Χαρακτηρίζοντας την δυναμική των πυρκαγιών χλωρίδας στη Βραζιλία με την χρήση πολύ-δορυφορικών δεδομένων: Κοινές τάσεις και πρακτικές.
Από RemoteSensing Wiki
Χαρακτηρίζοντας την δυναμική των πυρκαγιών χλωρίδας στη Βραζιλία με την χρήση πολύ-δορυφορικών δεδομένων: Κοινές τάσεις και πρακτικές.
Αντικείμενο Μελέτης: Τηλεπισκόπηση και πυρκαγιές
Συγγραφείς: Schroeder W, Morisette JT, Csiszar I, Giglio L, Morton D, et al. (2005)
Πηγή:Earth Interactions, 9: 1–26 URL: http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/EI120.1
Σκοπός της Εφαρμογής:Η καταγραφή και παρακολούθηση μέσω της τηλεπισκόπησης των πυρκαγιών χλωρίδας στην Βραζιλία.
Εισαγωγή
Στην περιοχή του Αμαζονίου εντοπίζονται περίπου το 70% του συνολικού ετήσιου αριθμού πυρκαγιών μέσω δορυφορικών εικόνων στη Βραζιλία. Η ανθρώπινη ανάπτυξη είναι ο κύριος λόγος που συμβάλλει στην πίεση του περιβάλλοντος του Αμαζονίου, με την αποψίλωση των δασών και την πρόκληση φωτιάς να αποτελούν πολλές φορές αποτέλεσμα της μετατροπής των χρήσεων γης. Η σχέση μεταξύ της αποψίλωσης των δασών και των πυρκαγιών μπορεί να αποδειχθεί σαφώς από τη σύγκριση των χαρτών κατανομής των πυρκαγιών με τα πρόσφατα αποψιλωμένα πολύγωνα που εμφανίζονται. Οι πυρκαγιές πολλές φορές συσχετίζονται με την εξάπλωση οικισμών που είναι εγκατεστημένοι κατά μήκος των δρόμων που διασχίζουν το δάσος του Αμαζονίου(π.χ., ο ομοσπονδιακός αυτοκινητόδρομος BR163 και ο BR230 στην Pará) προωθεί την εξάπλωση των πυρκαγιών από τις άκρες των δασών προς εσωτερικές τους περιοχές. Το φαινόμενο αυτό δημιουργεί έναν φαύλο κύκλο αφού οι αποψιλώσεις των δασών και οι πυρκαγιές καταστρέφουν την γύρω βλάστηση οδηγώντας στην ξήρανση της και αυξάνοντας την ευπάθεια της σε εντονότερες και μεγαλύτερες πυρκαγιές στην επόμενη σεζόν. Η συνεχή παρακολούθηση της εξάπλωσης των πυρκαγιών στην περιοχή είναι απόλυτης σημασίας για την παρακολούθηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων τους και την ανάπτυξη δράσεων για τη μείωσή τους.
Περιοχή μελέτης
Οι δασικές πυρκαγιές φυσικά δεν περιορίζονται μόνο στην περιοχή του Αμαζονίου στην Βραζιλία αλλά αντίθετα εντοπίζονται πολλές ακόμα περιοχές κάθε χρόνο. Μια συσχέτιση μεταξύ φωτιάς και χρήσεων γης είναι δυσκολότερο να επιτευχτεί εκτός των περιοχών Αμαζονίου αφού οι καταγεγραμμένες πληροφορίες είναι ελάχιστες. Η έλλειψη ακριβών χαρτών με κατηγοριοποίηση χρήσεων γης και οι περιορισμένες πληροφορίες πεδίου εμποδίζουν ένα πιο λεπτομερή χαρακτηρισμό μεταξύ φωτιάς και χρήσεων γης στις περιοχές τροπικής Σαβάνας της Βραζιλίας. Η δορυφορική ανίχνευση των αλλαγών των καλύψεων γης στις λιγότερο δασοσκεπείς περιοχές απαιτεί πιο επίπονες μεθόδους και περιορίζει την εφαρμογή τους σε μεγαλύτερες κλίμακες.
Μεθοδολογία
Η δορυφορική πυρανίχνευση γίνεται με την χρήση δύο αισθητήρων, του Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) του δορυφόρου NOAA-12 και του Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) που ανήκει στα προγράμματα παρακολούθησης της γης της NASA, Aqua και Terra, μέσω διαφορετικών δορυφόρων τροχιάς, για το 2001-03 προκειμένου να παρακολουθήσει την δραστηριότητα των πυρκαγιών στη Βραζιλία, και ιδιαίτερα στην περιοχή του Αμαζονίου. Ένας τρόπος ανίχνευσης πυρκαγιών είναι με την χρήση αλγορίθμων που χρησιμοποιούν διαφορετικούς συνδυασμούς μπαντών που έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί για ξεχωριστές περιοχές του πλανήτη.
