Από RemoteSensing Wiki

Πρότυπος Τίτλος : Estimation of Light Pollution Using Satellite Remote Sensing and Geographic Information System Techniques

Συγγραφείς : Mohsin Jamil Butt

Πηγή : [1]

Η φωτορύπανση αποτελεί μια μορφή περιβαλλοντικής ρύπανσης που συνδέεται άμεσα με τις ανθρώπινες δραστηριότητες και την αστικοποίηση. Η υπερβολική ή κακώς σχεδιασμένη χρήση τεχνητού φωτισμού αλλοιώνει το φυσικό νυχτερινό περιβάλλον, διαταράσσοντας τους βιολογικούς ρυθμούς των οργανισμών, επηρεάζοντας την ανθρώπινη ψυχολογία και υποβαθμίζοντας την ποιότητα του νυχτερινού ουρανού. Για τους αστρονόμους, η φωτορύπανση αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους περιοριστικούς παράγοντες, καθώς μειώνει δραστικά τη δυνατότητα παρατήρησης αμυδρών ουράνιων σωμάτων.

Η ανάγκη ποσοτικής εκτίμησης και χαρτογράφησης της φωτορύπανσης έχει οδηγήσει στην ευρεία χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης και GIS. Οι δορυφορικές παρατηρήσεις προσφέρουν τη δυνατότητα συστηματικής, επαναλαμβανόμενης και συγκρίσιμης καταγραφής της νυχτερινής φωτεινότητας σε μεγάλες γεωγραφικές εκτάσεις. Στο πλαίσιο αυτό, το Πακιστάν αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα χώρας με ταχεία αστική ανάπτυξη, έντονη πληθυσμιακή αύξηση και σημαντική επέκταση των υποδομών, γεγονός που καθιστά τη μελέτη της φωτορύπανσης ιδιαίτερα επίκαιρη.

Το Πακιστάν βρίσκεται στη Νότια Ασία, μεταξύ γεωγραφικών πλατών 24°–37° Β και μηκών 61°–75,5° Α. Συνορεύει με την Κίνα στα βόρεια και βορειοανατολικά, το Αφγανιστάν στα δυτικά και βορειοδυτικά, το Ιράν στα νοτιοδυτικά, την Ινδία στα ανατολικά και βρέχεται από την Αραβική Θάλασσα στα νότια. Διοικητικά, η χώρα χωρίζεται σε τέσσερις επαρχίες: Πουντζάμπ, Σιντ, Χάιμπερ Παχτούνχβα και Μπαλουχιστάν. Η παρούσα μελέτη εξετάζει το σύνολο της επικράτειας, με στόχο τη σύγκριση των επιπέδων φωτορύπανσης μεταξύ των επαρχιών και τον εντοπισμό περιοχών με ελάχιστη ανθρώπινη φωτεινή επίδραση. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η επαρχία του Μπαλουχιστάν, λόγω της χαμηλής πληθυσμιακής πυκνότητας και της περιορισμένης αστικής ανάπτυξης.

Η βασική πηγή δεδομένων της μελέτης είναι οι δορυφορικές εικόνες νυχτερινού φωτισμού από το πρόγραμμα Defense Meteorological Satellite Program (DMSP), το οποίο λειτουργεί υπό την αιγίδα της NOAA. Ο αισθητήρας Operational Linescan System (OLS) έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης ασθενών εκπομπών στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα (0,4–1,1 μm), καθιστώντας τον ιδιαίτερα κατάλληλο για την καταγραφή τεχνητού φωτισμού από πόλεις, οδικά δίκτυα και βιομηχανικές εγκαταστάσεις.

Τα δεδομένα DMSP-OLS διαθέτουν ραδιομετρική ανάλυση 6 bits (τιμές 0–63) και χωρική ανάλυση περίπου 2,7 km στη λειτουργία χαμηλής ανάλυσης. Για τη συγκεκριμένη έρευνα χρησιμοποιήθηκαν σύνθετες, νεφοσκεπείς εικόνες της περιόδου 2004–2009, οι οποίες αποκτήθηκαν από το National Geophysical Data Center (NGDC). Παράλληλα, ενσωματώθηκαν χαρτογραφικά δεδομένα GIS, όπως οδικά δίκτυα, υδρογραφία, τοπογραφία, κάλυψη γης και πληθυσμιακά στοιχεία.

