Τηλεπισκόπηση της αλλαγής των χρήσεων γης και του περιβάλλοντος των Εθνικών Πάρκων: Μια μελέτη του Εύκρατου Βορειοανατολικού Δικτύου

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς Yeqiao Wang, Brian R. Mitchell, Jarunee Nugranad-Marzilli, Gregory Bonynge, Yuyu Zhou, Gregory Shriver

Πηγή Remote sensing of land-cover change and landscape context of the National Parks: A case study of the Northeast Temperate Network

Εισαγωγή

Η άναρχη επέκταση των προαστίων, η υλοτόμηση και τα ολοένα αυξανόμενα, κατακερματισμένα φυσικά περιβάλλοντα αποτελούν μερικούς από τους παράγοντες που επηρεάζουν τα οικοσυστήματα των Εθνικών Πάρκων και των φυσικών καταλημάτων και είναι η σημαντικότερη απειλή για τη βιοπικοιλότητα. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο επηρεάζουν οι χρήσεις γης και οι καλύψεις, τη διαμόρφωση των περιφερειακών τοπίων, μπορεί να παρέχει ένα ιστορικό πλαίσιο για τη μέτρηση αλλαγών στη λειτουργία των οικοσυστημάτων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην καθοδήγηση μελλοντικών αποκαταστάσεων, όπου αυτές είναι επιθυμητές και δυνατές. Το National Parks Service (NPS) Vital Signs Monitoring Program, έχει στόχο την παρατήρηση ενός συνόλου φυσικών, χημικών και βιολογικών χαρακτηριστικών και διαδικασιών, που επιλέγονται για την αναπαράσταση της γενικής «υγείας» και κατάστασης των πάρκων και διάφορων επιδράσεων ή στοιχείων που έχουν σημαντική ανθρώπινη αξία. Το Northeast Temperate Network (NETN), μαζί με άλλα δίκτυα NPS, έχουν αναγνωρίσει τις «δυναμικές του τοπίου», ως υψηλής προταιρεότητας, ζωτικά σημάδια. Τέτοια είναι η αλλαγή στην έκταση και την κατανομή των οικοσυστημάτων γύρω και στο εσωτερικό των πάρκων, το μέγεθος των σημαντικών διαταράξεων και η ακαιρεότητα των οικοσυστημάτων αυτών. Η αστική ανάπτυξη, για παράδειγμα, είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες αλλαγής που αντιμετωπίζουν τα πάρκα και άλλες προστατευμένες περιοχές. Η τηλεπισκόπηση αποτελεί βασική τεχνολογία για τον αποτελεσματικό χαρακτηρισμό και χαρτογράφηση πολιτισμικών και φυσικών πόρων. Επιτρέπει την παρακολούθηση και τη μέτρηση βιολογικών και φυσικών χαρακτηριστικών του τοπίου, καθώς και την καταγραγή διαχρονικών αλλαγών σε αυτό. Σκοπός της εργασίας αυτής, είναι η παροχή βασικών και σημαντικών δεδομένων που αφορούν τις γενικές καλύψεις γης και τη δομή του τοπίου στο άμεσο περιβάλλον των πάρκων NETN, τις προηγούμενες τρεις δεκαετίες και να παρουσιάσει μία εφαρμογή ενός πρωτοκόλλου για την κατάδειξη παλαιότερων αλλαγών και την παρακολούθηση μελλοντικών. Στο πλαίσιο λοιπόν αυτό, ασχολήθηκε με οχτώ συγκεκριμένα πάρκα NETN και δέκα ακόμη τμήματα των Απαλάχιων Όρεων.

ΕΙΚΟΝΑ 1: Παραδείγματα εικόνων Landsat και των ζωνών επιρροής για a. Acadia National Park, b. Saratoga NHP, και c. η AT Hawk Mountain segment. Η εικόνα υποσύνολο για την περιοχή ACAD καλύπτει μια ευρύτερη περιοχή από αυτή της 5-χιλιομέτρων ζώνης επιρροής.

ΕΙΚΟΝΑ 2: Σύγκριση των δεδομένων βλάστησης NPS που προήλθε από τη χαρτογράφηση, μεταξύ των (a), NLCD δεδομένων του 2001 (b) και των δεδομένων κάλυψης γης του 2002, στο επιλεγμένο τμήμα του Acadia National Park που δημιουργήθηκε από την στρωματοποιημένη ταξινόμηση (c).

