Υπέρυθρη θερμική τηλεπισκόπηση θερμοκρασίας νερού σε περιοχές ποταμών
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Thermal Infrared Remote Sensing of Water Temperature in Riverine Landscapes
Συγγραφείς: Rebecca N. Handcock, Christian E. Torgersen, Keith A. Cherkauer, Alan R. Gillespie, Klement Tockner, Russel N. Faux and Jing Tan
Πηγή: Fluvial Remote Sensing for Science and Management (pp.85-113) Publisher: John Wiley & Sons, Ltd
URL: https://www.researchgate.net/publication/236464169
Εισαγωγή:
Το νερό αποτελεί ένα πολύ σημαντικό ερευνητικό πεδίο για τους επιστήμονες περιβάλλοντος λόγο της τεράστιας βιολογικής σημασίας που έχει τόσο για τον άνθρωπο όσο και για όλους τους οργανισμούς. Η θερμοκρασία είναι ένα από τα βασικά στοιχειά για την ανάλυση της ποιότητας του νερού και χρησιμοποιείται ως παράμετρος για την αξιολόγηση επικινδυνότητας για ορισμένους πληθυσμούς που ζουν σε αυτό. Σε περιοχές όπως τα ποτάμια, παρατηρείται η ανάπτυξη οικοσυστημάτων με ψάρια κρύου νερού όπως η πέστροφα και ο σολωμός που είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στις υψηλές θερμοκρασίες. Η πέστροφα και ο σολομός μπορούν να επιβιώσουν σε καταφύγια κρύου νερού ακόμα και όταν οι θερμοκρασίες σε άλλες τοποθεσίες είναι αρκετά ψηλότερες, έτσι είναι πολύ σημαντικός ο εντοπισμός των καταφυγίων αυτών για τη μελέτη ενός συγκεκριμένου οικοσυστήματος, ο οποίος μπορεί να γίνει με τη βοήθεια της μέτρησης της θερμοκρασίας των ποταμών. Η μέτρηση της θερμοκρασίας σε τέτοιες περιοχές μπορούσε να γίνει συμβατικά με διαφόρους τρόπους, όπως με την τοποθέτηση θερμομέτρων στα σημεία ενδιαφέροντος, με τις δυνατότητες όμως που μπορεί να προσφέρει η τηλεπισκόπηση, η μετρήσεις μπορούν να γίνονται πλέον και με εναέρια μέσα, αρκετά απομακρυσμένα από τα σημεία ενδιαφέροντος.
Μεθοδολογία:
Ο τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας του νερού και γενικότερα της γης με εναέρια μέσα μπορεί να γίνει από δορυφόρους ή αεροπλάνα και αφορά τη χρήση θερμικών υπέρυθρων αισθητήρων που μπορούν να απεικονίσουν τη θερμική ακτινοβολία ώστε να μπορέσει έτσι να εξεταστεί η θερμοκρασία των περιοχών ενδιαφέροντος. Τα πλεονεκτήματα της μέτρησης της θερμοκρασίας μέσω της τηλεπισκόπησης είναι αρκετά, και αυτό οφείλεται στην δυνατότητα περιφερειακής κάλυψης και επαναλαμβανόμενης παρακολούθησης μιας η’ περισσοτέρων περιοχών, κάτι που σε άλλες περιπτώσεις θα απαιτούσε την τοποθέτηση πολλών θερμομέτρων στις περιοχές ενδιαφέροντος. Πρόκειται για μια καθιερωμένη πρακτική που χρησιμοποιείτε και στην ωκεανογραφία όπου πραγματοποιούνται καθημερινές μετρήσεις θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας από δορυφόρους. Οι επαναλαμβανόμενες καταγραφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση τόσο της επιφάνειας του νερού όσο και των παρακείμενων περιοχών των ποταμών ενώ μπορεί  να ποσοτικοποιήσουν χωρικά μοτίβα θερμοκρασίας νερού σε ρέματα, ποτάμια και πλημμύρες, σε κλίμακες που κυμαίνονται από από 1m έως πάνω από 100km. Το πεδίο (FOV) και η ανάλυση που μπορεί να παρέχει μια μέτρηση εξαρτάται αποκλειστικά από το μέσο καταγραφής, δηλαδή τον θερμικό υπέρυθρο σενσορα, και τη μορφή της πτήσης ώστε να μπορέσει να καταγράψει δεδομένα από πολλά σημεία της περιοχής και στη συνέχεια να τα συνθέσει πραγματοποιώντας ένα μωσαϊκό εικόνων.
Το Σχήμα 1., είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στο να κατανοηθεί πως συλλέγονται και πως εξετάζονται τα δεδομένα, Αρχικά στις απεικονίσεις (a) και (b) μπορούμε πολύ εύκολα να διακρίνουμε ότι έχει γίνει γεωμετρική σύνθεση εικόνων, δηλαδή μωσαϊκό. Συγκριτικά με τις απεικονίσεις (a) και (b) μπορούμε να δούμε ότι στην απεικόνιση (b) λόγο της διαφοράς θερμοκρασίας νερού και ξηράς, το ποτάμι είναι πολύ πιο εύκολα διακριτό σε σχέση με την απεικόνιση (a). Επίσης στο θερμικό υπέρυθρο μπορεί να παρατηρήσουμε εκτός από τα ρεύματα του νερού και περιοχές αυξημένης υγρασίας στο έδαφος που φαίνονται ως αρκετά δροσερά σημεία, κάτι που στην εικόνα φυσικών χρωμάτων θα ήταν αδύνατον να διακρίνουμε. Αναφορικά με την απεικόνιση θερμικού υπέρυθρου στην Εικόνα 1, θα μπορούσαμε να ορίσουμε ότι το εύρος θερμοκρασίας του νερού στην περιοχή κυμαίνεται μεταξύ ≈26°C στα θερμά σημεία με χρώμα ανοιχτού κίτρινου, έως ≈16°C στα πιο δροσερά σημεία με χρώμα σκούρου κόκκινου, στις περιοχές των πηγών του ποταμού (Springs).
Στις καταγραφές υπέρυθρης ακτινοβολίας, τα δεδομένα επηρεάζονται από τις ατμοσφαιρικές διαταραχές. Για το λόγο ότι η ατμοσφαιρική διόρθωση μπορεί να είναι χρονοβόρα και δαπανηρή, μια εναλλακτική λύση είναι να χρησιμοποιηθούν μη ατμοσφαιρικά διορθωμένα δεδομένα θερμοκρασίας νερού για την αξιολόγηση σχετικών χωρικών προτύπων, σε άλλη περίπτωση παρόλο που οι ατμοσφαιρικές διαταραχές δεν θα επηρέαζαν στη μέτρηση της θερμοκρασίας, μπορεί να υπήρχε επιρροή στη γεωγραφική απεικόνιση της περιοχής η οποία θα ήταν σημαντική για ορισμένες περιπτώσεις που η απόλυτη θερμοκρασία μια περιοχής είναι απαραίτητη, όπως η χαρτογράφηση θερμικών χαρακτηριστικών ενός οικοτόπου με γεωγραφική ακρίβεια. Μια μέθοδος επεξεργασίας των δεδομένων που συμπεριλαμβάνει τη διαδικασία ατμοσφαιρικής διόρθωσης απεικονίζεται στο Σχήμα 2.
Συμπεράσματα:
Η καταγραφή της θερμοκρασίας των ποταμών μπορεί να γίνει αρκετά εύκολα μέσω εναέριων μέσων καταγραφής θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Δεδομένης της κίνησης των μέσων αυτών πάνω από τις περιοχές ενδιαφέροντος, είναι ευκολότερη η καταγραφή της θεμροκρασίας με τηλεπισκοπικές μεθόδους τόσο του νερού όσου και της ξηράς, σε γρηγορότερο χρόνο από θα γινόταν με συμβατικούς τρόπους, κύριος για περιοχές που είναι δύσκολα προσβάσιμες. Η μέτρηση της θερμοκρασίας των ποταμών με τηλεπισκοπικές μεθόδους, μπορεί να δώσει πολύ σημαντικά στοιχεία για την ποιότητα του νερού και να συμβάλει σημαντικά στη μελέτη υδάτινων οικοσυστημάτων που επηρεάζονται άμεσα και έμμεσα από τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Με τον ίδιο τρόπο, μπορεί να γίνει και ευκολότερα μια σύγκριση θερμοκρασίας νερού μεταξύ 2 η περισσοτέρων περιοχών, και να εξεταστούν φαινόμενα επιρροής της θερμοκρασίας στα σημεία αυτά από παράγοντες όπως η ανθρώπινη δραστηριότητα και η χρήση Γης.
