Αποτελεσματικότητα της χρήσης της τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση ανθίσεων φυκών και κυανοβακτηρίων

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 23:27, 23 Φεβρουαρίου 2026

Πρωτότυπος τίτλος: Efficiency of using remote sensing to monitor algal and cyanobacterial blooms in continental aquatic environments

Μεταφρασμένος τίτλος Αποτελεσματικότητα της χρήσης της τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση ανθίσεων φυκών και κυανοβακτηρίων σε ηπειρωτικά υδάτινα περιβάλλοντα

Συγγραφείς: Guilherme Luiz Rissate, Elisa Parreira Darim, Gilson de Souza Ferreira Neto, Manuel Eduardo Ferreira, Fernanda Melo Carneiro

Δημοσιεύθηκε: Science of the Total Environment 1010 (2026) 181130

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Λέξεις-Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Ατμοσφαιρική διόρθωση, δορυφόροι, χλωροφύλλη, φυτοπλαγκτόν, ευτροφισμός

1. Εισαγωγή

Η παρακολούθηση των ανθίσεων φυκών (algal blooms) σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα αποτελεί κρίσιμο ζήτημα για τη δημόσια υγεία, τη βιοποικιλότητα και τη διαχείριση υδατικών πόρων. Οι επιβλαβείς ανθίσεις φυκών (Harmful Algal Blooms – HABs) συνδέονται με την παραγωγή τοξινών, τη μείωση του διαλυμένου οξυγόνου και σοβαρές οικολογικές και οικονομικές επιπτώσεις, ιδίως σε περιοχές υδατοκαλλιέργειας και τουρισμού. Η κλιματική αλλαγή και ο ευτροφισμός έχουν εντείνει τη συχνότητα και την ένταση των φαινομένων αυτών, καθιστώντας αναγκαία την ανάπτυξη αξιόπιστων συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης.

Η μελέτη αυτή εξετάζει συστηματικά την αποτελεσματικότητα της τηλεπισκόπησης στην ανίχνευση και παρακολούθηση ανθίσεων φυκών και κυανοβακτηρίων. Μέσω μετα-ανάλυσης (meta – analysis) μεγάλου αριθμού δημοσιευμένων εργασιών, αξιολογείται η ακρίβεια των δορυφορικών και αερομεταφερόμενων μεθόδων, συγκρίνονται διαφορετικοί αισθητήρες και αναδεικνύονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των μοντέλων. Η έρευνα αυτή συμβάλλει στη σύνθεση της υπάρχουσας γνώσης και στη διαμόρφωση κατευθυντήριων γραμμών για μελλοντικές εφαρμογές.

Σκοπός του άρθρου είναι η ποσοτική αξιολόγηση, μέσω μετα-ανάλυσης, της αποτελεσματικότητας και αξιοπιστίας των τεχνικών τηλεπισκόπησης στην ανίχνευση και παρακολούθηση ανθίσεων φυκών και κυανοβακτηρίων σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα.

2. Μεθοδολογία

Η παρούσα μελέτη βασίστηκε σε συστηματική ανασκόπηση και μετα-ανάλυση της διεθνούς βιβλιογραφίας σχετικά με την εφαρμογή της τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση και ποσοτική εκτίμηση ανθίσεων φυκών σε ηπειρωτικά υδάτινα σώματα. Η μεθοδολογική προσέγγιση ακολούθησε τις κατευθυντήριες οδηγίες PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) (βλ. Εικόνα 1, διασφαλίζοντας διαφάνεια, αναπαραγωγιμότητα και συστηματικότητα στη διαδικασία επιλογής και αξιολόγησης των μελετών.

Εικόνα 1: Διάγραμμα ροής PRISMA για την ανάλυση της βιβλιογραφίας

Στρατηγική αναζήτησης και επιλογή μελετών

Η αναζήτηση της βιβλιογραφίας πραγματοποιήθηκε σε διεθνείς επιστημονικές βάσεις δεδομένων (π.χ. Web of Science, Scopus), χρησιμοποιώντας συνδυασμούς λέξεων-κλειδιών που σχετίζονται με την τηλεπισκόπηση, τη χλωροφύλλη-a, τις ανθίσεις φυκών/κυανοβακτηρίων και τα εσωτερικά υδάτινα σώματα. Η χρονική περίοδος κάλυψε δημοσιεύσεις από τις αρχές της δορυφορικής παρατήρησης γης (δεκαετία 1970) έως και το 2021.

