Χαρτογράφηση και αξιολόγηση των οικοσυστημάτων που σχετίζονται με το νερό με βάση τις τεχνικές τηλεπισκόπησης και τη γεωχωρική ανάλυση

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 22:03, 9 Φεβρουαρίου 2023

Χαρτογράφηση και αξιολόγηση των οικοσυστημάτων που σχετίζονται με το νερό με βάση τις τεχνικές τηλεπισκόπησης και τη γεωχωρική ανάλυση: Η περίπτωση της εθνικής υπηρεσίας SWOS του Ramsar και των λεκανών απορροής τους.

Πρωτότυπος Τίτλος: «Water-related ecosystems' mapping and assessment based on remote sensing techniques and geospatial analysis: The SWOS national service case of the Greek Ramsar sites and their catchments»

Συγγραφείς: Eleni Fitoka, Maria Tompoulidou, Lena Hatziiordanou, Antonis Apostolakis, Rene Höferb, Kathrin Weiseb, Charalampos Ververis.

Σύνδεσμος : [1]

Λέξεις-Κλειδιά: Έκταση υγροτοπικού οικοσυστήματος, Sentinel 2MSILandsat 5TMSDG 6.6.1 δείκτης Σύμβαση Ραμσάρ, Ονοματολογία MAES.

Εικόνα 3 :Παραδείγματα αποτελεσμάτων ταξινόμησης. Οι δύο πρώτες στήλες υποδεικνύουν τις εικόνες Sentinel 2A-MSI για ξηρή και υγρή περίοδο αντίστοιχα.

1.Eισαγωγή

Τα υγροτοπικά οικοσυστήματα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στον κύκλο του νερού. Σύμφωνα με τη Σύμβαση Ραμσάρ, σχεδόν το σύνολο της παγκόσμιας κατανάλωσης γλυκού νερού προέρχεται είτε άμεσα είτε έμμεσα από υγροτόπους. Παρόλα αυτά, λόγω έλλειψης κοινής συναίνεσης μεταξύ της επιστημονικής κοινότητας, σχετικά με τους τύπους υγροτοπικών οικοσυστημάτων, οι υγρότοποι υποεκπροσωπούνται σε μέγεθος και ποικιλομορφία, γεγονός που επηρεάζει άμεσα τη διατήρηση και τις προσπάθειες αποκατάστασής τους. Ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η χαρτογράφηση και αξιολόγηση των 10 ελληνικών υγροτόπων Ramsar και των λεκανών απορροής τους.

2. Υλικό και μέθοδοι

2.1. Τοποθεσίες μελέτης Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στις 10 ελληνικές τοποθεσίες Ramsar και τις λεκάνες απορροής τους. Δύο από αυτά αποτελούν το Εθνικό Πάρκο της Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, όπου μαζί με τις λεκάνες απορροής τους αντιμετωπίζονται ως μια συνεχής περιοχή. Σημειώνεται ότι η ελληνική τοποθεσία Ramsar της λίμνης των Πρεσπών είναι μέρος του διασυνοριακού οικοσυστήματος που μοιράζονται η Ελλάδα, η Αλβανία και η Βόρεια Μακεδονία. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της χαρτογράφησης μόνο για την ελληνική επικράτεια.

2.2. Σύνολα δεδομένων και προεπεξεργασία Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τον Sentinel 2A-MSI επιπέδου 1C (L1C), από τον δικτυακό ιστότοπο Copernicus Open Access Hub. Όλες οι δορυφορικές εικόνες διορθώθηκαν ατμοσφαιρικά χρησιμοποιώντας το μοντέλο SemiAutomatic Classification Plugin (SCP) που είναι ενσωματωμένο στο λογισμικό QGIS, το οποίο εφαρμόζει έναν αλγόριθμο αφαίρεσης σκοτεινών αντικειμένων, μετατρέποντας τις τιμές από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας σε τιμές επιφανειακής ανάκλασης. Τα εθνικά σύνολα δεδομένων Corine Landcover/Landuse (CLC) των ετών 2012 και 2000 χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσθετα θεματικά στρώματα στο πλαίσιο της ταξινόμησης μοντέλο, προκειμένου να διακριθούν οι "καλλιεργήσιμες εκτάσεις, από τις "αστικές" εκτάσεις.

