Αξιολόγηση και ανίχνευση της αλλαγής στη χρήση και κάλυψη γης, με χρήση τηλεπισκόπησης, στη λεκάνη της λίμνης Tana στη Βορειοδυτική Αιθιοπία

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 18:34, 9 Φεβρουαρίου 2022 (εμφάνιση κώδικα) M kakara (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες) (Νέα σελίδα με 'Category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός ''' Ανίχνευση των αλλαγών της κάλυψης γης και τω...') ← Προηγούμενη επεξεργασία		Αναθεώρηση της 08:47, 10 Φεβρουαρίου 2022 (εμφάνιση κώδικα) M kakara (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες) Επόμενη επεξεργασία →
Γραμμή 1:		Γραμμή 1:
-	[[Category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός ]]	+	[[Category:Οικολογία ]]
-	''' Ανίχνευση των αλλαγών της κάλυψης γης και των αστικών θερμικών νησίδων στην πόλη Τάντα της Αιγύπτου '''	+	''' Αξιολόγηση και ανίχνευση της αλλαγής στη χρήση και κάλυψη γης, με χρήση τηλεπισκόπησης, στη λεκάνη της λίμνης Tana στη Βορειοδυτική Αιθιοπία '''
-	Change detection of land cover and urban heat islands using multi-temporal Landsat images, application in Tanta city, Egypt	+	Assessing land use and land cover change detection using remote sensing in the Lake Tana Basin, Northwest Ethiopia
-	'''Συγγραφείς:''' Hala Adel Effat, Lamyaa Gamal-ElDeen Taha, Kamel Fathi Mansour	+	'''Συγγραφείς:''' Dires Tewabe and Temesgen Fentahun
-	'''Πηγή:''' [[https://www.researchgate.net/publication/273339097_Change_Detection_of_Land_cover_and_Urban_Heat_Islands_using_Multi-Temporal_Landsat_Images_application_in_Tanta_City_Egypt]]	+	'''Πηγή:''' [[https://www.researchgate.net/publication/342304150_Assessing_land_use_and_land_cover_change_detection_using_remote_sensing_in_the_Lake_Tana_Basin_Northwest_Ethiopia]]
		+
		+	'''Abstract'''
		+
		+	O σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο προσδιορισμός της αλλαγής των χρήσεων γης στην υδρολογική λεκάνη Tana. Προς αυτήν την κατεύθυνση χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές τηλεπισκόπησης, δορυφορικές εικόνες και τεχνικές ανάλυσης της εικόνας. Με την χρήση του δορυφόρου LandSat TM αναλύθηκαν εικόνες με ανάλυση 30 μέτρων, από 3 χρονιές 1986, 2002 και 2018. Η μελέτη αυτή καθόρισε πως τα τελευταία 32 χρόνια οι αγροτικές εκτάσεις και οι κατοικιμένες εκτάσεις αυξήθηκαν σημαντικά κατά 15.61% και 8.05% αντίστοιχα.
	'''Εισαγωγή'''		'''Εισαγωγή'''
