Παρακολούθηση της χιονοκάλυψης και προσομοιώση της επιφανειακής απορροής στις λεκάνες απορροής των Ιμαλαΐων μέσω τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 18:02, 7 Φεβρουαρίου 2019

Εικόνα 1: Περιοχή μελέτης. Το πολύγωνο με το μαύρο χρώμα απεικονίζει την άνω λεκάνη απορροής του Ινδού ποταμού

Εικόνα 2: Εποχιακή χιονοκάλυψη (χειμώνας στο πάνω, άνοιξη - καλοκαίρι στο μέσο, φθινόπωρο στο κάτω τμήμα) με βάση τις χρονολογικές σειρές MOD10C2 από το Μάρτιο του 2000 έως το Φεβρουάριο του 2008

Πρωτότυπος τίτλος: Large-scale monitoring of snow cover and runoff simulation in Himalayan river basins using remote sensing

Συγγραφείς: W.W. Immerzeel, P. Droogers, S.M. de Jong, M.F.P. Bierkens

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου

Εισαγωγή

Στα Ιμαλάια και στο παρακείμενο οροπέδιο Θιβέτ-Κινγκχάι πηγάζουν οι κυριότεροι ασιατικοί ποταμοί μεταξύ των οποίων είναι οι Ινδός, ό Γάγγης, και ο Βραχμαπούτρα. Αυτοί οι ποταμοί διαδραματίζουν βαρύνουσας σημασίας ρόλο σε εκατοντάδες εκατομμυρίων ανθρώπους που ζουν στις κατάντη περιοχές τους. Η διατήρηση αυτών των υδάτινων πόρων είναι ιδιαίτερα σημαντική. Τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα των ανάντη λεκανών πέφτουν εν μέρει υπό μορφή χιονιού, προκαλώντας φυσική καθυστέρηση στην επιφανειακή απορροή των ποταμών. Η δυναμική της χιονοκάλυψης επομένως επηρεάζει τη διαθεσιμότητα ύδατος στις κατάντη περιοχές, ειδικά την άνοιξη κατά την έναρξη της αρδευτικής περιόδου. Η μελέτη αυτή επικεντρώνεται στην δυναμική της χιονοκάλυψης στην Ασία η οποία αναλύεται χωροχρονικά χρησιμοποιώντας μεθόδους τηλεπισκόπησης και εστιάζεται στη λεκάνη του Ινδού ποταμού, όπου η τήξη του χιονιού είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας στην προμήθεια του νερού.

Περιοχή μελέτης

Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει το οροπέδιο Θιβέτ-Κινγκχάι και τις οροσειρές Hindu-Kush, Pamir, Karakoram κι εκείνη των Ιμαλαΐων, που αποτελούν τις πηγές όλων των μεγάλων ποταμών της Ασίας (εικ. 1). Η κατανομή των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων διαφοροποιείται χωροχρονικά και εξαρτάται κυρίως από τούς μουσώνες. Κατά τους καλοκαιρινούς μήνες (Ιούνιος-Σεπτέμβριος), ο νοτιοανατολικός μουσώνας παράγει έντονες βροχοπτώσεις, ειδικά στο ανατολικό τμήμα. Ο μουσώνας αποδυναμώνεται προς τα δυτικά, εκεί οι άνεμοι προκαλούν κατακρημνίσματα κατά τη χειμωνιάτικη περίοδο (Δεκέμβριος-Μάρτιος), που εκφράζονται κυρίως με τη μορφή χιονιού. Το μοντέλο απορροής χιονιού είναι σχεδιασμένο για την άνω λεκάνη του Ινδού ανάντη του φράγματος Tarbela το οποίο (παράλληλα με το φράγμα Mangla) αποτελεί σημαντικό ταμιευτήρα και ρυθμίζει την υδροδότηση των αρδευόμενων περιοχών του Ινδού ποταμού.

Μεθοδολογία

Σύνολα δεδομένων

Τα απαιτούμενα δεδομένα για την παρουσία χιονοκάλυψης εξήχθησαν από το δορυφόρο MODIS (παρείχε δεδομένα για την περιοχή μεταξύ Μαρτίου 2000 και Φεβρουαρίου 2008). Τα επίπεδα χιονοκάλυψης μετρήθηκαν με τη χρήση του δείκτη κάλυψης χιονιού «Normalized Difference Snow Index (NDSI)», ενώ τα δεδομένα βροχόπτωσης από την TRMM. Η αποστολή για τη μέτρηση της τροπικής βροχόπτωσης «Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)» παρέχει δεδομένα πρόβλεψης ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων και χρησιμοποιεί δεδομένα από πολλούς δορυφόρους. Τα μακροπρόθεσμα μοτίβα θερμοκρασίας προέκυψαν χρησιμοποιώντας την υψηλής ακρίβειας παγκόσμια βάση δεδομένων που παρέχει κλιματικά στοιχεία: τη μονάδα έρευνας για το κλίμα «Climate Research Unit (CRU)».

Μοντέλο απορροής

Το μοντέλο απορροής στην άνω λεκάνη του Ινδού ποταμού βασίζεται στο μοντέλο απορροής χιονιού «Snowmelt Runoff Model (SRM)» το οποίο αναπτύχθηκε αρχικά από τον Martinec (1975) και έχει εφαρμοστεί σε πάνω από 100 λεκάνες που κυμαίνονται σε επιφάνεια από 0,8 τ.χλμ. έως 917,444 τ.χλμ. σε 29 διαφορετικές χώρες. Πρόκειται για ένα εννοιολογικό υδρολογικό μοντέλο επιπέδου ημέρας που χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της ημερήσιας απορροής που προκύπτει από το λιώσιμο χιονιού και τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα σε ορεινές περιοχές.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Ρυθμοί μεταβολής θερμοκρασιών και ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων

Υπάρχει μια σαφής αύξηση της θερμοκρασίας σε όλες τις εποχές, με την ισχυρότερη να εμφανίζεται το χειμώνα και την ασθενέστερη το καλοκαίρι. Οι ρυθμοί αύξησης της θερμοκρασίας είναι πιο εκτεταμένοι από τον παγκόσμιο μέσο ρυθμό. Τόσο οι θερμοκρασιακοί όσο και οι ρυθμοί των βροχοπτώσεων είναι μεγαλύτεροι στην άνω λεκάνη του Ινδού σε σύγκριση με ολόκληρο τον τομέα.

Ρυθμοί μεταβολής χιονοκάλυψης

Υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ του συνόλου της περιοχής και της άνω λεκάνης του Ινδού ποταμού. Για ολόκληρη την περιοχή η μέση ετήσια χιονοκάλυψη ανέρχεται στο 10,5% της συνολικής έκτασης, ενώ για την άνω λεκάνη του Ινδού το ποσοστό είναι τρεις φορές υψηλότερο (33,9%). Στις λεκάνες απορροής των Ιμαλαΐων υπάρχει μεγάλη χωρική διακύμανση λόγω των μεγάλων κλιματικών και υψομετρικών διαφορών (εικ. 2). Όπως φαίνεται υπάρχει συσχέτιση με το υψόμετρο και παρατηρείται μια μειούμενη τάση από τη δύση προς την ανατολή. Όσον αφορά την κατανομή των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων παρατηρείται ότι το άνω τμήμα της λεκάνης του Ινδού δέχεται τις περισσότερες χειμερινές βροχοπτώσεις από το σύνολο της περιοχής. Σε συνδυασμό με σχετικά μικρές ποσότητες βροχόπτωσης κατά την καλοκαιρινή περίοδο η σημασία της τήξης του χιονιού και των πάγων στη συνολική ετήσια απορροή είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι σε οποιαδήποτε άλλη λεκάνη των Ιμαλαΐων.

Μοντελοποίηση της απορροής

Το μοντέλο απορροής δημιουργήθηκε από δεδομένα τηλεπισκόπησης που μετρούν χιονοκάλυψη και ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα και μετρά τη συμβολή της τήξης του χιονιού και των πάγων και των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων στην επιφανειακή απορροή. Τα βασικά αποτελέσματα εξήχθησαν μέσω της συγκεκριμένης μοντελοποιήσης είναι τα εξής:

• Το μέρος των κατακρημνισμάτων που εκφράζεται με τη μορφή χιονιού μειώθηκε από 60% σε 48%
• Λόγω της αύξησης της συνολικής βροχόπτωσης, η ετήσια απορροή από την τήξη των χιονιών παραμένει σχεδόν σταθερή
• Αν και η έκταση των παγετώνων μειώνεται κατά 50%, η συνολική παγετώδης απορροή μειώνεται μόνο κατά 22%, λόγω της αύξησης θερμοκρασίας
• Η απορροή που οφείλεται στις βροχοπτώσεις αυξάνεται σημαντικά κατά 53%
• Η συνολική ροή αυξάνεται κατά 7%

Συμπεράσματα

Τα βασικά συμπεράσματα που εξάγονται από αυτή τη μελέτη εμφανίζονται παρακάτω. Αρχικά, η τηλεπισκόπηση επιτρέπει την ανίχνευση χωροχρονικών προτύπων χιονοκάλυψης σε μεγάλες περιοχές όπου το έδαφος είναι απρόσιτο και παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για τον υδρολογικό κύκλο. Επιπλέον, η λεκάνη του Ινδού είναι η περισσότερο εξαρτώμενη (για την επιφανειακή απορροή) από την τήξη του χιονιού και των πάγων κι επίσης υπάρχει μία σημαντική τάση μείωσης της κάλυψης του χιονιού που παρατηρήθηκε στην άνω λεκάνη. Επιπροσθέτως, τα σενάρια που μελετήθηκαν μπορεί να έχουν ευεργετική επίδραση στην κατάντη διαθεσιμότητα νερού του Ινδού και κατά συνέπεια, των γεωργικών δυνατοτήτων της περιοχής. Τελευταία, υπάρχουν ενδείξεις ότι η περιφερειακή άνοδος της θερμοκρασίας επηρεάζει την υδρολογία της άνω λεκάνης του Ινδού λόγω της επιτάχυνσης του λιώσιμου των πάγων, αυτή η άνοδος μπορεί να συσχετιστεί με τις παγκόσμιες μεταβολές της θερμοκρασίας που οφείλονται στον ανθρώπινο παράγοντα.