Αξιολόγηση και ανίχνευση της αλλαγής στη χρήση και κάλυψη γης, με χρήση τηλεπισκόπησης, στη λεκάνη της λίμνης Tana στη Βορειοδυτική Αιθιοπία

[[Category:Οικολογία ]]

''' Αξιολόγηση και ανίχνευση της αλλαγής στη χρήση και κάλυψη γης, με χρήση τηλεπισκόπησης, στη λεκάνη της λίμνης Tana στη Βορειοδυτική Αιθιοπία '''

Assessing land use and land cover change detection using remote sensing in the Lake Tana Basin, Northwest Ethiopia

'''Συγγραφείς:''' Dires Tewabe and Temesgen Fentahun

'''Πηγή:''' [[https://www.researchgate.net/publication/342304150_Assessing_land_use_and_land_cover_change_detection_using_remote_sensing_in_the_Lake_Tana_Basin_Northwest_Ethiopia]]

'''Abstract'''

O σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο προσδιορισμός της αλλαγής των χρήσεων γης στην υδρολογική λεκάνη Tana. Προς αυτήν την κατεύθυνση χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές τηλεπισκόπησης, δορυφορικές εικόνες και τεχνικές ανάλυσης της εικόνας. Με την χρήση του δορυφόρου LandSat TM αναλύθηκαν εικόνες με ανάλυση 30 μέτρων, από 3 χρονιές 1986, 2002 και 2018. Η μελέτη αυτή καθόρισε πως τα τελευταία 32 χρόνια οι αγροτικές εκτάσεις και οι κατοικιμένες εκτάσεις αυξήθηκαν σημαντικά κατά 15.61% και 8.05% αντίστοιχα. 

'''Εισαγωγή'''

Η χρήση γης και οι καλύψεις γης σε μια περιοχή είναι αποτέλεσμα τόσο φυσικών όσο και κοινωνικό-οικονομικών παραγόντων. Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης (LULC) εξαρτώνται κυρίως από τις πληθυσμιακές μεταβολές, την οικονομική ανάπτυξη, αλλά και φυσικούς παράγοντες όπως την τοπογραφία και το κλίμα (Lambin et al.,2003, Setegn et al.,2009). To GIS και η τηλεπισκόπηση είναι ισχυρά και με μικρό κόστος συστήματα για την εκτίμηση των χωρικών και χρονικών αλλαγών των LULC (Herold et al.,2003; Serra et al.,2008). Η Αιθιοπία αντιμετωπίζει τεράστιες αλλαγές χρήσεων και καλύψεων γης κυρίως εξαιτίας των αλλαγών στις αγροτικές χρήσεις γης αλλά και στις οικιστικές (Birhane et al.,2019). Στην λεκάνη της λήμνης Tana τα φυσικά χαρακτηριστικά όπως η ροή του νερού έχουν αλλάξει αρκετά (Chakilu & Moges, 2017).  O σκοπός, λοιπον, αυτής της μελέτης είναι η εκτίμηση των αλλαγών στις χρήσεις και καλύψεις γης σε αυτήν την περιοχή.

'''Μεθοδολογία'''

Η λίμνη Τάνα είναι η πηγή του Γαλάζιου Ποταμού του Νείλου και καλύπτει 3.060 τετραγωνικά χιλιόμετρα σε υψόμετρο 1786 μέτρων. Η λίμνη είναι η μεγαλύτερη στην Αιθιοπία και η τρίτη μεγαλύτερη στην λεκάνη του Νείλου. Ο Landsat image είναι ένας ειδικός αισθητήρας πάνω στον δορυφόρο Landsat και οι εικόνες από αυτόν είναι πολυφασματικές και απεικονίζουν πολλά τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, μεταξύ των οποίων το ορατό αλλά και το ανακλώμενο υπέρυθρο. Η επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα είναι το πρώτο σημαντικό βήμα για επιτυχή κατηγοριοποίηση (Ward et al.,2000). Εικόνες από την λεκάνη Τάνα αποκτήθηκαν για τις περιόδους 1986, 2002 και 2018. Συνεπώς η μελέτη επικεντρώνεται στον εντοπισμό των αλλαγών των χρήσεων και καλύψεων γης σε αυτές τις χρονικές περιόδους. Για να πραγματοποιηθεί η ταξινόμηση μιας εικόνας, τα ακατέργαστα δεδομένα πρέπει να προεπεξεργαστούν και να προετοιμαστούν σωστά, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί υπόψη το σφάλμα λόγω της γεωμετρίας της γης, των ραδιομετρικών και ατμοσφαιρικών επιδράσεων. Επιλέχθηκαν τυχαία σημεία ελέγχου, και χρησιμοποιήθηκαν μαζί με εικόνες από το Google Earth για τον καθορισμό των χρήσεων και καλύψεων γης. H γενική διαδικασία της προεπεξεργασίας περιλαμβάνει τον εντοπισμό και την επιδιόρθωση των λανθασμένων γραμμών, διόρθωση της ατμόσφαιρας. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν τα pixels που αντιπροσωπεύουν κάποια πρότυπα τα οποία μπορούν να αναγνωριστούν.

'''Αποτελέσματα''' 

*Χρήσεις γης και συντελεστής Κάππα 
Η ταξινόμηση ολοκληρώνεται όταν ολοκληρωθεί η αξιολόγηση της  χρησιμοποιώντας τον συντελεστή Κάππα (Forkuor & Cofie, 2011). Η στατιστική Κάππα μετράει την συμφωνία μεταξύ 2 κατηγοριοποιήσεων ενός συνόλου δεδομένων και εκτιμά την ακρίβεια των μοντέλων πρόβλεψης μετρώντας την συμφωνία μεταξύ του μοντέλου πρόβλεψης και ενός σετ μετρήσεων (Moriasi et al.,2007).  Σε αυτήν την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 116, 139 και 162 σημεία ελέγχου εδάφους για την επαλήθευση των εικόνων από το 1986, 2002 και 2018 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν συνολική ακρίβεια για το 1986 84,2%. Ο συντελεστής Κάππα υπολογίστηκε από την μήτρα ελέγχου και o συντελεστής της ταξινόμησης ήταν στο 79.2 %. Έτσι σύμφωνα με την κλίμακα ταξινόμησης του Moriasi et al.,2007, η ταξινόμηση βρίσκεται σε ένα ικανοποιητικό εύρος.  Οι συνολικές ακρίβειες για τα έτη 2002 και 2018 ήταν αντίστοιχα 87.05 και 90.36% αντίστοιχα όπως φαίνεται στον πίνακα 3, ενώ ο Κάππα συντελεστής ταξινόμησης ήταν 83.32% και 89.66%. Συνεπώς σύμφωνα με την προαναφερθείσα κλίμακα ταξινόμησης η ταξινόμηση βρίσκεται σε ικανοποιητικό εύρος και για τα 2 αυτά έτη.
[[Αρχείο:Screenshot_(874).png|200px|thumb|left|Πίνακας 3: Σύνολο αξιολόγησης της ακρίβειας από το 1986-2018 (%)]]
*Χάρτες χρήσεων και καλύψεων γης 
Η χωρική ανάλυση πραγματοποιήθηκε για να περιγράψει αλλαγές στα μοτίβα καλύψεων γης και αλλαγές στις χρήσεις γης με την πάροδο του χρόνου. Οι κυριότερες χρήσεις γης στην λεκάνη είναι δάση, θαμνώδεις εκτάσεις, χορτολιβαδικές εκτάσεις, καλλιέργειες και κατοικίες. Οι αναλύσεις έδειξαν πως οι θαμνώδεις εκτάσεις ήταν η κύρια χρήση γης με 19.39% το 1989 και 15.82% το 2002, ενώ οι αγροτικές εκτάσεις ήταν 37.56 το 1986 και 43.12% το 2002. Αναλύσεις στις εικόνες του 2018 έδειξαν πως η αγροτική γη κατείχε το μεγαλύτερο ποσοστό στις καλύψεις γης, ενώ οι θαμνώδεις εκτάσεις το δεύτερο ποσοστό με 9.56%. Αυτή η αλλαγή είναι αποτέλεσμα της επέκτασης της αύξησης του πληθυσμού και των ανθρώπινων αναγκών. [[Αρχείο:Screenshot_(875).png|200px|thumb|right|Εικόνα 2: Χάρτης χρήσεων και καλύψεων γης της λίμνης Τάνα για το 2012 και 2002]] 
*Ανάλυση των αλλαγών στις χρήσεις γης
Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης αναλύονται εκτεταμένα με τηλεπισκοπικές εικόνες στην έρευνα των χρήσεων και καλύψεων γης, στην διαχείριση φυσικών πόρων και στην περιβαλλοντική διαχείριση (Zhang et al.,2014). To ποσοστό που καταλαμβάνει η κάθε χρήση γης προκύπτει από εποπτευόμενη ταξινόμηση για την κάθε μια από τις τρεις χρονιές ξεχωριστά. Τα ποσοστά των καλύψεων γης των δασών, των θαμνωδών εκτάσεων και των χορτολιβαδικών εκτάσεων μειώθηκαν κατά 2.3%, 9.8% και 10% αντίστοιχα, με το μεγαλύτερο ποσοστό τους να μετατρέπεται σε αγροτικές εκτάσεις. 

'''Συμπεράσματα'''

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν σημαντικές αλλαγές σε αυτήν την περίοδο μελέτης. Οι αγροτικές περιοχές και οι οικιστικές περιοχές αυξήθηκαν κατά 13 και 9.1% αντίστοιχα, ενώ τα δάση, οι θαμνώδεις εκτάσεις και οι χορτολιβαδικές εκτάσεις μειώθηκαν σημαντικά. Αυτές οι αλλαγές μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως αλλαγές στην ροή του νερού και διάβρωση εδάφους, με αρνητική επίδραση στην περιβαλλοντική διαχείριση και στην τοπική κοινωνία. Κατά συνέπεια απαιτούνται βελτιωμένες τακτικές διαχείρισης της γης, και σε αυτήν την κατεύθυνση μπορεί να συμβάλλει και η τηλεπισκόπηση που παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες.