LARGE-SCALE MONITORING OF SNOW COVER AND RUNOFF SIMULATION IN HIMALAYAN RIVER
Από RemoteSensing Wiki
LARGE-SCALE MONITORING OF SNOW COVER AND RUNOFF SIMULATION IN HIMALAYAN RIVER BASINS USING REMOTE SENSING
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: W.W. Immerzeel a,b,⁎, P. Droogers a, S.M. de Jong b, M.F.P. Bierkens b
ΠΗΓΗ:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425708002575
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τα Ιμαλάια και το Θιβέτ αποτελούν την πηγή όλων των μεγάλων ποταμών της Ασίας, την παρόχθια ζώνη των οποίων, ανάντη και κατάντη, ζει ένα μεγάλο σύνολο πληθυσμών. Οι κατακρημνίσεις στα ανάντη των ποταμών γίνονται με τη μορφή χιονόπτωσης, καθυστερώντας, έτσι, την ανανέωσή τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να επηρεάζεται η διαθεσιμότητα του νερού, για τις περιοχές που το χρησιμοποιούν για τις αρδευτικές τους ανάγκες, τους μήνες των γεωργικών δραστηριοτήτων. Υψίστης σημασίας είναι η διακύμανση της κλιματικής αλλαγής, με την συνεχόμενη αύξηση της θερμοκρασίας, να αυξάνει τους ρυθμούς τήξης των πάγων, ειδικά στα πιο βόρεια γεωγραφικά πλάτη. Αυτό, πρακτικά, συνεπάγεται περεταίρω θέρμανση του πλανήτη, ειδικά της τροπόσφαιρας, σε υψόμετρα, δηλαδή που φθάνουν οι βουνοκορφές. Έχει σημειωθεί η μεγαλύτερη θερμοκρασία της τροπόσφαιρας σε υψόμετρο 3.500μ. ακριβώς δηλαδή πάνω από το Θιβέτ. Κύριος άξονας αυτής της μελέτης είναι i) η ανάλυση της χιονοκάλυψης στην Ασία με χρήση τηλεπισκόπησης , ii) εστιάζοντας στην λεκάνη του Ινδού ποταμού, όπου το λιώσιμο των πάγων αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για τη διαθεσιμότητα νερού, χρησιμοποιείται ένα βαθμονομημένο μοντέλο με το οποίο αναλύεται η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας, βροχόπτωσης, χιονοκάλυψης και απορροής.
2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ
Η μελέτη διεξάγεται μεταξύ των οροπεδίων Θιβέτ και Qinghai και των οροσειρών Hindu Kush-, Παμίρ, Karakoram και Himalaya, εκεί όπου υπάρχει μεγάλη διακύμανση των κατακρημνίσεων στο χώρο και το χρόνο και δημιουργία μουσώνων. Τους θερινούς μήνες (Ιούνιος-Σεπτέμβρης) εμφανίζονται ανατολικοί μουσώνες που προκαλούν έντονες βροχοπτώσεις, ενώ τους χειμερινούς μήνες, δυτικοί μουσώνες με τη μορφή χιονοπτώσεως. Η μοντελοποίηση της απορροής του χιονιού στη λεκάνη του Ινδού ποταμού γίνεται στα ανάντη του φράγματος Trabela, όπου μέχρι το σημείο αυτό ο ποταμός έχει μήκος 1.125 km και η λεκάνη έκταση 200.677 km2, ενώ η υψομετρική διαφορά κυμαίνεται από 335 m έως 8.238 m, δημιουργώντας μεγάλες κλιματολογικές μεταβολές εντός της ίδιας της λεκάνης. Το 90% της λεκάνης βρίσκεται υπό την σκιά των Ιμαλάϊων και δεν επηρεάζεται από τους θερινούς μουσώνες, ενώ το 10% απροστάτευτο από βουνά δέχεται και τις καλοκαιρινές τις κατακρημνίσεις (περίπου 340mm, με μέγιστο μεταξύ Φεβρουαρίου-Ιουλίου). Η απορροή είναι ένας συνδυασμός από την επιφανειακή απορροή του νερού των κατώτερων τμημάτων, μαζί με την απορροή του χιονιού και του πάγου των ανώτερων τμημάτων τις λεκάνης του ποταμού.
3. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Ακολουθήθηκαν τα κατωτέρω μοντέλα για τη συγκεκριμένη μελάτη:
3.1.1. MODIS snow cover
Στο Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), το χιόνι απεικονίζεται ως μια λωρίδα που προοδευτικά γίνεται ένα πλέγμα, Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης για την επιλεχθείσα περιοχή, χρησιμοποιήθηκε το MOD10C2, ένα κλιματικό μοντέλο με ανάλυση 0,05ο και διαθεσιμότητα 8 ημερών. Το πρόγραμμα MODIS, για την απεικόνιση της χιονοκάλυψης χρησιμοποιεί 2 κανάλια, τη μπάντα 4 (0,545 - 0,565 μm) και τη μπάντα 6 (Εγγύς υπέρυθρο) (1,628 - 1,652 μm). Τα κανάλια αυτά χρησιμοποιούνται για να υπολογιστεί το NDSI (Normalized Difference Snow Index) : NDSI =(band4 − band6)/(band4 + band6) Σε μη δασωμένες περιοχές, 1 pixel με NDVI≤0,4 αντιστοιχεί σε χιόνι, εάν η ανάκλασή του στη μπάντα 2 είναι ≥11% και στη μπάντα 4 ≥10%. Σε δασωμένες περιοχές, χρησιμοποιείται το Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).
3.1.2. TRMM precipitation
Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) : στην τεχνική αυτή χρησιμοποιούνται δεδομένα από πολλούς δορυφόρους, καθώς και το 3Β43, το οποίο είναι ένα μηνιαίο προιόν που εκτείνεται σε παγκόσμια ζώνη, από 50 ° Β και 50 ° Ν και ανάλυση 0.25ο. Αρχικά εκπέμπονται μικροκύματα από το TRMM και τους άλλους δορυφόρους και μετατρέπονται σε εκτίμηση βροχόπτωσης. Έπειτα, αποστέλλεται σήμα υπέρυθρης ακτινοβολίας, το οποίο στο τέλος συνδυάζεται με το αρχικό και παρέχουν ένα καλύτερο και πιο ολοκληρωμένο πλαίσιο εκτίμησης. Στο τελικό στάδιο της διαδικασίας, αθροίζονται όλοι οι συνδυασμοί μικροκυμάτων και υπέρυθρων σε ένα μηνιαίο ημερολόγιο και χρησιμοποιώντας έναν κάνναβο για τις κατακρημνίσεις, γίνονται οι απαραίτητες διορθώσεις.
3.1.3. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ
Χρησιμοποιήθηκε το climate research unit (CRU) και συγκεκριμένα το CRU TS 2.1, η νεότερη έκδοση, που παρέχει τις καλύτερες εκτιμήσεις διακύμανσης της θερμοκρασίας μηνιαίως, μιας και ελέγχεται από 7 διαφορετικούς σταθμούς.
3.2 RUNOFF MODELLING
Για τη μοντελοποίηση της απορροής της άνω λεκάνης του Ινδού ποταμού χρησιμοποιήθηκε το Snowmelt Runoff Model (SRM). Πρόκειται για ένα υδρολογικό μοντέλο σχετικά με την απορροή νερού και χιονιού ημερησίως σε ορεινές περιοχές. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τη μοντελοποίηση των επιπτώσεων από την τήξη των πάγων. Βρέθηκε ότι η λεκάνη του Ινδού ποταμού είναι στρωματοποιημένη σε 3 ζώνες, σύμφωνα με την καμπύλη ανύψωσης της περιοχής, στα 2000m, 4700m και 5000m, που αντιστοιχούν σε 30.497km2, 83.778km2 και 86.402km2. Σε κάθε ζώνη εφαρμόζεται το μοντέλο TRMM, χρησιμοποιώντας δεδομένα κατακρημνίσεων και χιονοκάλυψης από το MOD10C2. Το μοντέλο αυτό έτρεξε στην περιοχή μεταξύ 2001-2005.
4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ
4.1 Θερμοκρασία και τάσεις βροχόπτωσης
Για την περίοδο 1972-2002 σε όλη την περιοχή υπάρχει μια σαφής τάση θέρμανσης σε όλες τις εποχές, με ισχυρότερη τάση το χειμώνα και το πιο αδύναμη το καλοκαίρι. Στην άνω λεκάνη του Ινδού ποταμού, σε ετήσια βάση έχουμε αύξηση 0.028°C/yr στα 2000m έως 0.043°C/yr στα 5000 μ. Αυτό, σε συνδυασμό με τη μελέτη στις Άνδεις, εξηγεί την υψηλή άνοδο της θερμοκρασίας πάνω από οροπέδια, σε μεγάλα υψόμετρα, όπως συμβαίνει και στην περιοχή μελέτης μας.
4.2 Τάσεις Χιονοκάλυψης
Για την άνω λεκάνη του ποταμού, η τάση για χιονόπτωση είναι μεγαλύτερη την περίοδο της άνοιξης, ενώ για την ευρύτερη περιοχή τους χειμερινούς μήνες. Σε όλες τις λεκάνες απορροής ποταμών των Ιμαλαΐων υπάρχει μεγάλη χωρική διακύμανση στην κάλυψη χιονιού λόγω των μεγάλων κλιματικών και υψομετρικών διαφορών. Στην εικόνα 4 φαίνεται η εποχιακή έκταση και διαφοροποίηση της χιονοκάλυψης για το σύνολο της περιοχής. Υπάρχει μια σαφής σχέση με την ανύψωση και μια σαφή μείωση δυτικά-ανατολικά της ανθεκτικότητας της χιονοκάλυψης σε όλες τις εποχές του χρόνου, ειδικά στο άνω τμήμα της λεκάνης του Ινδού, όπου υπάρχουν μεγάλες περιοχές οι οποίες είναι καλυμμένες με χιόνι περισσότερο από το 90% του χρόνου κατά τη διάρκεια, καθώς επίσης τον χειμώνα και την άνοιξη, τα υψηλότερα τμήματα των Ιμαλάϊων δείχνουν επίσης επίμονη στη χιονοκάλυψη. Από την άλλη στο Θιβέτ υπάρχει μεγαλύτερη διακύμανση, με το χιόνι να καλύπτει μόνο σε ποσοστό 20% της χειμερινής/ανοιξιάτικης περιόδο. Με το ψηφιακό μοντέλο ανύψωσης (Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM)) σε συνδυασμό με το MOD10C2, προσδιορίστηκαν τα όρια της χιονοκάλυψης. Στην λεκάνη του Ινδού ποταμού, η γραμμή χιονιού κυμαίνεται από 2336μ. και το χειμώνα σε 4109μ. το καλοκαίρι. Η μικρότερη χιονοκάλυψη σε όλες τις λεκάνες που μελετήθηκαν, βρέθηκε να είναι τον μήνα Αύγουστο.
5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η χωρική και χρονική κάλυψη του χιονιού στα Ιμαλάια και χρησιμοποιήθηκε ένα υδρολογικό μοντέλο απορροών για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων της μειωμένης χιονοκάλυψης και της υποχώρησης των παγετώνων για την άνω λεκάνη του Ινδού ποταμού. Έτσι:
- Τηλεπισκόπηση επιτρέπει την ανίχνευση της χωροχρονικής χιονοκάλυψης σε μεγάλες δυσπρόσιτες περιοχές και παρέχει χρήσιμες πληροφορίες σε ένα κρίσιμο συστατικό του υδρολογικού κύκλου. Χρησιμοποιώντας ένα υδρολογικό μοντέλο με τη βοήθεια τηλεπισκόπησης (TRMM) για τις κατακρημνίσεις και μια βάση MODIS για τα χιονοκαλύμματα, επιτυγχάνεται η πρόβλεψη της ροής ρεύματος στην άνω λεκάνη του ποταμού με μεγάλη ακρίβεια.
- Σε όλη την έκταση των Ιμαλαίων και στο οροπέδιο του Θιβέτ, έχει παρατηρηθεί μια μεγάλη μεταβολή στην κάλυψη χιονιού και μια αυξανόμενη τάση από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Από όλες τις λεκάνες απορροής, η λεκάνη του Ινδού, έχει του δικούς τις υδάτινους πόρους που εξαρτώνται άμεσα από το χιόνι και τους πάγους που λιώνουν. Να αναφερθεί εδώ, ότι εντοπίστηκε σημαντική αρνητική τάση χιονοκάλυψης στην λεκάνη τους χειμερινούς μήνες
- Υπάρχουν ενδείξεις ότι η πλανητική θέρμανση επηρεάζει την υδρολογία της λεκάνης του ποταμού, αυξάνοντας το ρυθμό τήξης των πάγων. Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί με τη σειρά της να σχετίζεται με την κλιματική αλλαγή που οφείλεται σε ανθρωπογενή αίτια. Το συμπέρασμα αυτό προκύπτει από το γεγονός πως η μέση ετήσια βροχόπτωση κατά τη διάρκεια μιας περιόδου πέντε ετών είναι μικρότερη από την παρατηρούμενη ροή ρεύματος και υποστηρίζεται από τις θετικές τάσεις της θερμοκρασίας σε όλες τις εποχές. Ο ετήσιος ρυθμός τήξης συντηρητικά εκτιμάται σε 1% του συνολικού αποθέματος πάγου.
- Τα σενάρια κλιματικής αλλαγής που έχουν μελετηθεί και παρουσιάζονται εδώ μπορεί να έχουν μια ευεργετική επίδραση στη διαθεσιμότητα νερών στην λεκάνη του Ινδού ποταμού, και κατά συνέπεια στο γεωργικό δυναμικό της περιοχής.
