Ανίχνευση του φαινομένου της κόκκινης παλίρροιας μέσω της Τηλεπισκόπησης: Η μελέτη περίπτωσης της περιοχής Sabah στη Μαλαισία'

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 12:24, 10 Φεβρουαρίου 2011

Συγγραφείς

Asmala Ahmad, Noorazuan Hashim, Laili Nordin

Αντικείμενο της εφαρμογής

Αντικείμενο της παρούσας εφαρμογής αποτελεί η μελέτη του φαινομένου της κόκκινης παλίρροιας στην περιοχή Sabah της Μαλαισίας μέσα από την εφαρμογή μεθόδων Τηλεπισκόπησης.

Στόχος της εφαρμογής

Στόχος της παρούσας εφαρμογής είναι η διερεύνηση της δυνατότητας ενίσχυσης της πληροφορίας σχετικά με το φαινόμενο της κόκκινης παλίρροιας μέσα από τη χρήση δορυφορικών απεικονίσεων, καθώς και η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων όσον αφορά τη διαχείριση μελλοντικά του φαινομένου.

Εισαγωγή

Το φυτοπλαγκτόν, και επομένως τα φύκη και οι κοινότητες που σχηματίζουν αποτελούν, ουσιαστικά, τη βάση της θαλάσσιας τροφικής αλυσίδας. Ο εντοπισμός και η παρακολούθηση των κοινοτήτων αυτών είναι ζωτικής σημασίας για χώρες οι οποίες εξαρτώνται από την αλιεία, αφού κάτι τέτοιο είναι σημαντικό για τον εντοπισμό αλιευτικών πεδίων. Ωστόσο, υπάρχουν και φύκη που είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο. Οι όροι ‘Κόκκινη Παλίρροια’ (Red Tide) και ‘Επιβλαβείς Αποικίες Φυκών’ (Harmful Algal Bloom - HAB) έχουν χρησιμοποιηθεί για την αναφορά στα επιβλαβή φύκη. Αξίζει να αναφέρουμε ότι αρκετές από τις αποικίες φυτοπλαγκτόν δεν εμφανίζουν κόκκινο χρώμα, αλλά μπορεί να είναι γκρι, καφέ ή μπορεί να μην έχουν καθόλου χρώμα. Έτσι, ο όρος HAB είναι πιο δημοφιλής, περιγράφοντας με ακρίβεια το φαινόμενο, αναφερόμενος σε αποικίες οι οποίες με άμεσο ή έμμεσο τρόπο προκαλούν δυσφορία ή επιφέρουν τοξικές επιδράσεις στον άνθρωπο. Τα φαινόμενα αυτά μπορούν να βλάψουν την υδρόβια ζωή μειώνοντας τις συγκεντρώσεις οξυγόνου στους ωκεανούς, ενώ οι τοξίνες που παράγονται από μια τέτοια αποικία μπορούν να συσσωρεύονται στην τροφική αλυσίδα και τελικά να καταναλώνονται από τον άνθρωπο προκαλώντας σημαντικές επιπλοκές στην υγεία. Στη νοτιοανατολική Ασία τέτοιου είδους φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί σε αρκετά παράκτια ύδατα περιοχών όπως οι Φιλιππίνες και η Μαλαισία.

Το σύστημα παρακολούθησης του φαινομένου της κόκκινης παλίρροιας στην περιοχή Sabah

Παρά το γεγονός ότι εμφανίσεις του φαινομένου σημειώνονται με συνέπεια κάθε χρόνο στην περιοχή Sabah της Μαλαισίας, ωστόσο μόλις ελάχιστες φορές έχουν σημειωθεί σοβαρές εστίες μέχρι σήμερα. Το σύστημα παρακολούθησης του φαινομένου είναι σχεδιασμένο για τον προσδιορισμό της ύπαρξης του φαινομένου και ειδικότερα της παρουσίας PSP τοξικών υδρόβιων οργανισμών, μέσα από τη συλλογή ειδών που είναι επιρρεπή (μαλάκια, ψάρια) σε μια μόλυνση. Σκοπός του Τμήματος Υγείας της περιοχής είναι η πρόληψη μιας μόλυνσης του τοπικού πληθυσμού, μέσα από την ενημέρωση του κοινού να μην συλλέγει, πουλάει ή καταναλώνει θαλασσινά που μπορεί να έχουν μολυνθεί. Μετά την πρώτη παρουσία του φαινομένου στην περιοχή το 1976, η ευαισθητοποίηση του κοινού έχει αυξηθεί σημαντικά όσον αφορά την εφαρμογή καλύτερων εναλλακτικών για τον εντοπισμό της κόκκινης παλίρροιας. Πολλοί από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό του φαινομένου δεν εμφανίζουν τη δυνατότητα μιας έγκαιρης διάγνωσης όσον αφορά την ύπαρξη του, με αποτέλεσμα συχνά η επισήμανση της ύπαρξης του κινδύνου μιας ενδεχόμενης μόλυνσης να έρχεται μετά την εμφάνιση περιπτώσεων μόλυνσης των ανθρώπων.

Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων

• SPOT 4

Ο πρώτος δορυφόρος SPOT, SPOT 1, εκτοξεύτηκε το Φεβρουάριο του 1986, ενώ στις 2 Μαΐου του 2002 εκτοξεύτηκε ο SPOT 5. Παρόλο που ο τελευταίος παρουσιάζει μια συνέχεια σε σχέση με τις προηγούμενες σειρές δορυφόρων, εμφανίζει υψηλότερη χωρική ανάλυση στα παγχρωματικά κανάλια (5 και 2,5 μέτρα), καθώς επίσης υψηλότερη χωρική ανάλυση στα 3 από τα 4 πολυφασματικά κανάλια (10 μέτρα).

