικούς κινδύνους.
Η τηλεπισκόπηση με ανάλυση 1m είναι αποτελεσματική για τον προσδιορισμό δασικών παραμέτρων σε προσομοιώσεις χιονοστιβάδων, εκτιμώντας γρήγορα το ύψος των δέντρων. Ωστόσο, η κάλυψη της κόμης εκτιμάται καλύτερα οπτικά με τη χρήση μοντέλων που βασίζονται στο LiDAR. Η τραχύτητα της επιφάνειας υποεκτιμάται με DTM 1m, γεγονός που υποδηλώνει την ανάγκη για υψηλότερη ανάλυση. Συνιστώνται συνδυασμένες μέθοδοι για τη δημιουργία δασικών δεδομένων για ακριβείς εισροές. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας και τις δύο μεθόδους τηλεπισκόπησης, είναι ακριβή για αριθμητική μοντελοποίηση και πραγματικές εφαρμογές στη χαρτογράφηση του κινδύνου χιονοστιβάδων. Η υποεκτίμηση της δασικής κάλυψης κοντά σε περιοχές απελευθέρωσης χιονοστιβάδων μπορεί να οδηγήσει σε υπερεκτίμηση της απόστασης διαφυγής. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στην ακριβή εκτίμηση της δασικής κάλυψης και των επιπτώσεών της στη διαδρομή χιονοστιβάδας. Οι χωρικές και χρονικές μεταβολές της δασικής κάλυψης επηρεάζουν τις χιονοστιβάδες μικρού και μεσαίου μεγέθους, τονίζοντας τη σημασία της χρήσης μεθόδων τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση.
