Using Multi-Spectral Remote Sensing for Flood Mapping: A Case Study in Lake Vembanad, India
Από RemoteSensing Wiki
Χρήση πολυφασματικής τηλεπισκόπησης για τη χαρτογράφηση πλημμυρών: Περίπτωση μελέτης Vembanad, Ινδία
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Gemma Kulk, Shubha Sathyendranath, Trevor Platt, Grinson George
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Παρατήρηση της Γης, πλημμύρες, φυσικές καταστροφές, ορυζώνες, ποιότητα νερού
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Το νερό είναι ένας βασικός φυσικός πόρος, αλλά μπορεί να αποτελέσει και απειλή για τον άνθρωπο, με τις πλημμύρες να αποτελούν την πιο συχνή φυσική καταστροφή παγκοσμίως. Η παρατήρηση της Γης έχει τη δυνατότητα ανάπτυξης οικονομικά αποδοτικών μεθόδων για την παρακολούθηση του πλημμυρικού κινδύνου, με δωρεάν και ανοικτά δεδομένα σε παγκόσμια κλίμακα. Στην παρούσα μελέτη, παρουσιάζεται η εφαρμογή της τηλεπισκόπησης για τη χαρτογράφηση πλημμυρισμένων περιοχών, στο τροπικό σύστημα Vembanad-Kol-Wetland νοτιοδυτικά της Ινδίας. Τον Αύγουστο του 2018, η περιοχή αυτή γνώρισε μια εξαιρετικά έντονη περίοδο μουσώνων, η οποία προκάλεσε πλημμύρες που σημειώνονται μία φορά τον αιώνα και οδήγησαν σε σχεδόν 500 θανάτους και στον εκτοπισμό περισσότερων από ένα εκατομμύριο ανθρώπων. Εξετάζεται η χρήση των υφιστάμενων αλγορίθμων για τη χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών στη λίμνη Vembanad, χρησιμοποιώντας τις φασματικές ανακλάσεις της πράσινης, της κόκκινης και της εγγύς υπέρυθρης ζώνης από τον αισθητήρα MSI του Sentinel-2. Παρόλο που ο αισθητήρας MSI δεν έχει τη δυνατότητα διείσδυσης στα σύννεφα, φαίνεται ότι οι δείκτες MNDWI και AWEI μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία πλημμυρικών χαρτών από ορατές πολυφασματικές τηλεσκοπικές παρατηρήσεις για να συμπληρώσουν τις κατά βάση χρησιμοποιούμενες τεχνικές SAR για την ενίσχυση της χρονικής κάλυψης (από 12 έως 5 ημέρες). Επίσης δείχνουμε ότι η τοπική γνώση των πρακτικών καλλιέργειας ορυζώνων μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον αποκλεισμό των πλημμυρισμένων ορυζώνων και να βελτιωθεί η ακρίβεια των χαρτών πλημμύρας στη υπό μελέτη περιοχή. Η χαρτογράφηση των πλημμυρών που εξετάζονται στην παρούσα έρευνα έχει τη δυνατότητα να αποτελέσει μέρος ενός συνόλου λύσεων με βάση την πολυφασματική τηλεπισκόπηση στο ορατό φάσμα και δυνατότητες ταυτόχρονης παρακολούθησης της ποιότητας του νερού και του κινδύνου ύπαρξης παθογόνων μικροοργανισμών για τον άνθρωπο στο περιβάλλον.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Το τροπικό σύστημα Vembanad-Kol-Wetland (Εικ.1) είναι το δεύτερο μεγαλύτερο σύστημα υγροτόπων στην Ινδία και προστατεύεται από εθνικές και διεθνείς συνθήκες. Παρά το προστατευόμενο καθεστώς της, στην περιοχή υπάρχει εκτεταμένη ανάπτυξη. Από τη δεκαετία του 1800, μεγάλες εκτάσεις υγροτόπων προς νότια και ανατολικά της λίμνης Vembanad έχουν ανακτηθεί για την παραγωγή ρυζιού, και αυτοί οι ορυζώνες αποτελούν πλέον αναπόσπαστο τμήμα του τροπικού συστήματος Vembanad-Kol. Η ανάπτυξη της γεωργίας σε υγροτόπους οδήγησε σε σημαντικές αλλαγές στην υδρολογία της λίμνης Vembanad με συνέπειες τόσο για την ποιότητα του νερού όσο και για τις λειτουργίες του υγροτόπου, όπως η ικανότητα ελέγχου των πλημμυρών. Πρόσθετες πιέσεις όπως τα οικιακά απόβλητα και λύματα, η βιομηχανική ρύπανση, ο ευτροφισμός και την προσβολή από υδρόβια ζιζάνια έχουν υποβαθμίσει το οικοσύστημα της λίμνης Vembanad, και η περιοχή θεωρείται πλέον μία από τις πιο μολυσμένες εκβολές στην Ινδία με υψηλά επίπεδα αιωρούμενης και διαλυμένης ύλης και επικράτηση παθογόνων βακτηρίων.
Τον Αύγουστο του 2018, η νοτιοδυτική Ινδία βίωσε μια εξαιρετικά έντονη περίοδο μουσώνων (Εικόνα 2), η οποία προκάλεσε μεγάλες πλημμύρες στην περιοχή της λίμνης Vembanad. Παρόλο που οι πλημμύρες κατά την περίοδο των μουσώνων δεν είναι ασυνήθιστες στην περιοχή, οι πλημμύρες του Αυγούστου 2018 περιγράφηκαν ως ένα γεγονός που συμβαίνει εξαιρετικά σπάνια, με περισσότερους από 500 νεκρούς και πάνω από 14 εκατομμύρια ανθρώπους να εκτοπίζονται στην πολιτεία της Κεράλα. Υπό αυτές τις συνθήκες, η ακριβής χαρτογράφηση της πλημμύρας αποτελεί βασική υπηρεσία για την υποστήριξη των τοπικών αρχών στην επιλογή των πιο ευάλωτων περιοχών με στοχευμένες αποστολές διάσωσης, καθώς και στην ιεράρχηση της υγειονομικής περίθαλψης για την αποφυγή κρουσμάτων ασθενειών. Το ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR) του Sentinel-1 είναι ένας δορυφορικός αισθητήρας που μπορεί να προσφέρει μια τέτοια υπηρεσία. Ενώ το SAR λειτουργεί τόσο κατά τη διάρκεια της νύχτας όσο και κατά την διάρκεια της ημέρας, είναι ανηπερέαστο από τις καιρικές συνθήκες, η χρονική κάλυψη του Sentinel-1 στην περιοχή της λίμνης Vembanad είναι σχετικά χαμηλή, με χρόνο επανάληψης 12 ημέρες. Συνεπώς, για την ταχεία και αποτελεσματική χαρτογράφηση των πλημμυρών, είναι σημαντικό να εξεταστεί η χρήση άλλων δορυφόρων αισθητήρων για την κάλυψη των κενών του Sentinel-1.
Τόσο οι αισθητήρες χρώματος ωκεανών όσο και οι πολυφασματικοί δορυφορικοί αισθητήρες, συμπεριλαμβανομένου των δορυφόρων MODIS, Landsat 5, 7 και 8, και Sentinel-2, έχουν χρησιμοποιηθεί για τη χαρτογράφηση των επιφανειακών υδάτων και των πλημμυρών. Η προσέγγιση βασίζεται στη χρήση αλγορίθμων δεικτών νερού που χρησιμοποιούν τη διαφορά μεταξύ της ασθενούς ανάκλασης του νερού στο ορατό φως σε σχέση με την ισχυρή απορρόφηση του στην υπέρυθρη ζώνη, προκειμένου να γίνει διάκριση του νερού από τη γη, το έδαφος, τη βλάστηση και τα κτίρια. Συνήθως οι χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι περιλαμβάνουν τον δείκτη νερού κανονικοποιημένης διαφοράς, την τροποποιημένη έκδοση αυτού του δείκτη και τον αυτοματοποιημένος δείκτης εξαγωγής νερού.