2.3 Ονοματολογία Στην παρούσα μελέτη ακολουθήθηκε η ονοματολογία του οργανισμού χαρτογράφησης και αξιολόγησης των οικοσυστημάτων και των υπηρεσιών τους MAES (The Mapping and Assessment of Ecosystems and their Services- MAES) της ΕΕ. Οι κατηγορίες που εφαρμόζονται στις πιλοτικές περιοχές επιλέχθηκαν πριν από την ανάλυση των εικόνων. Με βάση τις καθιερωμένες διασταυρώσεις και συγκρίσεις μεταξύ των τροποποιημένων MAES και των CLC, δημιουργήθηκαν δεδομένα χαρτογράφησης δεύτερου επιπέδου με τις αντιστοιχισμένες CLC κατηγορίες.

2.4 Ιεραρχική ανάλυση εικόνας με βάση τα αντικείμενα Προκειμένου να εξαχθούν έγκυρα αποτελέσματα που ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα δοκιμάστηκαν διάφορες παράμετροι, όπως κλίμακα, χρώμα/σχήμα, ομαλότητα/συμπύκνωση, και αξιολογήθηκε η επίδρασή τους ως προς την κατηγοριοποίηση των υγροτόπων. Ακολουθήθηκε μια διαδικασία, ώστε να προσδιοριστούν αρχικά οι ευκολότερες ή γενικότερες κατηγορίες (γονικές κλάσεις) (π.χ. επιφάνεια νερού, γυμνό έφαδος, δάσος, μόνιμα πλημμυρισμένα έλη, ποώδη χαμηλού αναστήματος) και στη συνέχεια να προχωρήσει η ταξινόμηση των λεπτομερών κλάσεων (παιδικές κλάσεις). Για την ορθότερη ταξινόμηση των κατηγοριών χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος CART (Classification And Regression Tree – CART), ένα εργαλείο που προσφέρει καθοδήγηση για κλάσεις που παρουσίαζαν φασματικές ομοιότητες και ήταν δύσκολο να οριστούν. Στη συνέχεια, κατηγορίες όπως οι όχθες ποταμών ή τα παρόχθια δάση πλατύφυλλων δέντρων ταξινομήθηκαν αποτελεσματικά μόνο μέσω της σύγκρισης με άλλες κατηγορίες.

3. Αξιολόγηση της θεματικής ακρίβειας

Η αξιολόγηση της ακρίβειας εφαρμόστηκε σε μια περιοχή δείγματος που καλύπτει το 66% της συνολικής χαρτογραφημένης έκτασης, συμπεριλαμβανομένων 5 από τις 10 ελληνικές περιοχές Ραμσάρ και όλες τις πιθανές κατηγορίες υγροτόπων. Δεδομένου ότι τα δεδομένα αναφοράς για τα παλαιότερα έτη (1986) δεν ήταν διαθέσιμα, η αξιολόγηση της ακρίβειας εφαρμόστηκε μόνο στα προϊόντα ταξινόμησης των πρόσφατων χρονολογιών (2016-2017).

Η διαδικασία ταξινόμησης αποτελούνταν από τρία βασικά βήματα: 1. τον προσδιορισμό του κατάλληλου μεγέθους του δείγματος 2. το σχεδιασμό της δειγματοληψίας 3. τον προσδιορισμό του κατάλληλου μέτρου ακρίβειας.

4. Αποτελέσματα – συζήτηση

4.1. Μοντέλο ιεραρχικής ταξινόμησης εικόνων Η ανάλυση των εικόνων ανέδειξε την ανάγκη για εποχιακά φασματικά δεδομένα για τη διάκριση αρκετών κατηγοριών υγροτόπων ενώ η χρησιμότητα των γεωμετρικών κριτηρίων ήταν ουσιαστική προκειμένου να επιτευχθεί το λεπτομερές επίπεδο της ονοματολογίας. Ο συνδυασμός των τιμών του δείκτη NDWI και του δείκτη φωτεινότητας χρησιμοποιήθηκε για τη διάκριση των "θαλάσσιων υδάτων" από την "παράκτια λιμνοθάλασσα", την ταξινόμηση των κλάσεων "Βάλτοιμόνιμα πλημμυρισμένοι". Οι τιμές του μέσου υπέρυθρου χρησιμοποιήθηκαν για τον διαχωρισμό του "κωνοφόρου δάσους" από τα "πλατύφυλλα δάσοι", δεδομένου ότι η ανάκλαση στο μέσου υπέρυθρο για τα κωνοφόρα είναι χαμηλή σε σύγκριση με τα πλατύφυλλα. Στην άλλη πλευρά του φάσματος, οι μέσες τιμές των μπλε καναλιών αποτέλεσαν τα βασικά χαρακτηριστικά για τη διάκριση της κατηγορίας "γυμνό έδαφος". Η συγκεκριμένη κλάση παρουσίασε μικρότερη φασματική διακύμανση σε σύγκριση με τις καλλιεργημένες εκτάσεις. Αυτό οφείλεται σε παράγοντες, όπως η υφή του εδάφους, η επιφάνεια,η τραχύτητα και η οργανική ύλη, που ανακλούν λιγότερο σε συγκεκριμένες φασματικές περιοχές.

4.2. Χωρική έκταση των υγροτόπων εντός των λεκανών απορροής και εντός των ελληνικών περιοχών Ramsar Για τα τελευταία έτη (2016-2017), εντός των λεκανών απορροής των 10 ελληνικών περιοχών Ραμσάρ (1.858.666 εκτάρια), η συνολική χωρική έκταση των υγροτόπων ανήλθε σε 178.912 εκτάρια. Το μεγαλύτερο ποσοστό της (68%) περιελάμβανε περιοχές Ραμσάρ, ενώ στην υπόλοιπη έκταση κυριαρχούσαν κυρίως καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Για τα παλαιότερα έτη (1986-1987), η συνολική έκταση των υγροτόπων ήταν ελαφρώς μεγαλύτερη, κυρίως λόγω της μεγαλύτερης έκτασης υγροτόπων εκτός των καθορισμένων περιοχών Ραμσάρ. Αντίθετα, εντός των περιοχών Ραμσάρ, παρατηρήθηκε πρόσφατη αύξηση στην έκταση των υγροτόπων, γεγονός που υποδηλώνει την αποτελεσματικότητα των μέτρων διατήρησης.

5. Συμπεράσματα

Η παρούσα µελέτη κατάφερε να δημιουργήσει μια εθνική εφαρμογή για τη χαρτογράφηση και την αξιολόγηση της χωρικής έκτασης των υγροτοπικών οικοσυστημάτων εντός και εκτός των ορίων των περιοχών Ραμσάρ (121.307 εκτάρια και 57.595 εκτάρια αντίστοιχα). Η ονοματολογία MAES αποδείχθηκε ότι μπορεί να εφαρμοστεί για να αντικατοπτρίζει την πολύπλοκη χωρική δομή και σύνθεση των μεσογειακών υγροτόπων. Ακολουθήθηκε μια ιεραρχική προσέγγιση με βάση τις δορυφορικές εικόνες Sentinel 2A-MSI (2016-2017) και εικόνες Landsat 5TM (1986-1987), που καλύπτουν δύο εποχές (υγρή και ξηρή). Εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές, που κατέληξαν στη διάκριση 31 κλάσεων MAES, εκ των οποίων εκ των οποίων οι 24 αντιστοιχούσαν σε υγροτοπικά οικοσυστήματα.