Περιορισμοί σχετικά με τη μέγιστη πυκνότητα των δένδρων με χρήση υπερχωρικής τηλεπισκόπησης και ανάλυσης περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων

Από RemoteSensing Wiki

---

Αναθεώρηση της 16:03, 12 Ιανουαρίου 2011

Συγγραφείς J.A. Greenberg, S.Z. Dobrowski, V.C. Vanderbilt

Πηγή Limitations on maximum tree density using hyperspatial remote sensing and environmental gradient analysis

Εισαγωγή

Τέσσερις βασικοί μηχανισμοί φαίνεται ότι είναι σημαντικοί για την εξήγηση της μείωσης της πυκνότητας των δέντρων ανάλογα με το υψόμετρο: 1) παγετός, 2) ανεπαρκής διαθέσιμοι πόροι (νερό, φως, διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, άλλα θρεπτικά συστατικά του εδάφους), 3) μεταβολικές απαιτήσεις σύμφωνα με τη θερμοκρασία, ανεξάρτητα από διαθεσιμότητα των πόρων και 4) διαταραχή από αβιοτικούς παράγοντες, όπως χιόνι και πάγος, ή βιοτικούς παράγοντες, όπως φυτοφάγα ζώα και παθογόνοι οργανισμοί. Δύο γενικές πειραματικές προσεγγίσεις ερευνούν το λόγο για τον οποίο μειώνεται η πυκνότητα των δένδρων καθώς αυξάνεται το υψόμετρο. Στην εργασία αυτή ακολουθείται μία τρίτη προσέγγιση για την κατανόηση της κατανομής των δέντρων. Στο πλαίσιο των προτεινόμενων μηχανισμών των δασικών ορίων, εξετάζεται κατά πόσον η μέγιστη δυνατή πυκνότητα των δέντρων στην ανατολική λεκάνη της λίμνης Tahoe, ελέγχεται από τους περιορισμούς του νερού ή από παράγοντες που σχετίζονται με τη θερμοκρασία ή από ενεργητικούς περιορισμούς (οι οποίοι θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν μη επαρκή φωτοσυνθετική ακτινοβολία, ζημιές παγετού, ή υψηλές μεταβολικές απαιτήσεις λόγω θερμοκρασίας) .

Μεθοδολογία

Περιγραφή της περιοχής

Τα δεδομένα αναλύθηκαν, από μια περιοχή ενδιαφέροντος που βρίσκεται στην ανατολική ακτή της λίμνης Tahoe, που εκτείνεται στη Νεβάδα. Η βλάστηση κυριαρχείται από δέντρα (67% της συνολικής κάλυψης) και θάμνους(31% της συνολικής κάλυψης).

Χαρακτηριστικά των εικόνων

Αποκτύθηκαν δεδομένα από εικόνες IKONOS, στις 19 Ιουλίου 2002 που καλύπτει την περιοχή ενδιαφέροντός μας. Ο IKONOS συλλέγει πολυφασματικά δεδομένα στα 4m (μπλε, πράσινο, κόκκινο και NIR), καθώς και πανχρωματικά δεδομένα στο 1m. Οι εικόνες διορθώθηκαν ατμοσφαιρικά και τοπογραφικά, βαθμονομήθηκαν με βάση τα φάσματα του εδάφους, διoρθώθηκαν με περίπου ± 5m λάθος θέσης και οξύνθηκαν χρησιμοποιώντας τις κύριες συνιστώσες όξυνσης για να δημιουργηθεί μία τεχνητή εικόνα, έχοντας εικονοστοιχεία με μέγεθος 1m., που χρησιμοποιήθηκε για όλες τις επόμενες αναλύσεις .

Ανίχνευση της περιμέτρου και της πυκνότητας των δέντρων

Κάθε εικονοστοιχείο ταξινομήθηκε στην εικόνα ως «σκιασμένη βλάστηση», «φωτισμένη βλάστηση» και «άλλη». Για να εντοπιστούν όλα τα δέντρα με ακτίνες R μεταξύ Rmin = 1 m και rmax = 8 μ., δημιουργήθηκε ένας αλγόριθμος αναζήτησης.

Αξιολόγηση ακρίβειας

Στη συνέχεια αξιολογήθηκε η αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου για την ανίχνευση της παρουσίας/απουσίας δέντρων σε ένα συγκεκριμένο χώρο 30τ.μ.. Για αυτό το σκοπό έγινε φωτοερμηνεία σε 50 τυχαία επιλεγμένα 100m × 100m οικόπεδα που βρίσκονται στις εικόνες, συσχετίζοντας τις πυκνότητες από τη φωτοερμηνεία με τις πυκνότητες που προβλέφθηκαν από τον αλγόριθμο.

Περιβαλλοντικές διαβαθμίσεις, συνδυασμός διαβαθμίσεων και συνεχής περιοχές

Χρησιμοποιήθηκαν δύο περιβαλλοντικές διαβαθμίσεις που δημιουργήθηκαν με τοπογραφικά στοιχεία: ανύψωση και ετήσια ενδεχόμενη σχετική ακτινοβολία. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το 30m USGS DEM (US Geological Survey, 1998) που αντιστοιχίστηκε στην εικόνα του IKONOS για να αντλήσει το υψόμετρο και να συμβάλει στο πιθανό σχετικό μοντέλο ακτινοβολίας.

Αποτελέσματα

Ανίχνευση περιμέτρου των δέντρων

Η σύγκριση των φωτοερμηνευμένων με τους προβλεπόμενους κορμούς, απέδωσε ένα ισχυρό συντελεστή συσχέτισης 0,8773 και μια γραμμική εξίσωση. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι για τις διακυμάνσεις της πυκνότητας των δένδρων στη λίμνη, ο αλγόριθμος υπερεκτιμά τη πυκνότητα των δένδρων κατά 14 δένδρα/στρέμμα (σε 0 δέντρα/ha ) και 18 δένδρα/στρέμμα (σε 150 δένδρα/στρέμμα). Η ανάλυση προσδιόρισε 3.102.601 δέντρα στην ανατολική πλευρά της λίμνης Tahoe, με ακτίνα τουλάχιστον 1m.

Συζήτηση

Η μέγιστη πυκνότητα των δένδρων στο εσωτερικό της ανατολικής περιοχής της λίμνης Tahoe φαίνεται να καθορίζεται από τα όρια του νερού (σε χαμηλότερα υψόμετρα και σε πιο φωτεινές, με νότιο προσανατολισμό πλαγιές) και της θερμοκρασίας (σε υψηλότερα υψόμετρα και στις σκοτεινότερες, βορειοανατολικές πλαγιές). Τα αποτελέσματα αυτά υπογραμμίζουν τη σημασία της ολοκληρωμένης προσέγγισης στην ανάλυση της βλάστηση σε σχέση με τις διάφορες συνθήκες του περιβάλλοντος. Η μελέτη αυτή αναδεικνύει τη δύναμη του συνδυασμού τηλεπισκοπικών δεδομένων με συνεχής καλύψεις περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων, για τη διενέργεια ανάλυσης οικολογικών διαβαθμίσεων και αλλαγών. Υπερτοπικά οπτικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή περιφερειακών χαρτών βλάστησης με υψηλό βαθμό ακρίβειας και υψηλής ανάλυσης, που μπορούν να χρησιμοποιηθούνn ως βάση για την εξαγωγή περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων σε κλίμακες σχετικές με μεμονωμένα και συγκεκριμένα φυτά.