The Use of CORONA Images in Remote Sensing of Periglacial Geomorphology: An Illustration from the NE Siberian Coast

Από RemoteSensing Wiki

Στο άρθρο αυτό μελετάται μία περιοχή στα βορειοανατολικά της Σιβηρίας, η χερσόνησος Bykovsky με την γειτνιάζουσα κοιλάδα Khorogor, για περιπαγετώδη χαρακτηριστικά με την βοήθεια τηλεπισκοπικών εικόνων του δορυφόρου CORONA. Η χαρτογράφηση και η ανάλυση της περιοχής μελέτης πραγματοποιήθηκε με την χρήση ενός Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος (GIS) και τα χαρακτηριστικά που καταγράφηκαν περιλαμβάνουν θερμοκαρστικές υφέσεις, θερμοδιαβρωτικές κοιλάδες, θερμοδιαβρωτικές λεκάνες, θερμοκαρστικές λίμνες κ.α. Συνολικά το 50% της περιοχής μελέτης έχει υποστεί καθίζηση λόγω θερμικών παραγόντων.

Για την μελέτη περιπαγετώδων φαινομένων σε αρκτικές περιοχές έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν κυρίως φωτογραμμετρικές μέθοδοι, ενώ πιο πρόσφατα μελέτες περιλάμβαναν χαρτογράφηση βλάστησης, αλλαγών και γενικών χαρακτηριστικών των μόνιμα παγωμένων εδαφών (Permafrost). Στο παρόν το άρθρο αυτό αναδεικνύει την δυνατότητα υποκατάστασης φωτογραμμετρικών λήψεων με υψηλής ανάλυσης λήψεις του δορυφόρου CORONA.

Για τον δορυφόρο αυτό των Συστημάτων Παρακολούθησης των Γήινων Αποθεμάτων της Γεωλογικής Υπηρεσίας των Ηνωμένων Πολιτειών (EROS - USGS) αναφέρεται η μέγιστη χωρική ανάλυση των 0.6m.

Η περιοχή μελέτης έχει έκταση 258,7 km2 και αποτελείται από 2 ξεχωριστές γεωλογικές ενότητες, την οροσειρά Karaulakh στα δυτικά (κοιλάδα Khorogor) και την πεδιάδα αποθέσεων στα ανατολικά (χερσόνησος Bykovsky). Η ζώνη Permafrost σε αυτή την περιοχή έχει βάθος 300-500m και το ενεργό τμήμα έχει πάχος μεταξύ 30-50cm. Η περιοχή μελέτης χαρακτηρίζεται από ανυψωμένες επίπεδες επιφάνειες με μέσο υψόμετρο 40m συνδυασμένες με θερμοκαρστικές υφέσεις μέχρι το επίπεδο της θαλάσσης. Η θερμική διάβρωση στις ακτές οδηγεί σε απότομους γκρεμούς ύψους μέχρι 40m.

Εργασίες πεδίου και μελέτη της υπάρχουσας βιβλιογραφίας βοήθησαν σημαντικά στην φωτοερμηνεία των γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών που απεικονίζονται στις λήψεις του δορυφόρου CORONA. Οι 2 λήψεις που χρησιμοποιήθηκαν καλύπτουν μία έκταση 5.000km2 ενώ οι περιοχές μελέτης καταλαμβάνουν μόλις το 1/3 αυτής της έκτασης. Οι λήψεις σαρώθηκαν με ανάλυση 7μm. Σε αυτές εφαρμόστηκαν σχετικές ραδιομετρικές διορθώσεις και με την λήψη σημείων σύνδεσης στις κοινές περιοχές δημιουργήθηκε ένα μωσαϊκό εικόνων. Εν συνεχεία εφαρμόστηκε μία γραμμική έκταση ιστογράμματος για την βελτίωση της οπτικής ερμηνευσιμότητας της συνολικής εικόνας. Πρόκειται για ένα παγχρωματικό κανάλι με 8bit (256 αποχρώσεις του γκρι) ανά pixel και δεδομένης της σύνδεσης των αποχρώσεων του γκρι με την ανακλαστικότητα του εδάφους είναι δυνατή η ερμηνεία των χαρακτηριστικών του εδάφους, με σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε περιοχές υδατοσκεπείς ή αυξημένης υγρασίας ενώ ανοιχτά χρώματα αντιστοιχούν σε γυμνές επιφάνειες ή παγοσκεπείς εκτάσεις. Αναλόγως χρήσιμες είναι και οι σκιές ια την ερμηνεία γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών.

Η γεωαναφορά των δορυφορικών λήψεων σε τοπογραφικό χάρτη της περιοχής (κλίμακα 1:100.000) πραγματοποιήθηκε με την χρήση 82 σημείων ελέγχου εδάφους (GCPs), με την εφαρμογή πολυωνυμικού τρίτου βαθμού και διγραμμικής παρεμβολής για την επανατιμολόγηση των εικονοστοιχείων της εικόνας. Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα της γεωαναφοράς υπολογίζεται σε 16.86m και αποδίδεται σε κακής ποιότητας σάρωση για τον τοπογραφικό χάρτη που χρησιμοποιήθηκε και έλλειψη καλά εντοπίσιμων GCPs.

Για τις ανάγκες της μελέτης δημιουργήθηκε ένα ψηφιακό μοντέλο υψομέτρων (DEM) βασισμένο στα υψομετρικά στοιχεία του τοπογραφικού χάρτη με την χρήση του λογισμικού ArcGIS, για τον οποίο το μέσο κατακόρυφο σφάλμα υπολογίστηκε σε 0.49m . Εν συνεχεία από τα ίδια δεδομένα δημιουργήθηκε χάρτης κλίσεων και σκιασμένος χάρτης αναγλύφου οι οποίο βοήθησαν στην καλύτερη οπτική ερμηνεία των γεωμορφολογικών μορφών της παγχρωματικής εικόνας.

Ακολούθως με την χρήση των εύκολα εντοπίσιμων υδατοσκεπών περιοχών δημιουργήθηκε ένας δείκτης προσδιορισμού περιοχών νερού και ξηράς ο οποίος επαναπροσδιορίσθηκε πειραματικά αρκετές φορές για να επιτύχει το ζητούμενο επίπεδο ακρίβειας. Στα προβλήματα που εντοπίστηκαν αναφέρονται έντονες σκιάσεις, ύπαρξη πάγου, ιζημάτων και βλάστησης σε υδάτινα σώματα.

Μετά από σύγκριση των καταγεγραμμένων υδάτινων σωμάτων με τα χαρτογραφημένα του τοπογραφικού χάρτη προέκυψαν τα ακόλουθα αποτελέσματα: 145 κοιλάδες, 16 υφέσεις κ.α., με ελάχιστο μέγεθος υδάτινων σωμάτων 6m2 έναντι 186 m2 του ελάχιστου εντοπισμένου οπτικά από τις εικόνες και 278 m2 του ελάχιστου χαρτογραφημένου στον τοπογραφικό χάρτη. Αντίστοιχα ο αριθμός των υδάτινων σωμάτων είναι 25,050 έναντι 569 και 397. Οι μικρές αυτές λίμνες που τώρα χαρτογραφούνται έχουν μεγάλη συμμετοχή στα οικοσυστήματα της τούνδρας της περιοχής μελέτης και αυξάνουν κατά 2,4% περίπου την συνολική υδατοκάλυψη της περιοχής μελέτης.

Ολοκληρώνοντας το άρθρο οι συγγραφείς σχολιάζουν την αποδοτικότητα και οικονομική ευκολία που παρέχουν οι εικόνες CORONA ανάγοντάς τες σε πολύτιμο εργαλείο για προκαταρκτικές έρευνες και χαρτογραφήσεις προ των εργασιών πεδίου. Αναφέρεται ακόμη ο προσδιορισμός θερμοκαρστικών μορφών στο 50% της μελετούμενης περιοχής, και η υποδηλούμενη μεγάλη παρουσία πάγου εκεί. Τέλος αναφέρεται η σημαντικότητα της μελέτης των περιοχών αυτών που πλέον αλλάζουν με την κλιματική αλλαγή για την καταγραφή εκπομπών μεθανίου σε περιβάλλοντα τούνδρας.

[Guido Grosse, Lutz Schirrmeister, Viktor V. Kunitsky and Hans-Wolfgang Hubberten, The Use of CORONA Images in Remote Sensing of Periglacial Geomorphology: An Illustration from the NE Siberian Coast, Permafrost and Periglacial Processes 16: 163–172 (2005)]