Η διαδικασία επιλογής περιλάμβανε τέσσερα στάδια (α) Ταυτοποίηση των δυνητικά σχετικών άρθρων (β) Αφαίρεση διπλοεγγραφών (γ) Έλεγχο τίτλου και περίληψης βάσει προκαθορισμένων κριτηρίων (δ) Πλήρη αξιολόγηση κειμένου για την τελική ένταξη.

Τα κριτήρια ένταξης (PICO framework) περιλάμβαναν:

-Population (Πληθυσμός): Λίμνες, ταμιευτήρες και ποτάμια (εξαιρέθηκαν θαλάσσια και μεταβατικά ύδατα).

-Intervention (Παρέμβαση): Εκτίμηση συγκέντρωσης χλωροφύλλης-a μέσω δορυφορικών ή εναέριων δεδομένων.

-Comparator (Σύγκριση): Επιτόπιες (in situ) μετρήσεις χλωροφύλλης-a.

-Outcome (Έκβαση): Ποσοτικοί δείκτες απόδοσης (r, R², RMSE) και διαθέσιμο μέγεθος δείγματος (Ν).

Αποκλείστηκαν μελέτες που δεν παρείχαν επαρκή στατιστικά στοιχεία, δεν ανέφεραν τον τύπο αισθητήρα ή δεν βασίζονταν σε ποσοτική βαθμονόμηση/επικύρωση μοντέλων.

Εξαγωγή και κατηγοριοποίηση δεδομένων

Από κάθε επιλεγμένη μελέτη συλλέχθηκαν πληροφορίες σχετικά με (α) τον τύπο αισθητήρα: πολυφασματικός ή υπερφασματικός, (β) την πλατφόρμα καταγραφής: δορυφόρος ή UAV, (γ) την χωρική ανάλυση: χαμηλή (>30 m), μέση (5–30 m), υψηλή (<5 m), (δ) την αλγοριθμική προσέγγιση: εμπειρικά μοντέλα, ημι-αναλυτικά μοντέλα, μοντέλα μηχανικής μάθησης, (ε) τον τύπο υδάτινου σώματος: λεντικό (λίμνες, ταμιευτήρες) ή λωτικό (ποτάμια), (στ) την κλιματική ζώνη: τροπική, εύκρατη, ψυχρή ή άνυδρη, (ζ) την μέθοδο ατμοσφαιρικής διόρθωσης, δεδομένης της καθοριστικής επίδρασής της στην ποιότητα του σήματος.

Σημειώνεται πως ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη σύγκριση ευρέως χρησιμοποιούμενων δορυφορικών αποστολών, όπως οι: Landsat 8, Sentinel-2, MODIS. Οι αποστολές αυτές επιλέχθηκαν λόγω της ευρείας εφαρμογής τους στην εκτίμηση συγκεντρώσεων χλωροφύλλης-a και φυκοκυανίνης, της ελεύθερης πρόσβασης στα δεδομένα και της διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης που προσφέρουν.

Στατιστική επεξεργασία και μετα-ανάλυση

Οι συντελεστές συσχέτισης (r) μετατράπηκαν σε τιμές Fisher’s Z, ώστε να εξασφαλιστεί κανονικότητα και συγκρισιμότητα μεταξύ μελετών. Το βάρος κάθε μελέτης υπολογίστηκε ως το αντίστροφο της διακύμανσης, δίνοντας μεγαλύτερη βαρύτητα σε μελέτες με μεγαλύτερο δείγμα.

Για την εκτίμηση της συνολικής επίδρασης χρησιμοποιήθηκε πολυεπίπεδο μοντέλο τυχαίων επιδράσεων (three-level random effects model), ώστε να ληφθεί υπόψη η εξάρτηση πολλαπλών αποτελεσμάτων από την ίδια μελέτη.