Εδώ, εξετάζουμε τη χρήση τεσσάρων υφιστάμενων αλγορίθμων για τη χαρτογράφηση του νερού και της γης με τη χρήση του φασματικών ανακλάσεων της πράσινης, της κόκκινης και της υπέρυθρης ζώνης από τον πολυφασματικό απεικονιστή (MSI) του Sentinel-2 για τη χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών κοντά στη λίμνη Vembanad, τον Αύγουστο του 2018. Αυτή η μέθοδος που βασίζεται σε φασματικούς δείκτες νερού έχει προηγουμένως θεωρηθεί φιλική προς τον χρήστη και με χαμηλό υπολογιστικό κόστος. Εξετάζουμε την ακρίβεια της κανονικοποιημένης διαφοράς δείκτη νερού (NDWI), του τροποποιημένου δείκτη κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (MNDWI), του δείκτη αναλογίας νερού (WRI) και τον αυτοματοποιημένο δείκτη εξαγωγής νερού (AWEI) για την οριοθέτηση πλημμυρισμένων περιοχών στον υγρότοπο Kol-Vembanad σε σύγκριση με τεχνικές SAR. Επιπλέον, χρησιμοποιούμε τις τοπικές γνώσεις για την καλλιέργεια ορυζώνων για τον εντοπισμό περιοχών οι οποίες είναι πλημμυρισμένες με νερό σε εποχιακή βάση. Αν και ο αισθητήρας MSI δεν μπορεί να δει μέσα από σύννεφα, δείχνουμε ότι η τηλεπισκόπηση με πολυφασματική ορατή ραδιομετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να να δημιουργηθούν χάρτες πλημμυρών που να συμπληρώνουν τις τεχνικές SAR για την ενίσχυση της χρονικής κάλυψης (~5 ημέρες).
ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ
Το τροπικό σύστημα Vembanad-Kol βρίσκεται στην πολιτεία της Κεράλα κατά μήκος της νοτιοδυτικής ακτής της Ινδίας. Η λίμνη Vembanad είναι η δεύτερη μεγαλύτερη λίμνη της Ινδίας, η οποία εκτείνεται σε μήκος περίπου 100 χιλιομέτρων και καλύπτει πάνω από 241 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Η λίμνη είναι ημίκλειστη και συνδέεται με την Αραβική Θάλασσα στο Kochi (Εικόνα 1) και βορειότερα. στο Ahzeekode, και χωρίζεται σε βόρεια και νότια περιοχή από ένα τεχνητό φράγμα (Thanneermukkom Bund, Σχήμα 1). Η λίμνη Vembanad χαρακτηρίζεται από υφάλμυρα νερά στα βόρεια και γλυκά νερά στα νότια, εκτός από τις περιόδους των νοτιοδυτικών μουσώνων. (Ιούνιος-Σεπτέμβριος), όπου ολόκληρη η λίμνη μετατρέπεται σε λεκάνη γλυκών υδάτων. Το βάθος της της λίμνης κυμαίνεται από 1,5 έως 6 μέτρα στις περισσότερες τοποθεσίες και οι κύριοι δίαυλοι ναυσιπλοΐας κοντά στο Kochi διατηρούνται σε βάθος 15 έως 16 m μέσω βυθοκόρησης. Έξι ποτάμια που αποτελούν το ~30% των συνολικών επιφανειακών υδάτινων πόρων της Κεράλα, εκβάλλουν στην λίμνη με συνολική έκταση αποστράγγισης ~12.000 km2 και ετήσια επιφανειακή απορροή (21.900 mm3).