-	Η έντονη αστικοποίηση έχει ευεργετικές αλλά και δυσμενείς συνέπειες, που επηρεάζουν από περιβαλλοντική και κοινωνική σκοπιά τους κατοίκους των πόλεων. Οι στέγες και οι τοίχοι των πολυώροφων κτιρίων με πιο σκούρες επιφάνειες, οι χώροι στάθμευσης, οι δρόμοι και τα πεζοδρόμια που είναι κατασκευασμένα από άσφαλτο και σκυρόδεμα τείνουν να έχουν χαμηλό albedo. Αυτές οι σκούρες επιφάνειες χαμηλού albedo απορροφούν υψηλότερη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας και την μετατρέπουν σε θερμική ενέργεια. Συνεπώς, συσσωρεύονται υπερβολικές ποσότητες θερμικής ενέργειας σε αυτά τα επίπεδα. Έτσι στις αστικές περιοχές σημειώνονται αυξημένες θερμοκρασίες σε σύγκριση με τις γύρω αγροτικές περιοχές. Όμως, αν και η διαφορά θερμοκρασίας δεν είναι μεγάλη, μπορεί να προκαλέσει αρκετά αξιοσημείωτα κοινωνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα στις αστικές περιοχές. Ο πυρήνας της πόλης γίνεται θερμότερος από την περιφέρειά της, σχηματίζοντας έτσι μια αστική θερμική νησίδα. Οι ερευνητές ορίζουν την αστική θερμική νησίδα ως το φαινόμενο που αφορά τη χαρακτηριστική ζεστασιά τόσο της ατμόσφαιρας όσο και των επιφανειών στις πόλεις σε σύγκριση με το περιβάλλον τους. Τα αυξημένα επίπεδα θερμοκρασίας και η ατμοσφαιρική ρύπανση, τα οποία είναι συνέπειες των αστικών θερμικών νησίδων έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Τέτοιες επιδράσεις είναι η γενική δυσφορία, τα αναπνευστικά προβλήματα, τα εγκεφαλικά επεισόδια και οι κράμπες, η εξάντληση και ακόμη και οι θάνατοι που σχετίζονται με τη θερμότητα.
-	Η τηλεπισκόπηση παρέχει μια οικονομική, αποδοτική και γρήγορη μεθοδολογία για την ανάλυση των χωρικά και χρονικά κατανεμημένων θερμοκρασιών της επιφάνειας της γης, δεδομένου ότι η κάλυψη των δορυφορικών εικόνων αφορά μεγάλη περιοχή. Τα τελευταία χρόνια οι τεχνικές τηλεπισκόπησης με υπέρυθρη ακτινοβολία (TIR) έχουν εφαρμοστεί σε περιβαλλοντικές μελέτες και μελέτες του κλίματος των πόλεων, κυρίως για την ανάλυση των προτύπων θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης (LST) και τη σχέση της με τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης. Εκτός από τις μετρήσεις των LST, αυτοί οι αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση δεδομένων εκπομπής διαφορετικών επιφανειών με ποικίλες αναλύσεις και ακρίβειες.
-	Περιοχή μελέτης: Η πόλη Τάντα είναι η πρωτεύουσα του Κυβερνείου El Gharbeya, είναι μέρος του Δέλτα του Νείλου και περιβάλλεται από καλλιεργημένες εύφορες εκτάσεις. Ο συνολικός πληθυσμός της πόλης είναι 429.000 κάτοικοι. Με το υψηλό ποσοστό αστικοποίησης που την χαρακτηρίζει, η κάλυψη της βλάστησης μειώνεται γρήγορα και αντικαθίσταται από ψηλά κτίρια, δρόμους, χώρους στάθμευσης, πεζοδρόμια και άλλες κατασκευές, ενώ η υψηλή συγκέντρωση οχημάτων στην περιοχή συμβάλλει στην εκπομπή θερμότητας και αερίων ρύπων. Η χαμηλότερη θερμοκρασία του αέρα καταγράφεται τον Ιανουάριο, κατά μέσο όρο 18° C και υψηλότερη θερμοκρασία τον Ιούλιο, κατά μέσο όρο 33 ° C.	+	Η χρήση γης και οι καλύψεις γης σε μια περιοχή είναι αποτέλεσμα τόσο φυσικών όσο και κοινωνικό-οικονομικών παραγόντων. Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης (LULC) εξαρτώνται κυρίως από τις πληθυσμιακές μεταβολές, την οικονομική ανάπτυξη, αλλά και φυσικούς παράγοντες όπως την τοπογραφία και το κλίμα (Lambin et al.,2003, Setegn et al.,2009). To GIS και η τηλεπισκόπηση είναι ισχυρά και με μικρό κόστος συστήματα για την εκτίμηση των χωρικών και χρονικών αλλαγών των LULC (Herold et al.,2003; Serra et al.,2008). Η Αιθιοπία αντιμετωπίζει τεράστιες αλλαγές χρήσεων και καλύψεων γης κυρίως εξαιτίας των αλλαγών στις αγροτικές χρήσεις γης αλλά και στις οικιστικές (Birhane et al.,2019). Στην λεκάνη της λήμνης Tana τα φυσικά χαρακτηριστικά όπως η ροή του νερού έχουν αλλάξει αρκετά (Chakilu & Moges, 2017).  O σκοπός, λοιπον, αυτής της μελέτης είναι η εκτίμηση των αλλαγών στις χρήσεις και καλύψεις γης σε αυτήν την περιοχή.
	'''Μεθοδολογία'''		'''Μεθοδολογία'''
-	*Χαρτογράφηση της Αστικής Ανάπτυξης μεταξύ 1984 και 2013	+
-	Η περιοχή που ερευνάται καλύπτεται κυρίως από καλλιεργούμενες εκτάσεις και αστικές περιοχές που εξαπλώνονται και καταπατούν την αρόσιμη γη. Η μελέτη διεξάγεται κατά τη θερινή περίοδο, τα περισσότερα από τα χωράφια καλλιεργούνται με δέντρα και καλλιέργειες ενώ δεν εμφανίστηκαν έρημοι ή γυμνά εδάφη στις εικόνες Landsat. Οι εικόνες που αποκτήθηκαν ήταν όλες καθαρές χωρίς σύννεφα, λόγω των ξηρών καλοκαιρινών πρωινών (7:00-8:00 π.μ.). Ακολουθήθηκε εποπτευόμενη ταξινόμηση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας και εντοπίστηκαν τρεις κατηγορίες κάλυψης γης, συμπεριλαμβανομένων των καλλιεργούμενων εκτάσεων, των υδατικών όγκων και των αστικών περιοχών. Η συνολική ακρίβεια των πέντε ετών ταξινομήσεων ήταν 86.10%, 89.83%, 91.22% , 93.62 και 95,64% αντίστοιχα. Ο συντελεστής Kappa των πενταετών ταξινομήσεων είναι 0.81, 0.83, 0.86, 0.89 και 0.91 αντίστοιχα.	+	Η λίμνη Τάνα είναι η πηγή του Γαλάζιου Ποταμού του Νείλου και καλύπτει 3.060 τετραγωνικά χιλιόμετρα σε υψόμετρο 1786 μέτρων. Η λίμνη είναι η μεγαλύτερη στην Αιθιοπία και η τρίτη μεγαλύτερη στην λεκάνη του Νείλου. Ο Landsat image είναι ένας ειδικός αισθητήρας πάνω στον δορυφόρο Landsat και οι εικόνες από αυτόν είναι πολυφασματικές και απεικονίζουν πολλά τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, μεταξύ των οποίων το ορατό αλλά και το ανακλώμενο υπέρυθρο. Η επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα είναι το πρώτο σημαντικό βήμα για επιτυχή κατηγοριοποίηση (Ward et al.,2000). Εικόνες από την λεκάνη Τάνα αποκτήθηκαν για τις περιόδους 1986, 2002 και 2018. Συνεπώς η μελέτη επικεντρώνεται στον εντοπισμό των αλλαγών των χρήσεων και καλύψεων γης σε αυτές τις χρονικές περιόδους. Για να πραγματοποιηθεί η ταξινόμηση μιας εικόνας, τα ακατέργαστα δεδομένα πρέπει να προεπεξεργαστούν και να προετοιμαστούν σωστά, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί υπόψη το σφάλμα λόγω της γεωμετρίας της γης, των ραδιομετρικών και ατμοσφαιρικών επιδράσεων. Επιλέχθηκαν τυχαία σημεία ελέγχου, και χρησιμοποιήθηκαν μαζί με εικόνες από το Google Earth για τον καθορισμό των χρήσεων και καλύψεων γης. H γενική διαδικασία της προεπεξεργασίας περιλαμβάνει τον εντοπισμό και την επιδιόρθωση των λανθασμένων γραμμών, διόρθωση της ατμόσφαιρας. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν τα pixels που αντιπροσωπεύουν κάποια πρότυπα τα οποία μπορούν να αναγνωριστούν.
-	*Θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους	+
-	Οι θερμοκρασίες της επιφάνειας της γης προήλθαν από γεωμετρικά διορθωμένες εικόνες. Εφαρμόστηκε μια απλή μέθοδος για την ανάκτηση των εκπομπών της επιφάνειας της γης (LSE) με βάση τον δείκτη βλάστησης (NDVI) εφαρμόζωντας τη μέθοδο NDVI Thresholds.	+
-	*Αστική θερμική νησίδα	+
-	Οι αστικές θερμικές νησίδες είναι επίμονες ζώνες όπου σημειώνονται θερμοκρασίες επιφάνειας εδάφους πάνω από το μέσο όρο. Η ένταση του φαινομένου ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της μέσης θερμοκρασίας τους και της θερμοκρασίας των αγροτικών περιοχών.	+
-	*Ανάλυση παλινδρόμησης	+
-	Μελετήθηκε η σχέση μεταξύ της εξαρτημένης μεταβλητής (θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους) και της κατηγορίας χρήσης γης/ κάλυψης γης. Η σχέση μελετήθηκε για κάθε μια από τις εικόνες της περιόδου 1984-2013 που ερευνάται.	+
-	Ποσοστό κατοικημένων περιοχών σε τμήματα:	+
-	Ένας κύριος λόγος για τις διαφορές θερμοκρασίας της επιφάνειας μεταξύ αγροτικών και αστικών περιοχών είναι η επίδραση της γεωμετρίας του κτιρίου στις ακτινοβολούμενες ροές. Οι περισσότερες από τις αιγυπτιακές πόλεις έχουν υψηλή πυκνότητα δόμησης, όπως και στην περιοχή μελέτης. Το δομημένων περιοχών υπολογίστηκε για κάθε τμήμα.	+
-	Ποσοστό πράσινων περιοχών :	+
-	Οι σχέσεις μεταξύ θερμοκρασίας και βλάστησης διερευνήθηκαν σε προγενέστερες μελέτες συχνά χρησιμοποιώντας τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης. Το ποσοστό της πράσινης περιοχής υπολογίστηκε για κάθε τμήμα.	+
-	[[Αρχείο:γ2 (2).png|200px|thumb|left|Εικόνα 2: Διάγραμμα ροής της εφαρμοζόμενης μεθοδολογίας]]	+
	'''Αποτελέσματα'''		'''Αποτελέσματα'''
-	*Χαρτογράφηση της Αστικής Ανάπτυξης μεταξύ 1984 και 2013	+
-	Η εικόνα Landsat TM ταξινομήθηκε με χρήση εποπτευόμενης ταξινόμησης και προέκυψαν τρείς κατηγορίες, αστικές και καλλιεργούμενες εκτάσεις και υδατικές μάζες. Ο συντελεστής Kappa του αποτελέσματος ταξινόμησης είναι 0,81 και η ακρίβεια των δεδομένων ικανοποιητική. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από υψηλή δόμηση, στενούς δρόμους,ανεπαρκείς μέθοδοι επεξεργασίας στερεών αποβλήτων και έλλειψη χώρων πρασίνου προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης και αλλαγή στο αστικό μικροκλίμα. Στον πίνακα 3 φαίνονται και οι αλλαγές στις χρήσεις/καλύψεις γής κατα την περίοδο 1984-2013.	+	*Χρήσεις γης και συντελεστής Κάππα
-	[[Αρχείο:γ3 (2).png|200px|thumb|right|Πίνακας 3: Αλλαγές στις χρήσεις/καλύψεις γής.]]	+	Η ταξινόμηση ολοκληρώνεται όταν ολοκληρωθεί η αξιολόγηση της  χρησιμοποιώντας τον συντελεστή Κάππα (Forkuor & Cofie, 2011). Η στατιστική Κάππα μετράει την συμφωνία μεταξύ 2 κατηγοριοποιήσεων ενός συνόλου δεδομένων και εκτιμά την ακρίβεια των μοντέλων πρόβλεψης μετρώντας την συμφωνία μεταξύ του μοντέλου πρόβλεψης και ενός σετ μετρήσεων (Moriasi et al.,2007).  Σε αυτήν την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 116, 139 και 162 σημεία ελέγχου εδάφους για την επαλήθευση των εικόνων από το 1986, 2002 και 2018 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν συνολική ακρίβεια για το 1986 84,2%. Ο συντελεστής Κάππα υπολογίστηκε από την μήτρα ελέγχου και o συντελεστής της ταξινόμησης ήταν στο 79.2 %. Έτσι σύμφωνα με την κλίμακα ταξινόμησης του Moriasi et al.,2007, η ταξινόμηση βρίσκεται σε ένα ικανοποιητικό εύρος.  Οι συνολικές ακρίβειες για τα έτη 2002 και 2018 ήταν αντίστοιχα 87.05 και 90.36% αντίστοιχα όπως φαίνεται στον πίνακα 3, ενώ ο Κάππα συντελεστής ταξινόμησης ήταν 83.32% και 89.66%. Συνεπώς σύμφωνα με την προαναφερθείσα κλίμακα ταξινόμησης η ταξινόμηση βρίσκεται σε ικανοποιητικό εύρος και για τα 2 αυτά έτη.
-	*Ερμηνεία των χαρτών θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους	+	[[Αρχείο: Screenshot_(874).png|200px|thumb|left|Πίνακας 3: Σύνολο αξιολόγησης της ακρίβειας από το 1986-2018 (%)]]
-	Τα αποτελέσματα των εικόνων με τις θερμοκρασίες της επιφάνειας γης ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας την τυπική απόκλιση. Η σύγκριση τον αποτελεσμάτων για τις θερμοκρασίες της επιφάνεις της γής κατα τη περίοδο 1984-2013 φαίνεται στον πίνακα 4. Η ανάλυση παλινδρόμησης έδειξε μια αρνητική συσχέτιση μεταξύ του ποσοστού των πράσινων περιοχών και θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης. Από την παραπάνω ανάλυση, θα μπορούσε να βγεί το συμπέρασμα ότι η χρήση γης /κάλυψη γης επηρεάζει τις κατανομές των αστικών θερμικών νησίδων.	+	*Χάρτες χρήσεων και καλύψεων γης
-	[[Αρχείο:γ4 (2).png|200px|thumb|left|Πίνακας 4: Στατιστικά στοιχεία θερμοκρασιών επιφάνειας εδάφους απο εικόνες Landsat.]]	+	Η χωρική ανάλυση πραγματοποιήθηκε για να περιγράψει αλλαγές στα μοτίβα καλύψεων γης και αλλαγές στις χρήσεις γης με την πάροδο του χρόνου. Οι κυριότερες χρήσεις γης στην λεκάνη είναι δάση, θαμνώδεις εκτάσεις, χορτολιβαδικές εκτάσεις, καλλιέργειες και κατοικίες. Οι αναλύσεις έδειξαν πως οι θαμνώδεις εκτάσεις ήταν η κύρια χρήση γης με 19.39% το 1989 και 15.82% το 2002, ενώ οι αγροτικές εκτάσεις ήταν 37.56 το 1986 και 43.12% το 2002. Αναλύσεις στις εικόνες του 2018 έδειξαν πως η αγροτική γη κατείχε το μεγαλύτερο ποσοστό στις καλύψεις γης, ενώ οι θαμνώδεις εκτάσεις το δεύτερο ποσοστό με 9.56%. Αυτή η αλλαγή είναι αποτέλεσμα της επέκτασης της αύξησης του πληθυσμού και των ανθρώπινων αναγκών. [[Αρχείο: Screenshot_(875).png|200px|thumb|right|Εικόνα 2: Χάρτης χρήσεων και καλύψεων γης της λίμνης Τάνα για το 2012 και 2002]]
		+	*Ανάλυση των αλλαγών στις χρήσεις γης
		+	Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης αναλύονται εκτεταμένα με τηλεπισκοπικές εικόνες στην έρευνα των χρήσεων και καλύψεων γης, στην διαχείριση φυσικών πόρων και στην περιβαλλοντική διαχείριση (Zhang et al.,2014). To ποσοστό που καταλαμβάνει η κάθε χρήση γης προκύπτει από εποπτευόμενη ταξινόμηση για την κάθε μια από τις τρεις χρονιές ξεχωριστά. Τα ποσοστά των καλύψεων γης των δασών, των θαμνωδών εκτάσεων και των χορτολιβαδικών εκτάσεων μειώθηκαν κατά 2.3%, 9.8% και 10% αντίστοιχα, με το μεγαλύτερο ποσοστό τους να μετατρέπεται σε αγροτικές εκτάσεις.
	'''Συμπεράσματα'''		'''Συμπεράσματα'''
-	Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η δομημένη περιοχή έχει επεκταθεί δραματικά σε βάρος των καλλιεργούμενων περιοχών, προκαλώντας τεράστιες αλλαγές στην περιοχή μελέτης. Προκειμένου να εφαρμοστούν μέτρα για τον μετριασμό του σχηματισμού αστικών θερμικών νησίδων, είναι σημαντικό να προσδιοριστεί η κατανομή της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης στις αστικές περιοχές και να προσδιοριστούν οι περιοχές με μη φυσιολογικά υψηλές θερμοκρασίες. Τέτοιες μελέτες είναι πολύ χρήσιμες σε πόλεις που χαρακτηρίζονται από ξηρό κλίμα. Η χρήση τηλεπισκόπησης παρέχει μια χρονικά και οικονομικά αποδοτική μεθοδολογία για την ανάλυση αυτή.	+
		+	Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν σημαντικές αλλαγές σε αυτήν την περίοδο μελέτης. Οι αγροτικές περιοχές και οι οικιστικές περιοχές αυξήθηκαν κατά 13 και 9.1% αντίστοιχα, ενώ τα δάση, οι θαμνώδεις εκτάσεις και οι χορτολιβαδικές εκτάσεις μειώθηκαν σημαντικά. Αυτές οι αλλαγές μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως αλλαγές στην ροή του νερού και διάβρωση εδάφους, με αρνητική επίδραση στην περιβαλλοντική διαχείριση και στην τοπική κοινωνία. Κατά συνέπεια απαιτούνται βελτιωμένες τακτικές διαχείρισης της γης, και σε αυτήν την κατεύθυνση μπορεί να συμβάλλει και η τηλεπισκόπηση που παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες.

