Σύγκριση δυνατοτήτων AVIRIS και Landsat ETM+ για τον εντοπισμό της σφοδρότητας καύσης

Από RemoteSensing Wiki

Αντικείμενο

Η μελέτη αυτή συγκρίνει διαχρονικά δεδομένα από τον υπερφασματικό δέκτη AVIRIS (Airborne Visible and Infrared Imaging Spectrometer) και από τον πολυφασματικό δορυφόρο LANDSAT ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) για τον προσδιορισμό της σφοδρότητας καύσης (burn severity) μιας πυρκαγιάς. Η σφοδρότητα καύσης ορίζεται ως ο βαθμός στον οποίο αλλοιώνει μια πυρκαγιά μια τοποθεσία. Ενώ οι συνέπειες της πυρκαγιάς μπορούν να παρατηρηθούν αμέσως μετά τη φωτιά, η σφοδρότητα καύσης γίνεται εμφανής μετά από τουλάχιστον ένα χρόνο. Αντικείμενο λοιπόν αυτής της μελέτης είναι η διερεύνηση του κατά πόσο ο δείκτης dNBR (differenced Normalized Burn Ratio) που προκύπτει από τα δεδομένα του LANDSAT ETM+ αποτελεί ικανοποιητικό κριτήριο για τον καθορισμό της σφοδρότητας καύσης σε μια τοποθεσία . Τα αποτελέσματα επαληθεύονται με τα ακριβέστερα δεδομένα του δέκτη AVIRIS καθώς και με χρήση του δείκτη CBI (Composite Burn Index). Ως πεδίο εφαρμογής επιλέχθηκε η φωτιά Hoover στο Yosemite National Park των ΗΠΑ.

Μεθοδολογία

Ο dNBR υπολογίζεται ως η διαφορά του δείκτη NBR πριν και μετά την πυρκαγιά. Ο ΝBR για τα δεδομένα LANDSAT ETM+ ορίζεται ως ο κανονικοποιημένος λόγος του καναλιού 4 (750–900 nm) προς το κανάλι 7 (2090–2350 nm) πολλαπλασιασμένος επί 1000. Για τα δεδομένα AVIRIS χρησιμοποιήθηκαν τα κανάλια 47 (788nm) και 210 (2370nm) αντίστοιχα, με κριτήριο τη μεγαλύτερη διαφοροποίηση των τιμών τους πριν και μετά τη φωτιά. Ο δείκτης CBI αποτελεί ένα μέτρο της σφοδρότητας καύσης και υπολογίζεται από συνεργεία εδάφους με in situ μετρήσεις στο πεδίο λαμβάνοντας υπόψη διάφορους παράγοντες όπως η μεταβολή στη βλάστηση, ο βαθμός αναγέννησης της καμένης βλάστησης και τα οξείδια των μετάλλων στην επιφάνεια του εδάφους. Με κατάλληλη ερμηνεία του CBI εκτιμήθηκαν συνεχείς τιμές σφοδρότητας καύσης για την περιοχή μελέτης (0,0- 3,0).

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα του dNBR και για τους δύο δέκτες ακολουθούν παρόμοια χωρική και ποσοτική κατανομή (Εικόνα 1). Καθώς η ουλή δεν περιλαμβάνει ομοιογενείς περιοχές όσον αφορά τη σφοδρότητα καύσης, η χωρική πολυπλοκότητα αποτελεί μία καλή δοκιμή των δυνατοτήτων του κάθε δέκτη. Η ανάλύση των φασματικών αποκρίσεων του δέκτη AVIRIS επιβεβαίωσε τη χρήση των καναλιών 47 και 210 για τον προσδιορισμό της σφοδρότητας καύσης. Στην Eικόνα 2 παρουσιάζεται μια τυπική απόκριση του δέκτη AVIRIS πριν και μετά την πυρκαγιά σε μια περιοχή υψηλής σφοδρότητας καύσης (σύμφωνα με τον CBI). Το κανάλια 47 και 60 εμφάνισαν την μεγαλύτερη μείων ανακλαστικότητας μετά τη φωτιά ενώ το κανάλι 210 τη μεγαλύτερη αύξηση. Τα αποτελέσματα είναι σύμφωνα με τα αντίστοιχα αποτελέσματα του LANDSAT ETM+ σε ικανοποιητικό βαθμό. Η επαλήθευσή της παραπάνω ανάλυσης έγινε με τη βοήθεια του δείκτη CBI. Η παλινδρόμηση (regression) του CBI ως συνάρτηση του dNBR παρουσιάζεται στις Eικόνες 3 και 4 για τον δέκτη AVIRIS και LANDSAT ETM+ αντίστοιχα. Και στις δύο περιπτώσεις, ένα πολυώνυμο δευτέρου βαθμού προσαρμόζεται καλά στα δεδομένα, ενώ το R2 λαμβάνει υψηλές τιμές.

Συμπεράσματα

Βασιζόμενοι σε γενικές αρχές της τηλεπισκόπησης και στη λογική των πολλαπλών αποκρίσεων σε μια φωτιά, ο δείκτης dNBR και από τους δύο δέκτες παράγει χρήσιμα αποτελέσματα για την ποσοτικοποίηση της σφοδρότητας καύσης. Το γεγονός ότι τα δύο κανάλια του δέκτη AVIRIS με την εντονότερη συνδυασμένη απόκριση βρίσκονται εντός η πολύ κοντά στα εύρη συχνοτήτων των καναλιών 4 και 7 του LANDSAT ETM+ υποδεικνύει ότι η χρήση του τελευταίου και του δείκτη dNBR αποτελούν μια ικανοποιητική μέθοδο προσδιορισμού της σφοδρότητας καύσης μιας φωτιάς. Δυστυχώς η χρήση του AVIRIS για διαχρονικά δεδομένα είναι περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους και την πολυπλοκότητα της συλλογής δεδομένων. Ωστόσο, ο υπερφασματικός δορυφορικός δέκτης HYPERION που είναι σαφώς πιο οικονομικός μπορεί να αποδειχθεί ικανοποιητικά ακριβής για εφαρμογές ρουτίνας όπως η ανάπτυξη μηχανιστικών μοντέλων για τον προσδιορισμό διαφόρων επιπτώσεων μια πυρκαγιάς.

Πηγή: Jan W. van Wagtendonk, Ralph R. Root, Carl H. Key, Comparison of AVIRIS and Landsat ETM+ detection capabilities for burn severity, Remote Sensing of Environment, Volume 92, Issue 3, 30 August 2004, Pages 397-408.