Ποσοτική Χαρτογράφηση Άνυδρων Επιφανειών Αλλουβιακών Ριπιδίων χρησιμοποιώντας Φασματόμετρο Πεδίου και Υπερφασματική Τηλεπισκόπηση

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 15:23, 9 Φεβρουαρίου 2017

Εικόνα 1: Γεωμορφολογικός χάρτης του αλλουβιακού ριπιδίου Wadi Raham (WRAF) που δημιουργήθηκε από την οπτική ερμηνεία αεροφωτογραφιών. Οι θέσεις που έγιναν οι μετρήσεις πεδίου συμβολίζονται με τρίγωνο, ενώ οι θέσεις αξιολόγησης της ακρίβειας συμβολίζονται με τους μαύρους κύκλους. Αρχική κλίμακα 1: 12.000.

Onn Crouvi, Eyal Ben-Dor, Michael Beyth, Dov Avigad, Rivka Amit 2006. Quantitative mapping of arid alluvial fan surfaces using field spectrometer and hyperspectral remote sensing. Remote Sensing of Environment 104 (2006) 103–117. Πηγή: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425706001921 (08/11/2016)

Τα αλλουβιακά ριπίδια είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα των άνυδρων και των ημι-άνυδρων περιοχών και παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την κλιματική αλλαγή και την Τεταρτογενή τεκτονική της εκάστοτε περιοχής (Birkeland, 1999; Bull, 1991). Αυτές οι αποθέσεις εμφανίζονται συχνά ως πολλαπλές επιφάνειες που μπορεί να διακρίνονται μεταξύ τους από το ανάγλυφο και το ύψος τους πάνω από το ενεργό κανάλι, από τα χαρακτηριστικά του εδάφους, από τον τύπο πετρωμάτων και το βαθμό κατακερματισμού (e.g. Bull, 1991; McFadden et al., 1989). Σύμφωνα με τον Αβραμίδη (2015): «Αλλουβιακά ριπίδια: κωνικές, ακτινικές αποθέσεις υλικών οι οποίες αναπτύσσονται σε θέση απότομης αλλαγής του ανάγλυφου, στο σημείο όπου λαμβάνει χώρα το άνοιγμα μιας ορεινής κοιλάδας. Ροές ιζημάτων και νερού, από το κανάλι τροφοδοσίας (feeder canyon), διασκορπίζονται ακτινικά χάνοντας την ενέργειά τους και αποτίθενται».

Η χαρτογράφηση και ο προσδιορισμός της ηλικίας των αλλουβιακών ριπιδίων των άνυδρων και των ημι-άνυδρων περιοχών είναι εξαιρετικής σημασίας σε πολλές μελέτες του Τεταρτογενούς. Ωστόσο, η πιο κοινή μέθοδος χαρτογράφησης αυτών των δομών βασίζεται στην οπτική, ποιοτική ερμηνεία των αεροφωτογραφιών. Στην παρούσα μελέτη εξετάζεται η δυνατότητα χαρτογράφησης των επιφανειών αυτών ιζηματογενών δομών χρησιμοποιώντας την υπερφασματική τηλεπισκόπηση εν πτήσει. Η τεχνική αυτή δοκιμάστηκε σε επιφάνειες αλλουβιακών ριπιδίων ηλικίας Ανώτερο Πλειστόκαινο έως Ολόκαινο που βρίσκονται στην άνυδρη κοιλάδα Arava του νοτίου Israel.

Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε και χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία περιλαμβάνει τέσσερα (4) βασικά στάδια:

1. Χαρακτηρισμός στο πεδίο των επιφανειών των αλλουβιακών ριπιδίων και χαρτογράφησή τους με αεροφωτογραφίες. Το αλλουβιακό ριπίδιο Wadi Raham χαρτογραφήθηκε με οπτική ερμηνεία της φωτεινότητας της επιφάνειας, την απόχρωση σε λευκό και μαύρο και το χρώμα των αεροφωτογραφιών (Κλίμακα 1: 12.000) που ακολουθείται από διορθώσεις από την έρευνα πεδίου. Για τον προσδιορισμό της χρονοσειράς και την εκτίμηση της σχετικής ηλικίας (Amit et al., 1996) χρησιμοποιήθηκαν:

• Ο βαθμός ανάλυσης της επιφάνειας που προσδιορίσθηκε με οπτικές εκτιμήσεις (Amit et al., 1996).
• Ο βαθμός ανάπτυξης του κροκαλοπαγούς στρώματος (desert pavement - pavement καλείται μία επιφάνεια της ερήμου που καλύπτεται από συσσωρευμένα γωνιακά ή στρογγυλεμένα θραύσματα βράχων σε μέγεθος κροκάλων ) προσδιορίσθηκε από εκτιμήσεις, στο πεδίο, του μεγέθους των χαλικιών της επιφάνειας, τη διαλογή και το ποσοστό κάλυψης (Amit & Gerson, 1986).
• Το ποσοστό κάλυψης των χαλικιών που υπολογίσθηκε με βάση ένα μεταλλικό δίχτυ με διαστάσεις 1x1 m και τοποθετήθηκε σε κάθε επιφάνεια των αλλουβιακών ριπιδίων. Ο μέσος όρος της κάλυψης καθορίστηκε με βάση δέκα (10) μετρήσεις σε κάθε επιφάνεια.
• Το μέγιστο μέγεθος των χαλικιών και η λιθολογία που μετρήθηκαν σε διαστήματα 10 cm 20/30 m τυχαίων τομών κάθετων προς τη κατεύθυνση της γενικής ροής.
• Το χρώμα των πετρωμάτων που προσδιορίσθηκε χρησιμοποιώντας το συνδυασμό χρωμάτων Munsell.

2. Φασματικές μετρήσεις πεδίου (Εικόνα 1). Προκειμένου να αναλυθεί η φασματική υπογραφή των επιφανειών μετρήθηκαν δύο τύποι φασμάτων πεδίου: α) το φάσμα της συνολικής επιφάνειας μίας συγκεκριμένης επιφανειακής χρονοσειράς, β) το φάσμα συγκεκριμένων χαλικιών και στοιχείων της επιφάνειας από κάθε μονάδα της χρονοσειράς.

3. Απόκτηση υπερφασματικών δεδομένων, επεξεργασία και ανάλυση. Ένα ψηφιακό φασματόμετρο DAIS-7915 χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη των υπερφασματικών δεδομένων, τα οποία αργότερα αναλύθηκαν με το λογισμικό ENVI (1993). Η ραδιομετρική βαθμονόμηση διεξήχθη στα εργαστήρια DLR στη Γερμανία, ενώ για την ατμοσφαιρική διόρθωση δοκιμάστηκαν διάφορες διαδικασίες (ATREM, MODTRAN, Flat Field, Internal Average Relative Reflectance, and Empirical Line (EL)) και επιλέχθηκε η διόρθωση EL λόγω της καλύτερης απόδοσης σε σχέση με τις άλλες μεθόδους (Crouvi, 2002.

4. Αξιολόγηση της ακρίβειας της υπερφασματικής χαρτογράφησης.

Τα αποτελέσματα των υπερφασματικών μετρήσεων του πεδίου έδειξαν ότι η επιφάνεια ανάκλασης ελέγχεται από δύο κύριες επιφανειακές διεργασίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως κριτήρια της σχετικής ηλικίας: ο βαθμός ανάπτυξης του κροκαλοπαγούς στρώματος (desert pavement) της ερήμου (κάλυψη χαλικιού %) ελέγχει το βάθος που δύναται να φθάσει η απορρόφηση, ενώ η ανάπτυξη του στρώματος των πετρωμάτων επηρεάζει σημαντικά τη συνολική ανακλαστικότητα της επιφάνειας, αλλά η επίδρασή της στο βάθος που δύναται να φθάσει η απορρόφηση είναι περιορισμένη. Παρατηρήθηκε ότι όσο το ποσοστό των χαλικιών, που καλύπτουν την επιφάνεια αυξάνεται, τόσο αυξάνεται και το βάθος που δύναται να φθάσει η απορρόφηση των κοινών χαλικιών, σε αυτή την περίπτωση ανθρακικών στα 2.33 μm. Αντίθετα, το βάθος που μπορεί να φθάσει η απορρόφηση στο τμήμα μεταξύ των χαλικιών μειώνεται. Χρησιμοποιώντας αυτούς τους συσχετισμούς στη χαρτογράφηση της επιφάνειας των χαλικιών (%) σε όλο το αλλουβιακό ριπίδιο, υπολογίσθηκε το ποσοστό της κάλυψης των χαλικιών σε κάθε pixel της υπερφασματικής εικόνας. Η ακρίβεια της πρόβλεψης του ποσοστού κάλυψης των χαλικιών είναι της τάξης του ± 15% (π.χ. αν η κάλυψη του χαλικιού της τάξης του 50%, μπορεί να προβλεφθεί να είναι 35% έως 65%). Η φασματική χαρτογράφηση διατηρήθηκε σε υψηλό βαθμό ακρίβειας (R2 =0.57 έως 0.83), αφού χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα αξιολόγησης μεγάλης ακρίβειας. Η ποσοτική μεθοδολογία που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη για τη χαρτογράφηση των επιφανειών των αλλουβιακών ριπιδίων μπορεί να προσαρμοστεί και για άλλες επιφάνειες σε όλες τις άνυδρες περιοχές του κόσμου.

Για τη δημιουργία ποσοτικών και με μεγάλη ακρίβεια γεωμορφολογικών χαρτών, αντί για τη μέθοδο της ερμηνείας αεροφωτογραφιών προτείνεται η αξιοποίηση της μεθόδου που προαναφέρθηκε σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους τηλεπισκόπησης.

Πρόσθετες Πηγές

• Αβραμίδης Π., «Ενότητα 7: Περιβάλλοντα Ιζηματογένεσης – Αλλουβιακά Ριπίδια», Πανεπιστήμιο Πατρών, Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ΠΠ, 2015. https://www.researchgate.net/profile/Eyal_Ben-Dor/publication/222563719_Quantitative_mapping_of_arid_alluvial_fan_surfaces_using_field_spectrometer_and_hyperspectral_remote_sensing/links/0fcfd50b673a02c73b000000.pdf (πρόσβαση στις 20/01/2017)
• Wikipedia, «Desert Pavement». https://en.wikipedia.org/wiki/Desert_pavement (πρόσβαση στις 20/01/2017)