---

Αναθεώρηση της 08:47, 10 Φεβρουαρίου 2022

Αξιολόγηση και ανίχνευση της αλλαγής στη χρήση και κάλυψη γης, με χρήση τηλεπισκόπησης, στη λεκάνη της λίμνης Tana στη Βορειοδυτική Αιθιοπία

Assessing land use and land cover change detection using remote sensing in the Lake Tana Basin, Northwest Ethiopia

Συγγραφείς: Dires Tewabe and Temesgen Fentahun

Πηγή: [[1]]

Abstract

O σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο προσδιορισμός της αλλαγής των χρήσεων γης στην υδρολογική λεκάνη Tana. Προς αυτήν την κατεύθυνση χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές τηλεπισκόπησης, δορυφορικές εικόνες και τεχνικές ανάλυσης της εικόνας. Με την χρήση του δορυφόρου LandSat TM αναλύθηκαν εικόνες με ανάλυση 30 μέτρων, από 3 χρονιές 1986, 2002 και 2018. Η μελέτη αυτή καθόρισε πως τα τελευταία 32 χρόνια οι αγροτικές εκτάσεις και οι κατοικιμένες εκτάσεις αυξήθηκαν σημαντικά κατά 15.61% και 8.05% αντίστοιχα.

Εισαγωγή

Η χρήση γης και οι καλύψεις γης σε μια περιοχή είναι αποτέλεσμα τόσο φυσικών όσο και κοινωνικό-οικονομικών παραγόντων. Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης (LULC) εξαρτώνται κυρίως από τις πληθυσμιακές μεταβολές, την οικονομική ανάπτυξη, αλλά και φυσικούς παράγοντες όπως την τοπογραφία και το κλίμα (Lambin et al.,2003, Setegn et al.,2009). To GIS και η τηλεπισκόπηση είναι ισχυρά και με μικρό κόστος συστήματα για την εκτίμηση των χωρικών και χρονικών αλλαγών των LULC (Herold et al.,2003; Serra et al.,2008). Η Αιθιοπία αντιμετωπίζει τεράστιες αλλαγές χρήσεων και καλύψεων γης κυρίως εξαιτίας των αλλαγών στις αγροτικές χρήσεις γης αλλά και στις οικιστικές (Birhane et al.,2019). Στην λεκάνη της λήμνης Tana τα φυσικά χαρακτηριστικά όπως η ροή του νερού έχουν αλλάξει αρκετά (Chakilu & Moges, 2017). O σκοπός, λοιπον, αυτής της μελέτης είναι η εκτίμηση των αλλαγών στις χρήσεις και καλύψεις γης σε αυτήν την περιοχή.

Μεθοδολογία

Η λίμνη Τάνα είναι η πηγή του Γαλάζιου Ποταμού του Νείλου και καλύπτει 3.060 τετραγωνικά χιλιόμετρα σε υψόμετρο 1786 μέτρων. Η λίμνη είναι η μεγαλύτερη στην Αιθιοπία και η τρίτη μεγαλύτερη στην λεκάνη του Νείλου. Ο Landsat image είναι ένας ειδικός αισθητήρας πάνω στον δορυφόρο Landsat και οι εικόνες από αυτόν είναι πολυφασματικές και απεικονίζουν πολλά τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, μεταξύ των οποίων το ορατό αλλά και το ανακλώμενο υπέρυθρο. Η επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα είναι το πρώτο σημαντικό βήμα για επιτυχή κατηγοριοποίηση (Ward et al.,2000). Εικόνες από την λεκάνη Τάνα αποκτήθηκαν για τις περιόδους 1986, 2002 και 2018. Συνεπώς η μελέτη επικεντρώνεται στον εντοπισμό των αλλαγών των χρήσεων και καλύψεων γης σε αυτές τις χρονικές περιόδους. Για να πραγματοποιηθεί η ταξινόμηση μιας εικόνας, τα ακατέργαστα δεδομένα πρέπει να προεπεξεργαστούν και να προετοιμαστούν σωστά, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί υπόψη το σφάλμα λόγω της γεωμετρίας της γης, των ραδιομετρικών και ατμοσφαιρικών επιδράσεων. Επιλέχθηκαν τυχαία σημεία ελέγχου, και χρησιμοποιήθηκαν μαζί με εικόνες από το Google Earth για τον καθορισμό των χρήσεων και καλύψεων γης. H γενική διαδικασία της προεπεξεργασίας περιλαμβάνει τον εντοπισμό και την επιδιόρθωση των λανθασμένων γραμμών, διόρθωση της ατμόσφαιρας. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν τα pixels που αντιπροσωπεύουν κάποια πρότυπα τα οποία μπορούν να αναγνωριστούν.