Η ετερογένεια αξιολογήθηκε μέσω των δεικτών Q και I². Σε περιπτώσεις υψηλής ετερογένειας εφαρμόστηκαν: (α) Ανάλυση υποομάδων (subgroup analysis), (β) Μετα-παλινδρόμηση (meta-regression)

ώστε να διερευνηθεί η επίδραση παραγόντων όπως: η χωρική ανάλυση, ο τύπος αλγορίθμου, η μέθοδος ατμοσφαιρικής διόρθωσης, ο τύπος υδάτινου σώματος, η κλιματική ζώνη

Έλεγχος μεροληψίας και αξιοπιστία

Η πιθανή μεροληψία δημοσίευσης εξετάστηκε με διάγραμμα χοάνης (funnel plot), έλεγχο Egger και μέθοδο trim-and-fill. Επιπλέον, υπολογίστηκε ο δείκτης fail-safe number (FSN), ώστε να εκτιμηθεί ο αριθμός υποθετικών μη δημοσιευμένων μελετών που θα απαιτούνταν για την ανατροπή της στατιστικής σημαντικότητας των αποτελεσμάτων.

Παράγοντες που εξετάστηκαν ως πηγές αβεβαιότητας

Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακρίβεια των μοντέλων, όπως:η θολότητα και συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων, η παρουσία διαλυμένης οργανικής ύλης, η φασματική επικάλυψη χλωροφύλλης και φυκοκυανίνης, η εποχικότητα και θερμική στρωμάτωση, οι περιορισμοί χωρικής και χρονικής ανάλυσης.

Η ολοκληρωμένη αυτή μεθοδολογική προσέγγιση επέτρεψε τη συστηματική σύγκριση διαφορετικών τεχνολογιών, αλγορίθμων και περιβαλλοντικών συνθηκών, παρέχοντας μια αξιόπιστη και ποσοτικά τεκμηριωμένη αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση ανθίσεων φυκών.

3. Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα της μετα-ανάλυσης καταδεικνύουν ότι η τηλεπισκόπηση αποτελεί αξιόπιστο εργαλείο για την παρακολούθηση ανθίσεων φυκών, με υψηλές τιμές συντελεστή προσδιορισμού (R²) σε πολλές περιπτώσεις, ιδιαίτερα όταν εφαρμόζονται μοντέλα μηχανικής μάθησης. Οι πολυφασματικοί αισθητήρες, όπως εκείνοι των Sentinel-2 και Landsat 8, εμφανίζουν ικανοποιητική απόδοση στην εκτίμηση χλωροφύλλης-a σε καθαρά ή μέτρια θολά ύδατα.

Ωστόσο, σε υδάτινα σώματα με υψηλή συγκέντρωση αιωρούμενων στερεών ή οργανικής ύλης, η ακρίβεια μειώνεται λόγω φασματικής παρεμβολής. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα υπερφασματικά δεδομένα παρουσιάζουν βελτιωμένη ικανότητα διάκρισης, αν και η περιορισμένη διαθεσιμότητα και το υψηλότερο κόστος περιορίζουν την επιχειρησιακή τους εφαρμογή.

Η ανάλυση δείχνει επίσης ότι τα μοντέλα μηχανικής μάθησης (π.χ. Random Forest, Neural Networks) υπερτερούν των απλών εμπειρικών μοντέλων, καθώς διαχειρίζονται καλύτερα τη μη γραμμικότητα των σχέσεων μεταξύ φασματικών τιμών και βιοφυσικών παραμέτρων. Επιπλέον, η συνδυαστική χρήση δορυφορικών δεδομένων με επιτόπιες μετρήσεις βελτιώνει σημαντικά την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων.

Ένα σημαντικό εύρημα είναι ότι η απόδοση των μοντέλων διαφέρει ανάλογα με τον τύπο υδάτινου σώματος. Οι λίμνες εμφανίζουν συνήθως υψηλότερη ακρίβεια σε σύγκριση με τις παράκτιες περιοχές, όπου η παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων και σύνθετων οπτικών ιδιοτήτων δυσχεραίνει την ανάλυση. Παράλληλα, η χωρική ανάλυση παίζει καθοριστικό ρόλο: αισθητήρες με υψηλότερη χωρική ανάλυση επιτρέπουν καλύτερη αποτύπωση τοπικών ανθίσεων.

Συνολικά, η ανάλυση επιβεβαιώνει ότι η τηλεπισκόπηση είναι αποτελεσματικό και οικονομικά αποδοτικό εργαλείο για την παρακολούθηση ανθίσεων φυκών σε μεγάλη κλίμακα. Παρά τα υφιστάμενα τεχνικά όρια, οι εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη, στη συγχώνευση δεδομένων και στους νέους υπερφασματικούς αισθητήρες αναμένεται να ενισχύσουν περαιτέρω την ακρίβεια και την επιχειρησιακή αξιοποίηση των συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης.