Αξιολόγηση της πιθανότητας ξηρασίας για τις γεωργικές περιοχές της Αφρικής με τηλεπισκοπική απεικόνιση χονδρικής ανάλυσης

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 13:19, 18 Ιανουαρίου 2020

Αξιολόγηση της πιθανότητας ξηρασίας για τις γεωργικές περιοχές της Αφρικής με τηλεπισκοπική απεικόνιση χονδρικής ανάλυσης

Συγγραφείς: O. Rojas, A. Vrieling, F. Rembold

[1]

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η ξηρασία αποτελεί μία από τις πιο συνηθισμένες κλιματολογικές καταστροφές κατά μήκος ενός μεγάλου τμήματος της Αφρικανικής ηπείρου, προκαλώντας δυσμενείς συνέπειες στις καλλιέργειες. Η εργασία αυτή συστήνει μια καινοτόμο μέθοδο για τον υπολογισμό της εμπειρικής πιθανότητας ένα ενδεχόμενο ξηρασίας να επηρεάσει ένα σημαντικό μέρος της καλλιεργήσιμης έκτασης σε εθνικό επίπεδο. Χρησιμοποιήθηκε ο δείκτης υγιούς βλάστησης (VHI) από τον ραδιομετρικό δέκτη πολύ υψηλής ανάλυσης (AVHRR) ως κύριο μέσο ανίχνευσης ξηρασίας, σε επίπεδο κάθε χώρας ξεχωριστά. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα φαινολογικό μοντέλο βασισμένο στη δείκτη NDVI. Ο δείκτης VHI, σύμφωνα με το φαινολογικό μοντέλο, αποδείχθηκε έγκυρος δείκτης ξηρασίας, ενώ είναι υψηλά συσχετισμένος με τα φαινόμενα ξηρασίας στην Αφρική κατά την περίοδο 1981-2009.

1.Εισαγωγή

Η γεωργική ξηρασία στις Αφρικανικές χώρες έχει προκαλέσει προβλήματα στα υδατικά αποθέματα, στην αγροτική και κτηνοτροφική παραγωγή, ενώ είναι η αιτία για ξεσπάσματα λιμού, επιδημιών και μετατόπισης πληθυσμών (Gommes & Petrassi, 1994). Επομένως, η αναγνώριση και πρόβλεψη της ξηρασίας είναι αναγκαία για τον προγραμματισμό και την αποτελεσματικότητα της διάθεσης των τροφίμων. Ένας περιορισμός αυτής της πρόβλεψης είναι τα ελλιπή βροχομετρικά δεδομένα, αποτέλεσμα των χωρικών κενών που αφήνουν οι αντίστοιχοι σταθμοί της κάθε χώρας. Έτσι, τα δεδομένα αυτά αντικαθιστώνται από αντίστοιχα ατμοσφαιρικά, τα οποία με τη σειρά τους περιέχουν σφάλματα. Τα σφάλματα, αυτά, δεν μπορούν να απαλειφθούν λόγω της έλλειψης επίγειων μετρήσεων. Το πληροφοριακό, αυτό, έλλειμμα έρχονται να καλύψουν τεχνικές που αφορούν άμεσα τις καλλιέργειες και σχετίζονται με το φύλλωμά τους (Verdin et al., 2005). Μία τέτοια τεχνική είναι ο δείκτης NDVI, ο οποίος αξιοποιεί την ανακλώμενη ακτινοβολία της πράσινης βλάστησης στο κόκκινο και στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα της ακτινοβολίας. Ο δείκτης αυτός, επηρεάζεται ακόμα από την εδαφική υγρασία και μπορεί να δημιουργηθεί αξιοποιώντας -δωρεάν- δορυφορικά δεδομένα από δέκτες όπως οι MODIS, SPOT, VEGETATION και από τον AVHRR, ο οποίος αν και έχει την χαμηλότερη χωρική ανάλυση, προσφέρει μεγαλύτερες χρονοσειρές ακόμα και στο θερμικό κανάλι.

2.Υλικά και μέθοδοι

2.1 Δεδομένα

Τα κυρίως δεδομένα είναι οι μακράς διάρκειας χρονοσειρές του NOAA AVHRR και αξιοποιήθηκαν ως:

• Δείκτης υγιούς βλάστησης (VHI) από το κέντρο για Δορυφορικές Εφαρμογές και Έρευνα (STAR) της Εθνικής Περιβαλλοντικής δορυφορικής υπηρεσίας δεδομένων και πληροφοριών (NESDIS) (εβδομαδιαία δεδομένα, 16 χμ ανάλυσης, 1981-2010).
• Δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI) από τη NASA (δεδομένα ανά 15 ημέρες, 8 χμ ανάλυση, 1981-2010).

Χρησιμοποιήθηκαν δύο επιπλέον πηγές χωρικών δεδομένων: μάσκα καλλιέργειας (FAO και GLC2000) και όρια διοικητικών περιοχών (GAUL).

2.2 Μεθοδολογία

2.2.1 Δείκτης υγιούς βλάστησης (VHI)

Ο δείκτης υγιούς βλάστησης (VHI) (Kogan, 1995) έχει χρησιμοποιηθεί σε διάφορες κλιματολογικές συνθήκες ανά την υφήλιο και συνδυάζει τους δείκτες VCI (Δείκτης Κατάστασης Βλάστησης) και TCI (Δείκτης Κατάστασης Θερμοκρασίας), όπου:

VCIi = 100*(NDVIi–NDVImin)/(NDVImax–NDVImin) και

TCIi = 100*(Tmax–Ti)/( Tmax–Tmin).

Ο VCI χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων των καιρικών συνθηκών και ο TCI για την απαλοιφή της ατμοσφαιρικής επίδρασης.

Έτσι, ο VHI είναι:

VHIi =w1*VCIi +w2*TCIi, με w1=w2=0.5 και αντιστοιχεί στο βάρος που δίνεται στον κάθε δείκτη.

2.2.2 Μάσκα καλλιέργειας

Για τη δημιουργία της μάσκας μελετήθηκαν διάφορες ετήσιες καλλιέργειες σύμφωνα με τον FAΟ και την GLC2000, όπως ρύζι, σιτάρι κ.α.

2.2.3 Προσδιορισμός της βέλτιστης περιόδου ενσωμάτωσης του VHI για τις γεωργικές περιοχές (χρονική συσσωμάτωση)

Ο δείκτης VHI υπολογίστηκε για κάθε εβδομάδα σύμφωνα με τον NDVI για τη χρονική περίοδο που ξεκινά από τον Ιούνιο (SOS) και τελειώνει τον Οκτώβριο (EGF=EOS-6 εβδομάδες) κάθε έτους. Αυτή κρίνεται ότι είναι η πιο κρίσιμη περίοδος της ανάπτυξης των καλλιεργειών για το σύνολο της Αφρικής (White et al., 1997). Από τα εβδομαδιαία δεδομένα υπολογίστηκε ο μέσος όρος κάθε έτους.

2.2.4. Γεωγραφική συσσωμάτωση VHI

Σύμφωνα με το διάγραμμα ροής (Εικόνα 1) φαίνεται η διαδικασία προσδιορισμού της γεωγραφικής συσσωμάτωσης του VHI. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε ώστε μόνο όσα pixels καλύπτονται τουλάχιστον κατά 25% από την μάσκα καλλιέργειας και βρίσκονται εντός των διοικητικών περιοχών (Genovese et al., 2001). Τα pixels αυτά πήραν ανάλογες τιμές βάρους.