Διερεύνηση της σχέσης μεταξύ αστικοποίησης και φυσικού περιβάλλοντος με την χρήση δορυφορικών εικόνων και στατιστικών δεδομένων

<b> Πρωτότυπος τίτλος: </b> “Exploring the Relationship between Urbanization and Ecological Environment Using Remote Sensing Images and Statistical Data: A Case Study in the Yangtze River Delta, China”

<b> Συγγραφείς:</b> Zhenfeng Shao, Lin Ding, Deren Li, Orhan Altan, Md. Enamul Huq, Congmin Li 

<b> Δημοσιεύθηκε:</b> Sustainability 2020, 12, 5620; doi:10.3390/su12145620

<b> Πηγή:</b> https://www.mdpi.com/2071-1050/12/14/5620

'''  Εισαγωγή''' <br>
Ο 21ος αιώνας χαρακτηρίζεται από το φαινόμενο της αστικοποίησης που πρωτίστως επηρεάζει τις αναπτυσσόμενες χώρες. Βέβαια, οι αυξανόμενοι ρυθμοί αστικοποίησης συνοδεύονται από πληθώρα περιβαλλοντικών προβλημάτων όπως είναι η μόλυνση της ατμόσφαιρας και των υδροφόρων οριζόντων, οι αλλαγές της χρήσης γης, η αυξημένη κατανάλωση ενέργειας κοκ. Η τηλεπισκόπηση προσφέρει τη δυνατότητα μελέτης μεγάλων εκτάσεων και πολλαπλών παραγόντων με μεγάλη ακρίβεια, γεγονός που επιτρέπει την μελέτη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, καθώς και την σχέση μεταξύ των επιπτώσεων αυτών και της αστικοποίησης. 

''' Περιοχή Μελέτης ''' <br>
Μεταξύ των περιοχών που αντιμετωπίζουν την πρόκληση της αστικοποίησης είναι και το Δέλτα του ποταμού Γιάντζι, μια από τις πλέον εξελισσόμενες περιοχές της Κίνας. Πρόκειται για μια περιοχή που περιλαμβάνει την Σανγκάη και τις περιφέρειες  Jiangsu, Zhejiang και Anhui, έχοντας πληθυσμό 227 εκατομμύρια και συνολικό ΑΕΠ τα 23,73τρις γουάν. Στην παρούσα έρευνα μελετάται μέρος της περιοχής αυτής, το οποίο έχει έκταση 225000τ.χμλ και περιλαμβάνει 27 πόλεις (Εικ.1).

[[Εικόνα : PX_RS.png| thumb| left| <b> Εικόνα 1 </b>: Περιοχή μελέτης ]]


'''  Δεδομένα και Δείκτες Έρευνας ''' <br>
H έρευνα περιλαμβάνει την χρήση δορυφορικών εικόνων, στατιστικών στοιχείων και διανυσματικών δεδομένων (Πίνακας 1). Οι δορυφορικές εικόνες λήφθηκαν κατά τους καλοκαιρινούς μήνες της περιόδου 2008- 2017 από τους Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ και Landsat 8 OLI/TIRS. Τα στατιστικά στοιχεία συλλέχθηκαν από τις επίσημες αρχές κάθε περιφέρειας, αλλά και από εθνικούς οργανισμούς, ενώ τα διανυσματικά δεδομένα είναι βοηθητικά γεωγραφικά δεδομένα που αφορούν την δόμηση και τα όρια κάθε περιφέρειας. Εκτός από τα παραπάνω, για την μελέτη της αστικοποίησης και του φυσικού περιβάλλοντος, καθώς και της μεταξύ τους σχέσης, καθορίστηκε ένα σύστημα έντεκα δεικτών. Οι δείκτες αυτοί επιλέχθηκαν με βάση τις αρχές της επιστημονικότητας, της συστηματοποίησης, της αντιπροσωπευτικότητας και της λειτουργικότητας και πάντα σε συμφωνία με τους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης, όπως αυτοί έχουν οριστεί από τον Οργανισμό Ηνωμένων Εθνών (Πίνακας 2).

[[Εικόνα : TBLC_RS.png| thumb| right| <b> Πίνακας 1 </b>]]
[[Εικόνα : TBLD_RS.png| thumb| right| <b> Πίνακας 2 </b>]]

''' Μεθοδολογία Ανάλυσης Δεδομένων ''' <br>
Αρχικά έγινε η κατάλληλη επεξεργασία των εικόνων, δηλαδή το φιλτράρισμα, η εφαρμογή μάσκας για τα σύννεφα, η δημιουργία μωσαϊκού και η ραδιομετρική διόρθωση. Επίσης, υπολογίστηκαν οι εξής δείκτες (Εικ. 2, 3): Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Land Surface Temperature (LST), Fraction of Vegetation Coverage (FVC) και Surface Urban Heat Island intensity (SUHI). 

