Χρήση των θερμικών ζωνών Landsat 8 9 για την ανίχνευση πιθανών υποθαλάσσιων σημείων εκροής υπόγειων υδάτων στη Μεσόγειο

Από RemoteSensing Wiki

Using Landsat 8/9 Thermal Bands to Detect Potential Submarine Groundwater Discharge (SGD) Sites in the Mediterranean in North West-Central Morocco

Y Bernichi, M Amharref, AS Bernoussi, PL Frison, Hydrology 12.6 (2025): 144. πηγή: [1]

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η υποθαλάσσια εκφόρτιση υπόγειων υδάτων (Submarine Groundwater Discharge – SGD) αποτελεί σημαντική διεργασία ανταλλαγής νερού και διαλυμένων ουσιών μεταξύ χερσαίων υδροφορέων και θαλάσσιου περιβάλλοντος, με επιπτώσεις στη φυσική και χημική δυναμική των παράκτιων περιοχών. Η ανίχνευσή της είναι συχνά δύσκολη λόγω της χωρικής και χρονικής μεταβλητότητάς της. Η παρούσα εργασία εξετάζει τη δυνατότητα χρήσης των θερμικών ζωνών των δορυφόρων Landsat 8 και Landsat 9 για τον εντοπισμό πιθανών θέσεων υποθαλάσσιας εκφόρτισης υπόγειων υδάτων στη Μεσόγειο Θάλασσα, στη βορειοδυτική–κεντρική περιοχή του Μαρόκου. Η μεθοδολογία βασίζεται στη χαρτογράφηση θερμικών ανωμαλιών της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας, με έμφαση στην εποχική ανάλυση και ιδιαίτερα στη χειμερινή περίοδο. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι θερμικές εικόνες Landsat μπορούν να αποκαλύψουν χωρικά συνεπείς θερμικές ανωμαλίες κοντά στην ακτογραμμή, οι οποίες πιθανόν σχετίζονται με SGD. Η θερμική τηλεπισκόπηση αναδεικνύεται ως αποτελεσματικό εργαλείο προκαταρκτικού εντοπισμού περιοχών ενδιαφέροντος, οι οποίες απαιτούν περαιτέρω επιβεβαίωση με επιτόπιες μετρήσεις.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η υποθαλάσσια εκφόρτιση υπόγειων υδάτων αποτελεί μια λιγότερο ορατή αλλά ιδιαίτερα σημαντική διεργασία στο παράκτιο υδρολογικό σύστημα. Μέσω της SGD, υπόγεια ύδατα που προέρχονται από παράκτιους υδροφορείς εισέρχονται στη θάλασσα, μεταφέροντας διαλυμένες ουσίες που μπορούν να επηρεάσουν τη χημεία και τη βιολογία των παράκτιων οικοσυστημάτων. Η παραδοσιακή ανίχνευση της SGD βασίζεται σε επιτόπιες μεθόδους, όπως γεωχημικοί ιχνηθέτες, μετρήσεις ραδονίου και υδρολογικές παρατηρήσεις. Παρότι οι μέθοδοι αυτές είναι αξιόπιστες, απαιτούν σημαντικό χρόνο και κόστος και καλύπτουν περιορισμένες χωρικές εκτάσεις. Η τηλεπισκόπηση, και ειδικότερα η θερμική υπέρυθρη απεικόνιση, προσφέρει τη δυνατότητα ευρείας χωρικής κάλυψης και επαναλαμβανόμενης παρακολούθησης των παράκτιων περιοχών. Στο πλαίσιο αυτό, η εργασία εξετάζει τη δυνατότητα αξιοποίησης των θερμικών ζωνών των δορυφόρων Landsat 8 και 9 για τον εντοπισμό πιθανών περιοχών υποθαλάσσιας εκφόρτισης υπόγειων υδάτων στη Μεσόγειο Θάλασσα του Μαρόκου.

ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στη βορειοδυτική–κεντρική ακτογραμμή του Μαρόκου, κατά μήκος της Μεσογείου Θάλασσας. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από έντονη γεωμορφολογική ποικιλία, παράκτιους υδροφορείς και σημαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ χερσαίων και θαλάσσιων υδατικών συστημάτων. Το κλίμα της περιοχής είναι μεσογειακό, με ήπιους υγρούς χειμώνες και θερμά, ξηρά καλοκαίρια. Οι εποχικές μεταβολές της θερμοκρασίας καθιστούν την περιοχή κατάλληλη για την ανίχνευση SGD μέσω θερμικών ανωμαλιών, ιδιαίτερα κατά τη χειμερινή περίοδο.

Εικόνα 1 Δομικό και υδρογεωλογικό πλαίσιο της ακτής El Jebha, με έμφαση στο ρήγμα F1 και την υποθετική διαδρομή εκροής υποθαλάσσιων υπόγειων υδάτων και τη θέση της πηγής Ain Souyah

