Χαρτογράφηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης χρησιμοποιώντας δορυφόρο SPOT.
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς:Nicolas Sifakis
Σκοπός Χρήση τηλεσκοπικών δεδομένων για την χαρτογράφηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης κυρίως για περιπτώσεις βιομηχανικών πηγών ρύπανσης.
Αντικείμενο Δίκτυα επίγειων σταθμών έχουν εγκατασταθεί σε αστικές ή βιομηχανικές περιοχές για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Όμως τέτοια μοντέλα θα πρέπει ιδανικά να ενσωματώσουν τις μετεωρολογικές, μικροκλιματικές και άλλες περιβαλλοντικές παραμέτρους για την αποφυγή προβλημάτων και προκειμένου τα αποτελέσματα να είναι ρεαλιστικά πράγμα το οποίο δεν συμβαίνει. Η απεικόνιση λοιπόν μέσω δορυφόρου τηλεπισκόπησης μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη και την επίλυση όλων των προβλημάτων που αναφέρονται παραπάνω, διότι οι μέθοδοι αυτές επιτρέπουν διάφορες φυσικές λειτουργίες που πρέπει να παρακολουθούνται ταυτόχρονα σε τεράστιες εκτάσεις, με μια παρατηρητική πυκνότητα ανάλογη με τη χωρική ανάλυση του αισθητήρα.
Θεωρητικό Υπόβαθρο Οπτικές ατμοσφαιρικές επιδράσεις μπορούν να επηρεάσουν το σήμα το οποίο μετράται από έναν απομακρυσμένο αισθητήρα με δύο τρόπους: ραδιομετρικά και γεωμετρικά. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται μόνο οι ραδιομετρικές αλλαγές. Η ποσότητα στην οποία προσδιορίζεται η ατμοσφαιρική συμβολή σε αυτές τις αλλαγές είναι το οπτικό βάθος ή το πάχος (n). Το οπτικό βάθος είναι η κύρια παράμετρος εισόδου στα μοντέλα ατμοσφαιρικής διόρθωσης.
Συζήτηση Δορυφορικά δεδομένα υψηλής χωρικής ανάλυσης παρέχουν τη δυνατότητα να παράγουν χάρτες που δείχνουν την οριζόντια κατανομή του συνολικού φορτίου αερολυμάτων πάνω από ρυπασμένες περιοχές. Κατά συνέπεια, αυτό το είδος της χαρτογράφησης είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί στις περιπτώσεις των βιομηχανικών πηγών ρύπανσης. Η προσέγγιση που περιγράφεται εδώ μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι εν μέρει εμπειρική και εν μέρει βασίζεται στην αντιστροφή της εξίσωσης μεταφοράς ακτινοβολίας. Μια χωρίς ρύπανση εικόνα της περιοχής μελέτης είναι η κύρια προϋπόθεση για την εφαρμογή της ανάλυσης διαφορικής υφής. Όσον αφορά τα δεδομένα SPOT, το κανάλι XSI (στο πράσινο/ κίτρινη φασματική περιοχή) είναι το πιο ευαίσθητο στις διαφορές οπτικού βάθους πάνω από την ξηρά. Ο θόρυβος αναμένεται να οφείλεται σε αλλαγές χρήσης γης.
Δεδομένα και Μεθοδολογία Για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από ημέρες υψηλής και χαμηλής ρύπανσης. Χρησιμοποιήθηκαν και τα τρία κανάλια του πολυφασματικού αισθητήρα ΗRV (XS1, XS2, XS3). Oι γεωμετρικές διορθώσεις υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με τον αλγόριθμο του πλησιέστερου γείτονα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι συνέπειες για τα ραδιομετρικά πρότυπα των εικόνων. Μετά την γεωμετρική διόρθωση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της επικάλυψης (overlay) προκειμένου να συγκριθούν οι εικόνες. Η περιοχή μελέτης διαιρέθηκε σε 3 συστοιχίες των 32, 20 και 16 pixels. Για κάθε μια από τις συστοιχίες έγιναν οι ακόλουθες εκτιμήσεις: • Η φασματική απόκριση του εδάφους σε κάθε συστοιχία θεωρείτε πως είναι μεταβλητή στο χώρο, αλλά όχι στο χρόνο. • Η ατμοσφαιρική σύνθεση θα πρέπει να θεωρείται ότι είναι μεταβλητή στο χρόνο αλλά όχι στον χώρο. Για να αποφευχθεί η ανάγκη για διαδικασίες βαθμονόμησης, το οπτικό βάθος τελικά προσεγγίζεται χρησιμοποιώντας τους συντελεστές διασποράς (δηλαδή, αναλογία της τυπικής απόκλισης προς την μέση τιμή), λαμβάνοντας υπόψη μια γραμμική μεταβολή.
Αποτελέσματα
Η χαρτογράφηση των αερομεταφερόμενων σωματιδίων από δορυφορικές εικόνες παρέχει έναν δείκτη των επιπέδων ρύπανσης και τα πρότυπα διάχυσης πάνω από εκτεταμένες περιοχές. Οι εν λόγω πληροφορίες συμπληρώνουν τις ακριβείς μετρήσεις επίγειων σταθμών, αντισταθμίζοντας σε κάποιο βαθμό τα σημαντικά μειονεκτήματα τους, τα οποία είναι ότι δείχνουν μόνο συγκεντρώσεις ρύπων σε συγκεκριμένα σημεία. Επιπλέον, οι χάρτες αυτοί παρέχουν τις κατευθυντήριες γραμμές για την επιλογή των βέλτιστων θέσεων για επίγειους σταθμούς ελέγχου. Μελέτες που ασχολούνται με την ολοκληρωμένη εκτίμηση των περιβαλλοντικών συνθηκών και με τους δείκτες ποιότητας με τη χρήση διαστημικών τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορούν επίσης να επωφεληθούν από μια συνολική εκτίμηση του περιεχομένου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Προς το παρόν, η χαμηλή τροχιακή συχνότητα των αισθητήρων υψηλής ανάλυσης σε πολική τροχιά αποτελεί εμπόδιο για την λεπτομερή παρακολούθηση των δυναμικών φαινομένων μικρής κλίμακας, όπως η ρύπανση του αέρα. Ωστόσο, υπάρχει ακόμα η δυνατότητα που προσφέρεται από το σύστημα HRV του SPOT, η οποία μπορεί να επιτρέψει την απόκτηση μέχρι και δώδεκα φωτογραφιών της ίδιας περιοχής, με μέση γεωγραφικά πλάτη, κατά τη διάρκεια του τροχιακού κύκλο 26 ημερών της.