[[Εικόνα : TBLA_RS.png| thumb| left| <b> Εικόνα 2 </b> Υπολογισμός NDVI και FVC. To ρNIR και το ρRED αναφέρονται στην ανακλαστικότητα των αντίστοιχων καναλιών. Ο δείκτης FVC βασίζεται στην υπόθεση ότι κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη, ένα που αποτελείται αποκλειστικά από φυτοκάλυψη και ένα που εμπεριέχει αποκλειστικά γυμνό έδαφος.]]

[[Εικόνα : SUHILST_RS.png| thumb| left| <b> Εικόνα 3 </b> Υπολογισμός SUHI και LST. Βασικό χαρακτηριστικό του αστικού κλίματος είναι η διαφορά θερμοκρασίας που παρατηρείται μεταξύ αστικού ιστό και της περιφέρειάς του, γεγονός που οφείλεται στο φαινόμενο της αστικοποίησης. Ο υπολογισμός της SUHI προϋποθέτει τον υπολογισμό της LST, όπου Lsen είναι η φασματική ακτινοβολία του αισθητήρα, ε είναι το emissivity της επιφάνειας της γης, ψ1, ψ2 και ψ3 είναι παράμετροι της ατμοσφαιρικής συνάρτησης και τα γ και δ είναι παράμετροι του νόμου Πλανκ. ]]

Στην συνέχεια, λόγω του όγκου των δεδομένων κρίθηκε σκόπιμο να γίνει η απαραίτητη κακονικοποίηση με την χρήση της μεθόδου Min-Max normalization (MMN). Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την μετατροπή των τριών διαστάσεων δεδομένων της έρευνας (δείκτης, έτος, πόλη) σε δύο διαστάσεις, ώστε να είναι πιο διαχειρίσιμα. 

Έτσι, γίνεται εφικτή η εφαρμογή του μοντέλου αξιολόγησης Entropy- TOPSIS, το οποίο προσδίδει σε κάθε δείκτη έναν συντελεστή, αλλά και μια τιμή αξιολόγησης, που προκύπτει μετά την κανονικοποίηση των δεδομένων και ύστερα από τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ του κάθε δεδομένου από την βέλτιστη και την χείριστη λύση. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης συμβάλλουν στο τελικό στάδιο της μελέτης, που είναι η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ αστικοποίησης και φυσικού περιβάλλοντος. Πιο συγκεκριμένα, για τη μελέτη της σχέση αυτής χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι του coupling coordination degree και obstacle degree. Με βάση τις τιμές του coupling coordination degree  ορίστηκαν τέσσερις κατηγορίες που περιγράφουν το στάδιο της σχέσης μεταξύ αστικοποίησης και περιβάλλοντος (Πιν. 3). Τέλος, με τη βοήθεια του obstacle degree έγινε εφικτός ο καθορισμός της επιρροής που έχει ο κάθε δείκτης ξεχωριστά στην σχέση αυτή.

[[Εικόνα : TBLE_RS.png| thumb| right| <b> Πίνακας 3 </b>]]

''' Αποτελέσματα ''' <br>
Οι δορυφορικές εικόνες και πιο συγκεκριμένα ο δείκτης FVC, ανέδειξαν πως οι αστικές περιοχές και οι περιφέρειες αυτών που βρίσκονται στο κέντρο της περιοχής μελέτης, χαρακτηρίζονται από περιορισμένη βλάστηση, η οποία απειλείται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Στα βόρεια του Δέλτα υπάρχει περισσότερη φυτοκάλυψη, ενώ καλύτερη εικόνα παρουσιάζουν οι περιοχές νότια του Δέλτα. Όσον αφορά το φαινόμενο της αστικής θερμονησίδας, παρατηρείται να είναι ιδιαίτερα έντονο στις περιφέρειες Zhejiang και Ahnui, όπου φτάνει τους 6C και 5C αντίστοιχα. Αντίθετα, στις περιφέρειες Shanghai και Jiangsu παρατηρείται μείωση του φαινομένου, αλλά συνολικά η περιοχή μελέτης παρουσιάζει αυξανόμενες τάσεις κατά την περίοδο 2008- 2017. Αυτό συνάδει με το γεγονός ότι η αστικοποίηση παρουσιάζει σημαντική αύξηση την περίοδο αυτή, αύξηση που αγγίζει το 80%, με την Shanghai να έχει τα μεγαλύτερα ποσοστά. 
Παρά την αύξηση της αστικοποίησης στην περιοχή μελέτης, φαίνεται ότι σε αρκετές επιμέρους περιοχές η ποιότητα του φυσικού περιβάλλοντος έχει βελτιωθεί κατά την περίοδο 2008- 2017, ακόμα και στην Shanghai που παρουσιάζει το μεγαλύτερο πρόβλημα.