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Η μεθοδολογία της παρούσας μελέτης βασίζεται στην ανάλυση θερμικών δορυφορικών δεδομένων από τους δορυφόρους Landsat 8 και Landsat 9, με στόχο τον εντοπισμό θερμικών ανωμαλιών που σχετίζονται με πιθανή υποθαλάσσια εκφόρτιση υπόγειων υδάτων (SGD). Η επιλογή των δεδομένων Landsat έγινε λόγω της διαχρονικής συνέχειας, της ελεύθερης πρόσβασης και της καταλληλότητας των θερμικών ζωνών για εφαρμογές θερμοκρασίας επιφάνειας θάλασσας. Οι θερμικές πληροφορίες προέρχονται από τον αισθητήρα Thermal Infrared Sensor (TIRS), με κύρια χρήση της ζώνης Band 10, η οποία θεωρείται πιο αξιόπιστη για τον υπολογισμό θερμοκρασίας επιφάνειας. Η αρχική χωρική ανάλυση των θερμικών δεδομένων είναι 100 m και μέσω επαναδειγματοληψίας προσαρμόζεται στα 30 m, ώστε να είναι συμβατή με τις υπόλοιπες φασματικές ζώνες. Η χρονική ανάλυση των δεδομένων είναι 16 ημέρες, επιτρέποντας τη σύγκριση εικόνων διαφορετικών εποχών, με έμφαση στη χειμερινή περίοδο, όπου η θερμοκρασιακή αντίθεση μεταξύ υπόγειων και θαλάσσιων υδάτων είναι εντονότερη. Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε βασική προεπεξεργασία, η οποία περιλάμβανε ατμοσφαιρική διόρθωση και μετατροπή των ψηφιακών τιμών σε θερμοκρασία επιφάνειας θάλασσας (Sea Surface Temperature – SST), λαμβάνοντας υπόψη κατάλληλες παραμέτρους εκπομπής για υδάτινες επιφάνειες. Η ανάλυση επικεντρώθηκε στις παράκτιες ζώνες, όπου αναμένεται η εκδήλωση της υποθαλάσσιας εκφόρτισης. Ο εντοπισμός πιθανών περιοχών SGD βασίστηκε στην αναγνώριση τοπικών θερμικών ανωμαλιών, οι οποίες εμφανίζονται ως ψυχρότερες περιοχές σε σχέση με το περιβάλλον θαλάσσιο νερό. Για τον χαρακτηρισμό μιας ανωμαλίας ως πιθανής SGD εξετάστηκαν η εγγύτητα στην ακτογραμμή, η επαναληψιμότητά της σε διαφορετικές ημερομηνίες και η απουσία άλλων εμφανών φυσικών ή ανθρωπογενών αιτίων. Αναγνωρίζεται ότι η θερμική τηλεπισκόπηση παρουσιάζει περιορισμούς, καθώς η θαλάσσια ανάμειξη, οι κλιματικές συνθήκες και η παράκτια κυκλοφορία μπορούν να επηρεάσουν τη θερμική υπογραφή. Για τον λόγο αυτό, τα αποτελέσματα της ανάλυσης θεωρούνται προκαταρκτικά και προτείνονται για περαιτέρω επιβεβαίωση μέσω επιτόπιων μετρήσεων.

Εικόνα 2 Διαδικασία διαγράμματος ροής για την ανίχνευση SGD

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Η ανάλυση των θερμικών δεδομένων αποκάλυψε την παρουσία σαφών θερμικών ανωμαλιών κατά μήκος της ακτογραμμής, οι οποίες εμφανίζονται ως περιοχές χαμηλότερης θερμοκρασίας σε σχέση με το περιβάλλον θαλάσσιο νερό. Οι ανωμαλίες αυτές ήταν εντονότερες και πιο ευδιάκριτες κατά τη χειμερινή περίοδο, επιβεβαιώνοντας τη σημασία της εποχικότητας στην ανίχνευση της SGD. Σε αρκετές περιπτώσεις, οι εντοπισμένες περιοχές συσχετίστηκαν χωρικά με γνωστούς παράκτιους υδροφορείς και γεωλογικές ασυνέχειες.

Εικόνα 3 (α) Τυποποιημένη θερμική ανωμαλία στις 23 Σεπτεμβρίου 2023 (φθινόπωρο), (β) τυποποιημένη θερμική ανωμαλία στις 18 Ιουνίου 2020 (καλοκαίρι)

Η σύγκριση θερμικών χαρτών διαφορετικών εποχών κατέδειξε ότι ορισμένες ανωμαλίες εμφανίζουν σταθερότητα στον χρόνο, ενισχύοντας την υπόθεση ότι σχετίζονται με συνεχή εκφόρτιση υπόγειων υδάτων.

Εικόνα 4 Χωρική κατανομή της υποθαλάσσιας εκροής υπόγειων υδάτων (SGD) Χάρτης πιθανότητας

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Η εργασία καταδεικνύει ότι οι θερμικές ζώνες των δορυφόρων Landsat 8 και 9 μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για τον προκαταρκτικό εντοπισμό πιθανών περιοχών υποθαλάσσιας εκφόρτισης υπόγειων υδάτων. Η θερμική τηλεπισκόπηση προσφέρει ένα μη παρεμβατικό, χαμηλού κόστους εργαλείο με μεγάλη χωρική κάλυψη, ιδανικό για αρχική χαρτογράφηση. Ωστόσο, η μέθοδος δεν αντικαθιστά τις επιτόπιες μετρήσεις, καθώς οι θερμικές ανωμαλίες μπορεί να επηρεάζονται από πολλούς περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ο συνδυασμός δορυφορικών δεδομένων με υδρογεωλογικές και γεωχημικές μετρήσεις θεωρείται απαραίτητος για την οριστική επιβεβαίωση της παρουσίας SGD.

Λέξεις κλειδιά: Submarine Groundwater Discharge (SGD), Landsat 8/9 Thermal Infrared, thermal anomalies, El Jebha coast