Ταξινόμηση των λιμνών και των αποξηραμένων λεκανών τούνδρας στο βόρειο τμήμα της Αλάσκας με χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Satellite remote sensing classification of thaw lakes and drained thaw lake basins on the North Slope of Alaska
Συγγραφείς: Robert C. Frohn, Kenneth M. Hinkel, Wendy R. Eisner
Εισαγωγή
Η βόρεια πλευρά της Αλάσκας χαρακτηρίζεται από χιλιάδες λίμνες τούνδρας (thaw lakes) και αποξηραμένες λεκάνες λιμνών τούνδρας (drained thaw lake basins) οι οποίες αναπτύχθηκαν πάνω από μόνιμο στρώμα πάγου και καλύπτουν από το 20% έως και το 40% του παράκτιου αρκτικού πεδίου της Αλάσκας. Το χειμώνα, η ροή θερμότητας από τις λίμνες είναι παρόμοια με αυτήν του Αρκτικού Ωκεανού, ενώ την άνοιξη τα παγοκαλύμματα λιώνουν με αποτέλεσμα να εκπέμπεται μεθανίο προς στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, χρησιμεύουν ως ένας σημαντικός φυσικός πόρος για την τοπική χλωρίδα και πανίδα, ενώ παράλληλα παρέχουν νερό για δημόσια και βιομηχανική χρήση. Οι λίμνες αυτές αποτελούν πρωταρχικό μηχανισμό τροποποίησης του τοπίου, καθώς μεγεθύνονται με αργούς ρυθμούς, συνενώνονται με άλλες λίμνες, μεταναστεύουν και συνήθως αποξηραίνονται ταχύτατα. Οι περιοχές που καταλάμβαναν μέχρι πρότινος οι λίμνες, ονομάζονται αποξηραμένες λεκάνες λιμνών τούνδρας. Στις λεκάνες αυτές συσσωρεύεται οργανικός άνθρακας υπό τη μορφή της τύρφης. Οι αρκτικοί τυρφώνες έχουν παγκόσμια σημασία ως πηγές διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου. Η αύξηση του μέσου βάθους της εποχιακής στρώσης των λιμνών σε συνδυασμό με της αναμενόμενη θέρμανση σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη προκαλεί ανησυχίες λόγω της μεγάλης ποσότητας του εδαφικού οργανικού άνθρακα ο οποίος είναι απομονωμένος και θα μπορούσε να κινητοποιηθεί από τη μικροβιακή δραστηριότητα. Για τις προηγούμενες μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή της Β. Αλάσκας βλ. Frohn et al., 2005, σελ 117-118).
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει η δυτική αρκτική παράκτια πεδιάδα της Αλάσκα που εκτείνεται από τον ποταμό Colville (152ο Δ) έως τη θάλασσα Chukchi (162ο Δ). Ο χώρος καλύπτεται από μόνιμο στρώμα πάγου, χαρακτηρίζεται από βλάστηση τούνδρας και χαμηλό υψόμετρο. Εκτός από τις λίμνες τούνδρας, απαντώνται πληθώρα από μαιανδρικά ρέματα και κοιλάδες μεγάλου πλάτους.
Μεθοδολογία
Για την εκπόνηση της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τον δορυφόρο Landsat 7. Οι δορυφορικές εικόνες συγχωνεύθηκαν και μετά από επεξεργασία, δημιουργήθηκε μωσαϊκό για ολόκληρη την περιοχή μελέτης (εικ. 1).
Μετασχηματισμός της υφής και της βλάστησης
Οι λίμνες και οι αντίστοιχες λεκάνες τούνδρας διαθέτουν ιδιαίτερη υφή και κρίθηκε απαραίτητος ο μετασχηματισμός της υφής των δεδομένων Landsat-7 για να γίνει πιο εύκολη η κατάτμηση και ταξινόμηση τόσο των παραπάνω γεωμορφών. Για να καταγραφούν τα συστατικά της βλάστησης από τα δορυφορικά δεδομένα εφαρμόστηκε ο μετασχηματισμός ελάχιστου θορύβου (MNF) σε κάθε δορυφορική εικόνα.
