Συστηματική ανασκόπηση εργαλείων τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση της ξηρασίας σε αμπελώνες και ελαιώνες

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 18:19, 16 Φεβρουαρίου 2025

Σχήμα 1: Χρονική κατανομή των άρθρων στα έτη μελέτης (a) και κατανομή άρθρων ανά χώρα (b)

Σχήμα 2: Οι 20 πιο συχνά χρησιμοποιούμενες λέξεις-κλειδιά, με τους κόκκινους κύκλους να αντιπροσωπεύουν τις 5 πιο συχνά χρησιμοποιούμενες λέξεις-κλειδιά. Το μέγεθος του κύκλου υποδηλώνει τη συχνότητα μιας λέξης-κλειδί.

Σχήμα 3: Γράφημα κατανομής μελετών ανά είδος καλλιέργειας

Πρωτότυπος τίτλος: Satellite Remote Sensing Tools for Drought Assessment in Vineyards and Olive Orchards: A Systematic Review

Συγγραφείς: Nazaret Crespo, Luís Pádua, João A. Santos, Helder Fraga

Πηγή: Remote Sensing in Viticulture II, 2024, 16(11), 2040

Λέξεις κλειδιά: Aridity and drought monitoring (παρακολούθηση ξηρότητας και ξηρασίας), water management (διαχείριση νερού), land-use management (διαχείριση χρήσεων γης), viticulture (αμπελουργία), olive growing (ελαιοκαλλιέργεια), vegetation indices (δείκτες βλάστησης), Sentinel, Landsat

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/11/2040

Αντικείμενο έρευνας

Οι αμπελώνες και οι ελαιώνες είναι δύο από τις σημαντικότερες μεσογειακές καλλιέργειες, όχι μόνο για την οικονομική τους αξία αλλά και για την πολιτιστική και περιβαλλοντική τους σημασία, διαδραματίζοντας καθοριστικό ρόλο στην παγκόσμια γεωργία. Η παρούσα έρευνα αποτελεί μια συστηματική ανασκόπηση, η οποία βασιζόμενη στην προσαρμογή Δήλωσης PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) του 2020, επικεντρώνεται στη χρήση εργαλείων δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση της ξηρασίας σε αμπελώνες και ελαιώνες. Η μεθοδολογία αυτή ακολουθεί ορισμένα βασικά βήματα, όπως ο καθορισμός της προσέγγισης, η επιλογή λέξεων-κλειδιών και βάσεων δεδομένων και η εφαρμογή κριτηρίων αποκλεισμού. Η βιβλιομετρική ανάλυση αποκάλυψε ότι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι όροι περιλάμβαναν τους όρους «Google Earth Engine», «τηλεπισκόπηση», «δείκτης φυλλικής επιφάνειας», «Sentinel-2» και «εξατμισοδιαπνοή». Η έρευνα περιελάμβανε συνολικά 81 άρθρα που δημοσιεύθηκαν. Η χρονική κατανομή δείχνει αύξηση της επιστημονικής παραγωγής από το 2018, με κορύφωση το 2021. Γεωγραφικά, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιταλία, η Ισπανία, η Γαλλία, η Τυνησία, η Χιλή και η Πορτογαλία κατέχουν ηγετική θέση στην έρευνα στον τομέα αυτό. Οι μελέτες ταξινομήθηκαν σε τέσσερις κατηγορίες: παρακολούθηση της ξηρασίας και της ξηρασίας (ADM), διαχείριση των γεωργικών υδάτων (AWM), διαχείριση των χρήσεων γης (LUM) και υδατικό στρες (WST). Αναλύθηκαν οι τάσεις της έρευνας σε κάθε κατηγορία, με έμφαση στη χρήση δορυφορικών πλατφορμών και αισθητήρων. Αρκετές μελέτες περίπτωσης απεικονίζουν εφαρμογές σε αμπελώνες και ελαιώνες, ιδίως σε ημίξηρες περιοχές, εστιάζοντας στην εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής, των συντελεστών καλλιέργειας και της αποδοτικότητας της χρήσης νερού.

Σκοπός εφαρμογής

Ο κύριος στόχος του παρόντος άρθρου είναι να αναλύσει την υπάρχουσα βιβλιογραφία σχετικά με τα εργαλεία δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση της ξηρασίας, εστιάζοντας ιδιαίτερα στους αμπελώνες και τα ελαιόδεντρα. Αυτή η συστηματική ανασκόπηση έχει ως στόχο να παράσχει μια προοπτική σχετικά με τις μεθοδολογίες, τους δείκτες και τις εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση και την αξιολόγηση της ξηρασίας που επηρεάζει αυτές τις δύο καλλιέργειες. Απώτερος στόχος είναι ο εντοπισμός κενών γνώσεων και πιθανών ερευνητικών ευκαιριών για επικείμενες μελέτες που αποσκοπούν στην ποσοτικοποίηση των συνθηκών ξηρασίας με τη χρήση δεδομένων δορυφορικής τηλεπισκόπησης.

