Τηλεπισκόπηση της γεωργίας σε αγρανάπαυση στις τροπικές περιοχές: Μια ανασκόπηση
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing of swidden agriculture in the tropics: A review
Συγγραφείς: Ningsang Jiang, Peng Li, Zhiming Feng
Δημοσιεύθηκε: ScienceDirect, ElSEVIER, International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation, 112 (2022) 102876, journal homepage: https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.102876
Σύνδεσμος προτύπου: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843222000784
Λέξεις-κλειδιά: Γεωργία της αγρανάπαυσης, Αλγόριθμοι βασισμένοι σε φασματικά χαρακτηριστικά, Landsat , Ξηρή περίοδος, Υποβιβασμός και καύση, Οι τροπικές περιοχές
1.Περίληψη:
Η εξέλιξη της αγρανάπαυσης και οι μετασχηματισμοί των καλλιεργούμενων εκτάσεων σε εκτάσεις αγρανάπαυσης, σχετίζονται στενά με τις μελέτες για τις εκπομπές άνθρακα, για τη βιοποικιλότητα, τις οικοσυστημικές υπηρεσίες και την ευημερία των αυτοχθόνων εθνοτήτων. Η τηλεπισκόπηση έχει γίνει ένα σημαντικό εργαλείο για την ποσοτικοποίηση και την απεικόνιση της μεταβατικής γεωργίας. Λόγω της πολυπλοκότητας όμως του γεωργικού περιβάλλοντος, η μελέτη του αποτελεί πρόκληση για την τηλεπισκόπηση. Οι μελέτες αυτές μειώνονται σημαντικά όταν αναφερόμαστε σε αγρανάπαυση τροπικών περιοχών, 89 συνολικά από το 1970, που σχετίζονται με τον εντοπισμό, τη χαρτογράφηση, την παρακολούθηση ή την πρόβλεψη της γεωργίας σε αγρανάπαυση. Οι μεθοδολογικές πρόοδοι και οι ελλείψεις αυτής συγκρίθηκαν, συνοψίστηκαν ενώ στη συνέχεια δόθηκαν διάφορες προοπτικές για το εγγύς μέλλον. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι περισσότερες μελέτες έως τώρα αφορούσαν κυρίως στη Νοτιονατολική Ασία, την Λατινική Αμερική και την Κεντρική Αφρική. Ακόμα, πως ο Landsat είναι ο περισσότερο εφαρμοσμένος στην παρακολούθηση αυτού του είδους της γεωργίας και τέλος, ότι οι αλγόριθμοι που βασίζονται σε φασματικά χαρακτηριστικά (76%) χρησιμοποιούνται περισσότερο από τους αντίστοιχους αλγόριθμους που βασίζονται στη γεωμετρία και τη δομή. Αυτή η εργασία ανασκόπησης θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως μια έκκληση για την ενίσχυση της τηλεπισκόπησης της γεωργίας σε αγρανάπαυση στις τροπικές περιοχές.