Αποτελέσματα

• Χρήσεις γης και συντελεστής Κάππα

Η ταξινόμηση ολοκληρώνεται όταν ολοκληρωθεί η αξιολόγηση της χρησιμοποιώντας τον συντελεστή Κάππα (Forkuor & Cofie, 2011). Η στατιστική Κάππα μετράει την συμφωνία μεταξύ 2 κατηγοριοποιήσεων ενός συνόλου δεδομένων και εκτιμά την ακρίβεια των μοντέλων πρόβλεψης μετρώντας την συμφωνία μεταξύ του μοντέλου πρόβλεψης και ενός σετ μετρήσεων (Moriasi et al.,2007). Σε αυτήν την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 116, 139 και 162 σημεία ελέγχου εδάφους για την επαλήθευση των εικόνων από το 1986, 2002 και 2018 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν συνολική ακρίβεια για το 1986 84,2%. Ο συντελεστής Κάππα υπολογίστηκε από την μήτρα ελέγχου και o συντελεστής της ταξινόμησης ήταν στο 79.2 %. Έτσι σύμφωνα με την κλίμακα ταξινόμησης του Moriasi et al.,2007, η ταξινόμηση βρίσκεται σε ένα ικανοποιητικό εύρος. Οι συνολικές ακρίβειες για τα έτη 2002 και 2018 ήταν αντίστοιχα 87.05 και 90.36% αντίστοιχα όπως φαίνεται στον πίνακα 3, ενώ ο Κάππα συντελεστής ταξινόμησης ήταν 83.32% και 89.66%. Συνεπώς σύμφωνα με την προαναφερθείσα κλίμακα ταξινόμησης η ταξινόμηση βρίσκεται σε ικανοποιητικό εύρος και για τα 2 αυτά έτη.

• Χάρτες χρήσεων και καλύψεων γης

Η χωρική ανάλυση πραγματοποιήθηκε για να περιγράψει αλλαγές στα μοτίβα καλύψεων γης και αλλαγές στις χρήσεις γης με την πάροδο του χρόνου. Οι κυριότερες χρήσεις γης στην λεκάνη είναι δάση, θαμνώδεις εκτάσεις, χορτολιβαδικές εκτάσεις, καλλιέργειες και κατοικίες. Οι αναλύσεις έδειξαν πως οι θαμνώδεις εκτάσεις ήταν η κύρια χρήση γης με 19.39% το 1989 και 15.82% το 2002, ενώ οι αγροτικές εκτάσεις ήταν 37.56 το 1986 και 43.12% το 2002. Αναλύσεις στις εικόνες του 2018 έδειξαν πως η αγροτική γη κατείχε το μεγαλύτερο ποσοστό στις καλύψεις γης, ενώ οι θαμνώδεις εκτάσεις το δεύτερο ποσοστό με 9.56%. Αυτή η αλλαγή είναι αποτέλεσμα της επέκτασης της αύξησης του πληθυσμού και των ανθρώπινων αναγκών.

• Ανάλυση των αλλαγών στις χρήσεις γης

Οι αλλαγές στις χρήσεις και καλύψεις γης αναλύονται εκτεταμένα με τηλεπισκοπικές εικόνες στην έρευνα των χρήσεων και καλύψεων γης, στην διαχείριση φυσικών πόρων και στην περιβαλλοντική διαχείριση (Zhang et al.,2014). To ποσοστό που καταλαμβάνει η κάθε χρήση γης προκύπτει από εποπτευόμενη ταξινόμηση για την κάθε μια από τις τρεις χρονιές ξεχωριστά. Τα ποσοστά των καλύψεων γης των δασών, των θαμνωδών εκτάσεων και των χορτολιβαδικών εκτάσεων μειώθηκαν κατά 2.3%, 9.8% και 10% αντίστοιχα, με το μεγαλύτερο ποσοστό τους να μετατρέπεται σε αγροτικές εκτάσεις.

Συμπεράσματα

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν σημαντικές αλλαγές σε αυτήν την περίοδο μελέτης. Οι αγροτικές περιοχές και οι οικιστικές περιοχές αυξήθηκαν κατά 13 και 9.1% αντίστοιχα, ενώ τα δάση, οι θαμνώδεις εκτάσεις και οι χορτολιβαδικές εκτάσεις μειώθηκαν σημαντικά. Αυτές οι αλλαγές μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως αλλαγές στην ροή του νερού και διάβρωση εδάφους, με αρνητική επίδραση στην περιβαλλοντική διαχείριση και στην τοπική κοινωνία. Κατά συνέπεια απαιτούνται βελτιωμένες τακτικές διαχείρισης της γης, και σε αυτήν την κατεύθυνση μπορεί να συμβάλλει και η τηλεπισκόπηση που παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες.