Αξιολόγηση των αλλαγών σε περιοχές με καταδυόμενη υδρόβια βλάστηση στο Chwaka Bay (Zanzibar) με χρήση τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 11:59, 21 Απριλίου 2010

Authors: Martin Gullstro¨m , Bengt Lunden , Maria Bodin , Juma Kangwe, Marcus C.Ohman, Matern S.P. Mtolera, Mats Bjork

Εισαγωγή

Η χωρική και χρονική δυναμική της καταδυόμενης υδρόβιας βλάστησης (SAV) μελετήθηκε στη σχετικά παρθένα περιοχή του κόλπου Chwaka, στη Zanzibar (Τανζανία) με τη χρησιμοποίηση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Μέσω της συμπληρωματικής επιτόπιας έρευνας ελέγχθηκαν οι αλλαγές. Οι γενικές αλλαγές στην κάλυψη SAV εξετάστηκαν χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat του 1986, του 1987, του 1998, του 2001 και του 2003. Δύο από αυτές τις εικόνες, του 1987 (Landsat TM) και του 2003 (Landsat ETM+), αναλύθηκαν συγκεκριμένα για να δημιουργήσουν έναν χάρτη που να δείχνει την αλλαγή στην κάλυψη της SAV. Συνολικά, φαίνεται ότι η ποσότητα της SAV έμεινε αρκετά σταθερή κατά τη διάρκεια της περιόδου έρευνας, αλλά παρουσιάστηκαν περιοχές όπου παρατηρήθηκαν αλλαγές με ανάλογες αυξήσεις ή μειώσεις. Με βάση τα συμπεράσματα και τις επιτόπιες πληροφορίες από τους ντόπιους ψαράδες και τους ιχθυοκαλλιεργητές συζητούνται πιθανές αιτίες. Επιπλέον συνήχθη το συμπέρασμα ότι μια επαναλαμβανόμενη χαρτογράφηση με δορυφορική τηλεπισκόπηση είναι ένα κατάλληλο εργαλείο για να ελέγξει τις αλλαγές στο seagrass και τα φύκη σε ρηχά τροπικά περιβάλλοντα. Τα λιβάδια αυτά (seagrass), που αναπτύσσονται σε παράκτιες περιοχές, αποτελούν ιδιαίτερες παραγωγικές δομές αλλά και βιότοπους για τα μικρά ψάρια και το ζωοπλαγκτό. Επιπλέον βοηθούν στην ανακύκλωση των θρεπτικών συστατικών τη μείωση της επαναιώρησης και την προστασία από την παράκτια διάβρωση. Εκτός από τις συμβατικές τεχνικές, όπως η χαρτογράφηση και η χρήση της αεροφωτογραφίας, υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για χρησιμοποίηση δορυφορικής τηλεπισκόπησης πράγμα που γίνεται επιτυχώς για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας σε καθαρά νερά τροπικών περιοχών. Αρχικά, η βλάστηση (δηλ. seagrass, Halimeda και άλλα μακροάλγη), συμπεριλαμβανομένης της εποχικής εξάρτησης, μελετήθηκε επί τόπου κατά τη διάρκεια του 2000/2001. Συγκεκριμένα, επιδιώχθηκε να εξεταστεί η αποτελεσματικότητα της χρησιμοποίησης της δορυφορικής ανάλυσης εικόνας και η χρονική διακύμανση του SAV.

Περιοχή μελέτης

Ο συγκεκριμένος κόλπος στην Τανζανία είναι σχετικά ρηχός και δημιουργούνται ρεύματα λόγω του φαινομένου παλίρροιας και άμπωτης, βάση των οποίων έχει γίνει ο αποικισμός της περιοχής από τα άλγη και τα θαλάσσια λιβάδια. Η επιτόπια έρευνα εκτελέσθηκε σύμφωνα με ένα πλέγμα 221 περιοχών δειγματοληψίας για ολόκληρο τον κόλπο και χωροθετήθηκαν με χρήση GPS. Εξετάστηκε επίσης ο συσχετισμός των επιτόπου μετρήσεων με τις ψηφιακές τιμές από τον Landsat ETM+.

