Εφαρμογές της τηλεπισκόπησης και του GIS στη μοντελοποίηση του κινδύνου δασικής πυρκαγιάς στην Μογγολία

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 23:04, 28 Φεβρουαρίου 2011

THE APPLICATIONS OF REMOTE SENSING AND GIS IN MODELING FOREST FIRE HAZARD IN MONGOLIA

Συγγραφείς: Yousif Ali Hussin, Mutumwa Matakala, Narangeral Zagdaa

Στόχος

Οι στόχοι αυτής της ερευνητικής εργασίας ήταν να αξιολογήσει και να συγκρίνει την ικανότητα δεδομένων Landsat TM και MODIS NDVI στην ανίχνευση και χαρτογράφηση σημαδιών πυρκαγιάς, να παρακολουθήσει και να αξιολογήσει τη συχνότητα εμφάνισης φωτιάς με το χρόνο χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat TM, να αναλυθεί το καθεστώς πυρκαγιάς για την περιοχή μελέτης και να εκτιμηθεί ο βαθμός στον οποίο βιοφυσικοί παράγοντες επηρεάζουν την πιθανή εμφάνιση πυρκαγιάς. Όλα αυτά θα οδηγήσουν στην ανάπτυξη ενός μοντέλου κινδύνου πυρκαγιάς για τα δάση Μογγολίας. Ο απώτερος στόχος είναι η διαχείριση και η πρόληψη των πυρκαγιών στα μογγολικά δάση.

Στην Μογγολία σημειώνεται μια σοβαρή αύξηση των δασικών πυρκαγιών.Μογγολία έχει δύο περιόδους αιχμής των πυρκαγιών. Η μια περίοδος είναι από το Μάρτιο έως τα μέσα Ιουνίου, το οποίο αντιστοιχεί στο 80% του συνόλου των πυρκαγιών, ενώ η άλλη περίοδος είναι από το Σεπτέμβριο μέχρι Οκτώβριο που αντιπροσωπεύει το 5% του συνόλου των πυρκαγιών. Κατά μέσο όρο, περίπου 50-60 πυρκαγιές συμβαίνουν ετησίως και η συχνότερη αιτία εκδήλωσης των πυρκαγιών είναι ο άνθρωπος. Η τηλεπισκόπηση και τα GIS μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην ανίχνευση καμένου δάσους και την ανάπτυξη ενός χωρικού προτύπου για την πρόβλεψη πιθανών δασών που κινδυνεύουν από πυρκαγιές. Η έρευνα εστιάζεται στη χαρτογράφηση της κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης, την ανίχνευση και χαρτογράφηση των καμένων περιοχών καθώς και την ανάπτυξη ενός μοντέλου κινδύνου πυρκαγιάς για τον εντοπισμό πυρκαγιάς σε περιοχές υψηλού κινδύνου χρησιμοποιώντας παραμέτρους, όπως τα είδη δασικής κάλυψης, την τοπογραφία, το οδικό δίκτυο, η κατοίκηση, τα ποτάμια και τις κλιματικές παραμέτρους. Σταθερές δασικές παράμετροι όπως είδη δάσους, είδη δένδρων και η πυκνότητα των δασών, χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του μοντέλου.

Σύγκριση επίγειων μεθόδων μελέτης και τηλεπισκόπησης-GIS

Λόγω των αρνητικών επιπτώσεων που προκαλούνται από φωτιά, υπάρχει ανάγκη διαχείρισης των πυρκαγιών, έτσι ώστε οι αρνητικές επιπτώσεις να περιοριστούν. Ένα κρίσιμο ζήτημα που επηρεάζει την αποτελεσματική διαχείριση πυρκαγιών είναι η έλλειψη ασφαλών στοιχείων για την εμφάνιση πυρκαγιών και τη χωροταξικής διανομή-διασπορά. Χωρίς μια σαφή και ορθή κατανόηση της διανομής και της δυναμικής των δασικών πυρκαγιών, είναι αδύνατο να διαχειριστούν αποτελεσματικά Ως εκ τούτου, οι αρμόδιοι φορείς απαιτούν ενημερωμένες πληροφορίες και χάρτες για τη συμπεριφορά της φωτιάς και τις καμένες περιοχές.

Οι επίγειες έρευνες δεν παρέχουν αξιόπιστες πληροφορίες σχετικά με την τοποθεσία των ουλών πυρκαγιάς, το μέγεθος και την ένταση λόγω των μικρών περιοχών που μπορούν να παρατηρηθούν. Επιπλέον οδηγεί στην υποτίμηση της έκτασης της πυρκαγιάς που απορρέει από την έλλειψη παρακολούθησης και καταγραφής των περιστατικών πυρκαγιάς σε δυσπρόσιτες περιοχές και στο υψηλό κόστος των επίγειων ερευνών αλλά και σε μια έλλειψη εναρμόνισης των στατιστικών στην έκταση που κάηκε.

Δεδομένης της τεράστιας γεωγραφικής έκτασης από την οποία πρέπει να συγκεντρώνονται πληροφορίες, η τηλεπισκόπηση και τα GIS προσφέρουν κατάλληλο τρόπο απόκτησης πληροφοριών σε τακτική και μόνιμη βάση, ακόμη και σε περιοχές όπου η πρόσβαση είναι περιορισμένη.

Η τηλεπισκόπηση επιτρέπει τη σύλληψη τύπων δεδομένων που οι άνθρωποι δε μπορούν να καταγράψουν όπως κοντά στο υπέρυθρο και το θερμικό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, οι οποίες παρέχουν πρόσθετες πληροφορίες. Εξάλλου, η τηλεπισκόπηση παρέχει τακτικές παρατηρήσεις επιτρέποντας την τακτική ενημέρωση για την κατάστασης της φωτιάς Επιπλέον, η τηλεπισκόπηση έχει το πλεονέκτημα της παρουσίασης διαφόρων χαρακτηριστικών ανάκλασης μεταξύ των ουλών της πυρκαγιάς και της υγιούς βλάστησης.

Περιοχή μελέτης

Η μελέτη διεξήχθη στην περιοχή Batsumber της Μογγολίας. Είναι περίπου 62 χιλιόμετρα από την πρωτεύουσα της. Η περιοχή επιλέχθηκε γιατί είναι ευαίσθητη στις πυρκαγιές και τα περισσότερα από τα μέρη εντός της περιοχής μελέτης είναι προσιτά καθιστώντας δυνατή τη συλλογή των δεδομένων από το πεδίο. Επιπλέον, οι προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης δεν έχουν εφαρμοστεί για τη χαρτογράφηση των ουλών της πυρκαγιάς στην περιοχή αυτή. Η περιοχή καλύπτεται με λόφους και βουνά. Η περιοχή μελέτης έχει κλίμα ηπειρωτικού τύπου με χειμώνες μακράς διάρκειας και σύντομα καλοκαίρια. Η περιοχή έχει διαφορετικούς τύπους κάλυψης της γης οι οποίες περιλαμβάνουν αυτούς των δασών, εδάφη θάμνων, καμένων περιοχών, βοσκότοπων και γυμνού εδάφους. Έχει ετερογενή μείγματα από είδη δέντρων στα δάση και σε ορισμένες ζώνες, τα είδη που βρέθηκαν είναι ομοιογενή. Στην περιοχή ξέσπασαν φωτιές το έτος 1990, 1996, 2003, 2005, 2006 και 2007.

Χρήση χαρτών και λογισμικών

Χρησιμοποιήθηκαν ένας τοπογραφικός χάρτης που καλύπτει την περιοχή μελέτης σε μια κλίμακα 1: 50,000. το μοντέλο ψηφιακής ανύψωσης, το οδικό shape file, το shape file των ποταμών. Οι κατοικίες ψηφιοποιήθηκαν από τον τοπογραφικό χάρτη χρησιμοποιώντας το GIS. Οι εικόνες MODIS αποκτήθηκαν από το Http //edcimswww.cr.usgs.gov/ pub/imswelcome ενώ οι εικόνες Landsat TM αγοράστηκαν. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν τα MicroSoft excel, Microsoft word, ERDAS 9.1, Arc GIS, 9.2 and ILWIS 3.3

