Πρόβλεψη της παγκόσμιας χωροχρονικής κατανομής των κατολισθίσεων: Ολοκληρωμένες τεχνικές ελέγχου της ευαισθησίας σε κατολίσθηση

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 12:03, 19 Ιανουαρίου 2011

Συγγραφείς Yang HONG and Robert F. ADLER

Πηγή Predicting global landslide spatiotemporal distribution: Integrating landslide susceptibility zoning techniques and real-time satellite rainfall estimates

Εισαγωγή

Οι κατολισθήσεις αποτελούν μία από τις πιο εκτεταμένες φυσικές καταστροφές στον πλανήτη. Στις ΗΠΑ για παράδειγμα, κατολισθήσεις εμφανίζονται σε όλες τις πολιτείες προκαλώντας ζημιές 2 δις. δολαρίων και 25-50 θανάτους ετησίως (USGS, 2006), ενώ ο μέσος ετήσιος αριθμός θανάτων στην Ιαπωνία είναι 170 άνθρωποι. Η κατάσταση είναι πολύ χειρότερη στις αναπτυσσόμενες χώρες και στις απομακρυσμένες ορεινές περιοχές, εξαιτίας της έλλειψης επαρκούς χρηματοδότησης για πρόληψη και αντιμετώπιση καταστροφών. Η ανάγκη για ανάπτυξη αποτελεσματικότερων μεθόδων για χωρική κάλυψη της ευπάθειας σε κατολισθήσεις και πραγματικού χρόνου παρακολούθησης των ευπαθών χωρών και περιοχών, παραμένει υψηλή και άμεση. Οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από βροχοπτώσεις μπορούν να προβλεφθούν, δημιουργώντας ένα μοντέλο στο οποίο θα διαφαίνεται η σχέση μεταξύ της έντασης-διάρκειας των βροχοπτώσεων και της εμφάνισης των κατολισθήσεων Στην εργασία αυτή προτείνεται ένα πλαίσιο για τη δημιουργία ενός παγκόσμιου συστήματος πραγματικού χρόνου πρόβλεψης των κατολισθήσεων που προκαλούνται από βροχοπτώσεις Ο στόχος αυτού του συστήματος είναι η παγκόσμια οπτική και όχι η παρακολούθηση σε συγκεκριμένες τοποθεσίες, των κατολισθήσεων που προκαλούνται από βροχοπτώσεις.

Ένα πλαίσιο για την πρόβλεψη κατολισθήσεων που προκαλούνται από βροχοπτώσεις σε σχεδόν πραγματικό χρόνο

Στην εργασία αυτή μας ενδιαφέρουν κυρίως επιφανειακές κατολισθήσεις που σχετίζονται με επιχώματα και ανεπαρκώς στερεωμένα εδάφη. Οι επιφανειακές κατολισθήσεις, είναι ταχύτατα κινούμενες μάζες από πέτρες και λάσπη, που έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν θανάτους και να καταστρέψουν σπίτια, δρόμους, γέφυρες και άλλες ιδιοκτησίες. Οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από βροχοπτώσεις μπορούν να μετασχηματιστούν σε ταχύτατες επιφανειακές κατολισθήσεις, οι οποίες γενικότερα αποτελούν μεγαλύτερο κίνδυνο από τις πιο βαθιές, αργά κινούμενες κατολισθήσεις Χρήσιμες εκτιμήσεις για πιθανούς κινδύνους κατολισθήσεων απαιτούν στο ελάχιστο, την κατανόηση του «που» και του «πότε» αυτές θα προκληθούν. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, οι κατολισθήσεις προκαλούνται από το συνδυασμό κάποιων παραγόντων, που μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες: 1) Προπαρασκευαστικές μεταβλητές που κάνουν το έδαφος ευπαθές, χωρίς να προκαλούν κατολισθήσεις, 2) Τα γεγονότα που προκαλούν την μετακίνηση εδάφους και μάζας, όπως μεγάλη βροχόπτωση και το ξέσπασμα παγετώνων. Δύο τουλάχιστον συνθήκες πρέπει να ισχύουν, για τις κατολισθήσεις που προκαλούνται από βροχόπτωση: οι περιοχές πρέπει να είναι ευάλωτες σε καταστροφή κάτω από συνθήκες έντονης βροχής και η ένταση και η διάρκεια της βροχόπτωσης θα πρέπει να είναι τέτοια ώστε να εμποτίσει σε επαρκές βάθος το έδαφος. Επομένως, για να μπορέσει το προτεινόμενο σύστημα να προβλέψει τη δημιουργία κατολισθήσεων, πρέπει να συνδέσει δύο βασικά στοιχεία: τις πληροφορίες ευπάθειας σε κατολίσθηση (LS) και πραγματικού χρόνου ανάλυση ύψους βροχής, όπως φαίνεται στην εικόνα 1. Ο χάρτης LS, δείχνει εμπειρικά το «που» και ο χάρτης με την ένταση-διάρκεια των βροχοπτώσεων δείχνει το «πότε». Πρακτικά, ο χάρτης LS τοποθετείται «πάνω» από των χάρτη των βροχοπτώσεων για να προσδιορίσει και να εντοπίσει κινδύνους για κατολίσθηση, συνδυάζοντας στοιχεία χώρου και χρόνου.

ΕΙΚΟΝΑ 1: Προϊόντα καθιζίσεων βασισμένα σε NASA TRMM πολλών δορυφορικών: (α) παρατηρήσεις σε πραγματικό χρόνο των καθιζήσεων και (β) κλιματολογικό ποσοστό των ημερήσιων βροχοπτώσεων που υπερβαίνει τις 2 ίντσες.

ΕΙΚΟΝΑ 2: Παγκόσμιος χάρτης ευαισθησία σε κατολίσθηση που προκύπτει από τα επιφάνειακα, γεωχωρικά στοιχεία.

ΕΙΚΟΝΑ 3: Εμπειρική κατανομή των ορίων των βροχοπτώσεων που προκαλούν κατολισθήσεις (Intensity = 12.45*Duration-0.42), για κατολισθήσεις που προκλήθηκαν κατά την περίοδο της εργασίας TRMM (1998-2006).

Συνιστώσα 1: η δυναμική ενεργοποίηση

Η χωρική κατανομή, διάρκεια και ένταση των βροχοπτώσεων, παίζουν σημαντικό ρόλο στην πρόκληση κατολισθήσεων. Μία χρονική ανάλυση, όπως: Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA), αποτελεί το βασικό σύστημα δεδομένων για το προτεινόμενο σύστημα παρακολούθησης κατολισθήσεων. Ο χάρτης TMPA των παγκόσμιων βροχοπτώσεων, προέρχεται από τη χρήση του TRMM για τη ρύθμιση ή τον καθορισμό των δεδομένων από άλλους δορυφορικούς δέκτες και στη συνέχεια το συνδυασμό τους σε νέα δεδομένα για την τελική ανάλυση του TMPA. Αρχικά, συλλέγονται μικροκυματικά δεδομένα που προέρχονται από δορυφόρους κοντά στη γη, σχετικά με τη βροχόπτωση. Η δεύτερη πιο σημαντική πηγή δεδομένων για το TMPA αποτελεί η συλλογή υπέρυθρων πληροφοριών (-10.7 micron) που γίνεται από μία συγκεκριμένη ομάδα διεθνών δορυφόρων. Το αποτέλεσμα μιας πραγματικού χρόνου έκδοσης του TMPA παρουσιάστηκε το Φεβρουάριο του 2002 και είναι διαθέσιμη από τη NASA. Όπως είναι αναμενόμενο, το αποτέλεσμα της διεργασίας αυτής, θα συνεχιστεί ως τμήμα του Global Precipitation Measurement (GPM). Το GPM θα βελτιώσει την ποιότητα και τη συχνότητα των παρατηρήσεων που γίνονται από την ομάδα των δορυφόρων, για να παρέχει εξελιγμένη παρακολούθηση των βροχών για χρήση στην υδρολογία και τη διαχείριση υδατικών πόρων.

Συνιστώσα 2: Παγκόσμιος χάρτης ευαισθησίας σε κατολίσθηση

Στο προτεινόμενο σύστημα, ακολουθείται μία προσέγγιση που απεικονίζει με τιμές τους παράγοντες που προκαλούν τις κατολισθήσεις και στη συνέχεια μία συνδυαστική γραμμική μέθοδος βρίσκει αποτελέσματα για την ευπάθεια σε κατολίσθηση σε παγκόσμιο επίπεδο. Αρχικά, συλλέγονται χωρικές και εδαφικές πληροφορίες σε μία κεντρική, παγκόσμια βάση δεδομένων. Δεύτερον, συλλέγονται σημαντικοί εδαφικοί παράγοντες που συντελούν στην πρόκληση κατολισθήσεων και αναβαθμίζονται στη μεγαλύτερη χωρική ανάλυση του NASA SRTM DEM (30m). Τρίτον, δημιουργούνται αντίστοιχα θεματικά επίπεδα και αποθηκεύονται σε Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών και τέλος υπολογίζεται ο παγκόσμιος χάρτης ευπάθειας, μέσω μίας συνδυαστικής γραμμικής εξίσωσης. Σαν αποτέλεσμα, ο τελικός παγκόσμιος χάρτης ευπάθειας, χωρίζεται σε κατηγορίες ανάλογα με το επίπεδο επικινδυνότητας (εικόνα 2).

Ένα προκαταρκτικό σύστημα πρόβλεψης κατολισθήσεων

Η εργασία αυτή συνδέει τον παγκόσμιο χάρτη LS, με τις πληροφορίες για το ύψος βροχής, που προέρχονται από τους δορυφόρους, για την αναγνώριση των περιοχών εκείνων με μεγάλο κίνδυνο κατολίσθησης, που δέχεται έντονη βροχόπτωση. Όταν συνδυαστούν οι πληροφορίες αυτές, με πληροφορίες πραγματικού χρόνου που σχετίζονται με την ένταση και τη διάρκεια των βροχοπτώσεων, μπορεί να δημιουργηθεί η βάση για ένα σύστημα πρόγνωσης επιφανειακών κατολισθήσεων. Σύμφωνα με αυτές τις ιδέες και αρχές, έχει σχεδιαστεί ένα πρώιμο, πραγματικού χρόνου, σύστημα πρόβλεψης κινδύνου για κατολίσθηση, βασισμένο στην ένταση και τη διάρκεια των βροχοπτώσεων.

Σύνοψη και συζήτηση

Τα κύρια στοιχεία που επηρεάζουν τις επιφανειακές κατολισθήσεις είναι η ένταση των βροχοπτώσεων, η κλίση, ο τύπος εδάφους, το υψόμετρο, η βλάστηση και ο τύπος κάλυψης του εδάφους. Η εργασία αυτή, στηριζόμενη στις πρόσφατες προόδους στην τεχνολογία της τηλεπισκόπησης και την αφθονία παγκόσμιων χωρικών και εδαφικών στοιχείων, προτείνει ένα εννοιολογικό πλαίσιο για ένα σύστημα πραγματικού χρόνου (σχήμα 1) πρόβλεψης σε παγκόσμιο επίπεδο, κατολισθήσεων που προκαλούνται από βροχοπτώσεις. Το σύστημα αυτό συνδυάζει τις πληροφορίες για βροχοπτώσεις της NASA, TMPA (εικόνα 1) και των εδαφικών χαρακτηριστικών για την εκτίμηση των κατολισθήσεων Σημαντικό αποτέλεσμα της εργασίας αυτής, αποτελεί η διαθεσιμότητα στοιχείων για πιθανές κατολισθήσεις που προκλήθηκαν από βροχόπτωση, σε παγκόσμιο επίπεδο, μόνο με τη χρήση παγκόσμιων δορυφορικών αποτελεσμάτων. Ο τρόπος αυτός ενός πραγματικού χρόνου συστήματος πρόβλεψης για καταστροφές, θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες για εκτίμηση της χωρικής κατανομής των πιθανών κατολισθήσεων. Το πρωτότυπο του συστήματος αυτού, μπορεί να βελτιωθεί, παρέχοντας καλύτερες δορυφορικές, τηλεσκοπικές εικόνες και αναβαθμίζοντας τα γεωγραφικά και εδαφικά δεδομένα. Καθώς οι κατολισθήσεις προέρχονται συνήθως μετά από περιόδους έντονης βροχόπτωσης, ένα σύστημα πρόβλεψης θα μπορούσε να μετασχηματιστεί σε ένα σύστημα προειδοποίησης, εξαιτίας της χρονικής διαφοράς μεταξύ του μεγίστου της βροχόπτωσης και της αστοχίας του εδάφους. Επομένως, η επιτυχία του συστήματος που προτείνετε στην εργασία αυτή, μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στην ετοιμότητα και τη διαχείριση των κινδύνων και των καταστροφών από κατολισθήσεις.