Γενικές πληροφορίες

Οι αμπελώνες (Vitis vinifera L.) και οι ελαιώνες (Olea europaea L.) είναι βασικές καλλιέργειες της περιοχής της Μεσογείου, οι οποίες χαρακτηρίζονται από την προσαρμογή τους στο μεσογειακό κλίμα (δηλαδή, θερμά ξηρά καλοκαίρια και μέτριοι υγροί χειμώνες, με έντονη εποχιακή μεταβλητότητα και ανομοιομορφία και συχνά επεισόδια ξηρασίας), καθώς και στα εδάφη της. Και οι δύο καλλιέργειες έχουν σημαντική κοινωνικοοικονομική, περιβαλλοντική και πολιτιστική σημασία, καθώς χρησιμεύουν ως ζωτικές πηγές απασχόλησης, εισοδήματος και προϊόντων υψηλής ποιότητας, ενώ παίζουν επίσης ρόλο στο τοπίο και την ταυτότητα πολλών περιοχών. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν αντιμετωπίσει αυξανόμενες προκλήσεις από τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, απειλώντας την παραγωγικότητα και την ποιότητά τους. Η χρήση δορυφορικών δεδομένων τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση περιβαλλοντικών φαινομένων, όπως η ξηρασία, αποτελεί σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία της τηλεπισκόπησης. Οι δορυφορικές εικόνες, με εκτεταμένη κάλυψη και δυνατότητες παρατήρησης, επιτρέπουν την ακριβή αξιολόγηση των επιπτώσεων και της εξέλιξης των ξηρασιών. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από δορυφορικές πλατφόρμες, συμπεριλαμβανομένων των Sentinel, Landsat και του φασματοραδιόμετρου απεικόνισης μέτριας ανάλυσης (MODIS), τα οποία είναι εξοπλισμένα με οπτικούς και θερμικούς αισθητήρες, παρέχουν έναν τεράστιο πόρο για τον υπολογισμό δεικτών που σχετίζονται με την ξηρασία. Μαζί με προηγμένα μοντέλα και δείκτες, όπως ο Δείκτης Κατάστασης Βλάστησης (VCI) και ο Δείκτης Κανονικοποιημένης Διαφοράς Βλάστησης (NDVI), αυτά τα σύνολα δεδομένων επιτρέπουν την παρακολούθηση και την ανάλυση της δυναμικής της ξηρασίας. Οι πληροφορίες αυτές είναι ζωτικής σημασίας για την αξιολόγηση της υγείας της βλάστησης, των επιπέδων εδαφικής υγρασίας και άλλων σχετικών παραμέτρων, επιτρέποντας έτσι τον ακριβή χαρακτηρισμό της σοβαρότητας της ξηρασίας και της χωρικής της έκτασης.

Μεθοδολογία

Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα συστηματική ανασκόπηση βασίζεται σε προσαρμογή της δήλωσης PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) του 2020, η οποία αποτέλεσε βελτιωμένη έκδοση της αρχικής του 2009. Όπως προτείνεται σε αυτού του είδους τη μεθοδολογία, δημιουργήθηκε ένα αρχικό πρωτόκολλο για την ενοποίηση των κατευθυντήριων γραμμών και των ροών εργασίας που θα πραγματοποιούνταν καθ' όλη τη διάρκεια της παρούσας μελέτης και για την επίτευξη συνεπών και αυστηρών αποτελεσμάτων. Το πρωτόκολλο που ακολουθήθηκε για την παρούσα συστηματική ανασκόπηση στηρίχθηκε σε πέντε βασικά βήματα. Με βάση τη διαλογή των άρθρων, αυτά ταξινομήθηκαν σε τέσσερις ομάδες με διακριτή εστίαση: παρακολούθηση της ξηρασίας και της ξηρασίας (ADM), διαχείριση των γεωργικών υδάτων (AWM), διαχείριση των χρήσεων γης (LUM) και υδατικό στρες (WST). Πραγματοποιήθηκε επίσης, βιβλιομετρική ανάλυση (συνδέσεις λέξεων-κλειδιών) με τη χρήση της βιβλιοθήκης NetworkX Python (v3.2.1) για την αξιολόγηση των πιο συχνά χρησιμοποιούμενων λέξεων-κλειδιών στις επιλεγμένες μελέτες.

Αποτελέσματα

Τα άρθρα που αναλύονται στην παρούσα μελέτη καλύπτουν μια περίοδο από το 2003 έως το 2023, κατά την οποία παρατηρείται σημαντική διακύμανση στον αριθμό των άρθρων που δημοσιεύονται ανά έτος. Έως και το 2017,παρατηρείται πιθανή έλλειψη συνάφειας ή διαθεσιμότητας έρευνας. Ωστόσο, αυτό άλλαξε δραστικά τα επόμενα έτη, με αύξηση του αριθμού των άρθρων ανά έτος που εξετάστηκαν στην παρούσα ανασκόπηση, ιδίως από το 2018. Το πιο αξιοσημείωτο έτος όσον αφορά την επιστημονική παραγωγή σχετικών άρθρων ήταν το 2021, με συνολικά 21 δημοσιεύσεις που θεωρήθηκαν σχετικές με τη μελέτη. Αυτός ο αριθμός ερευνητικών μελετών μπορεί να υποδηλώνει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για το θέμα ή μια σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του τομέα μελέτης κατά τη συγκεκριμένη περίοδο. Στο Σχήμα 1 που ακολουθεί παρουσιάζεται η χρονική κατανομή των άρθρων που συμπεριλήφθηκαν στη συστηματική ανασκόπηση ανά έτος δημοσίευσης (α) καθώς και η κατανομή τους ανά χώρα (b):

Η ανάλυση που παρουσιάζεται στο Σχήμα 2 αποκαλύπτει τις 20 πιο συχνά χρησιμοποιούμενες λέξεις-κλειδιά, με τους κόκκινους κύκλους να αντιπροσωπεύουν τις 5 πιο συχνά χρησιμοποιούμενες λέξεις-κλειδιά. Αυτές περιλαμβάνουν τις λέξεις «Google Earth Engine», «Remote Sensing», «Leaf Area Index», «Sentinel-2» και «grapevine». Το μέγεθος του κύκλου υποδηλώνει τη συχνότητα μιας λέξης-κλειδί, δηλαδή, οι μεγαλύτεροι κύκλοι υποδηλώνουν ότι η λέξη-κλειδί χρησιμοποιείται συχνότερα. Η εγγύτητα μεταξύ των κύκλων, που υποδεικνύεται από το μήκος της γραμμής, αντιπροσωπεύει ότι οι λέξεις-κλειδιά συνδυάζονται ή χρησιμοποιούνται συχνότερα μαζί. Πρέπει να σημειωθεί ότι η ανάλυση αυτή βασίζεται μόνο σε λέξεις-κλειδιά που επιλέχθηκαν από τους συγγραφείς των μελετών.

Μέσω της ανάλυσης της κατανομής των άρθρων σύμφωνα με την κύρια καλλιέργεια (Σχήμα 3), διαπιστώνεται ότι οι μελέτες που σχετίζονται με το αμπέλι αντιπροσωπεύουν το 46% των μελετών. Ακολουθούν οι μελέτες για την ελαιοκαλλιέργεια, με το 22% των άρθρων. Τα υπόλοιπα άρθρα ενσωματώνουν τα είδη αυτά με άλλες καλλιέργειες, οι οποίες καλλιεργούνται στην ίδια ερευνητική περιοχή. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι αμπελώνες εξετάζονται σε πάνω από το 60% των μελετών.

Συμπεράσματα

Η χρονική κατανομή των μελετών που αναλύθηκαν αποκαλύπτει μια αύξηση της επιστημονικής παραγωγής από το 2018 και μετά, η οποία κορυφώνεται το 2021. Η τάση αυτή αντανακλά το αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση/παρακολούθηση της ξηρασίας σε αμπελώνες και ελαιώνες. Οι Sentinel και Landsat αναδεικνύονται ως οι κύριες πηγές πληροφοριών δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Οι αντίστοιχοι αισθητήρες τους, όπως MSI, OLI ή TIRS, παρέχουν πολύτιμα και ελεύθερα προσβάσιμα δεδομένα για ποικίλους ερευνητικούς σκοπούς. Οι πλατφόρμες αυτές χρησιμοποιούνται εκτενώς για την παρακολούθηση των συνθηκών ξηρασίας και την αξιολόγηση των απαιτήσεων σε νερό σε αμπελώνες και ελαιώνες σε διάφορες περιοχές. Η ανάλυση της χωρικής και χρονικής μεταβλητότητας της βλάστησης και του εδάφους σε αμπελώνες και ελαιώνες με τη χρήση δορυφορικών φασματικών δεικτών, όπως ο NDVI και ο NDWI, παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για τη βιώσιμη διαχείριση. Επιπλέον, οι μελέτες αυτές εξετάζουν επίσης τη σημασία καινοτόμων διαδικτυακών πλατφορμών ΓΠΣ που αξιοποιούν δορυφορικά δεδομένα για τη βελτίωση της διαχείρισης της άρδευσης και την ενίσχυση της γεωργικής βιωσιμότητας σε περιοχές όπως η Μεσόγειος, όπου η λειψυδρία αποτελεί σημαντική πρόκληση.