Linking land cover dynamics with driving forces in mountain landscape of the Northwestern Iberian Peninsula

Από RemoteSensing Wiki

Αντικείμενο

Στην παρούσα μελέτη εξετάζεται εάν το τοπίο Gerês-Xurés, μια ορεινή περιοχή της βορειοδυτικής Ιβηρικής Χερσονήσου, έχει υποστεί μεταβολές στις χρήσεις και καλύψεις γης, σε μια περίοδο 10 ετών (2000-2010), λαμβάνοντας υπόψη τις πυρκαγιές και τα μέτρα πολιτικής που έχουν εφαρμοστεί.

Εισαγωγή

Κατά τη διάρκεια του περασμένου αιώνα, το τοπίο στην Ευρώπη έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές που οδήγησαν στην αλλοίωση της μορφής του τοπίου, την εξαφάνιση δραστηριοτήτων που συνδέονται με τον παραδοσιακό αγροτικό τρόπου ζωής και την μείωση της βιοποικιλότητας. Αυτές οι πιθανές αλλαγές κρίνεται απαραίτητο να ανιχνευτούν, να μελετηθούν και να ποσοτικοποιηθούν προκειμένου να πραγματοποιηθεί ο κατάλληλος προγραμματισμός και η διαχείριση δράσεων για τη διατήρηση των λειτουργιών του οικοσυστήματος. Περιοχή μελέτης

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τρεις περιοχές που περιλαμβάνονται στο Gerês-Xurés Biosphere Reserve (περίπου 176,000ha συνολικά). Οι περιοχές αυτές βρίσκονται στο Βορειοδυτικό τμήμα της Ιβηρικής Χερσονήσου, σε γεωγραφικό πλάτος μεταξύ των 41◦3851 και 42◦858 και μήκος 7◦3839 και 8◦2543. Η πρώτη περιοχή είναι το Εθνικό Πάρκο Peneda Gerês (PGNP) στην Πορτογαλία, και η δεύτερη είναι το Εθνικό Πάρκο Baixa Limia-Serra do Xurés Natural Park (XNP) στη Γαλικία, στη Νοτιοδυτική Ισπανία. Ο τρίτος τομέας είναι οι μη προστατευόμενες περιοχές (UAA) δίπλα στο XNP 1). Το τοπογραφικό ανάγλυφο είναι περίπλοκο με υψόμετρο που κυμαίνεται από 15m σε 1513m, με μέση κλίση 13◦ (που κυμαίνονται μεταξύ 0◦ και 66◦).Το κλίμα είναι εύκρατο ωκεάνιο υπομεσογειακό και ο πιο κοινός τύπος βλάστησης είναι οι θαμνώνες. Συναντώνται επίσης, βελανιδιές και πεύκα. Το τοπίο έχει επηρεαστεί έντονα από την ανθρώπινη δραστηριότητα, αν και το τρέχον επίπεδο μόλυνσης είναι αρκετά χαμηλό. Στην περιοχή παρατηρείται μείωση του πληθυσμού και εγκατάλειψη των παραδοσιακών γεωργικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων.