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Εγγειοβελτιωτικές εργασίες μεγάλης κλίμακας για την κατασκευή κτιρίων και την καλλιέργεια ρυζιού σε πόλντερ. έχουν επηρεάσει το υδατικό ισοζύγιο του συστήματος Vembanad-Kol-Wetland, καθιστώντας το ευάλωτο σε εκτεταμένες πλημμύρες λόγω των υψηλών παροχών των ποταμών κατά τη διάρκεια των νοτιοδυτικών μουσώνων. Το Kuttanad, μια χαμηλού υψομέτρου περιοχή νότια του Thanneermukkom Bund, είναι ιδιαίτερα ευάλωτη. Η περιοχή αυτή βρίσκεται κυρίως κάτω από επίπεδο της θάλασσας και υφίσταται σοβαρές πλημμύρες κάθε χρόνο κατά τη διάρκεια των δύο υγρών εποχών. Το Thottapilly τέθηκε σε λειτουργία το 1955 για τη μείωση των πλημμυρών, αλλά ο υπερχειλιστής δεν μπορεί να εκφορτίσει περισσότερο από το ένα τρίτο (δηλαδή ~550 m3) της σχεδιασμένης χωρητικότητάς του. Διάφοροι παράγοντες, όπως το κλίμα, η τοπογραφία, οι χρήση γης, οι ανθρώπινες παρεμβάσεις και το χαμηλό επίπεδο της υφιστάμενης αντιπλημμυρικής προστασίας, συνδέονται με τον αυξημένο κίνδυνο πλημμύρας στο σύστημα Vembanad- Kol-Wetland, αλλά και με το γεγονός ότι τα πλημμυρικά φαινόμενα έχουν γίνει πιο σοβαρά τις τελευταίες δεκαετίες. Οι πλημμύρες έχουν σοβαρές αρνητικές επιπτώσεις στην παραγωγή ρυζιού στην περιοχή της λίμνης Vembanad και τα περιορισμένα μέτρα αντιπλημμυρικής προστασίας, όπως τα προστατευτικά αναχώματα των πόλντερς, συχνά σπάνε κατά τη διάρκεια ισχυρών βροχοπτώσεων. Στην παρούσα μελέτη, επικεντρωνόμαστε στις πλημμύρες μεγάλης κλίμακας κατά την περίοδο των μουσώνων τον Αύγουστο του 2018, όταν πρωτοφανή υψηλά επίπεδα ημερήσιας βροχόπτωσης καταγράφηκαν στην περιοχή της λίμνης Vembanad (Εικόνα 2). Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε φαίνεται στα παρακάτω βήματα:
Πολυφασματικά δεδομένα τηλεπισκόπησης
Οι εικόνες Sentinel-2A και -2B Multi-spectral imager (MSI) για τη λίμνη Vembanad λήφθηκαν από το Copernicus Open Access Hub (https://scihub.copernicus.eu; Η πρόσβαση έγινε από τις 6 Ιανουαρίου 2021 και μετά- επίπεδο-1C. Τα προϊόντα του επιπέδου-1C υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με χωρική ανάλυση 10 m χρησιμοποιώντας το ACOLITE με την εφαρμογή σκοτεινού φάσματος για την εκτέλεση της ατμοσφαιρικής διόρθωσης και ελήφθησαν τηλεσκοπικές ανακλάσεις για περαιτέρω ανάλυση.
Αλγόριθμοι δεικτών νερού
Τα επεξεργασμένα δεδομένα του Sentinel-2 χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της κάλυψης με νερό της λίμνης Vembanad, χρησιμοποιώντας τους υπάρχοντες αλγόριθμους δεικτών νερού. Αυτοί οι αλγόριθμοι βασίζονται στην ασθενή ανάκλαση του νερού σε μήκη κύματος στο ορατό φως και στην ισχυρή απορρόφηση στο υπέρυθρο φως. Δηλαδή τα μήκη κύματος, χρησιμοποιούνται για τη διάκριση του νερού από τη γη, το έδαφος, τη βλάστηση και τα κτίρια. Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις αλγόριθμοι δεικτών νερού. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν οι δείκτες NDWI, MNDWI, WRI και AWEI.
Χαρτογράφηση πλημμυρών με την χρήση του Sentinel-2
Αν και οι δείκτες νερού έδειξαν υψηλή ακρίβεια (99,1-100%) για τη χαρτογράφηση των επιφανειακών υδάτων, αρκετές μελέτες έδειξαν ότι η ακρίβεια μπορεί να βελτιωθεί με την προσαρμογή κατωφλίων για τα υδάτινα και μη υδάτινα εικονοστοιχεία. Στην παρούσα μελέτη, το κατώφλι για κάθε δείκτη νερού καθορίστηκε με την ανάλυση των ιστογραμμάτων των πολυφασματικών τηλεπισκοπικών εικόνων που χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία του μόνιμου χάρτη υδάτινων σωμάτων της λίμνης Vembanad.
Στη συνέχεια, καταρτίστηκε ένας μόνιμος χάρτης υδάτινων σωμάτων της λίμνης Vembanad υπό μη πλημμυρικές συνθήκες, με τη χρήση εικόνων με καθαρό ουρανό από τον Ιανουάριο έως τον Μάρτιο, μια περίοδο κατά τη διάρκεια της ξηρής περιόδου κατά την οποία αναμένουμε ελάχιστη κάλυψη νερού στη λίμνη Vembanad με περιορισμένη επιρροή από βροχοπτώσεις ή/και γεωργικές δραστηριότητες (π.χ. σκόπιμες πλημμύρες σε χωράφια καλλιέργειας ρυζιού). Εικόνες από το Sentinel-2A στις 3 Φεβρουαρίου 2017 και στις 25 Μαρτίου 2019 και από το Sentinel-2B στις 14 Ιανουαρίου 2018, 3 Φεβρουαρίου 2018, 23 Φεβρουαρίου 2018 και 9 Ιανουαρίου 2019 χρησιμοποιήθηκαν για να τη δημιουργία του μόνιμου χάρτη υδάτινων σωμάτων. Τα εικονοστοιχεία που είχαν επισημανθεί ως ύδατα και στις έξι εικόνες με καθαρό ουρανό για κάθε έναν από τους δυαδικούς δείκτες νερού, χαρακτηρίστηκαν ως νερό στον μόνιμο χάρτη υδάτων και όλα τα υπόλοιπα εικονοστοιχεία αποδόθηκαν ως μη ύδατα (Εικόνα 3). Ο χάρτης μόνιμων υδάτων της λίμνης Vembanad συγκρίθηκε με τους δυαδικούς δείκτες νερού/μη νερού των εικόνων Sentinel-2 για τη δημιουργία πλημμυρικών χαρτών, επισημαίνοντας τα εικονοστοιχεία που βρίσκονται εκτός της βασικής έκτασης νερού στην λίμνη Vembanad ως πλημμυρισμένα (Σχήμα 3). Για τη χαρτογράφηση των πλημμυρών τον Αύγουστο του 2018, χρησιμοποιόθηκε μια εικόνα Sentinel-2B από τις 22 Αυγούστου 2018.
Παρατηρήσεις ραντάρ συνθετικού ανοίγματος
Η μέθοδος χαρτογράφησης πλημμυρών με βάση τις παρατηρήσεις της πολυφασματικής τηλεπισκόπησης, συγκρίθηκε με μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο που βασίζεται σε παρατηρήσεις ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR). Οι εικόνες SAR Sentinel-1A και -1B ανακτήθηκαν από το Copernicus Open Access Hub.
Εν ολίγοις, οι εικόνες SAR βαθμονομήθηκαν χρησιμοποιώντας ραδιομετρική διόρθωση για να ληφθούν οι συντελεστές οπισθοσκέδασης του ραντάρ, και στη συνέχεια οι εικόνες φιλτραρίστηκαν για την απομάκρυνση του θορύβου με τη χρήση φίλτρου speckle (Lee, 7 7) στο SNAP. Οι επεξεργασμένες εικόνες επαναπροβλήθηκαν (WGS84) χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο εύρους εδάφους Doppler και πολλαπλά πλακίδια που καλύπτουν τη λίμνη Vembanad συνδυάστηκαν και περικόπηκαν με τη χρήση του ψηφιδωτού εργαλείου στο SNAP.
Ανάλυση Ακρίβειας
Η ακρίβεια της μεθόδου χαρτογράφησης των πλημμυρών με βάση την πολυφασματική τηλεπισκόπηση εκτιμήθηκε με τη σύγκριση των εικόνων Sentinel-1 και -2 με τη χρήση της μεθόδου της ακρίβειας του παραγωγού, της ακρίβειας του χρήστη, τη συνολική ακρίβεια, τον κρίσιμο δείκτη επιτυχίας και τον συντελεστή kappa.
Επαλήθευση των δορυφορικών χαρτών πλημμύρας
Οι δορυφορικοί χάρτες πλημμυρών επαληθεύτηκαν μετά από πλημμυρικά φαινόμενα τον Οκτώβριο 2021. Χρησιμοποιώντας πληροφορίες από τοπικά ειδησεογραφικά πρακτορεία, οι περιοχές με πλημμύρες και οι περιοχές όπου δεν αναφέρθηκαν πλημμύρες, εντοπίστηκαν σε χάρτη με βάση τον Sentinel-1 από τις 16 Οκτωβρίου 2021. Οι περιοχές όπου δεν υπήρξαν πλημμύρες ήταν συνήθως χωράφια καλλιέργειας ορυζώνων που κατακλύζονται από νερό σε εποχιακή βάση, ιδίως στην περιοχή Kuttanad προς τα νότια της λίμνης Vembanad.
Βοηθητικά δεδομένα
Τα ημερήσια δεδομένα βροχόπτωσης ελήφθησαν από το Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Stations (CHIRPS) (https://data.chc.ucsb.edu/products/CHIRPS-2.0/, 2007-2018, πρόσβαση στις 6 Ιανουαρίου 2021) με χωρική ανάλυση 0,05. Το CHIRPS παρέχει σχεδόν σε πραγματικό χρόνο παγκόσμιες εκτιμήσεις βροχόπτωσης βάσει δορυφορικών και επιτόπιων παρατηρήσεων στην ξηρά από το 1981. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό ενός κινητού μέσου όρου 7 ημερών της ημερήσιας βροχόπτωσης στην περιοχή της λίμνης Vembanad για κάθε έτος μεταξύ 2007 και 2018.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Η εφαρμογή των πολυφασματικών παρατηρήσεων του Sentinel-2 για τις πλημμύρες διερευνήθηκε με τη χρήση μιας εικόνας στις 29 Ιανουαρίου 2018 (Εικόνα 4), όταν η νεφοκάλυψη ήταν χαμηλή και τα δεδομένα τόσο του Sentinel-1 όσο και του -2 ήταν διαθέσιμα, επιτρέποντας τη σύγκριση των πολυφασματικών δεδομένων τλεπισκόπησης με την συνήθως χρησιμοποιούμενη μέθοδο ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR) για την χαρτογράφηση πλημμυρών. Η εφαρμογή αλγορίθμων για τους δείκτες νερού απέδωσε λεπτομερείς χάρτες νερού-εδάφους για την περιοχή της λίμνης Vembanad, με την υψηλότερη αντίθεση να παρατηρείται για τον δείκτη MNDWI, όπως ήταν εμφανές στους χάρτες και τα ιστογράμματα του εν λόγω δείκτη (Σχήμα 4). Η ανάλυση των ιστογραμμάτων έδειξε ότι τα κατώτατα όρια που χρησιμοποιήθηκαν για τη διάκριση των εικονοστοιχείων υδάτων από τα μη υδάτινα στις 29 Ιανουαρίου 2018 ήταν κατάλληλα για τους δείκτες NDWI, MNDWI και AWEI (Σχήμα 4A,B,D), αλλά όχι για τον δείκτη WRI που όπως φάνηκε οδήγησε σε υποεκτίμηση των υδάτινων εικονοστοιχείων στον δυαδικό χάρτη γης-νερού (Εικόνα 4Γ). Οι μόνιμοι χάρτες υδάτινων σωμάτων NDWI, MNDWI και AWEI έδειξαν ότι η συνολική έκταση της υδάτινης κάλυψης στη λίμνη Vembanad ήταν μεταξύ 267 και 353 km2, γενικά υψηλότερη από εκείνη που εκτιμάται από τις παρατηρήσεις SAR (285 km2, πίνακας 1). Η σύγκριση των δυαδικών χαρτών γης-νερού από τις 29 Ιανουαρίου 2018 με το χάρτη μόνιμων υδάτων της λίμνης Vembanad για τους δείκτες NDWI, MNDWI και AWEI έδειξε μεταξύ 38 και 132 km2 πλημμύρας γύρω από το νότια και νοτιοανατολικά της λίμνης Vembanad και κοντά στην ακτή νότια του Kochi (Σχήμα 4Α,Β,Δ, Πίνακας 1). Οι περιορισμοί στην εφαρμογή του δείκτη WRI παρατηρήθηκαν και στον χάρτη μόνιμων υδάτων, καθώς και στον χάρτη πλημμυρών για το εν λόγω δείκτη με σχετικά χαμηλή έκταση κάλυψης νερού και περιορισμένο αριθμό εικονοστοιχείων που υποδηλώνουν πλημμύρα στις 29 Ιανουαρίου 2018 (Εικόνα 4Γ, Πίνακας 1).
Πλημμύρες Αυγούστου 2018
Βάση των παραπάνω αποτελεσμάτων, επιλέχθηκε η πολυφασματική προσέγγιση με βάση τον δείκτη MNDWI για τη χαρτογράφηση των εξαιρετικά σπάνιων πλημμυρών που συνέβησαν στη λίμνη Vembanad τον Αύγουστο του 2018. Ο χάρτης πλημμυρών με βάση τον εν λόγω δείκτη από τις 22 Αυγούστου 2018 έδειξε ότι μεγάλες περιοχές (377 km2) προς τα νότια της λίμνης Vembanad πλημμύρισαν. Πρόσθετες πλημμυρισμένες περιοχές προς τα νοτιοανατολικά της λίμνης παρατηρήθηκαν στον χάρτη πλημμυρών της μεθόδου SAR, οι οποίες ωστόσο δεν εντοπίστηκαν στον χάρτη πλημμυρών του δείκτη MNDWI λόγω της νεφοκάλυψης στην περιοχή αυτή. Με βάση τη μέθοδο Sentinel-1, μια συνολική έκταση 448 km2 πλημμύρισε τον Αύγουστο του 2018.
Η σύγκριση των πλημμυρών που χαρτογραφήθηκαν νοτιότερα στην περιοχή έδειξε ότι μεγάλες περιοχές υποδεικνύονται ως πλημμυρισμένες τόσο με τη χρήση του MSI όσο και με τη χρήση του SAR (166 km2, Εικόνα 6ΣΤ). Οι διαφορές μεταξύ των δύο μεθόδων σχετίζονταν εν μέρει με τη νεφοκάλυψη, όπου η παρεμπόδιση από τα σύννεφα cirrus δεν επέφερε περαιτέρω ταξινόμηση των εικονοστοιχείων στις εικόνες Sentinel-2, ενώ αυτό δεν συνέβη για τους χάρτες πλημμυρών της μεθόδου SAR (οι οποίοι δεν παρεμποδίζονται από τη νεφοκάλυψη). Ορισμένες διαφορές παρατηρήθηκαν επίσης γύρω από τις άκρες των πλημμυρισμένων περιοχών, όπου οι χάρτες του Sentinel-2 υπέδειξαν περισσότερα εικονοστοιχεία ως πλημμυρισμένα (Εικόνα 5). Συνολικά, οι πλημμυρικοί χάρτες που βασίζονται στις εικόνες Sentinel-1 και Sentinel-2 στη νότια περιοχή ήταν παρόμοιοι μεταξύ τους για το 85,5% των εικονοστοιχείων που ερευνήθηκαν (Εικόνα 4).
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Το τροπικό σύστημα Vembanad-Kol-Wetland είναι ενσωματωμένο στις πυκνοκατοικημένες διοικητικές περιφέρειες Ernakulam (που περιλαμβάνει την πόλη-λιμάνι Kochi), Kottayam και Alappuzha, με εκτιμώμενο πληθυσμό 3,4 εκατομμύρια ανθρώπους που βασίζονται στα νερά της λίμνης για τα προς το ζην. Ως εκ τούτου, τα μέτρα για τον έλεγχο των πλημμυρών και τον μετριασμό των αρνητικών τους επιπτώσεων όταν αυτές συμβαίνουν, είναι υψίστης σημασίας. Στην παρούσα μελέτη, αποδείξαμε ότι οι πολυφασματικές παρατηρήσεις μπορούν να παράσχουν πληροφορίες σχετικά με τις πλημμυρισμένες περιοχές συμπληρωματικά των παρατηρήσεων SAR.
Παρόλο που υπάρχουν περιορισμοί στην εφαρμοσιμότητα της πολυφασματικής ραδιομετρίας στο ορατό φάσμα υπό συνθήκες συννεφιάς, η χρήση του Sentinel-2 και άλλων αισθητήρων MSI μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τη χρονική κάλυψη των πλημμυρικών χαρτών. Πρόσθετα οφέλη προκύπτουν και από την εφαρμογή των πολυφασματικών παρατηρήσεων για την παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων. Πρόσφατες εργασίες έχουν δείξει ότι οι ισχυρές βροχοπτώσεις και πλημμύρες συνδέονται με τη δυναμική των μικροβιακών ρύπων στο νερό, συμπεριλαμβανομένων των παθογενών μικροοργανισμών. Επομένως, καθίσταται σημαντικό τα μέτρα μετριασμού να περιλαμβάνουν μέτρα για την πρόληψη των κρουσμάτων υδατογενών ασθενειών. Η χαρτογράφηση των πλημμυρών που εξετάζεται εδώ έχει τη δυνατότητα να αποτελέσει μέρος μιας σειράς λύσεων, επιτρέποντας τη διαρκής ενημέρωση των πλημμυρισμένων περιοχών σε περίπτωση καταστροφής, και βοηθώντας στις αρμόδιες αρχές να εστιάσουν στις περιοχές που υπάρχουν μεγαλύτερες ανάγκες.
Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη διατίθενται δωρεάν στο πλαίσιο του προγράμματος Copernicus της Ευρωπαϊκής Ένωσης, ενώ παρόμοια δεδομένα είναι διαθέσιμα και από άλλους οργανισμούς. Παρόλο που η παρούσα μελέτη είναι περιφερειακής κλίμακας, οι μέθοδοι χαρτογράφησης των πλημμυρών που παρουσιάζονται, έχουν τη δυνατότητα να εφαρμοστούν σε οποιονδήποτε αριθμό περιοχών με παρόμοια προβλήματα, με μικρές προσαρμογές στις τοπικές συνθήκες, όπου είναι απαραίτητο. Εξάλλου, ένα από τα πορίσματα της παρούσας μελέτης είναι ότι οι τοπικές πληροφορίες είναι ανεκτίμητες για την ερμηνεία των δορυφορικών δεδομένων και για τη βελτίωση της χρησιμότητας των προϊόντων.
