ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΞΗΡΑΣΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 20:30, 21 Φεβρουαρίου 2010

1. Αντικείμενο εφαρμογής: ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΞΗΡΑΣΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Στην εφαρμογή αυτή παρουσιάζονται δύο είδη προσεγγίσεων του προβλήματος. Η πρώτη βασίζεται σε δείκτες βλάστησης και στην επιφανειακή θερμοκρασία παράλληλα με δείκτες για την παρακολούθηση των τόνων του νερού στην εδαφοκάλυψη. Η δεύτερη προσέγγιση στηρίζεται σε ένα ενεργειακό μοντέλο το οποίο μας παρέχει χωρικές πληροφορίες για το «κλάσμα εξάτμισης» (evaporative fraction) της εδαφοκάλυψης. Η προσέγγιση αυτή αναλύει τη διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας που μετρούν οι δορυφόροι στην επιφάνεια της βλάστησης και της θερμοκρασίας του αέρα που παίρνουμε από μετεωρολογικούς δορυφόρους.

2. Στόχος εφαρμογής: Στόχος της εφαρμογής είναι ο εντοπισμός και η παρακολούθηση της ξηρασίας καθώς και η αξιολόγησή της σε διαφορετικές χωρικές κλίμακες. Το βασικό πλεονέκτημα που προσφέρει η Τηλεπισκόπηση είναι ότι παρέχει επιφανειακή κάλυψη με χωρική διακριτική ικανότητα από μερικές εκατοντάδες μέτρα σε μερικά χιλιόμετρα. Οι παρακάτω εφαρμογές έγιναν στην περιοχή της Μεσογείου.

3. Είδη δορυφόρων, δεκτών, καναλιών:

a) Για την προσέγγιση με βάση τους δείκτες βλάστησης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από αερομεταφερόμενο δέκτη AVHRR στους δορυφόρους του NOAA. Οι εικόνες αυτές έχουν διακριτική ικανότητα 1.1 km και περιέχουν τα εξής κανάλιa: ορατό, εγγύς υπέρυθρο και θερμικό υπέρυθρο.

β) Στη δεύτερη προσέγγιση χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια κανάλια. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται σε ένα μοντέλο ενεργειακής ισορροπίας που αναφέρεται στην επιφάνεια της Γης και στην εξαγωγή του «κλάσματος εξάτμισης» (evaporative fraction) της επιφάνειας με χωρική διακριτική ικανότητα ίση με αυτή των τηλεπισκοπικών δεδομένων (π.χ. από 100 έως 1000 μέτρα).

4. Προεπεξεργασίες: Στις εικόνες του AVHRR καλιμπραρίστηκαν και διορθώθηκαν ατμοσφαιρικά οι τιμές της ανακλαστικότητας στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο και στο θερμικό υπέρυθρο οι τιμές της φωτεινότητας ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι διαδικασίες αυτές έγιναν με το λoγισμικό SPACE.

5. Ψηφιακές επεξεργασίες:

α) Για τα έτη 1989-1993 υπολογίστηκαν ανά 10 μέρες οι τιμές των δεικτών TCI , VCI με βάση τις μέγιστες τιμές που έπαιρνε ο NDVI στις 10 αυτές μέρες. Οι δείκτες αυτοί είναι ουσιαστικά λόγοι καναλιών και δίνονται παρακάτω.

NDVI= (Ρ NIR-Ρ RED)/(Ρ NIR+Ρ RED) κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης

VCI= {NDVI-NDVI(MIN)}/{NDVI(MAX) – NDVI(MIN)} δείκτης συνθηκών βλάστησης

TCI= {VCI(MAX)- VCI }/{VCI(MAX)- VCI(MIN)} δείκτης θερμοκρασιακών συνθηκών

Οι τιμές των δεικτών υπολογίστηκαν από τις εικόνες ως η μέση τιμή σε παράθυρα 3.3 km * 3.3 km με κέντρο τους σταθμούς παρακολούθησης. Οι τιμές που προέκυψαν στη συνέχεια συγκρίθηκαν με τις τιμές του SPI (κανονικοποιημένος δείκτης κατακρημνίσεων- normalised precipitation index)για τους αντίστοιχους σταθμούς. O SPI είναι ένας στατιστικός δείκτης για τον υπολογισμό του πλεονάσματος των κατακρημνίσεων σε μία δεδομένη περίοδο για μια συγκεκριμένη περιοχή ως συνάρτηση των μέσων μακροπρόθεσμων κατακρημνίσεων και της κατανομής τους. Στην ΕΙΚΟΝΑ 1 φαίνονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας αυτής για τις χρονολογίες 1989 και 1992.

β) Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιεί αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τα τηλεπισκοπικά δεδομένα του ορατού, εγγύς υπέρυθρου και θερμικού υπέρυθρου μαζί με χάρτες εδαφοκάλυψης, υψομετρικούς χάρτες και μετεωρολογικά δεδομένα. Το κλάσμα εξάτμισης (evaporative fraction- EF) ισούται με το λόγο της λανθάνουσας ροής θερμότητας (λΤΕi ) προς τη διαθέσιμη ενέργεια της επιφάνειας της Γης η οποία ισούται με τη διαφορά της καθαρής ακτινοβολίας (Rnet ) από τη ροή θερμότητας στο έδαφος (Gi). To EF δείχνει πόση ενέργεια είναι διαθέσιμη για την «εξατμισοδιαπνοή» (evapotransiration) δηλαδή τη διαπνοή από την επιφάνεια των φυτών και την εξάτμιση από το έδαφος. Όσο υπάρχει διαθέσιμη υγρασία η ενέργεια θα χρησιμοποιείται για την εξάτμισή της και το EF θα έχει τιμές κοντά στη μονάδα. Οι βασικές μεταβλητές του αλγορίθμου είναι η επιδερμική θερμοκρασία της βλάστησης και ο NDVI. Ο αλγόριθμος φαίνεται σχηματικά στην ΕΙΚΟΝΑ 2.

Οι χάρτες της ΕΙΚΟΝΑΣ 3 δείχνουν την κατανομή του EF στην περιοχή της Σικελίας.

6. Χρήση Επιπρόσθετων Χαρτών:

α) Η υψηλής ποιότητας χωρική πληροφορία που παίρνουμε από τα δορυφορικά δεδομένα σε συνδυασμό με βάσεις δεδομένων εδαφοκάλυψης όπως π.χ. το CORINE μας δίνει μία ακόμα πιο λεπτομερή αξιολόγηση της επίδρασης που έχει η ξηρασία στους διάφορους τύπους εδαφοκάλυψης.

β) Η χωρική κατανομή του EF καθώς και η χρονική του εξέλιξη χρησιμοποιούνται για να αξιολογηθεί η συχνότητα εμφάνισης και το water stress. Στη συνέχεια οι χάρτες αυτοί συνδυάζονται με χάρτες εδαφοκάλυψης και χάρτες που δείχνουν τα όρια λεκανών απορροής για να αξιολογηθούν οι πιθανές μελλοντικές επιδράσεις της εξατμισοδιαπνοής σε μια περιοχή.

7. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση μεθόδων:

Τα παραδείγματα που αναλύθηκαν παραπάνω μας δείχνουν πως ο συνδυασμός μετεορολογικών, τηλεπισκοπικών δεδομένων και δεδομένων εδαφοκάλυψης δίνουν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για τη χαρτογράφηση και παρακολούθηση του καθεστώτος ξηρασίας. Και οι δύο προσεγγίσεις απέδειξαν την καταλληλότητά τους για την ανίχνευση και παρακολούθηση των συνθηκών του water stress στο φύλλωμα των φυτών. Το πλεονέκτημα αυτής της μελέτης είναι η μεγάλη χωρική πληροφορία που παρέχουν τα τηλεπισκοπικά δεδομένα για τη χαρτογράφηση του φαινομένου. Ο ΠΙΝΑΚΑΣ 1 παρουσιάζει πιθανούς δορυφόρους για την παρακολούθηση της ξηρασίας.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

DROUGHT MONITORING FROM SPACE J.V VOGT, S.NIEMEYER, F. SOMMA