ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΚΑΜΕΝΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ ΠΥΡΚΑΓΙΩΝ ΣΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ
Από RemoteSensing Wiki
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι δασικές πυρκαγιές αποτελούν μια σημαντική συνιστώσα διαφόρων τύπων οικοσυστημάτων που εκτείνονται σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη και μήκη όπως τα βόρεια οικοσυστήματα, εύκρατα δάση, μεσογειακά οικοσυστήματα, λιβάδια και σαβάνες, οικοσυστήματα σε ξηρά και ημίξηρα κλίματα, τροπικές και εξωτικές φυτείες και άλλα Συχνά επίσης αποτελούν ένα ισχυρό διαχειριστικό εργαλείο το οποίο χρησιμοποιείται μακροπρόθεσμα ή βραχυπρόθεσμα για την τροποποίηση του τοπίου, την αλλαγή των χρήσεων γης και των χλωριδικών συνιστωσών των οικοσυστημάτων. Οι δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα αποτελούν σοβαρό πρόβλημα δεδομένου ότι καταστρέφουν ετησίως μεγάλες και πολύτιμες δασικές εκτάσεις. Η δορυφορική τηλεπισκόπηση χρησιμεύει τόσο στην παρακολούθηση της εξέλιξης των δασικών πυρκαγιών όσο και της καταγραφής των ζημιών μετά την κατάσβεση τους. Η μικρή χρονική κλίμακα στην οποία αυτές εξελίσσονται απαιτεί τη χρήση δορυφορικών εικόνων με μεγάλη διακριτική ικανότητα για την παρακολούθηση της εξέλιξης τους, σε βάρος όμως της χωρικής ανάλυσης. Η δορυφορική τηλεπισκόπηση επιπλέον έχει εφαρμογές σε τομείς όπως η εκτίμηση του κινδύνου των δασικών πυρκαγιών, η καταγραφή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η πρόληψη των πυρκαγιών και η αποκατάσταση καμένων περιοχών. Η παρούσα εργασία έχει ως πρωτεύοντα στόχο τον εντοπισμό των διαφορών των εκτιμήσεων των καμένων εκτάσεων των δυο συστημάτων τηλεπισκόπησης για τον Ελλαδικό χώρο, δηλαδή το Ευρωπαϊκό Σύστημα Πληροφόρησης για τις Δασικές Πυρκαγιές EFFIS (European Forest Fire Information System) και το MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) της NASA. Η συγκριτική ανάλυση έγινε για την χαρτογράφηση - εκτίμηση των καμένων εκτάσεων των ετών 2007, 2006 και 2005. Ο στόχος της συγκριτικής ανάλυσης είναι να αναδείξει τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα των δυο συστημάτων σε σχέση με τους σταθερούς παράγοντες που έχουν τεθεί. Επιπλέον να δοθούν πιθανές επεξηγήσεις σε σχέση με τα αποτελέσματα της σύγκρισης.
ΔΕΔΟΜΕΝΑ
Το MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) αποτελεί βασικό εργαλείο των δορυφόρων TERRA και AQUA. Ο δορυφόρος TERRA είναι σε τροχιά γύρω από τη γη και είναι προγραμματισμένος να διέρχεται από τον ισημερινό με κατεύθυνση από τον βορρά προς νότο το πρωί, ενώ ο AQUA περνάει τον ισημερινό με κατεύθυνση από τον νότο προς τον βορρά το απόγευμα. Τα TERRA MODIS και AQUA MODIS σαρώνουν την συνολική επιφάνεια της γης κάθε 1 έως 2 ημέρες. Η παρακολούθηση των θερμικών αλλαγών, η πυρανίχνευση δηλαδή βασίζεται σε απόλυτη ανίχνευση της φωτιάς όταν η ισχύς πυρός είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον αισθητήρα. Το προϊόν περιέχει την εκδήλωση της πυρκαγιάς, την θέση της πυρκαγιάς, τα λογικά κριτήρια που χρησιμοποιούνται για την επιλογή της φωτιάς και το βαθμό εμπιστοσύνης ανίχνευσης πυρκαγιάς. Το EFFIS (European Forest Fire Information System) έχει δημιουργηθεί από το Joint Research Centre (JRC) και το Directorate General for Environment (DG ENV) με σκοπό να υποστηρίξει της υπηρεσίες που είναι επιφορτισμένες με την προστασία των δασών από τις πυρκαγιές στις χώρες της ΕΕ. Η καταγραφή του προϊόντος των πυρκαγιών γίνεται με τα λεγόμενα «καυτά σημεία» του MODIS και τους αισθητήρες, των δορυφόρων TERRA και AQUA, τα οποία εντοπίζουν τις περιοχές με σαφώς υψηλότερη θερμοκρασία από το υπόλοιπο περιβάλλον τους (hotspots) Το EFFIS εφαρμόζει το σύστημα Rapid Damage Assessment (RDA) από το 2003, είναι ένα σύστημα ταχείας αξιολόγησης της ζημίας μιας πυρκαγιάς. Το σύστημα αυτό έχει χωρική ανάλυση 250μέτρα. Δίνει καθημερινή ενημέρωση καμένων περιοχών για περιπτώσεις τουλάχιστον 40 εκταρίων και πάνω, υπάρχουν όμως και περιπτώσεις χαρτογράφησης καμένων περιοχών μικρότερων από 40εκτάρια. Το ποσοστό των πυρκαγιών που χαρτογραφείται είναι 75-80% στο συνόλου των πυρκαγιών που έγιναν στην ΕΕ. Από το 2007 η εκτίμηση της ζημίας που προκαλούν οι φωτιές έχει βελτιωθεί αισθητά, δηλαδή δορυφορικές εικόνες λαμβάνονται με βελτιωμένη χωρική ανάλυση. Το ASTER GDEM (Global Digital Elevation Map Announcement) είναι ένα ψηφιακό μοντέλο υψομέτρου που έχει ανακοινωθεί τον Ιούνιο 2009. Μέσω του ASTER καταλήξαμε στο πλεγματικό αρχείο χωρικής ανάλυσης 100 μέτρων με την πληροφορία του υψόμετρου για όλο τον ελλαδικό χώρο, με την βοήθεια κατάλληλων επεξεργασιών εξάγονται και άλλες σημαντικές τοπογραφικές ιδιότητες. Στο «ArcMap 9.3» από το «Toolbox» στην ενότητα «Spatial Analyst Tools» στην υποενότητα «Surface» και στην συνέχεια από την εντολή «Slope» στην οποία εισάγουμε το υψομετρικό αρχείο δημιουργούμε ένα νέο αρχείο χωρικής ανάλυσης 100 μέτρων που μας δίνει την πληροφορία της κλίσης σε μοίρες για όλη την Ελλάδα. O Ευρωπαϊκός Οργανισμός Περιβάλλοντος και η Ευρωπαϊκή Επιτροπή μας δίνουν την δυνατότητα να λάβουμε την κάλυψη/χρήσεις γης για το έτος 2000 CORINE LAND COVER 2000 (JRC-EEA, 2005). Μας παρέχει πληροφορίες εδαφοκάλυψης πολύ υψηλής ποιότητας στις οποίες καταλήξανε ύστερα από συνεργασία ευρωπαϊκών υπηρεσιών αλλά και εθνικών ομάδων εργασίας.
ΜΕΘΟΔΟΙ
Το προϊόν του MODIS (πλεγματική μορφή) εισήχθη στο λογισμικό ENVI, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα αρχείο για κάθε έτος που περιέχει όλες τις καμένες εκτάσεις σε ένα διανυσματικό αρχείο. Η εντολή «Math Band» χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση (masking) από το αρχικό αρχείο, ώστε να δημιουργηθεί νέα αρχείο με την καμένη περιοχή. Πάλι με την εντολή «Math Band» όλοι οι μήνες συγχωνεύθηκαν σε ένα αρχείου για κάθε έτος καμένης έκτασης χαρτογραφημένης από το MODIS. Τέλος, χρησιμοποιώντας τις εντολές «Raster to Vector» και «Export Active Layer to Shapefile» κατά αυτόν τον τρόπο δημιουργήθηκε αρχείο έτοιμο προς επεξεργασία στο ArcMap. Χρησιμοποιώντας πλεγματικές λειτουργίες, από το αρχείο του ASTER DEM, εφαρμόζοντας εντολές, όπως η slope και Int, υπολογίζονται την κλίση. Όλοι οι τοπογραφικοί παράγοντες έχουν 100μέτρα χωρική ανάλυση. Επιπλέον δυνατότητες διανυσματικής ανάλυσης ΓΠΣ (intersect, erase, union & clip) εφαρμόστηκε στα «shapefiles» με τις καμένες περιοχές έτσι ώστε να εξαχθούν οι κοινές των καμένων περιοχών (MODIS & EFFIS), οι περιοχές οι οποίες ανιχνεύονται μόνο από MODIS ή EFFIS και οι μη κοινές καμένες περιοχές. Οι χρήσεις γης (CORINE 2000), , για κάθε έτος προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας τα εργαλεία ανάλυσης GIS (Clip, Intersect και Int) για τα προϊόντα του MODIS & EFFIS αντίστοιχα.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ –ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Οι συνολικές καμένες εκτάσεις που εκτίμησαν το MODIS και το EFFIS σε απόλυτες τιμές αλλά και σε χαρτογραφικές απεικονίσεις συνοψίζονται στην Εικόνα 1. Και για τις τρεις χρονιές μελέτης παρατηρούμε ότι οι δυο οργανισμοί έχουν χαρτογραφήσει διαφορετικές εκτάσεις πυρκαγιών για τον Ελλαδικό χώρο. Τις χρονιές 2005 και 2006 το MODIS έχει κατά μεγάλο ποσοστό περισσότερες εκτιμώμενες περιοχές από τον ευρωπαϊκό οργανισμό EFFIS. Ειδικά την χρονιά 2005 έχουμε μια τεράστια απόκλιση των αποτελεσμάτων καθώς έχουμε πενταπλάσια καταγραφή από τον MODIS σε σχέση με τον EFFIS. Για το έτος 2007 υπάρχει αξιοσημείωτη διαφοροποίηση των καταγραφών των πυρκαγιών. Συγκεκριμένα το EFFIS χαρτογράφησε 278.156ha καμένων περιοχών σε σχέση με τα σαφώς λιγότερα 228.105ha του MODIS. Πέρα από την διαφοροποίηση των απόλυτων εκτάσεων φαίνονται και διαφορές σε χωρικό επίπεδο μεταξύ των δυο προϊόντων για το έτος 2007. Ανάλογη εργασία για την περιοχή της Ελλάδα έχει γίνει για την πυρική περίοδο 2007 από τον Boschetti L. το 2008 «A Modis assessment of the summer 2007 extent burned in Greece». Στην εργασία αυτή έχουμε σαφής διαφοροποιήσεις στο σύνολο των καμένων εκτάσεων μεταξύ των δυο προϊόντων MODIS & EFFIS. Δηλαδή υπάρχει σημαντική απόκλιση στο σύνολο των χαρτογραφημένων καμένων περιοχών για το έτος 2007 και στις δύο εργασίες. Οι χωρικές και οι συνολικές εκτιμώμενες διαφοροποιήσεις πιθανώς οφείλονται στην διαφορετική χωρική ανάλυση ή και στα διαφορετικά φασματικά κανάλια των δυο συστημάτων. Επιπλέον διαφορετικές ελάχιστες εκτάσεις για την χαρτογράφηση μιας πυρκαγιάς, MODIS 50ha & EFFIS 40ha, δηλαδή το EFFIS χαρτογραφεί πυρκαγιές μικρού μεγέθους τις οποίες το MODIS τις αφήνει εκτός. Οι διαφορές μπορεί να αποδοθουν στις χωρικές, φασματικές και χρονικές ιδιότητες σε σχέση με τις τεχνικές προδιαγραφές του αισθητήρα του δορυφορικού. Στην συνέχεια εισάγονται οι χρήσεις γης στις εκτιμώμενες καμένες περιοχές. Παρατηρώντας (Εικόνα 2) τα δεδομένα για το έτος 2007 καταλήγουμε αμέσως στο συμπέρασμα ότι το μεν MODIS έχει εντοπίσει περισσότερες γεωργικές περιοχές από τις δασικές ενώ το EFFIS έχει εντοπίσει περισσότερες δασικές περιοχές από τις γεωργικές. Επιπλέον οι κοινές περιοχές είναι απολύτως μοιρασμένες μεταξύ των γεωργικών και δασικών περιοχών. Για το έτος 2006 (Εικόνα 3) είναι παρόμοια τα αποτελέσματα με την προηγούμενη χρονιά σε μεγαλύτερο βαθμό. Καθώς ξανά το EFFIS έχει εντοπίσει πολύ περισσότερες δασικές περιοχές σε σχέση με τις γεωργικές αλλά και σε σχέση με το MODIS. Καθώς το τελευταίο έχει ανιχνεύσει για την χρονιά 2006 μεγαλύτερο μέγεθος φωτιών σε γεωργικές εκτάσεις σε σχέση με τις δασικές. Για την χρονιά 2005 (Είκόνα 4) στις καμένες περιοχές κατά MODIS διαφαίνεται πολύ αυξημένο ποσοστό των γεωργικών εκτάσεων σε σχέση με τις δασικές. Πιθανή εξήγηση των αποτελεσμάτων για τα τρία έτη έχει να κάνει με το γεγονός ότι έχουν συμπεριληφθεί από την πυρανίχνευση (hotspots) και αγροτικές εργασίες που δεν είναι πυρκαγιές. Δηλαδή η μεθοδολογία αποκλεισμού των «hotspots» του MODIS διαφέρει σε σχέση με το EFFIS, δηλαδή οι αλγόριθμοι ανίχνευσης των δυο συστημάτων διαφέρουν. Από την σύγκριση που εφαρμόστηκε στα δυο προϊόντα έχουμε σημαντικές διαφοροποιήσεις στο σύνολο των καμένων εκτάσεων και στην χωρική διαφοροποίηση των εκτιμώμενων καμένων περιοχών, δηλαδή αποκαλύφτηκαν διαφορές μεταξύ των δύο προϊόντων τόσο χωρικά όσο και σε απόλυτες τιμές. Ανάλογες μελέτες που έγιναν στο παρελθόν συγκρίνοντας τη συμφωνία καμένων εκτάσεων επιχειρησιακών προϊόντων ανέδειξαν εξίσου μεγάλες διαφορές στην εκτιμώμενη καμένη έκταση. Είναι αρκετά σημαντικό να υπογραμμιστεί ότι η έλλειψη ακριβούς αντιστοιχίας μεταξύ των τελικών δεδομένων δεν σημαίνει απαραίτητα ότι το ένα ή το άλλο προϊόν είναι ανακριβή (Boschetti et al., 2004). Εν κατακλείδι η μεθοδολογία της σύγκρισης καθώς και τα ευρήματα από τη μελέτη πιθανός να είναι χρήσιμα για την εκτίμηση της αναμενόμενης απόδοσης των εξεταζόμενων εδώ επιχειρησιακών προϊόντων σε άλλες συνθήκες οικοσυστημάτων.
