Εκτίμηση του μεγέθους των επιπτώσεων μιας πυρκαγιάς με χρήση σχετικού συντελεστή καταστροφής λόγω φωτιάς (dNBR)

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 19:02, 13 Ιανουαρίου 2011

Εκτιμηση του μεγέθους των επιπτώσεων μιας πυρκαγυας με χρήση σχετικού συντελεστή καταστροφής λόγω φωτιάς (dNBR)
[4]

Quantifying burn severity in a heterogeneous landscape with a relative version of the delta Normalized Burn Ratio (dNBR) Miller J.D., Thode A.E. 2007, Remote Sensing and Environment,109,66-80

Εισαγωγη

Η εκτίμηση των καταστροφών στη φυσική βλάστηση και το έδαφος σε μία περιοχή που έχει πληγεί από πυρκαγιά, είναι ένας τομέας στον οποίο έχει εισαχθεί η χρήση και ανάλυση δορυφορικών εικόνων. Οι μέθοδοι που εφαρμόζονται, είναι η σύγκριση των δεικτών βλάστησης σε φωτογραφίες πριν και μετά την πυρκαγιά, ώστε να εκτιμάται το μέτρο της καταστροφής που έχει επέλθει στο φυσικό περιβάλλον. Το πρόβλημα με αυτή τη διαδικασία, είναι ότι λόγω της διαφοροποίησης της βλάστησης ανά περιοχή και της ποικιλίας των συνθηκών ανά περιοχή και φαινόμενο πυρκαγυιάς, οι μέχρι τώρα μέθοδοι δεν μπορούν να θέσουν ένα εννοιαίο πλαίσιο για τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών γεγονότων πυρκαγιάς με διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ. διαφορετική ποσότητα βλάστησης πριν την πυρκαγυιά).

Στοχοι μελέτης

Στο άρθρο των Miller και Thode, γίνεται προσπάθεια, με χρήση ενός σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς που να συνδέει την κατάσταση πριν και μετά τη φωτιά, να εκτιμηθεί μία κλίμακα που να μπορεί να εφαρμοστεί για διάφορες πυρκαγιές και για διάφορες συνθήκες βλάστησης.Η μελέτη έγινε ώστε οι δείκτες καταστροφής που εκτιμώνται για κάθε πυρκαγιά, να βρίσκονται σε ίδια κλίμακα ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση μεταξύ διαφορετικών πυρκαγιών.

Περιοχή Μελέτης - Συλλογή Δεδομένων

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στο άρθρο των Miller και Thode, προήλθαν από την περιοχή της Sierra Nevada στην California (Εικόνα 1). Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει διάφορα υψόμετρα (από 60 μέχρι 4418m) και συνολικά καλύπτει έκταση 11.5 εκ acres όπου περιλαμβάνονται δάση, εθνικοί δρυμοί και φυσικά μνημεία. Η εκτίμηση της καταστροφής έγινε μέσω του δείκτη CBI(Composite Burn Index) που εισήχθει από τους Key και Benson (2005). Σύμφωνα με την παραπάνω μέθοδο, η καταστροφή λόγω πυρκαγιάς εκτιμάται με οπτική ταξινόμηση διαφόρων χαρακτηριστικών της καμμένης περιοχής και τελικά η σοβαρότητα της καταστροφής εκτιμάται από 1 έως 5 με 5 υψηλό βαθμό καταστροφής (καταστροφή μεγάλων δένδρων). Οι δορυφορικές εικόνες Landsat που χρησιμοποιήθηκαν για πριν και μετά την πυρκαγιά, πάρθηκαν ώστε να είναι κοντά στην ημερομηνία του συμβάντος της πυρκαγιάς για την εξασφάλιση παρόμοιων συνθηκών ηλιοφάνειας. Για την εκτίμηση των αλλαγών στη βλάστηση χρησιμοποιήθηκαν οι δέσμη συχνοτήτων 4 (near infrared) που είναι πιο ευαίσθητη για τον εντοπισμό της χλωροφύλλης των φυτών, καθώς και η δέσμη 7 (mid infrared) που είναι πιο ευαίσθητη στον εντοπισμό του νερού στο έδαφος και τα φύλλα. Ο δείκτης καταστροφής λόγω πυρκαγιάς που εξάγεται, προέρχεται από την εξίσωση: NBR=(band4-band7)/(band4+band7) Για κάθε πυρκαγιά υπολογίστηκε ο δείκτης dNBR (διαφορά NBR περιοχής πριν και μετά την πυρκαγιά) ενώ η τιμές εκφράστηκαν ως ακέραιοι για να είναι συμβατές με τη μέθοδο CBI. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα (dNBR και CBI) για κάθε περιοχή, έγινε προσπάθεια συσχετσμού των δύο δεικτών ώστε να εκτιμηθεί μία κλίμακα που ν κάνει χρήση του dNBR.

