Προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της δομής και της βιομάζας των Μαγγροβίων: ευκαιρίες και προκλήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο εφαρμογης: Προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της δομής και της βιομάζας των Μαγγροβίων: ευκαιρίες και προκλήσεις
Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing Approaches for Monitoring Mangrove Species, Structure, and Biomass: Opportunities and Challenges
Συγγραφείς: Tien Dat Pham1, Naoto Yokoya1, Dieu Tien Bui2, Kunihiko Yoshino3, Daniel A. Friess4
1) Geoinformatics Unit, the RIKEN Center for Advanced Intelligence Project (AIP), Mitsui Building, 15th floor, 1-4-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo 103-0027, Japan
2) Geographic Information System Group, Department of Business and IT, University of South-Eastern Norway, Gullbringvegen 36, Bø i Telemark N-3800, Norway
3) Department of Biological and Environmental Engineering, Faculty of Agriculture, The University of Tokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-Ku 113-8657, Tokyo, Japan
4) Department of Geography, National University of Singapore, 1 Arts Link, Singapore 117570, Singapore
Πηγή: https://www.mdpi.com/2072-4292/11/3/230
Λέξεις κλειδιά:Δάση Μαγγρόβιων,τηλεπισκόπηση,ροή άνθρακα
- Εισαγωγή
Τα δάση μαγγροβίων βρίσκονται στην παλιρροιακή ζώνη κατά μήκος τροπικών και υποτροπικών ακτών και διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στην παράκτια ζώνη παρέχοντας μια σειρά διαφορετικών υπηρεσιών οικοσυστήματος στους παράκτιους πληθυσμούς. Για παράδειγμα, τα μαγκρόβια δάση είναι σημαντικά στην παγκόσμια ανακύκλωση άνθρακα και στη μείωση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου (GHG) στην ατμόσφαιρα. Παρά τα οφέλη και τις υπηρεσίες τους, τα μαγκρόβια εξακολουθούν να απειλούνται από την υψηλή αύξηση του πληθυσμού και τη μετανάστευση σε παράκτιες περιοχές, οδηγώντας σε παράκτια ανάπτυξη και αυξημένη ζήτηση για προϊόντα υδατοκαλλιέργειας και γεωργίας. Οι λόγοι της αποψίλωσης των μαγγροβίων ποικίλλουν ανά περιοχή, αλλά περιλαμβάνουν τη μετατροπή σε υδατοκαλλιέργεια, γεωργία (ιδίως ρύζι και φοινικέλαιο στη Δυτική Αφρική και τη Νοτιοανατολική Ασία), την αστική ανάπτυξη, την κατασκευή δεξαμενών αλατιού και την υπερεκμετάλλευση.
- Τηλεπισκόπηση ειδών μαγγροβίων
Ο προσδιορισμός των ειδών μαγγροβίων είναι σημαντικός για τη διαχείριση, καθώς η κατανόηση των χαρακτηριστικών κάθε είδους μπορεί να παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες σχετικά με τις γεωμορφικές και περιβαλλοντικές συνθήκες και τις αλλαγές. καθώς είναι δύσκολο να χαρτογραφηθούν μεμονωμένα δέντρα που μπορεί να είναι μικρότερα από την ανάλυση των εικόνων, και τα είδη δέντρων μαγγροβίων βρίσκονται συχνά σε μικτές κοινότητες με στενά συγγενή είδη και γένη που παρουσιάζουν παρόμοια φασματική ανάκλαση. Ενώ οι παραδοσιακές προσεγγίσεις ταξινόμησης εικόνας έχουν αγωνιστεί να διακρίνουν είδη μαγγροβίων λόγω χωρικών και φασματικών περιορισμών, πολύ υψηλά δεδομένα χωρικής ανάλυσης και νέες τεχνικές έχουν δείξει επιτυχία στη χαρτογράφηση ειδών μαγγροβίων. Οι εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης μπορούν να είναι διαστημικές, δηλαδή, IKONOS, Quick Bird, GeoEye και WorldView, όλες με χωρική ανάλυση μικρότερη από πέντε μέτρα. Η χωρική ανάλυση των πανοραμικών δεδομένων των WorldView, Quick Bird, IKONOS και GeoEye είναι 0,50 m, 0,61 m, 0,83 m και δύο μέτρα, αντίστοιχα. Η οπτική ερμηνεία μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για αεροφωτογραφίες όσο και για δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης, π.χ. WorldView-2. Ωστόσο, η συνολική ακρίβεια που χρησιμοποιείται από αυτές τις τεχνικές είναι παραδοσιακά αρκετά χαμηλή, που κυμαίνεται από 42% έως 68%.
- Εκτίμηση της βιομάζας μαγγροβίων με χρήση τηλεπισκόπησης
Η δομή του μαγγροβίου επηρεάζει άλλα χαρακτηριστικά βλάστησης όπως η βιομάζα πάνω από το έδαφος (AGB). Η κατανόηση της κατανομής των μαγγροβίων AGB είναι σημαντική προκειμένου να εκτιμηθεί η δεξαμενή άνθρακα πάνω από το έδαφος. Σε παγκόσμιο επίπεδο, τα μαγκρόβια αποθηκεύουν 1,23 Pg άνθρακα στη βιομάζα τους. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του μαγγροβίου AGB περιλαμβάνουν παραμετρικά μοντέλα παλινδρόμησης και μη παραμετρικές προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης. Πρόσφατα, οι προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές για τη μοντελοποίηση της βιομάζας AGB μαγγροβίων χρησιμοποιώντας πολυφασματικές εικόνες και δεδομένα SAR, καθώς συχνά ξεπερνούν τα παραμετρικά μοντέλα παλινδρόμησης. Εκτίμηση της βιομάζας μπορούμε να κάνουμε με τις παρακάτω μεθόδους:
Α) Εκτίμηση βιομάζας μαγγροβίων με χρήση οπτικών δεδομένων
Β) Εκτίμηση βιομάζας για δάση μαγγροβίων με χρήση δεδομένων SAR
Γ) Εκτίμηση της βιομάζας μαγγροβίων χρησιμοποιώντας LiDAR και Data Fusion
Δ) Εκτίμηση βιομάζας με χρήση υπερφασματικών δεδομένων
- Περιορισμοί και αβεβαιότητες στην τηλεπισκόπηση μαγγροβίων
Η ταξινόμηση των ειδών δέντρων και η εκτίμηση του AGB περιορίζονται από τις διαφορετικές χωρικές, φασματικές και ραδιομετρικές αναλύσεις δεδομένων τηλεπισκόπησης. Δεδομένα μέσης έως χαμηλής χωρικής ανάλυσης, π.χ. Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM + και Landsat 8 OLI με χωρική ανάλυση 30 m περιέχουν πολλά μικτά pixel που έχουν πληροφορίες για διαφορετικά είδη δέντρων σε ένα μόνο pixel. Έτσι, τα δεδομένα μέσης χωρικής ανάλυσης ενδέχεται να έχουν δυσκολίες στην ταξινόμηση των ειδών μαγγροβίων λόγω της πολυπλοκότητας των κοινοτήτων μαγγροβίων. Οι οπτικές εικόνες συχνά απαιτούν ραδιομετρική και ατμοσφαιρική διόρθωση για τη μείωση των τοπογραφικών εφέ και την ελαχιστοποίηση των ατμοσφαιρικών συνθηκών, όπως η περιεκτικότητα σε υδρατμούς και τα αερολύματα, ιδίως σε δασικές περιοχές [ 125 , 161 ]. Η ακρίβεια της τηλεπισκόπησης μαγγροβίων AGB μπορεί να επηρεαστεί από ραδιομετρικές και ατμοσφαιρικές διορθώσεις. Για δεδομένα SAR, το speckling είναι ένα κοινό πρόβλημα που επηρεάζει την ακρίβεια της ταξινόμησης εικόνας SAR και της ανάκτησης AGB. Η απομάκρυνση δεδομένων SAR με την εφαρμογή φίλτρου μπορεί να αφαιρέσει τον θόρυβο και να διατηρήσει τις λειτουργίες της εικόνας, αν και μπορεί επίσης να οδηγήσει σε θόλωση ή φιλτράρισμα εικόνων, γεγονός που επηρεάζει την ακρίβεια της ανάκτησης AGB και της ταξινόμησης εικόνας.
- Συμπεράσματα
Τα μαγκρόβια δάση είναι σημαντικά για τους παράκτιους πληθυσμούς, αλλά συνεχίζουν να απειλούνται σε όλο το εύρος τους. Δεδομένου ότι καλύπτουν μεγάλες περιοχές και συχνά δεν είναι προσβάσιμα για έρευνα πεδίου, η τηλεπισκόπηση είναι ένα βασικό εργαλείο με το οποίο μπορείτε να χαρακτηρίσετε τα μαγγρόβια και τη δομή τους και να ποσοτικοποιήσετε τα οφέλη (όπως η διεργασίες του άνθρακα) που παρέχουν.