Ανάλυση δεδομένων

Προκειμένου να αξιολογηθεί η υπόθεση, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα που αποκτήθηκαν από τον Landsat TM και από αισθητήρες ETM +satellite όπως επίσης και από βοηθητικά δεδομένα από προηγούμενη έρευνα που βασίζεται στην ανάλυση των χρονοσειρών των δεδομένων τηλεπισκόπησης και από αεροφωτογραφίσεις στην περιοχή μελέτης. Οι εικόνες από τον Landsat πάρθηκαν κατά τη διάρκεια της άνοιξης και του καλοκαιριού ώστε να παρατηρηθούν εποχικές διαφορές στη φαινολογία των φυλλοβόλων ειδών. Οι εικόνες αυτές, βαθμονομήθηκαν ραδιομετρικά χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο λαμβάνοντας υπόψη τις ατμοσφαιρικές επιδράσεις, την ηλιακή γωνία πρόσπτωση, το ανάγλυφο, και τις σκιάσεις. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε η ταξινόμηση μέγιστης πιθανόφάνειας, καθώς και άλλες πέντε προσεγγίσεις που παρείχαν πληροφορίες για τη σύγκριση των θεματικών χαρτών. Η διαδικασία ταξινόμησης βασίστηκε στις ραδιομετρικές πληροφορίες από ανακλαστικές λωρίδες (ζώνες ανάκλασης 1-5 και 7 (LD7), NDVI και SAVI, στις βοηθητικές μεταβλητές (ένα Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους, DTM, το οποίο περιελάμβανε το DEM και το Digital Slope Model) , στην απόσταση από τα ποτάμια και τα κτίρια, σε τοπογραφικούς και κλιματικούς χάρτες και τέλος στα δεδομένα που προέκυψαν από έρευνα πεδίου. Στους κλιματικούς χάρτες λήφθηκε υπόψη η μέση τιμή και η μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία όπως επίσης και ο ρυθμός καθίζησης και η ηλιακή ακτινοβολία του Ιουνίου. Εκτός από το ποσοστό του συντελεστή ανάκλασης, οι μεταβλητές επανακλιμακώθηκαν σε πραγματικό τύπο δεδομένων μεταξύ 0 και 100 και εφαρμόστηκε ένα εκλεκτικό φίλτρο στα αποτελέσματα, αντικαθιστώντας τις αταξινόμητες τιμές για την πλειοψηφική αξία σε ένα παράθυρο συνέλιξης των 5 × 5 κελιών. Για τη δημιουργία των χαρτών χρήσης / κάλυψης γης (LULC) πραγματοποιήθηκε η ταξινόμηση μέγιστης πιθανοφάνειας και άλλες προσεγγίσεις που παρείχαν πληροφορίες για τη σύγκριση των κατηγορηματικών χαρτών (parallelepiped distance, minimum distance, Mahalanobis distance, artificial neuronal networks, and support vector machines). Τέλος, δημιουργήθηκε ένας χάρτης με τις ακόλουθες χρήσεις / κάλυψης γης : (1)βραχώδεις περιοχές: βραχώδη εδάφη με λιγότερο από 20% κάλυψη από βλάστηση (2) μικτές πετρώδεις και θαμνώδεις περιοχές: βραχώδη εδάφη με εύρος μεταξύ 20-80% θαμνώνων (3)θαμνώδεις εκτάσεις: περιοχές με ένα εύρος μεταξύ 80-100% θαμνώνων (4) καμένες περιοχές (5) περιοχές αραιής βλάστησης: περιοχές με φτωχά εδάφη με λίγη βλάστηση, αλλά με μία διαφορετική φασματική συμπεριφορά από τις άλλες κατηγορίες, και κατά πάσα πιθανότητα πρώην καμένες περιοχές (6)Δάση βελανιδιάς: ενδημικά δάση δρυός (7) πευκοδάση: ώριμα κωνοφόρα δάση (8)λιβάδια και καλλιέργειες (9)Ανθρώπινοι οικισμοί: περιλαμβάνει αγροτικές και αστικές περιοχές, κτίρια, και δρόμους (10)φράγματα (11) γυμνό έδαφος: περιλαμβάνει τα άκρα των φραγμάτων, μεγάλους αμμόδρομους, και επιφανειακές εξορύξεις. Τα «λιβάδια και καλλιέργειες» και οι «ανθρώπινοι οικισμοί» αντιπροσώπευαν το μεγαλύτερο ποσοστό. Για τον προσδιορισμό των κατηγοριών χρησιμοποιήθηκαν ο NDVI και διάφορα Σύνθετα RGB. Ως αναφορά την ακρίβεια των χαρτών χρήσεων/ καλύψεων γης, αυτή εκτιμήθηκε με τη σύμπτυξη μητρών με βάση τον αριθμό των ιχνοστοιχείων που ταξινομούνται ανά κατηγορία αφού πρώτα έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων που προήλθαν από διαφορετικές μεθόδους ταξινόμησης. Για την εκτίμηση της αβεβαιότητας που προέρχεται από τη δυναμικά εσφαλμένη κατανομή και μπορεί να οδηγήσει σε επικαλύψεις, υπολογίστηκαν χάρτες αβεβαιότητας μέσα από μια μεθοδολογία που βασίζεται σε ασαφείς διαδικασίες ταξινόμησης και δείκτες σύγχυσης. Η μελέτη έγινε σε δύο επίπεδα ανάλυσης, σε επίπεδο τοπιού και τοπικό και προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές στις χρήσεις/ καλύψεις γης πραγματοποιήθηκε μια σύγκριση μεταταξινόμησης των χαρτών.

Ανάλυση αποτελεσμάτων

Σε επίπεδο τοπίου

Για την ανάλυση των αλλαγών στις καλύψεις γης σε επίπεδο τοπίου, διασταυρώθηκαν δεδομένα τηλεπισκόπησης προερχόμενα από χάρτες προκειμένου να επιτευχθεί μια μήτρα μετάβασης για την ποσοτικοποίηση της χωρικής έκταση που είχε χαθεί ή αποκτηθεί από ένα δεδομένο τύπο κάλυψης γης για όλη την περίοδο μελέτης 2000-2010. Επίσης, υπολογίσθηκε η συνολική έκταση (ha) για κάθε μία θεματική κατηγορία και για τα δύο έτη. Επιπλέον, για την αξιολόγηση χρονικών αλλαγών στην κάλυψη γης ψηφιοποιήθηκαν raster χάρτες και υπολογίστηκε το ποσό της επικάλυψης μεταξύ πολυγώνων της ίδιας κατηγορίας σε διαφορετικά έτη. Ακόμα, υπολογίστηκαν οι μήτρες μετάβασης και τρεις δείκτες για το χρονικό διάστημα 2000-2010 για κάθε κατηγορία. Στην περιοχή μελέτης, ανιχνεύτηκε μια ισχυρή μείωση των κατηγοριών «λιβάδια και καλλιέργειες» και «αραιή βλάστηση »υπέρ των δασών δρυός και θαμνώνων.. Σύμφωνα με τα δεδομένα αυτά, σε δήμους της Γαλικίας που περιλαμβάνονται στις περιοχές μελέτης, οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις μειώθηκαν κατά 40%. Η μείωση στα «λιβάδια και καλλιέργειες», σχετίζεται σαφώς με την εξολόθρευση και την επακόλουθη εγκατάλειψη των παραδοσιακών δραστηριοτήτων γεωργοκτηνοτροφικά. Άλλα Μεσογειακά ορεινά τοπία δείχνουν επίσης μια πτώση στην εκτατική γεωργίας και μείωση των βοσκότοπων κυρίως λόγω της εγκατάλειψης της γης που φαίνεται σε περιοχές με χαμηλή βλάστηση και αργότερα σε δάση. Οι «Μικτές βραχώδεις και θαμνώδεις» περιοχές αυξήθηκαν ενώ οι θαμνώδεις περιοχές αντικαταστάθηκαν από δάση δρυός σε ορισμένες περιοχές. Οι περιοχές που καταλαμβανόταν προηγουμένως από «μικτές βραχώδεις και θαμνώνες» και τα « λιβάδια και καλλιέργειες» έχουν αποικιστεί από θάμνους και δάση ως συνέπεια της μείωσης της παραδοσιακής γεωργικής και κτηνοτροφικής δραστηριότητας. Έτσι, κατά τη διάρκεια των τελευταίων δέκα ετών, η επέκταση των δασών δρυός αυξήθηκε, ενώ τα δάση που υπήρχαν κατά την αρχή της περιόδου δεν έχουν μεταβληθεί σημαντικά. Τα μέτρα πολιτικής για την κοπή των δασών της βελανιδιάς στη δεκαετία του 1990 βοήθησε να αποφευχθεί μια μαζική εξάλειψη αυτών των δασών. Τα πευκοδάση αυξήθηκαν σημαντικά σε XNP και UAA, ενώ μειώθηκαν σε ορισμένες ζώνες της PNPG Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα δάση πεύκης στην περιοχή είναι συνέπεια της προηγούμενης δασικής διαχείρισης που ήταν προσανατολισμένη σε κοινωνικά και οικονομικά συμφέροντα είναι εμφανές ότι η εγκατάλειψη της υπαίθρου και της δασοκομίας αποτελούν τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν τη χωροχρονική δυναμική του τοπίου στις περιοχές μελέτης. Παρ 'όλα αυτά, οι περιοχές μελέτης έχουν υποβληθεί σε μαζική εγκατάλειψη της γης από τα μέσα του 20ου αιώνα, όπως και άλλες περιοχές της Ιβηρικής Χερσονήσου. Έτσι, πρόσφατα παρατηρήθηκαν διαδικασίες αλλαγής των καλύψεων γης που θα μπορούσαν, εν μέρει, να είναι συνέπεια των αλλαγών στις χρήσεις γης που συνέβησαν πολύ πριν από το 2000.