Μεθοδολογία - Μελέτη περίπτωσης

Τα κανάλια μικρού μήκους κύματος του δορυφόρου SPOT 4 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση συμβάντων κόκκινης παλίρροιας που σχετίζονται με αποικίες πλαγκτόν χρώματος έντονου κόκκινου που απειλούν τις παράκτιες περιοχές της περιοχής Sabah το έτος 2000, η οποία και αποτελεί την περιοχή μελέτης της παρούσας εφαρμογής. Χρησιμοποιήθηκε μια τροποποιημένη έκδοση ενός αλγόριθμου επεξεργασίας εικόνων κόκκινης παλίρροιας, για την εξαγωγή πληροφοριών σχετικά με το φαινόμενο:

όπου,

Ο παραπάνω αλγόριθμος εφαρμόστηκε σε δεδομένα από το δορυφόρο SPOT 4 για τις 23 Φεβρουαρίου του 2000 για την περιοχή που φαίνεται και στην Εικόνα 1, και η οποία καλύπτει μια έκταση 400 km2 (περιοχή εντός του πλαισίου).

Εικόνα 1: Χάρτης της περιοχής Sabah και της περιοχής μελέτης

Η επεξεργασία των απεικονίσεων έγινε χρησιμοποιώντας το λογισμικό PCI EASI/PACE Version 7, στη συνέχεια τα δεδομένα ενισχύθηκαν με τη χρήση του αλγορίθμου που περιγράφηκε νωρίτερα και ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας το σύστημα ταξινόμησης K-means. Λόγω των περιορισμένων δειγμάτων πληροφορίας σχετικά με το φαινόμενο όπως συλλέχτηκαν από τις αρμόδιες υπηρεσίες, δεν ήταν εφικτή μια σύγκριση μεταξύ των εκτιμήσεων του αλγορίθμου και της πραγματικότητας.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Χρησιμοποιήθηκαν έγχρωμες σύνθετες απεικονίσεις του δορυφόρου SPOT 4 για την περιοχή οι οποίες είχαν ληφθεί σε διαφορετικές ημερομηνίες. Στην πρώτη περίπτωση η απεικόνιση αφορούσε την 7η του Σεπτέμβρη του 1997, μια ημερομηνία κατά την οποία η περιοχή χαρακτηριζόταν από απουσία του φαινομένου της κόκκινης παλίρροιας (Εικόνα 2). Στη δεύτερη περίπτωση, η απεικόνιση αφορούσε την 23η του Φεβρουαρίου του 2000, μια ημερομηνία κατά την οποία στην ίδια περιοχή είχε κάνει την εμφάνισή του το φαινόμενο (Εικόνα 3).

Εικόνα 2: Δορυφορική απεικόνιση SPOT 4 - 7 Σεπτεμβρίου 1997 - Στο κίτρινο πλαίσιο φαίνεται η περιοχή μελέτης η οποία χαρακτηρίζεται από απουσία κόκκινης παλίρροιας.

Εικόνα 3: Δορυφορική απεικόνιση SPOT 4 - 23 Φεβρουαρίου 2000 - Στο κίτρινο πλαίσιο φαίνεται η περιοχή μελέτης: οι φωτεινές περιοχές υποδεικνύουν την παρουσία του φαινομένου.

Στην Εικόνα 4 που ακολουθεί φαίνεται η ταξινομημένη απεικόνιση της κόκκινης παλίρροιας. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζεται η στατιστική ανάλυση της απεικόνισης αυτής.

Εικόνα 4: Εφαρμογή του αλγορίθμου και του συστήματος ταξινόμησης K-means στην απεικόνιση του SPOT 4 για την 23η Σεπτεμβρίου του 2000

Πίνακας 1: Αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης για την ταξινομημένη απεικόνιση

Παρατηρούμε ότι περίπου το 10% της ταξινομημένης απεικόνισης προσδιορίζεται ως μολυσμένη περιοχή (Red Tide 1 και Red Tide 2). Ανθρωπογενείς δραστηριότητες στην περιοχή Sipitang - Beaufort όπως η υλοτομία, η γεωργία, η κατασκευή αυτοκινητοδρόμων, τα λατομεία ψαμμίτη, αναπτύχθηκαν σημαντικά στην περιοχή αυτή το έτος 2000. Τέτοιου είδους δραστηριότητες είναι υπεύθυνες για την αύξηση νιτρικών και συγκεντρώσεων φωσφόρου στο υδατικό περιβάλλον, και επομένως υπεύθυνες για την εμφάνιση του φαινομένου της κόκκινης παλίρροιας.

Συμπεράσματα

Τα αποτελέσματα της εφαρμογής αυτής καταδεικνύουν τη δυνατότητα προσδιορισμού ενός συμβάντος κόκκινης παλίρροιας μέσα από τη χρήση δεδομένων του δορυφόρου SPOT 4. Εκτιμήθηκε ότι περίπου μια έκταση 40 km2 (περίπου 10%) της περιοχής μελέτης που αναπαρίσταται στην απεικόνιση προσεβλήθη από το φαινόμενο της κόκκινης παλίρροιας το Φεβρουάριο του 2000. Ακόμη, προτείνεται μέσα από την εφαρμογή μια μελλοντική μελέτη να ενσωματώνει στοιχεία για το διαχωρισμό των πηγών και εστιών που μπορεί να προκαλούν το φαινόμενο καθώς και έρευνες πεδίου για την καταγραφή της υφιστάμενης κατάστασης των υδάτων.