Τηλεπισκόπιση των καμένων περιοχών στις τροπικές σαβάνες
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος άρθρου: Τηλεπισκόπιση των καμένων περιοχών στις τροπικές σαβάνες
Οι διαδικασίες που χρησιμοποιούν δεδομένα τηλεπισκόπισης για τις φωτιές στις τροπικές σαβάνες επανεξετάζονται εφόσον όσον αφορά την επιρροή τους στην ανίχνευση και χαρτογράφηση των καμένων περιοχών. Τα προβλήματα που χαρακτηρίζουν τις περιοχές αυτές, άρα και την τηλεπισκόπιση είναι, αρχικά η ανομοιογένεια της σαβάνας με αποτέλεσμα την ανομοιογένεια της φωτιάς και τις φασματικές αλλαγές. Επιπλέον, ακόμα ένα πρόβλημα αποτελεί η τροπική συννεφιά, η οποία καθιστά δύσκολη τη σύνθεση των εικόνων, όπως επίσης και η συχνή παρουσία των εκτεταμένων επιπέδων καπνού σε περιόδους πυρκαγιών που μπορεί να σκιάσει τα σήματα φωτιάς. Το ουσιώδες πρόβλημα της ανίχνευσης των καμένων εκτάσεων στην ιστορία της άγριας σαβάνας είναι η ευρεία και ποικίλα πυκνότητα των δέντρων. Τέλος, οι δυνατότητες και οι περιορισμοί των δορυφορικών συστημάτων τηλεπισκόπισης για τη χαρτογράφηση των τροπικών καμένων περιοχών είναι σημαντικές, λαμβάνοντας υπόψη τα χωρικά, φασματικά, χρονικά και τα ραδιομετρικά χαρακτηριστικά των εργαλείων που χρησιμοποιούν.
Οι σαβάνες είναι είδη τροπικής βλάστησης, στις οποίες η βιομάζα είναι κατανεμημένη μεταξύ των δέντρων και του γρασιδιού. Η εμφάνισή τους είναι δεδομένη εποχιακά υγρά τοπικά κλίματα, τα οποία έχουν ζέστη για περίοδο 4- 8 μηνών και υγρασία στο τέλος του χρόνου. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο εποχιακός χαρακτήρας της διαθεσιμότητας του νερού οδηγεί σε συσσώρευση φυσικών πόρων, οι οποίοι δυνητικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για καύση. Εκτιμάται ότι όσον αφορά την ετήσια καύση της παγκόσμιας βιομάζας, οι φωτιές στις σαβάνες είναι η μοναδική μεγαλύτερη πηγή των πυρογενών εκπομπών.
Ο Dwyer (2000) ανέλυσε 21 μήνες, υψηλής ανάλυσης δορυφορικά δεδομένα από την Εθνική Υπηρεσία της Ωκεανίας και της Ατμόσφαιρας του δορυφόρου AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) σε παγκόσμια, καθημερινή βάση και κατά τη διάρκεια των πρωινών ωρών και εν τέλει ανίχνευσε ενεργές φωτιές, χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Flasse Ceccato (1996). Οι σαβάνες και οι δασώδεις σαβάνες, οι οποίες και ορίζονται κατά αυτό τον τρόπο από το πρόγραμμα της Διεθνούς Γεώσφαιρας- Βιόσφαιρας, Σύστημα Δεδομένων και Πληροφοριών (IGBP-DIS), αναπαριστούν το 11% της παγκόσμιας επιφάνειας της γης, παρουσιάζοντας τη μεγαλύτερη δραστηριότητα φωτιάς σε όλες τις μεγάλες επιφάνειες που καλύπτουν στη γη. Οι ενεργές φωτιές ανιχνεύονται στο 19% σε κάθε ένα χιλιόμετρο pixel σαβάνας κατά την περίοδο ανάλυσης. Στην περίπτωση της παγκόσμιας, καθημερινής βάσης και κατά τη διάρκεια της νυχτερινής περιόδου και σύμφωνα με το δορυφόρο ATSR-2 (Along Track Scanning Radiometer), η βάση δεδομένων για τις ενεργές φωτιές, η οποία και αναπτύχθηκε από Ευρωπαϊκό Γραφείο Χώρου (ESA), περιέχει ένα σύνολο 525.488 ανιχνεύσεων ενεργών φωτιών κατά την περίοδο 1997-2001. Το 25% από αυτές τις φωτιές βρέθηκαν στην περιοχή των σαβάνων και των δασωδών σαβάνων στο χάρτη κάλυψης της γης του Συστήματος Δεδομένων και Πληροφοριών της Διεθνούς Γεώσφαιρας- Βιόσφαιρας, το οποίο αντιστοιχεί μόνο στο 8,5% της παγκόσμιας γης. Οι παραπάνω παρατηρήσεις της δραστηριότητας της φωτιάς στις τροπικές σαβάνες, βασιζόμενες σε δορυφόρο, επιβεβαιώνουν πως αυτό το είδος της τροπικής βλάστησης είναι περισσότερο επιρρεπές στις πυρκαγιές από οποιοδήποτε άλλο.
Οι δορυφόροι που ανιχνεύουν τις ενεργές φωτιές παρέχουν καλές ενδείξεις χώρο-χρονικών μοτίβων των επιπτώσεων τους αλλά γενικά δεν είναι και πολύ κατάλληλοι ώστε να εκτιμήσουν την καμένη περιοχή, κυρίως λόγω των προβλημάτων που προκαλούν οι καιρικές συνθήκες. Μέσω των καμένων εκτάσεων απαιτείται να προσδιοριστούν οι πυρογενείς εκπομπές και τα διαστήματα επαναφοράς από τη φωτιά, τα οποία αποτελούν σημαντικές παραμέτρους, με τις οποίες μπορούμε να εστιάσουμε στις συνέπειες της φωτιάς στο κομμάτι της ατμόσφαιρας και στο γήινο οικοσύστημα. Επιπλέον, έχει αναπτυχθεί μία σειρά από μελέτες σε χάρτες των καμένων περιοχών από εικόνες δορυφόρων, πολλές από τις οποίες ασχολούνται με τις τροπικές περιοχές.
Ο σκοπός της τηλεπισκόπισης των πυρκαγιών στις τροπικές σαβάνες είναι η ανίχνευση και η χαρτογράφηση των καμένων περιοχών, λαμβάνοντας υπόψη τη δομή της βλάστησης, καθώς και τις κλιματικές πτυχές, οι οποίες μπορεί να την επηρεάσουν. Τα υπόλοιπα είδη σημάτων που δημιουργούνται από τις φωτιές, οι οποίες παρατηρούνται στο χώρο, λόγω για παράδειγμα της θερμότητας ή του φωτός ή από άλλα ενεργά μέτωπα, μπορούν να αντιμετωπιστούν μόνο στην περίπτωση που σχετίζονται με την τηλεπισκόπιση της καμένης περιοχής.
Οι σαβάνες δημιουργούν μία συνέχεια στα είδη της βλάστησης μεταξύ των τροπικών δασών και των εκτάσεων σε γρασίδι, όπου το ποσοστό των δέντρων μπορεί να καλύψει από 5-90%. Τα είδη των δέντρων είναι αειθαλή, ημιφυλλοβόλα και φυλλοβόλα, με τα τελευταία να είναι πιο συχνά στις άνυδρες περιοχές. Ο συνδυασμός της πυκνότητας και της στρατηγικής εμφάνισής τους προσδιορίζει την ποσότητα του πράσινου φυλλώματος στα δέντρα κατά τη διάρκεια της εποχής της υγρασίας. Στις υγρές σαβάνες, η κάλυψη των δέντρων είναι πυκνότερη με το δείκτη αυτό να διατηρείται σταθερός καθ’ όλη τη διάρκεια της περιόδου υγρασίας και έτσι το φασματικό σήμα της πράσινης βλάστησης είναι πάντα παρόν. Αντιθέτως, οι στεγνότερες περιοχές με λιγότερη κάλυψη δέντρων και έντονη ξηρασία οδηγούν στην υπεροχή του φασματικού τους σήματος τις περιόδους πυρκαγιών.