Δέκτες

Οι δορυφορικοί δέκτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο Θεματικός Χάρτης (TM ) σε Landsat 5 και o Ενισχυμένος Θεματικός Mapper (ETM+) σε Landsat 7, με διακριτική ικανότητα 30m για έξι κανάλια του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.. Τα στοιχεία του TM είναι διαθέσιμα από το 1982 και του ETM από το 1999 δίνοντας έτσι τη δυνατότητα να χαρτογραφηθούν οι αλλαγές στο παράκτιο περιβάλλον κατά τη διάρκεια μιας σχετικά μεγάλης περιόδου. Το εύρος της περιοχής που καλύπτεται σε ένα πέρασμα είναι 185 km, και για κάθε έναν από αυτούς τους δορυφόρους ένας πλήρης κύκλος επιτυγχάνεται σε 16 ημέρες. Για την περαιτέρω εξέταση της ευαισθησίας της φασματικής απόκρισης του δορυφόρου διενεργήθηκε μία ταξινόμηση χρησιμοποιώντας τα ορατά κανάλια της δορυφορικής εικόνας. Χρησιμοποιήθηκαν δύο γεωμετρικά διορθωμένες δορυφορικές εικόνες (εικόνα 1).

Εικόνα 1: δύο γεωμετρικά διορθωμένες δορυφορικές εικόνες

Χρησιμοποιήθηκαν τα ορατά μήκη κύματος(μπλε, πράσινο και κόκκινο) λόγω της δυνατότητάς τους να διαπεράσουν το νερό.

Διόρθωση

Επιπλέον έγινε μία ατμοσφαιρική διόρθωση με την εφαρμογή της «αφαίρεσης του σκοτεινού εικονοστοιχείου» μία μέθοδος όπου ο μέσος όρος ενός μεγάλου αριθμού τιμών εικονοστοιχείων που αντιπροσωπεύουν το βαθύ νερό αφαιρείται από όλα τα εικονοστοιχεία σε κάθε κανάλι. Δεδομένου ότι διάφορες εικόνες Landsat ήταν διαθέσιμες (από το 1986, 1987, 1998, 2001 και 2003) ένας τρόπος να διευκρινιστούν οι αλλαγές βλάστησης εντός του χρονικού διαστήματος 1986-2003 ήταν να γίνουν συσχετίσεις των ψηφιακών τιμών ακτινοβολίας (εύρος από 0 έως 255) για το ζεύγος των δορυφορικών εικόνων. Συνολικά η μέση κάλυψη καταδυόμενης υδρόβιας βλάστησης SAV κατά τη διάρκεια της περιόδου δειγματοληψίας ήταν seagrass 24.4%, 16.0% Halimeda spp και 5.3% άλλα μακροάλγη, ενώ 54.3% ήταν το ίζημα.

Αποτελέσματα

Παρατηρήθηκε ένας αρνητικός συσχετισμός μεταξύ του συντελεστή ανάκλασης και της κάλυψη με SAV επί τοις εκατό κατά τη διάρκεια Σεπτεμβρίου 2001. Μια υψηλή τιμή κάλυψης SAV αντιστοιχούσε σε μια χαμηλή ψηφιακή τιμή στη δορυφορική εικόνα. Αυτό ήταν αναμενόμενο δεδομένου ότι το SAV είναι σκοτεινότερο από τα υποστρώματα ιζημάτων (εικόνα 2). Η ανάλυση των φασματικών υπογραφών παρουσιάζει τις δυσκολίες για τη διάκριση μεταξύ διαφορετικών ειδών seagrass καθώς επίσης και μεταξύ seagrass και των μακροαλγών(εικόνα 2).

Εικόνα 2: ψηφιακές υπογραφές

Η σύγκριση των εικόνων του 1987 και 2003 μας επέτρεψε να αναγνωρίσουμε τέσσερις κατηγορίες μεταβολής: (1) το SAV σε σχέση με το ίζημα, (2) το ίζημα σε σχέση με το SAV, (3) το ίζημα σε σχέση με το ίζημα και (4) το SAV σε σχέση με το SAV. Γενικά, η εικόνα 3 δείχνει ότι τα βαθύτερα τμήματα του κόλπου αποκαλύπτουν λιγότερες αλλαγές έναντι του περιβάλλοντος κοντά στις ακτές. Υπάρχουν μερικοί τομείς ειδικού ενδιαφέροντος, οι περιοχές Α,Β,C. Η περιοχή Α στο νοτιοανατολικό τμήμα του κόλπου, το 1987 χαρακτηρίστηκε από αραιό υπόστρωμα SAV, ενώ μέσα 2003 η περιοχή καλύφθηκε από πυκνό SAV. Η περιοχή B βόρειο-ανατολικά της χερσονήσου Michamwi, κατά μήκος της ακτής το 1987 χαρακτηρίστηκε από συνεχή SAV, ενώ η περιοχή το 2003 φάνηκε κατακερματισμένη αποτελούμενη από άμμο, νεκρά κοράλλια και αραιή βλάστηση. Στην περιοχή C παρουσιάστηκε απώλεια SAV μεταξύ 1987 και 2003.

Εικόνα 3: χάρτης από δορυφόρο και αλλαγές στην κατανομή SAV μεταξύ 1987 και 2003