Χωρο-χρονική ανάλυση της αστικής ανάπτυξης σε τρεις Αφρικανικές πρωτεύουσες
Από RemoteSensing Wiki
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Hao Hou, Ronald C. Estoque, Yuji Murayama
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ
Οι αστικές περιοχές καλύπτουν λιγότερο από το 1% της επιφάνειας της Γης, αλλά σύμφωνα με την έκθεση των Ηνωμένων Εθνών για την παγκόσμια αστικοποίηση, το 54% του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικούσε σε αστικές περιοχές το 2014 (United Nations, 2014). Παρά το γεγονός ότι το ποσοστό του αστικού πληθυσμού στην Αφρική είναι μόνο το 40%, ως αποτέλεσμα της λιγότερης αστικής ανάπτυξης, προβλέπεται ότι αυτή η περιοχή θα έχει την υψηλότερη αύξηση ποσοστού στην αστική κάλυψη γης σε αυτόν τον αιώνα. Σκοπός της μελέτης είναι να εξεταστούν τα χωρο-χρονικά πρότυπα και οι δυναμικές της αστικής ανάπτυξης σε τρεις Αφρικανικές πρωτεύουσες διαφορετικού μεγέθους χρησιμοποιώντας την τηλεπισκόπηση, πληθυσμιακά δεδομένα LandScan και μια μέθοδο βασισμένη σε πλέγμα κυττάρων. Τα αποτελέσματα αναμένεται να είναι χρήσιμα στα πλαίσια των αστικών μελετών, του τοπίου και της πολεοδομίας.
2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ
Το Μπαμάκο, η πρωτεύουσα του Μάλι, βρίσκεται παραπλεύρως του Ποταμού Νίγηρα στη Δυτική Αφρική και καταλαμβάνει έκταση 252 τ.χλμ. Το Μπαμάκο είναι το μεγαλύτερο διοικητικό κέντρο του Μάλι και έβδομο μεγαλύτερο αστικό κέντρο της Δυτικής Αφρικής, με οικονομικές δραστηριότητες όπως οι τοπικές επιχειρήσεις, το διεθνές εμπόριο, ο τουρισμός, η γεωργία και η αλιεία. Το Κάιρο είναι η πρωτεύουσα της Αιγύπτου στη Βόρεια Αφρική, καταλαμβάνοντας έκταση 528 τ.χλμ. Το Κάιρο είναι μια από τις μεγαλύτερες αγορές της Αφρικής και της Μέσης Ανατολής και η τουριστική βιομηχανία είναι μια σημαντική πηγή εσόδων για την πόλη. Επίσης είναι και βιομηχανικό κέντρο της Αιγύπτου καθώς παράγει κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, προϊόντα διύλισης πετρελαίου, πλαστικά, οικοδομικά υλικά, ηλεκτρονικά είδη, χαρτί και χημικά. Το Ναϊρόμπι είναι η πρωτεύουσα της Κένυας στην Ανατολική Αφρική και έχει συνολική έκταση 684 τ.χλμ. Το Ναϊρόμπι είναι κύριο οικονομικό και πολιτιστικό κέντρο της Κένυας και δεύτερη μεγαλύτερη πόλη στις Μεγάλες Λίμνες της Αφρικής (Mundia και Aniya, 2005). Ακόμη είναι ένα από τα σημαντικά επιχειρηματικά κέντρα της Αφρικής.
3. ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ
Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν μια εικόνα Landsat ETMþ/OLI/TIRS του 2000 και μια του 2014 για την προετοιμασία χαρτών κάλυψης γης και των εντοπισμό των χωρο-χρονικών αλλαγών στις τρεις πόλεις. Επιλέχθηκαν τέσσερις εικόνες Landsat-7 ETMþ και τέσσερις εικόνες Landsat-8 OLI/TIRS, λαμβάνοντας υπόψη τις εποχικές διαφορές, την ποιότητα της εικόνας και τα όρια των υπό μελέτη περιοχών. Μια ζώνη ασφαλείας 25 χιλιομέτρων γύρω από τα κέντρα των πόλεων χρησιμοποιήθηκε για την οριοθέτηση της περιοχής μελέτης για κάθε πόλη. Αυτή η ζώνη κάλυπτε το σύνολο των αστικών περιοχών στις τρεις πόλεις. Ακόμη, χρησιμοποιήθηκαν σύνολα δεδομένων πληθυσμού LandScan για τον προσδιορισμό του δικτύου με βάση την πυκνότητα του πληθυσμού στις πόλεις. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν τα σύνολα δεδομένων του 2001 και του 2013. Οι διαδικασίες που πραγματοποιήθηκαν ήταν δύο, η χαρτογράφηση της κάλυψης γης και η ανάλυση που βασίζεται σε πλέγμα κυττάρων. Κατά την πρώτη διαδικασία και για τους σκοπούς της μελέτης ταξινομήθηκαν έξι κατηγορίες κάλυψης γης, η αστική, το γυμνό έδαφος, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις, τα λιβάδια, τα δάση και το νερό. Μετά τη χαρτογράφηση, παράχθηκε μια μήτρα αλλαγής της κάλυψης γης για κάθε πόλη. Χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ArcGIS, έκδοση 10.2 και εικόνες του Google Earth. Στη δεύτερη διαδικασία, χρησιμοποιήθηκε μια μέθοδος που βασίζεται σε πλέγμα κυττάρων για να αποκαλυφθεί η χωρική κατανομή των μεταβολών στην πυκνότητα όλων των κατηγοριών κάλυψης γης και των πληθυσμών μεταξύ των δυο χρονικών σημείων που εξετάζονται στην παρούσα μελέτη. Τέλος, συνδυάστηκαν οι πίνακες για τα δύο χρονικά σημεία βασιζόμενοι σε πλέγμα κυττάρων με αναγνωριστικό κωδικό. Με το συνδυασμό των πινάκων και τη χρήση της εξίσωσης: CLDt(%) = Dtj – Dti (όπου: CLDt(%) είναι η μεταβολή στην πυκνότητα της κάλυψης γης τύπου t σε ένα πλέγμα κυττάρων και τα Dti και Dtj είναι οι πυκνότητες (%) της κάλυψης γης τύπου t στα χρονικά σημεία i (χρόνος 1) και j (χρόνος 2) (i < j)) προσδιορίστηκε η μεταβολή στην πυκνότητα της κάθε κατηγορίας κάλυψης γης μεταξύ των δυο χρονικών σημείων. Ακόμη, με την χρήση της εξίσωσης: CPD(people/km2) = PDj - PDi, (όπου τα PDi και PDj είναι η πυκνότητα πληθυσμού σε ένα πλέγμα κυττάρου στα χρονικά σημεία i και j, αντίστοιχα), προσδιορίστηκε η αλλαγή της πυκνότητας του πληθυσμού (CPD) μεταξύ των δυο χρονικών σημείων. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε η συσχέτιση (συντελεστής συσχέτισης του Pearson) μεταξύ του CLD όλων των κατηγοριών κάλυψης γης, και μεταξύ του CLD της κατηγορίας αστικής κάλυψης γης και του CPD.
4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Όσον αφορά τα αποτελέσματα της αξιολόγησης της ακρίβειας, η συνολική ακρίβεια των χαρτών με την κάλυψη του Καΐρου και του Ναϊρόμπι από τα δύο χρονικά σημεία κυμαίνονταν από 85% έως 90%, ενώ η συνολική ακρίβεια των χαρτών με την κάλυψη του Μπαμάκο ήταν 81,39% και 83,89%. Η σχετικά χαμηλότερη συνολική ακρίβεια για το Μπαμάκο προέκυψε από τις μεγάλες περιοχές σκοτεινού εδάφους που καλύπτεται από χαμηλούς και αραιούς θάμνους. Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του Μπαμάκο ήταν η ταχεία αστική επέκταση στην κεντρική περιοχή του. Η αστική γη του Καΐρου επεκτάθηκε κυρίως εντός της γυμνής γης και των καλλιεργήσιμων εκτάσεων. Για το του Ναϊρόμπι, η συνολική έκταση της αστικής κάλυψης γης σχεδόν διπλασιάστηκε κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου (από το 2000 έως το 2014), κυρίως εις βάρος των γυμνών εδαφών και η άλλη σημαντική αλλαγή ήταν από καλλιεργήσιμες εκτάσεις σε γυμνό έδαφος. Στην εικόνα 1 φαίνεται η μεταβολή της πυκνότητας της αστικής κάλυψης γης σε κάθε πλέγμα κυττάρων του 1 χλμ. (οι χάρτες για τις άλλες κατηγορίες δεν εμφανίζονται). Η σχέση μεταξύ της αλλαγής της αστικής πυκνότητας και της πυκνότητας του πληθυσμού δείχνει ότι το χωρικό πρότυπο των αλλαγών στην πυκνότητα του πληθυσμού ποικίλλει μεταξύ των τριών πόλεων. Η υψηλότερη αύξηση στην πυκνότητα του πληθυσμού σημειώθηκε στον πυρήνα της πόλης τόσο του Μπαμάκο όσο και του Ναϊρόμπι. Αντίθετα, η αύξηση του Καΐρου στην πυκνότητα του πληθυσμού ήταν πιο εμφανής στις προαστιακές περιοχές. Η ισχυρότερη συσχέτιση βρέθηκε στο Μπαμάκο (r = 0,28), ακολουθούμενη από το Ναϊρόμπι (r = 0,22) και το Κάιρο (r = 0,16). Είναι ενδιαφέρον ότι η αλληλουχία αυτών των τριών πόλεων με βάση το επίπεδο της συσχέτισης είναι αντιστρόφως ανάλογη με το βαθμό της αστικής ανάπτυξης των τριών πόλεων όσον αφορά την αστική πυκνότητα, δηλαδή, το Κάιρο είναι η πιο ανεπτυγμένη, ακολουθούμενη από το Ναϊρόμπι και το Μπαμάκο. Ωστόσο, η θετική συσχέτιση δείχνει ότι η αστική πυκνότητα έτεινε να αυξάνεται με την πυκνότητα του πληθυσμού.
5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπησης και μια τεχνική βασισμένη σε πλέγμα κυττάρων, η παρούσα μελέτη εξέτασε και συνέκρινε τα χωροχρονικά πρότυπα και δυναμικές της αστικής ανάπτυξης σε τρεις Αφρικανικές πρωτεύουσες, δηλαδή το Μπαμάκο, το Κάιρο και το Ναϊρόμπι. Το Μπαμάκο, ταξινομημένο ως μια μικρού μεγέθους Αφρικανική πρωτεύουσα, είχε το μεγαλύτερο ρυθμό αστικής ανάπτυξης (5,37% το χρόνο), το οποίο ήταν σε βάρος της γυμνής γης και των χώρων πρασίνου (λιβάδια και δάση). Σε αντίθεση, το Κάιρο, ταξινομημένο ως την μεγαλύτερου μεγέθους Αφρικανική πρωτεύουσα, είχε τον μικρότερο ρυθμό αστικής ανάπτυξης (2,79% το χρόνο) και το Ναϊρόμπι, ταξινομημένο ως μια μεσαίου μεγέθους Αφρικανική πρωτεύουσα, είχε ένα ρυθμό αστικής ανάπτυξης της τάξης των 4,99% το χρόνο. Επιπλέον, η αστική επέκταση τόσο του Καΐρου όσο και του Ναϊρόμπι συνέβη κυρίως στα γυμνά τους εδάφη. Ωστόσο, σε αντίθεση με το Κάιρο, οι πράσινοι χώροι του Ναϊρόμπι (ειδικά οι καλλιεργούμενες εκτάσεις) μειώθηκαν. Υπήρξε απόδειξη για μια αδύναμη, αλλά σημαντικά θετική σχέση μεταξύ της αύξησης του πληθυσμού και της αστικής επέκτασης σε όλες τις τρεις πόλεις.