Σύμφωνα με την συνάρτηση του Planck μια πυρκαγιά υπό εξέλιξη με μια θερμοκρασία να κυμαίνεται στου 1000 βαθμούς Κέλβιν έχει μια καθαρή διακριτή κορυφή των εκπομπών της στο μέσω της υπέρυθρης περιοχής. Επειδή ο AVHRR και ο MODIS μετράνε την ακτινοβολία σε μπάντες μέσης υπέρυθρης περιοχής (κανάλι 3 στον AVHRR: 3.55–3.93 μm; Και κανάλια 21 και 22 στον MODIS: 3.93–3.99 μm), αυτοί οι δυο αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην πυρανίχνευση. Μια πυρκαγιά χρειάζεται να καταλαμβάνει περιοχή όχι μεγαλύτερη από ένα μικρό κλάσμα των συνολικών πίξελ της περιοχής για να ανιχνευτεί επιτρέποντας την ταυτοποίηση μικρών φαινομένων πυρκαγιάς με εικόνες μέτριας ανάλυσης Αν και αυτό είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό ταυτόχρονα θέτει μερικούς περιορισμούς στην χρήση του καναλιού 3 στον AVHRR. Επειδή αυτό το κανάλι δεν είναι ειδικά σχεδιασμένο για να καταγράφει φωτιές μερικές σχετικές πληροφορίες χάνονται κατά την ψηφιοποίηση του σήματος. Αυτή η απώλεια οφείλεται κυρίως στην χαμηλή τιμή του κορεσμού του καναλιού 3 του AVHRR που ισούται με 332 βαθμούς Κέλβιν.
Τα αποτελέσματα του NOAA-12 AVHRR στην καταγραφή των πυρκαγιών που χρησιμοποιούνται στην παρούσα μελέτη βασίζονται σε έναν αλγόριθμο καθορισμένου ανώτατου ορίου όπου όλα τα πιθανά πίξελ πυρκαγιάς πρέπει να υπερβαίνουν ένα ανώτατο όριο στο κανάλι 3 (μεσο-υπέρυθρη μπάντα) για να ταυτοποιούν τα πίξελ πυρκαγιάς κοντά στο επίπεδο κορεσμού, και στα κανάλια 1 και 2 (ορατό φάσμα), 3 και 4 (θερμικό υπέρυθρο) να περιορίζουν τους υψηλά αντανακλαστικούς στόχους όπως οι συννεφοσκεπές και τα ανοιχτόχρωμα εδάφη. Το αποτέλεσμα είναι διαθέσιμο στα επιχειρησιακά κέντρα καταγραφής πυρκαγιών της περιοχής μελέτης εντός δύο ωρών από την απόκτηση της δορυφορικής εικόνας.
Στη συνέχεια, η διαδικασία παρακολούθησης των πυρκαγιών μέσω δορυφορικών εικόνων απαιτεί να καταγραφούν οι αποκλίσεις που παρατηρούνται στη καθημερινή καταγραφή των πυρκαγιών βάση της οπτικής γωνίας του δορυφόρου, της ώρας υπέρβασης και των ατμοσφαιρικών συνθηκών. Για παράδειγμα η παρουσία οπτικά πυκνών νεφών δεν επιτρέπει την παρακολούθηση των πυρκαγιών. Αν η εποχή εξέλιξης των πυρκαγιών συμπίπτει με τις υγρές εποχές όπου η συννεφοκάλυψη είναι πυκνότερη τότε η ζημιά στην καταγραφή των πληροφοριών μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας.
Μετά από συνυπολογισμό των μετρήσεων των πυρκαγιών στον χώρο και τον χρόνο για να ελαχιστοποιηθούν αυτές οι παραλλαγές, αξιολογούνται οι τάσεις της δυναμικής των πυρκαγιών σε τρεις χωρικές κλίμακες: στα μείζονα βιοσυστήματα της Βραζιλίας, στις εννέα πολιτείες της Βραζιλίας που ανήκουν νομικά στην περιοχή του Αμαζονίου, και στους δύο σημαντικότερους οδικούς άξονες στην περιοχή του Αμαζονίου. Οι τάσεις ανάμεσα μεταξύ των δύο αισθητήρων που προαναφέρθηκαν υποδεικνύουν τη σοβαρότητα της φωτιάς από άποψη της διανομής της βλάστησης, και υποδεικνύουν τις πιο επικίνδυνες εποχές για εμφάνιση πυρκαγιών αλλά και καταγράφουν τις επιπτώσεις της αλλαγής χρήσεων γης στην ανίχνευση της φωτιάς στην περιοχή του Αμαζονίου. Συγκεντρωτικά στατιστικά στοιχεία για τις πυρκαγιές στα μεγάλα βιοσυστημάτα της Βραζιλίας και για κάθε πολιτεία του Αμαζονίου οδηγούν στον χαρακτηρισμό και την κατανόηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των πυρκαγιών της περιοχής και στην ανάπτυξη πολιτικών διαχείρισης των πυρκαγιών.
Συμπεράσματα
Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εργασία καταλήγουν στο ότι η καύση βιομάζας στους Τροπικούς επηρεάζει και αφορά μεγάλες εκτάσεις γης κάθε χρόνο, ενώ ο Αμαζόνιος της Βραζιλίας αποτελεί τον κύριο συνεισφορέα σε συνολικές εστίες πυρκαγιών οι οποίες και ανιχνεύονται μέσω δορυφορικών εικόνων. Οι κύριες αιτίες εμφάνισης των πυρκαγιών που ανιχνεύονται από δορυφόρους οφείλονται σύμφωνα με τις δορυφορικές καταγραφές αλλαγής χρήσεων γης σε φυσικούς και κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες.
Πηγή Αναφοράς: Schroeder W, Morisette JT, Csiszar I, Giglio L, Morton D, et al. (2005) Characterizing Vegetation Fire Dynamics in Brazil through Multisatellite Data: Common Trends and Practical Issues. Earth Interactions, 9: 1–26.