2.Εισαγωγή:
Η αγρανάπαυση ή η μετακινούμενη καλλιέργεια είναι μια ευρέως διαδεδομένη πρακτική, αλλά αμφιλεγόμενος τύπος γεωργίας για τις τροπικές περιοχές καθώς επίσης και η καύση των καλλιεργητικών υπολειμμάτων η οποία αποτελεί μια οικονομική συνοδευτική πρακτική εκκαθάρισης γης η οποία προσφέρει οργανική ουσία για την επόμενη καλλιέργεια. Αυτό το παραδοσιακό σύστημα καλλιέργειας ή πρακτικής έχει συνεπώς συχνά κατηγορηθεί ως μία από τις κύριες αιτίες της αποψίλωσης και της υποβάθμισης των τροπικών δασών. Στο πλαίσιο της κλιματικής αλλαγής, η γεωργία σε αγρανάπαυση έχει γίνει ένα σημαντικό θέμα του προγράμματος συνεργασίας των Ηνωμένων Εθνών για τη μείωση των εκπομπών από την αποψίλωση και την υποβάθμιση των δασών στις αναπτυσσόμενες χώρες. Επίσης, ορεινές εθνοτικές μειονοτικές ομάδες είναι πιο σίγουρες από ποτέ ότι το σύστημα της αγρανάπαυσης αποτελεί απαραίτητη πηγή βιοπορισμού. Για σχεδόν έναν αιώνα, η συζήτηση σχετικά με την ορθολογικότητα, την αναγκαιότητα και την βιωσιμότητας της γεωργίας σε αγρανάπαυση στις τροπικές περιοχές δεν σταμάτησε ποτέ. Μακροπρόθεσμα, η έρευνα για τη γεωργία σε αγρανάπαυση έχει περάσει από τρεις σημαντικές φάσεις ανάπτυξης: Πρώτη περίοδος: πριν το 1957 χαρακτηρίζεται από εκτεταμένη έρευνα πεδίου και συλλογή πληροφοριών, στήριζε τη σχεδόν πλήρη άρνηση και εναλλακτική ανάπτυξη. Δεύτερη: 1957-2008, στόχευε στη διεθνή συναίνεση και τις εθνικές πολιτικές. Τρίτη: 2008 και έπειτα, καλεί για την επανεξέταση του ρόλου της γεωργίας σε αγρανάπαυση στην αποψίλωση των τροπικών δασών και την υποβάθμιση των δασών και τις δυνατότητες της αυτόχθονης γνώσης.(Εικόνα 1) Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η πανάρχαια καλλιέργεια ανακτά την ακαδημαϊκή της υπόσταση, ενώ είναι πιο συνδέεται με τα καυτά σημεία της παγκόσμιας περιβαλλοντικής αλλαγής. Η έλλειψη γεωγραφικών και δημογραφικών δεδομένων χρονολογικών σειρών για την τροπική γεωργία σε αγρανάπαυση εμποδίζει πολλές τρέχουσες μελέτες συμπεριλαμβανομένου του φορτίου άνθρακα και της βελτίωσης των μέσων διαβίωσης. Επίσης η εξέλιξη και οι μετασχηματισμοί της αγραναπαυτικής γεωργίας στις τροπικές περιοχές είναι μια γενική τάση και ως εκ τούτου η τηλεπισκόπηση θα μπορούσε να αποτελέσει το σημαντικότερο, αν όχι το μοναδικό, τρόπο για την ανακατασκευή της ιστορίας της χρήσης γης, της γεωργίας σε αγρανάπαυση αλλά και ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την ποσοτικοποίηση και την απεικόνιση της χρονικής και χωρικής δυναμικής της.
3.Συνολική άποψη για τις μελέτες τηλεπισκόπησης της αγρανάπαυσης γεωργίας
Η βιβλιογραφία κατά την περίοδο 1970-2021 αναζητήθηκε με συνέπεια μέσω της ιστοσελίδας Core Collection του ISI Web of Science με τις ακόλουθες λέξεις κλειδιά «μετακινούμενη καλλιέργεια» , «αγρανάπαυση», «κόψιμο- κάψιμο», «τηλεπισκόπηση», «Landsat», «Sentinel» «δάσος», «αποψίλωση» κ.α. τελικά η βιβλιογραφία που συγκεντρώθηκε αφορούσε 89 άρθρα. Παρά τις αρκετές δεκαετίες που μετρά η τηλεπισκόπηση, η χρήση της στην παρακολούθηση της γεωργίας με αγρανάπαυση βρίσκεται ακόμα σε πρώιμο στάδιο. Όλες οι διαθέσιμες μελέτες για τις τροπικές περιοχές διεξάγονται σποραδικά, με τις περισσότερες >50%να αφορούν τη χωρική κατανομή έναντι του 40% της έρευνας των δυναμικών. Δεδομένης της τυπικότητας της γεωργίας σε αγρανάπαυση στο ορεινό Λάος και της σημασίας των τροπικών δασών της Βραζιλίας για το παγκόσμιο χερσαίο οικοσύστημα, δεν αποτελεί έκπληξη ότι οι μελέτες που χρησιμοποιούν την τηλεπισκόπηση σε περιβάλλον αγρανάπαυσης έχει επικεντρωθεί στις δύο χώρες. Ακόμα, οι Landsat αποτελούν τους κυρίαρχους δορυφορικούς αισθητήρες (σχεδόν 60% ) στην παρακολούθηση της αγρανάπαυσης, αυτό οφείλεται γενικά στο εύρος των φασμάτων που καλύπτει αλλά και στο εύρος των ετών (Εικόνα 2)(Εικόνα 3). Τέλος, δεδομένων των παραπάνω σημείων, ο χώρος έρευνας της τηλεπισκόπησης των αγραναπαυτικής γεωργίας σε μετάβαση σε άλλες τροπικές χώρες είναι τεράστιος και απαιτούνται περισσότερες θεματικές μελέτες, η ανησυχία για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις θα μπορούσε να είναι μια πρωταρχική κινητήρια δύναμη για την προώθηση της έρευνας τηλεπισκόπησης για τη γεωργία της αγρανάπαυσης.
