Η χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων με τα δορυφορικά στοιχεία και ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους

Από RemoteSensing Wiki

Η χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων με τα δορυφορικά στοιχεία και ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους

Burs Gruber και Harold Haefner

Δεδομένου ότι η χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων είναι μια πολύ χρονοβόρα υπόθεση, στόχος μας είναι να αναπτύξουμε μια κατάλληλη μέθοδο για να χαρτογραφήσουμε τις μεγάλες απομακρυσμένες περιοχές. Αυτό είναι βασισμένο στα δορυφορικά imagery στοιχεία και σε ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DEM) που εξετάζεται σε δύο τόπους στις ελβετικές Άλπεις. Για να μιμηθεί τον κίνδυνο χιονοστιβάδων, το υπάρχον Salm- Voellmy πρότυπο τροποποιήθηκε για το περιβάλλον υπολογιστών και επεκτάθηκε να περιλάβει τα χαρακτηριστικά των χιονοστιβάδων μέσα στη δασική έκταση. Τα δάση ταξινομήθηκαν με θεματικό Mapper Landsat (TM) στοιχεία.

Μέχρι τώρα, μόνο μια ενιαία δασική κατηγορία έχει καθιερωθεί. Ενώ ο χωρισμός του δάσους, του θάμνου και των μη-δασικών περιοχών κοντά στο timberline δημιουργεί τα προβλήματα, η ταξινόμηση των μικρών ενάρξεων και των διαδρομών χιονοστιβάδων μέσα στο δάσος ήταν επιτυχής. Η σύγκριση με τον υπάρχοντα κτηματολογικό χάρτη χιονοστιβάδων αποκάλυψε ότι 85 τοις εκατό των περιοχών κινδύνου ήταν σωστά ταξινομημένα. Ο διαχωρισμός στις καθορισμένες «κόκκινες» και «μπλε» ζώνες κινδύνου `, αφ' ενός, δεν ήταν ικανοποιητικός. Για μια λειτουργική εφαρμογή, οι περαιτέρω βελτιώσεις είναι απαραίτητες. Εντούτοις, η γενική προσέγγιση είναι πολύ ελπιδοφόρα και πρέπει να οδηγήσει στους πιο αξιόπιστους χάρτες κινδύνου για λόγους προγραμματισμού, καθώς επίσης και στις νέες και καλύτερες ιδέες στις αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του χιονιού και του δάσους.

Ο στόχος της χαρτογράφησης κινδύνου χιονοστιβάδων είναι να αποτραπεί η καταστροφική ζημία στους ανθρώπους, τα ζώα, τις τακτοποιήσεις και τις εγκαταστάσεις μεταφορών. Οι ενδεχομένως επικίνδυνες περιοχές πρέπει είτε να είναι χωρίς τεχνητές κατασκευές, είτε συγκεκριμένες προφυλάξεις πρέπει να ληφθούν. Ένας χάρτης κινδύνου χιονοστιβάδων ενημερώνει για το μέγεθος, τη συχνότητα και την έκταση περιοχής της ζώνης κινδύνου των πιθανών χιονοστιβάδων. Στην Ελβετία, οι χάρτες κινδύνου χιονοστιβάδων έχουν υπάρξει από 1878 (Frutiger, 1980). Σήμερα συντάσσονται από τους τοπογραφικούς χάρτες και από την παρατήρηση τομέων βασισμένη στη μακροπρόθεσμη εμπειρία και τα αρχεία (Salm και λοιποί., 1990). Σε άλλες περιοχές βουνών, όπως τα Ιμαλάια, ούτε οι μεγάλης κλίμακας χάρτες ούτε τα μακροπρόθεσμα αρχεία παρατήρησης δεν υπάρχουν. Η καθιέρωση μελέτης χιονιού και χιονοστιβάδων (SASE) σε Manali (Himachal Pradesh) υποστηρίζει τις προσπάθειες να καθιερωθούν οι παρόμοιοι μεγάλης κλίμακας χάρτες για το ινδικό μέρος των Ιμαλαίων ως εργαλείο προγραμματισμού για τα έργα υποδομής μεταφορών και τουριστών. Αλλά η έκταση της περιοχής που χαρτογραφείται είναι πολύ μεγαλύτερη και οι περιοχές είναι πιο απομακρυσμένες απ'ό, τι στις Άλπεις, απαιτώντας κατά συνέπεια μια διαφορετική μεθοδολογική προσέγγιση. Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης, μαζί με τα μαθηματικά πρότυπα, ταιριάζουν ιδιαίτερα στην ενίσχυση στην επίλυση αυτών των προβλημάτων και την παραγωγή των επαρκών εγγράφων προγραμματισμού.

Ο στόχος της παρούσας μελέτης, επομένως, είναι να αξιολογηθεί η δυνατότητα των υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών καλολογικών στοιχείων (Landsat-TM, σημείο-XS) για τη χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων και να αναπτυχθεί μια κατάλληλη μέθοδος για τις απέραντες, απομακρυσμένες περιοχές βουνών όπως στα Ιμαλάια. Οι αναπόφευκτες προϋποθέσεις περιλαμβάνουν τις ακριβείς πληροφορίες για την τοπογραφία (ύψος, γωνία κλίσεων και πτυχή, παραδείγματος χάριν), η οποία είναι μόνο ανιχνεύσιμη από ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DEM). Ως εκ τούτου, η διαθεσιμότητα των υψηλής ευκρίνειας DEM περίπου του ίδιου χωρικού ψηφίσματος όπως τα δορυφορικά καλολογικά στοιχεία είναι ουσιαστικά. Επιπλέον, το DEM απαιτείται επίσης για την κωδικοποίηση των δορυφορικών εικόνων και για την εξαγωγή χαρακτηριστικών γνωρισμάτων. Για μια προσεκτική αξιολόγηση όλων των προβλημάτων και για να αναπτύξουν τη μέθοδο, δύο περιοχές στις ελβετικές Άλπεις με τα μακροπρόθεσμα αρχεία παρατήρησης των στατιστικών κλίματος, βλάστησης, χιονιού και χιονοστιβάδων, και με την καλή δυνατότητα πρόσβασης, επιλέχτηκαν. Ένα υψηλής ευκρίνειας DEM είναι διαθέσιμο και για τις δύο περιοχές δοκιμής. Οι περιοχές χρησιμοποιήθηκαν και πριν ως περιοχές δοκιμής για τις δορυφορικές μελέτες ταξινόμησης των μονάδων κάλυψης εδάφους όπως το χιόνι και το δάσος (Seidel και λοιποί., 1989 Itten και λοιποί., 1991). Επέτρεψαν μια λεπτομερή αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και επαλήθευση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων.