Συμπεράσματα

Η έρευνα έδειξε ότι ο Landsat TM είναι ακριβέστερος στη χαρτογράφηση σημαδιών πυρκαγιάς από ότι ο MODIS NDVI. Αυτό αποδείχθηκε από την ακρίβεια που αποκτήθηκε όταν χρησιμοποιήθηκαν οι δύο αισθητήρες στη χαρτογράφηση των σημαδιών πυρκαγιάς. Κατά τη χαρτογράφηση χρησιμοποιώντας Landsat TM επιτεύχθηκε μια γενική ακρίβεια 80% ενώ η συνολική ακρίβεια όταν χρησιμοποιήθηκε ο MODIS NDVI. ήταν μόνο 66% . Συγκεκριμένα από τη σύγκριση της χωρικής διασποράς των σημαδιών πυρκαγιάς από Landsat TM και το MODIS NDVI προέκυψε ότι τα σημάδια πυρκαγιάς χαρτογραφήθηκαν επιτυχώς από την εικόνα Landsat TM και MODIS NDVI. Εντούτοις, από την οπτική επιθεώρηση, οι εξαγόμενοι χάρτες σημαδιών πυρκαγιάς ήταν διαφορετικοί. Οι διαφορετικοί χάρτες παρουσίασαν μια ευδιάκριτη απόκλιση σχετιζόμενη με τη χωρική ανάλυση των δύο εισαγμένων εικόνων. Εξαιτίας της υψηλής ανάλυσης της εικόνας Landsat TM, ήταν δυνατό να ανιχνευθούν μικρά σημάδια πυρκαγιάς με πολλές λεπτομέρειες αντίθετα με την εικόνα MODIS NDVI χαμηλής ανάλυσης που δε θα μπορούσε να ανιχνεύσει τα σημάδια πυρκαγιάς με πολλή λεπτομέρεια. Αν και ο Landsat TM έδωσε πολλή λεπτομέρεια στη χαρτογράφηση σημαδιών πυρκαγιάς σε σύγκριση με τον MODIS NDVI, κάποια αγροτική περιοχή αλληλεπικαλύπτονταν με τα σημάδια πυρκαγιάς επειδή είχαν τον ίδιο συντελεστή ανάκλασης. Ακόμα κι αν υπήρξε κάποια επικάλυψη στη ταξινόμηση των σημαδιών πυρκαγιάς και γεωργικού εδάφους, τα αποτελέσματα από την ταξινόμηση είναι ακριβή δεδομένου ότι η επικύρωση του χάρτη έγινε χρησιμοποιώντας επίγεια αληθινά στοιχεία..

Eικόνα 1: Χωρική κατανομή των ουλών πυρκαγιάς σε σχέση με το υψόμετρο.

Eικόνα 2: Χωρική κατανομή των ουλών πυρκαγιάς σε σχέση με τον προσανατολισμό.

Στο έτος 2000, συνολικά 11.688 εκτάρια του εδάφους καήκαν από την πυρκαγιά. Το έτος 2007 είχε συνολικά 15.363 εκτάρια του εδάφους κάηκαν. Ενώ η συχνότητα της πυρκαγιάς παρουσίασε αυξητική τάση, η δασική κάλυψη μειώνονταν. Εντούτοις, η μείωση της περιοχή δασικής κάλυψης δεν ήταν γραμμική με τη περιοχή που χάνεται από τις πυρκαγιές. Αυτό υπονοεί ότι άλλοι παράγοντες όπως η παράνομη υλοτομία και η προσβολή εντόμων ήταν αρμόδιοι για τις επιπλέον απώλειες.

Βρέθηκε ότι οι πυρκαγιές επικρατούν τους μήνες Απρίλιο, Μάιο και Ιούνιο. Αυτή είναι η περίοδος που η θερμοκρασία του εδάφους και η θερμοκρασία του αέρα είναι υψηλές. Η ταχύτητα του αέρα κατά τη διάρκεια αυτών των μηνών αυξάνει επίσης την πιθανότητα εκδήλωσης πυρκαγιάς. Οι υψηλές θερμοκρασίες μειώνουν την περιεκτικότητα των καυσίμων σε υγρασία ενώ οι αυξανόμενες ταχύτητες ανέμων παρέχουν περισσότερο οξυγόνο στο μέτωπο πυρκαγιάς που μειώνει την περιεκτικότητα των καυσίμων σε υγρασία . Οι διαφορετικοί φυσικοί παράγοντες που εξετάστηκαν επηρέασαν τις πυρκαγιές διαφορετικά. Βρέθηκε ότι τα περισσότερα από τα σημάδια πυρκαγιάς εντοπίστηκαν στις αποστάσεις κοντά στους ποταμούς και τους δρόμους ενώ το αντίθετο συνέβη με την απόσταση από τις κατοικίες όπου μια αύξηση στο μέγεθος των σημαδιών πυρκαγιάς παρατηρήθηκε επιπλέον μακριά από τον οικισμό. Τα σημάδια πυρκαγιάς ήταν υψηλότερα στα μεσαία υψόμετρα από ότι στα χαμηλότερα και τα μεγαλύτερα υψόμετρα (Εικόνα 1). Τα σημάδια πυρκαγιάς σε σχέση με την κλίση παρατηρήθηκαν στις μέσες κατηγορίες κλίσεων παρά στις χαμηλότερες και υψηλότερες κατηγορίες. Ο προσανατολισμός είχε μια επιρροή στην πυρκαγιά (Εικόνα 2). Οι περισσότερες από τις πυρκαγιές ήταν στον Βορρά και στα βορειοδυτικά. Επίσης ανακαλύφθηκε ότι όσον αφορά τους δασικούς τύπους, τα περισσότερα σημάδια πυρκαγιών παρατηρήθηκαν στο κωνοφόρο δάσος.