Μεθοδολογία

Ο στόχος της εργασίας αυτής, είναι η δημιρουργία μιας βάσης δεδομένων χρησιμοποιώντας υπάρχουσες μεθόδους τηλεπισκόπησης για τον εντωπισμό αλλαγών, η οποία θα βοηθήσει στην παρακολούθηση και διαχείρηση των πάρκων. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν κυρίως τηλεσκοπικά δεδομένα και εικόνες από το δορυφόρο Landsat. Συνολικά αποκτήθηκαν και επεξεργάστηκαν τριάντα τρεις εικόνες από τον Landsat, έντεκα για κάθε μία από τις τρεις χρονολογικές περιόδους: δεκαετία 1970 (δεδομένα MSS), δεκαετία 1980 (δεδομένα TM) και 2002 (δεδομένα ETM+). Όλες οι εικόνες προβλήθηκαν στο μοντέλο συντεταγμένων Universal Transverse Mercator (UTM). Στη συνέχεια καθορίστηκε ένα γενικευμένο σχέδιο διαβάθμισης, το οποίο περιελάμβανε εννιά κατηγορίες κάλυψης: αστική, ποώδης βλάστηση, φυλλοβόλο δάσος, κωνοφόρο δάσος, μικτό δάσος, νερό, βάλτος, άγονο έδαφος, εμφανή πετρώματα και τέλος δάσος που βρίσκεται σε περίοδο αναγέννησης. Η παρατήρηση και επιβεβαίωση σε διάφορες περιοχές, παρείχε τα απαραίτητα στοιχεία για την εξακρίβωση των καλύψεων αυτών. Αφού καταγράφηκαν τα γενικά χαρακτηριστικά των τοπίων, αυτά συσχετίστηκαν με πληροφορίες, καθώς και γεωαναφερόμενες φωτογραφίες από διάφορα σημεία ενφιαφέροντος χρησιμοποιώντας ένα σύστημα φωτογράφισης περιοχών Kodak DC265. Οι φωτογραφίες αυτές συνδυάστηκαν με δεδομένα GPS για τη δημιουργία μιας εικονικής βάσης δεδομένων. Για την αναπαράσταση των φασματικών διαφοροποιήσεων, για τους διαφορετικούς τύπους καλύψεων, επιλέχθηκαν πολλαπλές «υπογραφές», οι οποίες στη συνέχεια διασταυρώθηκαν με δεδομένα από τα: USGS National Land Cover Dataset (NLCD) από το 1992 έως το 2001, National Wetland Inventory (NWI) και NPS Vegetation Mapping Project. Μετά το πέρας της διαβάθμισης, τα δεδομένα κατηγοριοποιήθηκαν σε κατάλληλες βαθμίδες κάλυψης, διαδικασία που οδήγησε στον καθορισμό των τελικών καλύψεων, σύμφωνα με το σχέδιο διαβάθμισης που ακολουθήθηκε. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα χαρτογράφησης της βλάστησης από το NPS, ως η βάση για το χαρακτηρισμό αντιστοιχισμένων εικονοστοιχείων για κάθε κατηγορία κάλυψης/βλάστησης, στις εικόνες από τον Landsat. Αρχικά μεταφέρθηκαν τα διανυσματικά δεδομένα της βλάστησης σε μορφή GIS. Στη συνέχεια έγινε γεωμετρική διόρθωση στους παραπάνω χάρτες βλάστησης, χρησιμοποιώντας εικόνες από τον Landsat-7 ETM+ ως βάση. Η ερμηνεία των δειγμάτων των αντιστοιχισμένων εικονοστοιχείων έγινε κατευθείαν στις εικόνες από τον Landsat, με τη βοήθεια φωτογραφιών συνδυασμένων με δεδομένα GPS, αεροφωτογραφιών και χαρτών από διεργασίες με GIS. Για την καταγραφή αλλαγών στην κάλυψη, στις διάφορες περιοχές, χρησιμοποιήθηκε μία μέθοδος σύγκρισης, μετά το σχέδιο διαβάθμισης, γεγονός που έχει πλεονέκτημα την ξεχωριστή κατανομή των εικόνων. Χρησιμοποιήθηκαν χωρικές ουδέτερες ζώνες, για την εξαγωγή πληροφοριών που αφορούν την κάλυψη και τις διάφορες περιοχές των τοπίων. Η παραπάνω διαδικασία επιλέχθηκε, επειδή είναι εύκολη στην εκτέλεσή της και μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητή από ανθρώπους με διαφορετικό επιστημονικό υπόβαθρο.

Αποτελέσματα

Η σύγκριση των καλύψεων και των δεδομένων που προκύπτουν, παρέχει πληροφορίες για τη χωρική κατανομή και το βαθμό που επηρεάζουν οι αλλάγες στις καλύψεις αυτές, τα όρια των πάρκων καθώς και τις ουδέτερες ζώνες γύρω από αυτά. Γενικά, στα πάρκα που μελετήθηκαν, παρατηρήθηκε μεγάλη αύξηση αστικού περιβάλλοντος μεταξύ της δεκαετίες του 1970 και του 2002, χρονολογίες που αποτελούν τα όρια για την εργασία. Ταυτόχρονα υπήρξε μείωση στις δασώδεις περιοχές. Αντίστοιχα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν και για τα τμήματα των Απαλάχιων Όρων.

Συμπεράσματα

Είναι πολύ σημαντική η παρακολούθηση και καταγραφή των δυναμικών καταστάσεων των τοπίων, αφού οι αλλαγές περιμετρικά και στο εσωτερικό των πάρκων και των προστατευμένων περιοχών, μπορούν να επηρεάσουν και να αλλάξουν την ποιότητα του νερού, αυξάνουν την πιθανότητα για εισβολή ξένων φυτών και ζώων και καταστρέφουν τη συνέχεια του δάσους. Η εργασία αυτή, δημιούργησε χάρτες καλύψεων και χρήσεων γης σε μία μεγάλη περιοχή, για την κατανόηση και καταγραφή των αλλαγών που επέρχονται στα περίχωρα πάρκων και προστατευόμενων περιοχών. Τα δεδομένα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και μελλοντικά και αποτελούν τη βάση για περαιτέρω παρακολούθηση των αλλαγών στις καλύψεις και χρήσεις γης. Το συμπέρασμα της εργασίας, είναι ότι όλα τα πάρκα και οι περιοχές της μελέτης, έχουν υποστεί μεγάλες αλλαγές στη χρήση γης, κυρίως με την αύξηση των αστικών περιοχών γύρω από αυτές. Τέλος, η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία αυτή, αποτελεί κατάλληλο εργαλείο παρακολούθησης αλλαγών του τοπίου και σε άλλες, γραμμικές προστατευόμενες περιοχές, όπως παραποτάμια πάρκα και μονοπάτια σε ολόκληρη τη χώρα.