Η μεθοδολογία βασίζεται στη συνδυαστική χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και χωρικών αναλύσεων GIS. Αρχικά πραγματοποιήθηκε προεπεξεργασία των δορυφορικών εικόνων, η οποία περιλάμβανε μετατροπή μορφότυπων, γεωαναφορά στο σύστημα WGS-84 και επαναπροβολή στο σύστημα UTM. Στη συνέχεια, πολλαπλές εικόνες της ίδιας χρονικής περιόδου συνδυάστηκαν με στατιστικές τεχνικές επικάλυψης, με στόχο την απομάκρυνση παροδικών πηγών φωτός (π.χ. πυρκαγιές, αστραπές).

Για τον διαχωρισμό των περιοχών με φωτορύπανση εφαρμόστηκε κατώφλι ψηφιακών τιμών (DN = 5), ενώ οι τιμές φωτεινότητας ταξινομήθηκαν σε πέντε κατηγορίες: πολύ χαμηλή, χαμηλή, μέτρια, υψηλή και πολύ υψηλή φωτορύπανση. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε ανάλυση ορατότητας (viewshed analysis) στο περιβάλλον GIS, προκειμένου να εκτιμηθεί τόσο η άμεση οπτική επαφή με πηγές φωτός όσο και η έμμεση επίδραση της φωτορύπανσης μέσω της λαμπρότητας του ουρανού (sky glow).

Η γεωμετρία του θόλου φωτορύπανσης εκτιμήθηκε με επιτόπιες μετρήσεις σε μεγάλες πόλεις, όπως η Λαχώρη, το Καράτσι και το Ισλαμαμπάντ, επιτρέποντας τη μοντελοποίηση της εξασθένισης της φωτεινότητας με την απόσταση από το αστικό κέντρο.

Τα αποτελέσματα δείχνουν σαφή αύξηση της φωτορύπανσης στο Πακιστάν κατά την περίοδο 2004–2009. Η επαρχία του Πουντζάμπ εμφανίζει τα υψηλότερα επίπεδα φωτεινότητας, γεγονός που συνδέεται με την υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα και τη συγκέντρωση μεγάλων αστικών κέντρων. Αντίθετα, το Μπαλουχιστάν παρουσιάζει τις χαμηλότερες τιμές φωτορύπανσης, διατηρώντας εκτεταμένες περιοχές με σχεδόν φυσικές νυχτερινές συνθήκες.

Η ανάλυση χρονοσειρών ανέδειξε την επέκταση της φωτορύπανσης από τα αστικά κέντρα προς τις περιαστικές περιοχές, υποδηλώνοντας σπατάλη ενέργειας και ανάγκη για καλύτερο σχεδιασμό φωτισμού. Τα χαρτογραφικά προϊόντα που προέκυψαν αποτελούν πολύτιμα εργαλεία για περιβαλλοντικό σχεδιασμό και για την επιλογή κατάλληλων θέσεων αστρονομικών παρατηρητηρίων.

Εικόνα 1 : Μεταβολές της άμεσης φωτορύπανσης για την περίοδο 2004-2009

Η παρούσα μελέτη καταδεικνύει τη σημασία της τηλεπισκόπησης και των GIS στην εκτίμηση και χαρτογράφηση της φωτορύπανσης σε εθνική κλίμακα. Τα δεδομένα DMSP-OLS, παρά τους περιορισμούς τους, προσφέρουν μοναδική δυνατότητα παρακολούθησης της νυχτερινής φωτεινότητας στον χώρο και στον χρόνο. Η ανάλυση για το Πακιστάν αποκαλύπτει αυξητική τάση της φωτορύπανσης, κυρίως λόγω αστικοποίησης και πληθυσμιακής αύξησης.

Προτείνεται η χωροθέτηση του Εθνικού Αστεροσκοπείου του Πακιστάν σε απομακρυσμένες περιοχές του Μπαλουχιστάν, όπως οι περιοχές Kharan, Qila Saifullah και Awaran. Μελλοντικές έρευνες μπορούν να ενσωματώσουν πρόσθετους παράγοντες, όπως η βλάστηση και η βιομηχανική δραστηριότητα, βελτιώνοντας περαιτέρω τη μοντελοποίηση της φωτορύπανσης και συμβάλλοντας στη βιώσιμη διαχείριση του νυχτερινού περιβάλλοντος.

Εικόνα 2 : Τρεις πιθανές τοποθεσίες χωροθέτησης του Εθνικού Αστεροσκοπείου του Πακιστάν βάσει του χάρτη φωτορύπανσης