Σε τοπικό επίπεδο

Η ανάλυση αυτή συνίσταται στον καθορισμό των μεταβολών στην εδαφοκάλυψη σε ακτίνα 100 μέτρων γύρω από κάθε σημείο δειγματοληψίας. Για το σκοπό αυτό, υπολογίσθηκε το ποσοστό της περιοχής που συνδέεται με την κύρια κατηγορία κάλυψης γης για το 2000 και το 2010 με χάρτες buffer , όπου η μέγιστη απόσταση σε κάθε σημείο δειγματοληψίας ήταν 100 μ. Μετά τον έλεγχο για ομαλότητα, πραγματοποιήθηκε δοκιμή για ζεύγη δειγμάτων ώστε να καθορίσθει κατά πόσο υπήρχαν σημαντικές διαφορές. Τα αποτελέσματα προέρχονται από την ανάλυση του XNP σε τοπικό επίπεδο και είναι παρόμοια με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση σε επίπεδο τοπίου. Συγκεκριμένα, τα πευκοδάση και δρυοδάση αυξήθηκε σημαντικά, ενώ τα «λιβάδια και καλλιέργειες» και οι «θαμνώδεις περιοχές» μειώθηκαν. Αμετάβλητοι παρέμειναν οι «αστικοί οικισμοί» και οι «μικτές βραχώδεις και θαμνώδεις» περιοχές. Τέλος, οι «καμένες περιοχές» και οι «περιοχές αραιής βλάστησης» μειώθηκαν σημαντικά κατά την τελευταία δεκαετία. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για τη σύγκριση ανάμεσα στο τοπίο και στο τοπικό επίπεδο χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια δεδομένα Landsat, έτσι τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν εν μέρει να είναι μια γενίκευση των αλλαγών σε επίπεδο πεδίου.

Η εκτίμηση των επιπτώσεων των πυρκαγιών κατά την τελευταία δεκαετία

Στη μελέτη εξετάσθηκαν επίσης οι επιπτώσεις των πυρκαγιών στη δυναμική κάλυψης γης στις περιοχές μελέτης κατά τη διάρκεια του 2000-2010. Λαμβάνοντας υπόψη τα περιστατικά πυρκαγιάς και την ανάκτηση της βλάστησης μεταξύ 2000 και 2009 από τη διαθέσιμη χαρτογραφία της πορτογαλικής επικράτειας. Σύμφωνα με τα ευρήματα, κατά την περίοδο μεταξύ του 2000 και του 2009, οι επιπτώσεις των πυρκαγιών στην πορτογαλική επικράτεια ήταν αμετάβλητες Στην περιοχή της Γαλικίας, η επέκταση των πυρόπληκτων περιοχών μειώθηκε σημαντικά από το2006. Η τεράστιες επιπτώσεις των πυρκαγιών στην πορτογαλική μεριά δημιούργησαν νέες «δύσκολες περιοχές», ενώ από την ισπανική πλευρά οι επιπτώσεις δεν φαίνεται να αποτέλεσαν αποφασιστικό παράγοντα για το τοπίο τα τελευταία χρόνια. Οι διαφορές στο συνολικό ποσό εμβαδού που καίγονται στην περιοχή μελέτης μας κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων θα μπορούσε να οφείλεται σε μια ισχυρή και αποτελεσματική καταστολή της πολιτικής για τις πυρκαγιές στον τομέα της Γαλικίας. Αναλυτικά, οι νέες «βραχώδεις περιοχές» που παρήγθησαν κατά το 2010 προήλθαν από τα «μεικτές βραχώδεις και θαμνώδεις» περιοχές και «θαμνώνες» το οποίο αποδείχθηκε ότι ήταν οι κύριες καλύψεις γης που επλήγησαν από πυρκαγιές κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ακολουθούμενη από τα πευκοδάση και δρυοδάση και τις θαμνώδεις περιοχές. Οι πυρκαγιές επομένως, παρεμπόδισαν τη φυσική διαδικασία της δευτερογενούς διαδοχής και ευνόησαν την αύξηση των θαμνωδών περιοχών στην πορτογαλική περιοχή. Φαίνεται, ότι οι δασικές εκτάσεις, τα λιβάδια, και οι αραιές περιοχές βλάστησης είναι οι πλέον επιρρεπείς καλύψεις γης στη φωτιά. Επιπλέον, η δασοκάλυψης φυλλοβόλων είναι το αποτέλεσμα του αποικισμού των πρώην «λιβαδιών και καλλιεργειών» και «θαμνωδών εκτάσεων», αλλά και αποτέλεσμα αποικισμού προηγουμένως καμένων περιοχών. Οι καλύψεις γης στις αρχές του 21ου αιώνα εξακολουθούν να επηρεάζονται από την εγκατάλειψη της υπαίθρου του περασμένου αιώνα.

Συμπεράσματα

Η πιθανή επίδραση των δασικών πυρκαγιών αξιολογήθηκε από στατιστικά και χωρικά στοιχεία πυρκαγιών. Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι η εγκατάλειψη της γης και οι δασοκομικές δραστηριότητες είναι οι κύριοι παράγοντες που προκάλεσαν τις αλλαγές στη μορφή του τοπίου. Συγκεκριμένα, βρήκαμε μια μεγάλη μείωση της κατηγορίας «λιβάδια και καλλιέργειες» και «αραιές περιοχές βλάστησης» υπέρ των δασών και δασικών εκτάσεων. Επιπλέον, ο τεράστιος αντίκτυπος των πυρκαγιών στην πορτογαλική πλευρά έχει δημιουργήσει νέες «δύσκολες περιοχές», ενώ για την Ισπανική πλευρά οι επιπτώσεις της δεν φαίνεται να αποτέλεσαν αποφασιστικό παράγοντα για τη δυναμική του τοπίου τα τελευταία χρόνια. Συμπεραίνουμε ότι για την εγκατάλειψη της υπαίθρου τον περασμένο αιώνα, οι διαφορές στη διαχείριση της γης και οι πολιτικές καταστολής της πυρκαγιάς μεταξύ των δύο χωρών και των διαφόρων μηχανισμών προστασίας θα μπορούσε να εξηγήσει εν μέρει τα διαφορετικά πρότυπα των αλλαγών που καταγράφονται σε αυτές τις καλύψεις.

Πηγή [1]