4. Μέθοδοι τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση της αγραναπαυτικής γεωργίας
Αρχικά, εξετάσθηκαν τα χαρακτηριστικά των δορυφορικών εικόνων, μια ποικιλία αλγορίθμων και δεδομένα τηλεπισκόπησης πολλαπλών πηγών τα οποία χρησιμοποιήθηκαν έτσι ώστε να δημιουργηθούν τρείς ευρείες κατηγορίες ανασκόπησης προόδου: οι φασματικές , οι γεωμετρικές και οι δομικές. Οι αλγόριθμοι είναι βασισμένοι σε φασματικά χαρακτηριστικά, τα τελευταία χρόνια έχει εξελιχθεί η επιβλεπόμενη οπτική ερμηνεία που βασίζεται στην αναγνώριση προτύπων. Στην αγρανάπαυση συνήθως η βλάστηση καίγεται κατά την ξηρή περίοδο και η σπορά καθώς και η συγκομιδή πραγματοποιείται στην αρχή και το τέλος της εποχής των βροχών. Έτσι οι περιοδικές και επαναλαμβανόμενες αλλαγές στα χαρακτηριστικά του επιφανειακού φάσματος σε διάφορα στάδια της γεωργίας σε αγρανάπαυση χρησιμεύουν ως βάση για τη χαρτογράφησή της. Ακόμα, το βέλτιστο χρονικό παράθυρο για ανίχνευση των διαταραχών των τροπικών δασών λόγω της πρακτικής, ανοίγει κατά την κορύφωση της ξηρής περιόδου κατά την οποία οι χαμηλές βροχοπτώσεις διευκολύνουν την δημιουργία νεφελώδους ή χαμηλής μόνο νεφοκάλυψης. Το βασικό σημείο της τηλεπισκόπησης της γεωργίας με αγρανάπαυση είναι οι αλλαγές στα φασματικά χαρακτηριστικά που προκαλούνται από την καύση ή τη χρήση της φωτιάς, η οποία ενσωματώνεται στην αποδυνάμωση των σημάτων της βλάστησης και στην ενίσχυση των σημάτων ξυλάνθρακα. Οι ευαίσθητες ζώνες των οπτικών δορυφόρων περιλαμβάνουν κυρίως το εγγύς υπέρυθρο (NIR), το υπέρυθρο βραχέων κυμάτων (SWIR), το κόκκινο (R) και το πράσινο (G) μεταξύ αυτών, οι ζώνες NIR-SWIR είναι πιο ευαίσθητες για την οριοθέτηση των πυρκαγιών, ουλές πυρκαγιάς. Επί του παρόντος, η λειτουργία συνδυασμού ζωνών παράγει μια σειρά φασματικών δεικτών που αντανακλούν τις μεταβολές της βλάστησης και της εδαφικής υγρασίας πριν και μετά τη φωτιά, όπως ο κανονικοποιημένος Burn Ratio (NBR) η κανονικοποιημένη διαφορά Vegetation Index (NDVI) και ο κανονικοποιημένος Difference Moisture Index (NDMI) (Dutrieux et al., 2016), και ούτω καθεξής. Οι δείκτες βλάστησης-υγρασίας (VMI) έχουν γίνει η βάση δεδομένων και σημαντικές εισροές για την κατασκευή αλγορίθμων ταξινόμησης τηλεπισκόπησης(Εικόνα 4). Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν κατά καιρούς στην ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων. α)Η μέθοδος οπτικής ερμηνείας,β)η μέθοδος των κατωφλίων, γ)Η μέθοδος αναγνώρισης προτύπων ,δ)η μέθοδος της μέγιστης πιθανοφάνειας. Εκτός από τον ε) κοινό συνδυασμό επιβλεπόμενης και μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης ορισμένες μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει περαιτέρω τον δείκτη βλάστησης Ratio Vegetation Index με προσέγγιση ταξινόμησης με ασαφή possibilistic c-means για τον διαχωρισμό της αγρανάπαυσης από άλλες χρήσεις γης. Οι μέθοδοι αυτί εφαρμόζονται σε χρονοσειρές εικόνων για διαχρονικά αποτελέσματα. Αυτό δεν είναι πάντα εφικτό καθώς οι τροπικές περιοχές είναι συνήθως καλυμμένες με νέφη, έτσι η έρευνα περιορίζεται σημαντικά και οι μέθοδοι χρονοσειρών διαδραματίζουν σημαντικότερο ρόλο στις μελέτες της έντασης των αγραναπαύσεων.
Προοπτικές - Συμπεράσματα
Η γεωργία αγρανάπαυσης έχει μελετηθεί για τουλάχιστον έναν αιώνα ωστόσο τα βασικά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένης της γεωγραφικής κατανομής και της δυναμικής της, εξακολουθούν να λείπουν. Τις τελευταίες δεκαετίες, η αγρανάπαυση έχει αλλάξει σε πολλές πτυχές, συμπεριλαμβανομένης της έντασης της και των κύκλων αγρανάπαυσης, επίσης αλλάζει ραγδαία μετατρεπόμενη σε εμπορικές φυτείες. Η αύξηση του πληθυσμού, η αγορά και η αντίθεση της πολιτικής είναι οι κύριοι παράγοντες. Οι μετασχηματισμοί έχουν επιφέρει μια σειρά νέων περιβαλλοντικών προβλημάτων αν και βελτιώνουν τα μέσα διαβίωσης των μετακινούμενων καλλιεργητών. Επιπλέον, ως ένας από τους σημαντικούς φορείς του εθνοτικού πολιτισμού στις τροπικές περιοχές ο μετασχηματισμός της καλλιέργειας σε αγρανάπαυση απειλεί την ύπαρξη και την ανάπτυξη του παραδοσιακού πολιτισμού στις τοπικές κοινότητες. Η τηλεπισκόπηση παρέχει δυνατότητες για την απόκτηση γεωγραφικών και ιστορικών πληροφοριών για τέτοιου είδους γεωργία σε ποικίλες κλίμακες. Ακόμα, εξακολουθούν να υπάρχουν δυνατότητες για ανάκτηση μεγάλου πλήθους δεδομένων την ίδια στιγμή που η διερεύνηση για την εξέλιξη των μελλοντικών τάσεων είναι απαραίτητη. Τα εργαλεία που διατίθενται συλλέγουν στοιχεία μεγάλης ακρίβειας σε συνδιασμό με το επιστημονικό υπόβαθρο παλαιότερων μελετών σε θέματα αποτελεσματικότητας των μεθόδων, δίνουν νέες προοπτικές για έρευνα στον γεωργικό τομέα των τροπικών δασών. Επιπρόσθετα, οι νέες και διαθέσιμες δορυφορικές εικόνες προωθούν την τροποποίηση ή/και ανάπτυξη νέων και ισχυρών αλγορίθμων. Συνδυάζοντας την ιστορική γνώση της γεωργίας, τη γεωγραφική και πολιτιστική γνώση των περιοχών αυτών με τα σύγχρονα εργαλεία παρατήρησης θα δημιουργηθούν ακόμα πιο εμπεριστατωμένες βάσεις για την έρευνα που τελικά θα οδηγήσουν σε πιο ολοκληρωμένες και αποτελεσματικές πολιτικές περιβάλλοντος.