Κατάτμηση εικόνας και ταξινόμηση
Η κατάτμηση πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο «από τα κάτω προς τα πάνω» και τη χρήση του λογισμικού eCognition. Τα βασικά χαρακτηριστικά που χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση των λιμνών ήταν η μέση τιμή των αντικειμένων στο κανάλι 5, η πολυπλοκότητα και ελλειπτικότητα του σχήματος των αντικειμένων. Αντίστοιχα, για την ταξινόμηση των λεκανών, χρησιμοποιήθηκαν οι φασματικοί μέσοι των αντικειμένων για τα κανάλια 3, 4 και 5 και ο μετασχηματισμός ελάχιστου θορύβου για το κανάλι 1, καθώς και η μέση συνύπαρξη και η πολυπλοκότητα του σχήματος των αντικειμένων.
Αποτίμηση της ακρίβειας
Ο έλεγχος της ακρίβειας της ταξινόμησης πραγματοποιήθηκε με την δειγματοληψία 1000 τυχαίων σημείων τα οποία αναγνωρίστηκαν με τη φωτοερμηνεία σε εικόνες Landsat-7 και τη αρωγή των δεδομένων IKONOS και Quickbird, καθώς και υψηλής ανάλυσης αεροφωτογραφίες. Η συνολική ακρίβεια ήταν της τάξης του 97,1%.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Η τελική ταξινόμηση των λιμνών φαίνεται στην εικόνα 2. Η περιοχή που καλύπτεται από λίμνες τούνδρας αντιστοιχεί σε 7054 τ.χλμ. και αντιπροσωπεύει το 20,4% της περιοχής μελέτης. Για τις λεκάνες (εικ. 3) οι αντίστοιχες τιμές αναλογούν σε 8917 τ.χλμ. και 25,7%. Η εξωτερική παράκτια πεδιάδα είναι νεότερη από την εσωτερική και χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερες λίμνες και μεγαλύτερης πυκνότητας λίμνες και λεκάνες. Στο εξωτερικό τμήμα της πεδιάδας υπάρχουν 4809 λίμνες με μέσο μέγεθος τα 0,74 τ.χλμ. Στις εξωτερικές ακτές απαντώνται 8510 λίμνες με μέσο μέγεθος τα 0,35 τ.χλμ. Αρκετές από τις λεκάνες στο δυτικό τμήμα έχουν μήκος τουλάχιστον 1,5 χλμ., κάποιες από αυτές φθάνουν μέχρι και τα και 14 χλμ. Οι λεκάνες είναι μικρότερες και πιο ομοιόμορφες σε μέγεθος στο ανατολικό τμήμα με μήκος που σπάνια υπερβαίνει 1,5 χλμ.
Σύνοψη και συμπεράσματα
Παρουσιάζονται πολλά πλεονεκτήματα από τη χρήση του δορυφόρου Landsat 7 για την ανάλυση των λιμνών και λεκανών τούνδρας στην δυτική Αλάσκα. Πρώτον, οι τοπογραφικοί χάρτες μικρής κλίμακας δεν έχουν τον απαραίτητο βαθμό λεπτομέρειας που για τον εντοπισμό και τη χαρτογράφηση των πολύπλοκων σχημάτων που έχουν οι λεκάνες, στοιχείο που αντικαθίσταται από τη δυνατότητα του δορυφόρου να διαθέτει εκτεταμένο εύρος κλίμακας. Δεύτερον, η χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα του Landsat 7 είναι ιδανική για την παροχή μοτίβων υφής, χώρου και φάσματος ώστε να γίνει εφικτή η δυνατότητα της διάκρισης των λεκανών. Τελευταία, δεν είναι εφικτή η λήψη δείγματος που αφορά χαρακτηριστικά όπως πάχος του οργανικού στρώματος, βάθος απόψυξης και εδαφικού οργανικού άνθρακα για κάθε μία από τις λεκάνες. Με τη χρήση του δορυφόρου μπορούμε να λάβουμε ανάλογες πληροφορίες σε εκτεταμένη επιφάνεια.