Το Μοντέλο

Χάρτες κινδύνου κατολίσθησης

Οι πιο παλιοί χάρτες κινδύνου κατολίσθησης είναι το κτηματολόγιο κατολισθήσεων. Όλες οι παρατηρημένες κατολισθήσεις είναι απαριθμημένες και ταξινομημένες για να βοηθήσουν να αποτρέψουν την περαιτέρω ζημία σε αυτές τις περιοχές. Αλλά τα κτηματολόγια κατολισθήσεων δεν δίνουν οποιαδήποτε στοιχεία για τους πιθανούς κινδύνους χιονοστιβάδων που προκαλούνται από τις ακραίες ή μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Η απόσταση εξάντλησης και η δυναμική είναι τα κριτήρια για τη διαίρεση μιας περιοχής σε διαφορετικές ζώνες κινδύνου. Στην Ελβετία, οι χάρτες κινδύνου χιονοστιβάδων παρουσιάζουν συνήθως τρεις διαφορετικούς βαθμούς κινδύνου: κόκκινο (υψηλός κίνδυνος), μπλε (μέτριος κίνδυνος) και λευκό (κανένας κίνδυνος). Τα κριτήρια για τη διάκριση μεταξύ των υψηλών και μέτριων κινδύνων είναι: (1) η συγκεκριμένη πίεση ώθησης μιας χιονοστιβάδας: εάν η πίεση χιονοστιβάδων υπερβαίνει το όριο kPa 30, είναι ταξινομημένο ως υψηλός κίνδυνος (2) συχνότητα του περιστατικού: οι μικρότερες χιονοστιβάδες με μια ώθηση χαμηλότερη από το όριο 30 Κ PA αλλά με μια υψηλή συχνότητα και με μια επιστροφής περίοδο, παραδείγματος χάριν, 30 ετών είναι επίσης ταξινομημένες ως υψηλός κίνδυνος. Η σκιαγράφηση μεταξύ μέτριου και κανενός κινδύνου είναι η απόσταση εξάντλησης μιας ακραίας χιονοστιβάδας. Οι χάρτες κινδύνου χιονοστιβάδων εξετάζουν μόνο τα ακραία γεγονότα χιονοστιβάδων. Για να υπολογίσουν τις διαφορετικές ζώνες κινδύνου, η ζώνη εξάντλησης και οι δυνάμεις πίεσης των χιονοστιβάδων με μια στατιστική επιστροφής περίοδο 30 και 300 ετών, αντίστοιχα, χρησιμοποιούνται. Τα κριτήρια που επιλέγονται, επομένως, διαφέρουν αρκετά από εκείνους που χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν μια κανονική χιονοστιβάδα.

Το πρότυπο Salm-Voellmy

Το πρότυπο που χρησιμοποιείται στις ελβετικές Άλπεις περιγράφεται λεπτομερώς και εμφανίζεται σε διάφορα πρακτικά παραδείγματα Salm και λοιποί. (1990). Μόνο οι θεμελιώδεις πτυχές απαραίτητες να καταλάβουν την εφαρμογή της στο περιβάλλον υπολογιστών θα εξηγηθούν εδώ. Τρεις γενικοί περιορισμοί πρέπει να επισημανθούν. (1) τα αποτελέσματα των δυνάμεων μιας χιονοστιβάδας δεν εξετάζονται, εκτός από τη σημασία τους στο χωρισμό της κόκκινης από την μπλε ζώνη κινδύνου . (2) το πρότυπο δεν εξετάζει τις χιονοστιβάδες σκόνης χιονιού λόγω των πολύ σύνθετων φυσικών διαδικασιών αυτού του τύπου χιονοστιβάδων. Αυτό προκαλεί μια ανησυχητική ανεπάρκεια στη χαρτογράφηση χιονοστιβάδων, επειδή οι χιονοστιβάδες σκόνης χιονιού είναι γενικά εξαιρετικά καταστροφικά γεγονότα. (3) τα αποτελέσματα σχετικά με το δάσος επίσης δεν λαμβάνονται υπόψη. Συγκεκριμένα, το πρότυπο δεν προσφέρει τις ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τους όρους κάτω από τους οποίους μια χιονοστιβάδα θα εισαχθεί σε ένα δάσος, πώς επιβραδύνεται από τα δέντρα, ή τη ζημία που προκαλεί στο δάσος. Τα αποτελέσματα στα δάση κοντά στην ζώνη αποψίλωσης συζητούνται από Gubler και Rychetnik (1991) τα των οποίων συμπεράσματα ενσωματώθηκαν στο τροποποιημένο πρότυπο (δείτε παρακάτω).

Ο προσδιορισμός της διαδρομής χιονοστιβάδων

Ο προσδιορισμός μιας διαδρομής χιονοστιβάδων είναι διευκρινισμένος στο σχήμα 1. Η διαδρομή αρχίζει μέσα στην αρχική ζώνη, μια περιοχή χωρίς δέντρα με μια κλίση 28-50». Ο όγκος της απαλλαγής χιονιού υπολογίζεται στο χαμηλότερο όριο αυτής της ζώνης. Η χιονοστιβάδα στο δρόμο της προς τα κάτω έπειτα εισάγει τη ζώνη της μετάβασης, όπου η ταχύτητα και το ύψος της μπορούν να υπολογιστούν σε οποιοδήποτε σημείο ενδιαφέροντος.

Σχήμα

Η ζώνη εξάντλησης αρχίζει σε μια γωνία κλίσης που εξαρτάται από το u συντελεστή τριβής (tgψ = μ). Εντούτοις, οι παράμετροι που καθορίζουν τη απόσταση εξάντλησης και οι δυνάμεις πίεσης υπολογίζονται στο σημείο Π (δείτε το σχήμα Ι). Αυτό είναι τοποθετημένο υψηλότερο επάνω, όπου η κλίση είναι 3-4 πιο απότομη (Salm και λοιποί., 1990). Για τη μετάβαση διαστολής μεταξύ του σημείου Π και της πραγματικής αρχής της ζώνης εξάντλησης, το πρότυπο θεωρεί ότι οι παράμετροι χιονοστιβάδων δεν αλλάζουν. Τα αποτελέσματα που αξιολογούνται για το σημείο Π χρησιμοποιούνται έπειτα άμεσα για να υπολογίσουν τη ζώνη εξάντλησης.

Παράμετροι

Οι παράμετροι χιονιού που απαιτούνται είναι: (1) μέσο πάχος του χιονιού στην αρχική ζώνη, η οποία χρησιμοποιείται για να υπολογίσει τη μάζα χιονιού μιας ρέουσας χιονοστιβάδας (2) παράγοντας της ταραχώδους τριβής 5, η οποία εξαρτάται πρώτιστα από τις συνθήκες επιφάνειας της διαδρομής, όπως η τραχύτητά της, η διοχέτευση, και ο αριθμός μεγάλων αντικειμένων που παρακωλύουν τη ροή του κινούμενου χιονιού (3) συντελεστής τριβής (u), ο οποίος εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά χιονιού (θερμοκρασία, δομή, πυκνότητα, αντίτιμο ύδατος, και η κατακόρυφος πίεσης στην επιφάνεια). Οι σημαντικές παράμετροι ανακούφισης είναι: (1) κλίση της γωνίας (+) στην αρχική ζώνη, τη ζώνη της μετάβασης και τη ζώνη εξάντλησης (2) μεγαλύτερη οριζόντια επέκταση της αρχικής ζώνης (3) έναρξη της ζώνης εξάντλησης(σημείο Π) (4) πλάτος της χιονοστιβάδας στο σημείο Π

Ο προσδιορισμός της διαδρομής χιονοστιβάδων στις δασικές περιοχές

Οι χιονοστιβάδες γενικά δεν επηρεάζεται από την τραχύτητα επιφάνειας (Salm, 1982), αλλά η τραχύτητα μπορεί να είναι σχετική όταν υπάρχει μόνο μια ελαφριά κάλυψη χιονιού (όπως τον πρώιμο χειμώνα), όταν μπορεί σοβαρά να παρακωλύσει η τραχύτητα επιφάνειας τη μετακίνηση χιονιού. Εντούτοις, με το αυξανόμενο πακέτο χιονιού, αυτή η επίδραση εξαφανίζεται σχεδόν εντελώς. Τα αντικείμενα μικρότερα από 1 μ, καθώς επίσης και η χλοώδης και βοτανική βλάστηση, είναι επομένως καμίας σημασίας στον υπολογισμό του πιθανού κινδύνου χιονοστιβάδων. Εντούτοις, τα δέντρα και οι θάμνοι έχουν μια μεγάλη επιρροή στο σχηματισμό και τη δυναμική των χιονοστιβάδων. Εάν οι θάμνοι καλύπτονται από το χιόνι, ένας ανώμαλος καθορισμός του χιονιού και ένας επικίνδυνος αέρας μέσα σε αυτό μπορούν να εμφανιστούν, αυξάνοντας αρκετά τον κίνδυνο έναρξης χιονοστιβάδων (Salm, 1982). Το πυκνό δάσος αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό εμπόδιο για τις χιονοστιβάδες, αλλά κάθε δάσος δεν προσφέρει την ικανοποιητική προστασία. Τα δέντρα βλάπτονται συνεχώς από τις ρέουσες μάζες χιονιού και από τους βράχους που μεταφέρονται εκεί μέσα. Ως εκ τούτου, η δομή, η πυκνότητα και η υγεία των δασών στα βουνά είναι ιδιαίτερα σημαντικές παράμετροι στον καθορισμό του πιθανού κινδύνου χιονοστιβάδων.

Έναρξη μιας χιονοστιβάδας στα πυκνά δάση

Η θερμοκρασία του αέρα, η πτώση, ο αέρας, σύντομα και μακρά κύματα ακτινοβολίας και άλλα διαφέρουν εντυπωσιακά στα πυκνά δάση σε σύγκριση με τους τομείς χωρίς δάση της παρόμοιας θέσης, με συνέπεια τα πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά κινδύνου χιονοστιβάδων (Gubler και Rychetnik, 1991). Γενικά, έχει αποδειχθεί ότι το πυκνό, υψηλό, αειθαλές δάσος μέσα σε μια αρχική ζώνη είναι η καλύτερη προστασία χιονοστιβάδων (Salm, 1982). Αφ' ενός, τα πυκνά δάση με τα άφυλλα δέντρα το χειμώνα (αγριόπευκα, δέντρα πλατύφυλλων) εμποδίζουν τις χιονοστιβάδες σε έναν πολύ μικρότερο βαθμό. Παραδείγματος χάριν, η ακτινοβολία έναντι των μη-δασικών περιχώρων μόνο ελαφρώς μειώνεται (Salm, 1990). Οι στάσεις των μεγάλων, άφυλλων δέντρων παρουσιάζουν συχνά συνεχές, σταθερό χιόνι, παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται στις ζώνες χωρίς δάση.

Ανοικτά δάση και ανοίγματα

Το όριο μεταξύ του πυκνού και ανοικτού δάσους δεν μπορεί να σκιαγραφηθεί ακριβώς για την αξιολόγηση κινδύνου χιονοστιβάδων. Για να φθάσει στους αρχικούς όρους απαραίτητους να αρχίσουν μια χιονοστιβάδα, ένα άνοιγμα ενός ελάχιστου μεγέθους απαιτείται, ανάλογα με τη γωνία κλίσεων. Ο πίνακας 1 απαριθμεί το κρίσιμο μέγεθος των ανοιγμάτων που απαιτούνται για να αρχίσουν μια χιονοστιβάδα.

Κίνδυνοι για το δάσος Η δασική ζημία που προκαλείται από τις χιονοστιβάδες εξαρτάται από τη μάζα, την ταχύτητα και τη διοχέτευση χιονιού, καθώς επίσης και από τη δασική πυκνότητα.. Gubler και Rychetnik (199 1: 25ff) έχουν αναλύσει αυτές τις παραμέτρους, διαπιστώνοντας ότι εάν μια χιονοστιβάδα που αποτελείται από το ξηρό χιόνι φθάνει σε μια ταχύτητα 20m ST, μια χιονοστιβάδα σκόνης χιονιού μπορεί να αναπτυχθεί. Τέτοιες χιονοστιβάδες είναι πιο επικίνδυνες στο δάσος από μια κανονική χιονοστιβάδα, δεδομένου ότι τα κύματα πίεσής τους ασκούν άμεση επίδραση στις κορώνες δέντρων ή προκαλούν τη ζημία στους μίσχους. Η δασικές πυκνότητα και η ανακούφιση ζημίας παρουσιάζονται στο σχήμα 2. Τα δάση που επιδρούν κατευναστικά στις χιονοστιβάδες δεν μπορούν να εκφραστούν στους ακριβείς αριθμούς. Οι Gubler και Rychetnik (1991) δηλώνουν μόνο ότι ακόμη και στα πυκνά δάση μια χιονοστιβάδα με ένα ύψος μεγαλύτερο από 1 μ θα χάσει πολύ από το υλικό της, αλλά θα διαβεί γενικά το δάσος. Δεν θα σταματήσει εκτός αν μπει σε μια περιοχή όπου η γωνία κλίσεων είναι λιγότερο από 10’’. Η μόνη φυσική μεταβλητή στο πρότυπο που χωρίζει σαφώς το δάσος από τις περιοχές χωρίς δάση είναι ο συντελεστής τριβής, ο οποίος πρέπει να καθοριστεί εμπειρικά.

Η ολοκλήρωση των δορυφορικών στοιχείων και το πρότυπο δορυφορικής ανύψωσης Δορυφορικά Στοιχεία

Ο κύριος στόχος μιας ταξινόμησης είναι να παραχθούν οι εξακριβωμένες πληροφορίες για το βαθμό, την πυκνότητα και τη δομή του δάσους. Αυτό χρησιμοποιείται άμεσα στο πρότυπο προσομοίωσης κινδύνου χιονοστιβάδων. Μόνο τα υψηλής ευκρίνειας δορυφορικά στοιχεία μπορούν να παρέχουν αυτές τις πληροφορίες (όπως Landsat TM και το SPOT).

Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους

Δεδομένου ότι τα δορυφορικά στοιχεία συλλαμβάνονται ως εικονοστοιχεία, είναι πιο κατάλληλο να χρησιμοποιήσει το DEM σε μορφή οριζόντιων αδιαμόρφωτων γραμμών. Η ζώνη ανύψωσης, η γωνία κλίσης και η πτυχή μπορούν να προέλθουν από το DEM. Επιπλέον, η γωνία κλίσης στα διαφορετικά μέρη μιας διαδρομής χιονοστιβάδων και της κατεύθυνσης που παίρνει μπορεί να καθοριστεί (δηλαδή η πλέον πιθανή πορεία της χιονοστιβάδας).

Διαδικασία Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν

Οι δύο επιλεγμένες περιοχές δοκιμής Beckemied και Davos στις ελβετικές Άλπεις (σχήμα 3) χαρακτηρίζονται από την ισχυρή ανακούφιση και ταιριάζουν συνεπώς καλά στη χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων. Επιπλέον, οι χάρτες χιονοστιβάδων και οι χάρτες πιθανού κινδύνου έχουν υπάρξει για πολύ καιρό. Και οι δύο περιοχές είναι επίσης ευπρόσιτες για επίγειο έλεγχο και επαλήθευση. Τα δορυφορικά στοιχεία Landsat TM χρησιμοποιήθηκαν για τη δασική ταξινόμηση, που πήραν μια εικόνα από τις 3 Ιουλίου 1985.

Προκειμένου να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα κατηγοριοποίησης, σκαναρίστηκε το δάσος 1: 25 000 στον τοπογραφικό χάρτη και παρήχθηκε το αποτέλεσμα για την περιοχή δοκιμής Beckenried. Για την περιοχή Davos, το σύνολο στοιχείων από το πρόγραμμα mAB-Davos ήταν διαθέσιμο. Αυτά τα συγκριτικά σύνολα στοιχείων υποδεικνύονται ως επίγεια αλήθεια. Για την περιοχή δοκιμής Beckemied, ένα DEM με ένα πλέγμα-μέγεθος 25 X 25m από την ελβετική τοπογραφική έρευνα (DHM 25) ήταν διαθέσιμο για την περιοχή δοκιμής Davos, ένα DEM με ένα αρχικό ψήφισμα 100 X 100 μ έπρεπε να ληφθεί ως δείγμα εκ νέου 25 X.25 μ.

Επεξεργασία των δεδομένων Landsat

Τα βήματα προεπεξεργασίας για να βελτιώσουν και να διευκολύνουν την ταξινόμηση περιέλαβαν και τις γεωμετρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις. Για τη χαρτογράφηση κινδύνου χιονοστιβάδων, η ακριβής γεωμετρική θέση κάθε στοιχείου εικόνας είναι εξαιρετικά σημαντική. Οι διαδρομές χιονοστιβάδων συναντώνται πάντα στην πολύ απότομη έκταση, όπου η γεωμετρία είναι σοβαρά διαστρεβλωμένη σε μια δορυφορική εικόνα. Η γεωκωδικοποίηση επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας τα σημεία αναφοράς και με τη χρησιμοποίηση του DEM (Fusco et al., 1985).

Ραδιομετρικές διορθώσεις

Η ανάδρομη διάξυση των διάφορων χαρακτηριστικών γνωρισμάτων επιφάνειας επηρεάζεται σοβαρά από τα διαφορετικά ραδιομετρικά αποτελέσματα. Η καταγραμμένη εικόνα έχει τα χαρακτηριστικά αισθητήρων και της συγκεκριμένης περιοχής (Itten et al., 1991). Τα αποτελέσματα αισθητήρα προκύπτουν από τη βαθμολόγηση των ανιχνευτών, η σταθερότητα του συστήματος, και άλλα. Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης περιοχής προκαλούνται από τις αλλαγές στη γωνία και το αζιμούθιο του ήλιου, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, την τοπογραφία, και τη θέση του αντικειμένου σε σχέση με η δορυφορική θέση. Καμία ατμοσφαιρική διόρθωση δεν εφαρμόστηκε, δεδομένου ότι οι εκτενείς μελέτες στην ίδια περιοχή δοκιμής έδειξαν ότι δεν συμβάλλουν σε μια σημαντική βελτίωση της δασικής ταξινόμησης (Al Itten EF, 1991).

Η ταξινόμηση των δασών

Ο στόχος είναι να αποφύγουμε να κατηγοριοποιήσουμε τις περιοχές χωρίς δάση και τις θαμνώδεις περιοχές. Η λάθος ταξινόμηση θα οδηγούσε σε μια υποτίμηση των ζωνών κινδύνου. Η αντίστροφη περίπτωση, μια ταξινόμηση του δάσους όπως μη δασική περιοχή, θα διεύρυνε τη ζώνη κινδύνου χιονοστιβάδων. Για να ταξινομήσει το δάσος με τα στοιχεία Landsat-TM, ένα ιεραρχικό σύστημα ταξινόμησης εφαρμόστηκε, σύμφωνα με το σχήμα 4. Σε πρώτη φάση, το δάσος έχει χωριστεί από τις κατηγορίες για τη διαδρομή χιονιού, σκιών, ύδατος και χιονοστιβάδων χρησιμοποιώντας το κανάλι 2, η αναλογία Landsat των καναλιών 5 και 2, συν τα σύνολα στοιχείων από τη γωνία κλίσης και τη γωνία επίπτωσης που προέρχεται από το DEM. Στο δεύτερο βήμα, η σκιαγράφηση της κατηγορίας δάσους βελτιώνεται από μια ανάλυση κύριων τμημάτων και ένα άκρη-ενισχύοντας φίλτρο. Ο στόχος ήταν να διακριθεί το μικρό άνοιγμα και οι μικρές κοιλάδες καθώς επίσης και να αποβληθούν τα δασόβια και ανοικτά δάση. Τα υπόλοιπα μέρη αντιπροσωπεύουν έπειτα την κατηγορία του πυκνού δάσους και μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα ως παράμετρος εισαγωγής για το πρότυπο κινδύνου χιονοστιβάδων.

Εφαρμογή Τα απαραίτητα πακέτα λογισμικού για την προεπεξεργασία και την επεξεργασία των δορυφορικών στοιχείων είναι διαθέσιμα στη βιβλιοθήκη IBIS (Meier, 1992). Το πρότυπο κινδύνου χιονοστιβάδων επομένως εφαρμόστηκε επίσης σε αυτό το σύστημα. Ένας από τους κύριους στόχους ήταν να οργανωθούν τα προγράμματα κατά τέτοιο τρόπο ώστε κάθε μεμονωμένη παράμετρος εισαγωγής να μπορεί να χειριστεί εύκολα, επιτρέποντας μια προσεκτική αξιολόγηση της επιρροής της στον προσδιορισμό της ζώνης εξάντλησης.

Οι γενικές πτυχές στο Πρότυπο Sam – Voellmy

Το πρότυπο δίνεται στην αριστερή πλευρά του σχήματος 5. Στη δεξιά πλευρά, ένα διάγραμμα ροής επιδεικνύει πώς να υπολογίσει τους κινδύνους χιονοστιβάδων και πώς να καθιερώσει έναν χάρτη κινδύνου χιονοστιβάδων. Χρησιμοποιώντας αυτό το πρόγραμμα, η ανάπτυξη δύο ακραίων γεγονότων χιονοστιβάδων, το 30-έτος και η χιονοστιβάδα 300-έτους, υπολογίζεται και χαρτογραφείται. Η περιοχή δοκιμής είναι πάντα ταξινομημένη σε δέκα κατηγορίες σύμφωνα με τα τμήματα πορειών, τη δυνατότητα ζημίας της χιονοστιβάδας στο δάσος, και την επιρροή του δάσους σχετικά με την απόσταση ώθησης και εξάντλησης. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων προσομοίωσης στον τελικό χάρτη κινδύνου χιονοστιβάδων επιτυγχάνεται από την εξέταση του ορίου 30 Κ PA του συμβάντος 300-έτους αφ' ενός, και τη μέγιστη έκταση της προσομοίωσης 30-έτους αφ' ετέρου. Κατόπιν, τα διαφορετικά τμήματα πορειών υποδιαιρούνται σε κόκκινες και τις μπλε ζώνες κινδύνου σύμφωνα με τα κριτήρια που απαριθμούνται στον πίνακα 2. Στο σχήμα 6, ο τελικός χάρτης κινδύνου χιονοστιβάδων της περιοχής δοκιμής Beckenried παρουσιάζεται.

Κύριες τροποποιήσεις του αρχικού προτύπου Salm-Voellmy

Τo αρχικό πρότυπο χρησιμοποιεί δεδομένα που λαμβάνονται με το χέρι από τους τοπογραφικούς χάρτες. Για τον παρόντα σκοπό, οι απαραίτητες παράμετροι προέρχονται αυτόματα από το DEM και από την ταξινόμηση δορυφορικών στοιχείων. Για να επεκτείνουν και να βελτιώσουν το χειρισμό της εισαγωγής παραμέτρου, οι ακόλουθες τροποποιήσεις του αρχικού προτύπου Salm-Voellmy εφαρμόστηκαν. (1) μια χιονοστιβάδα δεν θεωρείται συνολικά όταν κάνουμε τους υπολογισμούς, αλλά διαιρείται σε κάθετες λουρίδες του πλάτους 25 μ (λουρίδες χιονοστιβάδων). Οι υπολογισμοί γίνονται χωριστά για κάθε λουρίδα, ίση με το μέγεθος 25 X.25 μ. Αυτό προκαλεί τα λάθη επειδή μια χιονοστιβάδα έχει πάντα μια τάση να εξισώσει τις δυνάμεις της πέρα από το ολόκληρο πλάτος. (2) Υποθέτουμε ότι η αρχική ζώνη είναι λίγο πολύ ορθογώνια. (3) Κανένας χωρισμός μεταξύ των χιονοστιβάδων σκόνης χιονιού και των χιονοστιβάδων ροής δεν γίνεται. Όλες οι χιονοστιβάδες λαμβάνονται ως χιονοστιβάδες ροής. (4) Μόνο μια ενιαία κατηγορία, πυκνό δάσος , εξετάζεται, λόγω των περιορισμένων δυνατοτήτων της ταξινόμησης δορυφορικών στοιχείων. (5) Ο βαθμός διοχέτευσης της χιονοστιβάδας αντιπροσωπεύεται έμμεσα από την ταχύτητα και το ύψος του ρέοντος χιονιού.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Κατηγοριοποίηση των στοιχείων δορυφόρου

Τα αποτελέσματα από τις δορυφορικές ταξινομήσεις συνοψίζονται στον πίνακα 3. Με βάση τις παρόμοιες μελέτες (Itten και λοιποί., 1991), μπορεί να καταδειχθεί ότι η χρήση ενός DEM βελτίωσε ελαφρώς τα αποτελέσματα. Το σχήμα 7 δείχνει ότι οι περισσότερες από τις δασικές περιοχές που δεν ταξινομούνται ως δάσος βρίσκονται κατά μήκος της περιοχής υλοτόμησης. Εδώ, τα δασικά εικονοστοιχεία που ταξινομούνται ως μη-δασικές περιοχές εμφανίζονται, καθώς επίσης και οι περιοχές που ταξινομούνται ως δάσος. Επιπλέον, μερικά φυλλοβόλα δέντρα ταξινομήθηκαν επίσης ως μη-δασικές περιοχές. Αυτό εμφανίστηκε επειδή τα δέντρα στο ανώτερο όριο είναι μικρά και λεπτά, και επίσης λόγω της μάλλον περιοριστικής επιλογής των παραμέτρων ταξινόμησης υπέρ ενός βέλτιστου χωρισμού του μικρού ανοίγματος μέσα στα δάση. Κάμποσες διαδρομές χιονοστιβάδων που καταχωρήθηκαν ως δάσος στη χιονοστιβάδα ταξινομήθηκαν σωστά ως μη-δασικές περιοχές. Ένα από τα πλεονεκτήματα της δορυφορικής ταξινόμησης είναι η επικαιρότητά του αντιπροσωπεύει την πιο πρόσφατη κατάσταση στην περιοχή υπό έρευνα, ενώ οι τοπογραφικοί χάρτες ενημερώνονται πιο σπάνια. Εν περιλήψει, τα αποτελέσματα που επιτυγχάνονται για τη δασική ταξινόμηση είναι ικανοποιητικά για την επόμενη χρήση τους στο πρότυπο κινδύνου χιονοστιβάδων.

Κατηγοριοποίηση των κινδύνων χιονοστιβάδων

Τα αποτελέσματα κρίνονται σε δύο βήματα. Πρώτα, τα αποτελέσματα προσομοίωσης χιονοστιβάδων συγκρίνονται με τις χιονοστιβάδες που απαριθμούνται στη στο κτηματολόγιο χιονοστιβάδων προκειμένου να ανακαλυφθεί εάν όλα τα γεγονότα χιονοστιβάδων καταχωρούνται από το πρότυπο. Τα αποτελέσματα είναι πολύ ελπιδοφόρα περίπου 85 τοις εκατό ήταν ταξινομημένα σωστά. Δεύτερον, μια σύγκριση με τον υπάρχοντες χάρτες κίνδυνου χιονοστιβάδων επιδεικνύει πόσο ακριβώς οι πιθανές ζώνες κινδύνου μπορούν να ανιχνευθούν και να οριστούν σε ένα από τα δύο είτε την κόκκινη ζώνη κινδύνου ή τη μπλε. Αυτά τα αποτελέσματα ταξινόμησης συνοψίζονται στον πίνακα 4. Η ανάλυση αποκαλύπτει ότι τα αποτελέσματα σχετικά με την κατανομή των ζωνών κινδύνου δεν είναι ακόμα ικανοποιητικά. Γενικά, οι ζώνες εξάντλησης εκτείνονται πάρα πολύ μακριά. Οι κύριοι λόγοι συζητούνται κατωτέρω.

Προσδιορισμός των ζωνών κινδύνου στις δασικές περιοχές

Μέσα στην περιοχή δοκιμής Beckenried, μόνο ένα τρίτο της κόκκινης ζώνης ήταν ταξινομημένο ακριβώς. Ένα άλλο τρίτο ταξινομήθηκε ως μπλε ζώνη και υπόλοιπο ως ζώνη μη-κινδύνου. Τα προβλήματα εμφανίζονται πρώτιστα στις βαριά δασικές περιοχές. Φαίνεται ότι ο προσδιορισμός των δύο ζωνών στο κτηματολόγιο επιτεύχθηκε εμπειρικά και όχι με την εφαρμογή του προτύπου. Μπορεί να υποτίθεται ότι ο χωρισμός λήφθηκε συχνά άνετα, δεδομένου ότι κανένα κτήριο δεν επιτρέπεται μέσα στο δάσος. Οι ζώνες προέλευσης μέσα στο δάσος συμπεριλαμβάνονται επίσης. Αυτό οδηγεί στις πρόσθετες λάθος ταξινομήσεις δεδομένου ότι το πρότυπο είναι βασισμένο στον όρο που καμία χιονοστιβάδα δεν μπορεί να αρχίσει μέσα σε ένα κλειστό δάσος.

Μήκος των ζωνών έναρξης

Το πρότυπο Salm-Voellmy δεν εξετάζει το μήκος της αρχικής ζώνης αλλά υποθέτει ότι είναι άσχετο με την εκφόρτωση όγκου του χιονιού, της ταχύτητας χιονοστιβάδων ή του ύψους ροής. Εντούτοις, δεν είναι ρεαλιστικό να υποτεθεί ότι μια χιονοστιβάδα με μια αρχική ζώνη μόνο 50m στο μήκος θα διαπεράσει εξίσου βαθειά στο δάσος με μήκος αρκετών εκατοντάδων μέτρων. Μια χιονοστιβάδα με μια μικρή αρχική ζώνη θα σταματήσει γρηγορότερα από μια με μια μεγάλη αρχική ζώνη. Ο Gubler (1992) προτείνει τη λύση αυτού του προβλήματος με την προσθήκη μιας άλλης παραμέτρου, η οποία καθορίζει την πιθανή απόσταση εξάντλησης σε ένα δάσος ανάλογα με το μέγεθος της αρχικής ζώνης καθώς επίσης και την ταχύτητα και το ύψος ροής (δείτε επίσης Bovis και Mears, το 1976)

Ενιαίος συντελεστής τριβής για το σύνολο της περιοχής δοκιμής

Το τρέχον πρότυπο μπορεί να χειριστεί μόνο έναν συντελεστή τριβής για την ολόκληρη μη-δασική περιοχή ή την περιοχή δοκιμής. Αλλά δεδομένου ότι αυτός ο συντελεστής τριβής εξαρτάται από το ύψος της αρχικής ζώνης, όπως το μέσο βάθος του χιονιού, οι δυνατότητες για τη λάθος ταξινόμηση είναι ουσιαστικές. Στις χαμηλότερες περιοχές, ο συντελεστής τριβής χρησιμοποιούμενος δεν είναι ικανοποιητικός, οδηγώντας σε μια υποτίμηση των αποστάσεων εξάντλησης. Με βάση τα αποτελέσματα από την περιοχή Beckenried, υπάρχουν σαφώς προσδιορισμένες προβληματικές περιοχές για τη βελτίωση του προτύπου για μια λειτουργική εφαρμογή. Τα αποτελέσματα της περιοχής δοκιμής Davos είναι ελαφρώς λιγότερο ικανοποιητικά, κυρίως επειδή η ζώνη μετάβασης κατά μήκος της περιοχής υλοτόμησης, που προκαλεί τα συγκεκριμένα προβλήματα (δείτε ανωτέρω), είναι σχετικά μεγαλύτερη έναντι της περιοχής δοκιμής Beckenried.

Προοπτικές

Η προοπτική παρουσίασης ενός χάρτη κινδύνου χιονοστιβάδων έχει το μεγάλο πλεονέκτημα να απεικονίζει τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα εκτάσεων, τα οποία είναι αποφασιστικά στην κρίση των κινδύνων. Τα αποτελέσματα ανακούφισης δεν αντιπροσωπεύονται κατάλληλα από τον απλό μετασχηματισμό μιας δορυφορικής εικόνας στο χάρτη κινδύνου, ιδιαίτερα όταν ελαχιστοποιούνται τα αποτελέσματα ανακούφισης ή εξαλείφονται συνολικά από τις ραδιομετρικές διορθώσεις. Επιπλέον, οι τοπογραφικοί χάρτες με τη σκίαση ανακούφισης και οι γραμμές περιγράμματος δεν παρέχουν την επαρκή απεικόνιση. Ένα παράδειγμα είναι διευκρινισμένο στο σχήμα 8, το οποίο καταδεικνύει σαφώς γιατί η τακτοποίηση Bauen στηρίχτηκε στο μικρό αλλουβιακό σχηματισμό. Όλες οι άλλες μη-δασικές περιοχές διακυβεύονται από τις κόκκινες ζώνες κινδύνου χιονοστιβάδων . Εξίσου καλά αποδεικνύεται ότι δεν επηρεάζονται όλες οι απότομες κλίσεις από έναν αυστηρό κίνδυνο χιονοστιβάδων. Οι μόνες περιοχές με σοβαρό κίνδυνο είναι εκείνες με μια κάπως πιο επίπεδη, γούρνα-διαμορφωμένη αρχική ζώνη, η οποία ευνοεί τη συσσώρευση χιονιού επάνω από τις απότομες κλίσεις.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Πλεονεκτήματα της δορυφορικής κατηγοριοποίησης

(1) Βασισμένο σε προσεκτική προεπεξεργασία, και ιδιαίτερα από τις γεωμετρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις, και από μια κατάλληλη επιλογή των φασματικών ζωνών, το μικρό δασικό άνοιγμα και τα κανάλια χιονοστιβάδων μπορούν να καθοριστούν. (2) Ορισμένες λάθος ταξινομήσεις μεταξύ του δάσους και των μη-δασικών περιοχών πρέπει να ληφθούν υπόψη. (3) Η ακρίβεια είναι ίση με αυτήν των δασικών ταξινομήσεων σε άλλες ορεινές περιοχές (Itten και λοιποί., 1991), αν και τα κατώτατα όρια τέθηκαν ως στόχος μάλλον περιοριστικά για να αποφύγουν τις μη-δασικές περιοχές ως δάσος.

Τα πλεονεκτήματα του προτύπου προσομοίωσης χιονοστιβάδων

(1) περίπου 85 τοις εκατό των ζωνών κινδύνου χιονοστιβάδας όπως αναγνωρίζονται στους χάρτες χιονοστιβάδων κτηματολογίου θα μπορούσαν να προσδιοριστούν. Στις περιοχές όπου το δάσος δεν αντιπροσωπεύει το κυρίαρχο χαρακτηριστικό γνώρισμα επιφάνειας, η ακρίβεια πέφτει σε περίπου 80 τοις εκατό. (2) Το πρότυπο εξετάζει άμεσα το σημαντικότερο παράγοντα- το δάσος - για μια προσομοίωση των ζωνών κινδύνου χιονοστιβάδων (3) Οι πολλές δυνατότητες για τις διάφορες παραμέτρους εισαγωγής του προτύπου στις τοπικές ή εποχιακές συνθήκες επιτρέπουν τις ευδιάκριτες λύσεις για τις συγκεκριμένες περιοχές. Με τον πειραματισμό με τις μεταβλητές εισαγωγής, τα συγκεκριμένα προβλήματα και οι στόχοι της χαρτογράφησης κινδύνου χιονοστιβάδων μπορούν να αναλυθούν. (4). Η εξέταση προοπτικής των αποτελεσμάτων διευκολύνει μια γρήγορη και επεξηγηματική οπτική εξέταση, ιδιαίτερα για λόγους προγραμματισμού.

Τα μειονεκτήματα της δορυφορικής κατηγοριοποίησης

(1) δεν ήταν δυνατό να επιτευχθεί ένας ικανοποιητικός χωρισμός των διαφορετικών κατηγοριών δασικής πυκνότητας -. Η ταξινόμηση βλάστησης έπρεπε να περιοριστεί στη διαφοροποίηση μεταξύ του δάσους και του μη-δάσους (και του ύδατος). (2) ένας χωρισμός του δάσους και του θάμνου κατά μήκος της ζώνης υλοτόμησης είναι το κρισιμότερο μέρος της διαδικασίας ταξινόμησης, που έχει τις αυστηρές επιπτώσεις στην ακρίβεια της επόμενης προσομοίωσης κινδύνου χιονοστιβάδων.

Μειονεκτήματα του προτύπου προσομοίωσης χιονοστιβάδων

(1) αυτή τη στιγμή, το πρότυπο επιτρέπει την εφαρμογή μόνο ενός ενιαίου συντελεστή τριβής για την ολόκληρη περιοχή (2) ). Ο χωρισμός στις διαφορετικές ζώνες κινδύνου χιονοστιβάδων δεν θα μπορούσε να επιτευχθεί ικανοποιητικά, ιδιαίτερα για τις περιοχές μέσα στο δάσος, για το οποίο τα νέα κριτήρια ταξινόμησης πρέπει να εξεταστούν (3) Η διαδρομή που λαμβάνεται από μια μεμονωμένη λουρίδα χιονοστιβάδων ορίζεται εικόνα , με την επιλογή μεταξύ των τριών πιθανών εικόνων συνέχισης. Ως εκ τούτου, ένας ακριβής και συνεχής προσδιορισμός της διαδρομής που λαμβάνεται από μια λουρίδα χιονοστιβάδων είναι όχι πάντα δυνατός. (4. Επιπλέον, οι χιονοστιβάδες δεν εξετάζονται συνολικά αλλά διαιρούνται σε ανεξάρτητες, παράλληλες λουρίδες χιονοστιβάδων. Συνεπώς, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των γειτονικών λουρίδων δεν μπορούν να ληφθούν υπόψη, με συνέπεια τις διαφορετικές ταχύτητες και τις αποστάσεις εξάντλησης μέσα στην ίδια χιονοστιβάδα.

ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ

Μια λειτουργική εφαρμογή του μοντέλου δεν είναι ακόμα εφικτή. Ειδικά σε μακρινά βουνά με ανεπαρκείς καταγραφές εδάφους και χαρτογραφική τεκμηρίωση (χάρτες, DEM), η προσεκτική δοκιμή και η επαλήθευση είναι ουσιαστικές προτού να μπορέσουν να πραγματοποιηθούν οι λειτουργικές εφαρμογές. Εντούτοις, τα πρώτα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα και, με τις περαιτέρω βελτιώσεις, το πρότυπο μπορεί να γίνει ένα έγκυρο εργαλείο προγραμματισμού.

(1) ο χωρισμός του δάσους σε βελονοφόρα και πλατύφυλλα, καθώς επίσης και οι κατηγορίες πυκνότητας, είναι απαραίτητοι και μπορούν να επιτευχθούν με τη βοήθεια της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Αλλά είναι μόνο χρήσιμο εάν τα αποτελέσματα θεωρούνται ως άμεση μεταβλητή εισαγωγής στο πρότυπο. Για να χρησιμοποιήσουν αυτήν την παράμετρο, περισσότερες πληροφορίες για τη συμπεριφορά των χιονοστιβάδων στους διαφορετικούς δασικούς τύπους πρέπει να ληφθούν (Gubler και Rychetnik, 1991). (2) Είναι υποχρεωτικό να αναπτυχθεί μια δορυφορική ταξινόμηση της ικανοποιητικής ακρίβειας για τα δάση, τους θάμνους και τις μη-δασικές περιοχές κατά μήκος της ζώνης υλοτόμησης. (3) Πρέπει να υπογραμμιστεί ότι οι χιονοστιβάδες σκόνης χιονιού δεν έχουν λήφθεί υπόψη από το τρέχον πρότυπο. Οι περαιτέρω εξελίξεις πρέπει να ενσωματώσουν τα φυσικά πρότυπα των μηχανισμών χιονοστιβάδων σκόνης χιονιού (4) Με ένα σύνολο στοιχείων βασισμένο στις διανυσματικές αρχές αντί του σχήματος ράστερ, η διαδρομή μιας χιονοστιβάδας θα μπορούσε να καθοριστεί ακριβέστερα.. Ο Hegg (1991) έχει αναπτύξει ένα διανυσματικός-βασισμένο πρόγραμμα λογισμικού για το σύστημα ARC/INFO, το οποίο θα μπορούσε να είναι το χρησιμότερο για τις προσομοιώσεις κινδύνου χιονοστιβάδων. (5) Η βελτίωση της δορυφορικής ταξινόμησης θα μπορούσε να κερδηθεί με την ενσωμάτωση των προκαλούμενων από τον άνθρωπο χαρακτηριστικών γνωρισμάτων όπως οι δρόμοι, τα κτήρια, οι προστατευτικοί τοίχοι και οι φράκτες. Το πρότυπο θα μπορούσε επίσης να ρυθμιστεί εύκολα για να εξετάσει τα τεχνητά εμπόδια. (6). Η ποικιλία των διαφορετικών παραμέτρων επιτρέπει τη μελέτη όλων των ειδών προβλημάτων, και μια προσαρμογή στις συγκεκριμένες τοπικές καταστάσεις και τις μετεωρολογικές συνθήκες. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες ιδέες στη συμπεριφορά των χιονοστιβάδων.