Οι φωτιές στη σαβάνα, τυπικά, οδηγούν στην καύση επιφανειακών φυσικών πόρων, κυρίως γρασιδιού και δέντρων, αφήνοντας μία σκοτεινή και άγρια επιφάνεια. Η δεύτερη εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζει φασματικούς δείκτες από φυλλοβόλο δέντρο, ξερό γρασίδι και ξυλάνθρακα, από 0,4 μm σε 2,5 μm. Το φάσμα του γρασιδιού μετρήθηκε στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο κομμάτι του χλοοτάπητα . Συγκεκριμένα, το γρασίδι φωτίστηκε απευθείας και μετρήθηκε σε μία γωνία ανάκλασης 60 μοιρών. Το φάσμα του ξυλάνθρακα μετρήθηκε από το εργαστήριο της NASA, με τη βοήθεια δειγμάτων απανθρακωμένων κορμών πεύκων από μία δασική πυρκαγιά στην Πορτογαλία. Η ανάκλαση του ξυλάνθρακα και της πράσινης βλάστησης είναι παρόμοια στο ορατό και σε μικρότερο βαθμό επίσης στο ημι-υπέρυθρο. Η ανάκλαση του ξερού γρασιδιού είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι του ξυλάνθρακα στη συνολική φασματική εμβέλεια. Έτσι, όταν ξεκινάει μία φωτιά σε περιοχή με πυκνή κάλυψη των δέντρων, η μεγαλύτερη αλλαγή ανάκλασης είναι η μείωση στο εγγύς υπέρυθρο ενώ όταν η φωτιά ξεκινάει σε ξηρές περιοχές και κάτω από αραιή κάλυψη δέντρων προκαλεί μείωση της ανάκλασης.
Οι τροπικές σαβάνες, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, είναι οι περισσότερο επιρρεπείς στις φωτιές και η μεγαλύτερη πηγή ατμοσφαιρικών εκπομπών από την καμένη βιομάζα. Το μέγεθος και η σημασία των ατμοσφαιρικών, κλιματικών και οικολογικών συνεπειών των πυρκαγιών στις τροπικές σαβάνες αιτιολογεί την έγκαιρη και ακριβή παρακολούθηση των χωρο-χρονικών μοτίβων εμφάνισης της φωτιάς. Δεδομένης της έκτασης των περιοχών που αντιμετωπίζουν προβλήματα πυρκαγιών, η τηλεπισκόπιση είναι το μοναδικό οπτικό εργαλείο για χαρτογράφηση των καμένων περιοχών από πυρκαγιές της σαβάνας. Τα χαρακτηριστικά της φωτιάς στις τροπικές σαβάνες, τα οποία σχετίζονται με την ανίχνευση και χαρτογράφηση των καμένων περιοχών είναι:
1. Η ανομοιογένεια της φωτιάς που έχει αποτέλεσμα τις φασματικές αλλαγές
2. Η σημαντικότητα της διαχρονικών εικόνων
3. Οι δυσκολίες που εισάγονται από την παρουσία των σύννεφων και του καπνού
4. Εφήμερη φύση της εναπόθεσης ξυλάνθρακα
Πρόσφατες έρευνες που ασχολούνται με αυτά τα θέματα, αναθεωρήθηκαν και προτάσεις προωθήθηκαν για την ανάπτυξη αλγορίθμων, κατάλληλων για το χειρισμό ειδικών καταστάσεων της χαρτογράφησης των καμένων περιοχών από δορυφόρο κάτω από τις κοινές συνθήκες που επικρατούν στις τροπικές σαβάνες. Οι κύριοι αισθητήρες της χωρικής ανάλυσης, κατάλληλοι για την κάλυψη των τροπικών περιοχών, παρέχουν τα στοιχεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση των σημαντικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων των πυρκαγιών στις τροπικές σαβάνες και την υποστήριξη των αντίστοιχων επιχειρησιακών δραστηριοτήτων.