Αναπτυξη και εφαρμογή σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς
Στο παρόν άρθρο είναι επιθυμιτή η δημιουργία ενός δείκτη εκτίμησης καταστροφής από πυρκαγιά ο οποίος θα είναι ανεξάρτητος (δεν θα παρουσιάζει συσχέτιση) με τον αρχικό δείκτη

Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης (Sierra Nevada-California).[1]πηγή

NBR της περιοχής (πριν την πυρκαγιά) όπως συμβαίνει με το δείκτη CBI, που παρουσιάζει πολύ μικρή συσχετιση με την κατάσταση της περιοχής πριν την πυρκαγιά. Από την εικόνα 2 φαίνεται η μικρή συσχέτιση που παρουσιάζει ο δείκτης CBI με το αρχικό NBR και η μεγάλη συσχέτιση του dNBR με το αρχικό NBR πράγμα που καθιστά αναγκαία την εισαγωγή ενός νέου ανεξάρτητου δείκτη. Μετά από μελέτη συσχέτισης διαφόρων εκδοχών του σχετικού dNBR τελικά η σχέση στην οποία καταλήγουν οι συγγραφείς είναι: RdNBR=(PreFireNBR-PostFireNBR)/(SquareRoot(ABS(PreFireNBR/1000)) Στη συνέχεια, καθορίστηκαν τα όρια με βάση τα οποία θα κατατάσσται το εύρος της καταστροφής σε κάθε περιοχή (thresholds) η καταληλότητα των οποίων εκτιμήθηκε με σύγκρισή τους με αυτά του CBI όπου βρέθηκε αρκετά καλή συμφωνία. Τέλος επιλέχθηκαν ορισμένες πυρκαγιές για να εφαρμοστεί ο νέος δείκτης RdNBR. Στην εικόνα 3 φαίνεται μία περίπτωση από την πυρκαγιά Straylor όπου εικόνες Landsat έχουν κατηγοριοποιηθεί με βάση το δείκτη RdNBR και dNBR. Στην εικόνα είναι εμφανές ότι ειδικά στις περιοχές με μεγάλες καταστροφές ο RdNBR περουσιάζει μεγαλύτερη ομοιογένεια σε σχέση με τον NBR και δίνει πολύ αξιόπιστα αποτελέσματα. Επίσης, τα όρια κατάταξης των βλαβών λόγω πυρκαγιάς για τον RdΝBR συμπίπτουν αρκετά με αυτά του CBI. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και για άλλες πυρκαγιές με ομογενή αλλά και ετερογενή βλάστηση περιοχής πριν την πυρκαγιά.

Συμπεράσματα
Στο παρόν άρθρο εξετάστηκε η ανάπτυξη και η χρήση ενός σχετικού δείκτη καταστροφής λόγω πυρκαγιάς από τον οποίο το μεγαλύτερο όφελος είναι ότι δίνει το εύρος της καταστροφής σε μία κλίμακα γενικότερη που επιτρέπει συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών πυρκαγιών. Η διαφορά του δείκτη RdNBR από τον NBR είναι ότι ο δεύτερος δίνει ένα απόλυτο μέτρο της καταστροφής ενώ ο πρώτος μετρά την καταστροφή σε σχέση με την αρχική βλάστηση. Τα όρια με τα οποία κατατάσσεται το εύρος της καταστροφής εκτιμήθηκαν με γραμμική παρεμβολή και σχετίζονται με τα όρια του υπάρχοντος δείκτη CBI.

Εικόνα 2 Συσχέτιση δείκτη CBI και dNBR με το αρχικό NBR πριν την πυρκαγιά. Είναι σαφές ότι ο CBI παρουσιάζει πολύ μικρότερη συσχέτιση με το αρχικό NBR από ότι ο dNBR.[2]πηγή

Εικόνα 3 Τυπικά απότελέσματα για μία από τις πυρκαγιές που εκξετάστηκαν. Τα αποτελέσματα φαίνονται σε σχέση με το δείκτη RdNBR και το δείκτη dNBR.[3]πηγή