Τηλεπισκόπηση και αποκατάσταση φυσικών καταστροφών, μελέτη περίπτωσης: Πουέρτο Ρίκο και τυφώνες «Ίρμα» και «Μαρία»
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο εφαρμογής: Τηλεπισκόπηση και αποκατάσταση φυσικών καταστροφών, μελέτη περίπτωσης: Πουέρτο Ρίκο και τυφώνες «Ίρμα» και «Μαρία»
Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing for natural disaster recovery: Lessons learned from Hurricanes Irma and Maria in Puerto Rico
Συγγραφείς: Miriam E. Marlier, Susan A. Resetar, Beth E. Lachman, Katherine Anania, Keenan Adams
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1462901122000764
DOI: https://doi.org/10.1016/j.envsci.2022.02.023
Εισαγωγή
Στις 20 Σεπτεμβρίου 2017 ο τυφώνας «Μαρία» έπληξε το νησί του Πουέρτο Ρίκο ως καταιγίδα κατηγορίας 4, με ανέμους που άγγιζαν τα 135 χλμ/ώρα και 38 in βροχή που καταγράφηκε σε μερικές περιοχές. Δύο εβδομάδες νωρίτερα η ίδια περιοχή είχε πληγεί από τον τυφώνα Ίρμα, κατηγορίας 5. Οι δύο τυφώνες προκάλεσαν σοβαρές ζημιές στο νησί σε συστήματα στέγασης, μεταφοράς, διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και νερού και φυσικούς πόρους, οι οποίοι με τη σειρά τους επηρέασαν την οικονομία, απαιτώντας μια ολοκληρωμένη διαδικασία ανάκαμψης που βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη. Προς το στόχο κατανόησης της έκτασης της ζημιάς και της δημιουργίας στρατηγικών ανάκαμψης απαιτούνται αξιόπιστες πληροφορίες οι οποίες προκύπτουν τόσο από παραδοσιακές πηγές δεδομένων, όπως επισκέψεις στο χώρο και έρευνες εδάφους όσο και με την παρατήρηση με τη βοήθεια της τηλεπισκόπησης όταν οι περιοχές είναι δυσπρόσιτες. Σήμερα, υπάρχουν αρκετά συστήματα για τη διευκόλυνση της ενσωμάτωσης και επεξεργασίας των πληροφοριών τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση των ζημιών και την αποκατάσταση μετά από φυσικές καταστροφές. Ενδεικτικά αναφέρονται τα παρακάτω: International Charter for Space and Major Disasters, Advanced Rapid Imaging Analysis (ARIA) Project for Natural Hazards (NASA), δορυφορική υπηρεσία των Ηνωμένων Εθνών (UNOSAT), Copernicus Emergency Management Services κ.ά. Στο συγκεκριμένο άρθρο εξετάζονται τρεις μελέτες περιπτώσεων από τον τομέα φυσικών πόρων -χερσαία δάση, κατολισθήσεις και παράκτιοι πόροι- με σκοπό την ανάδειξη διαφορετικών τρόπων χρήσης δεδομένων τηλεπισκόπησης με στόχο την ανάκαμψη του Πουέρτο Ρίκο.
Υλικά και Μέθοδοι
Χερσαία δάση
Οι τυφώνες αποτελούν κομμάτι του φυσικού κύκλου των χερσαίων δασών στο Πουέρτο Ρίκο. Σύμφωνα με έρευνες καταιγίδες που προκαλούν απώλεια φύλλων ή κλαδιών συμβαίνουν ανά 4-6 χρόνια, ενώ πιο σοβαρές που ισοπεδώνουν δάση και προκαλούν μεγάλες καταστροφές συμβαίνουν ανά δεκαετία έως και αιώνα. Οι ζημιές αυτές εξαρτώνται από πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις, όπως προηγούμενες διαταραχές ή και το ιστορικό της χρήσης γης. Για την εκτίμηση των ζημιών στα οικοσυστήματα από τους τυφώνες «Μαρία» και «Ίρμα» χρησιμοποιήθηκαν από τους ερευνητές δορυφορικές εικόνες Landsat 8, τόσο πριν όσο και μετά τους τυφώνες προκειμένου να ποσοτικοποιήσουν τις αλλαγές στη μη φωτοσυνθετική βλάστηση, η οποία αντιπροσωπεύει τις μεταβολές στο ξύλο και τα απορρίμματα βλάστησης. Βάσει αυτής της εκτίμησης περίπου 23-31 εκατομμύρια δέντρα καταστράφηκαν ή υπέστησαν σοβαρές ζημιές από τον τυφώνα «Μαρία». Επιπλέον, επιστήμονες της NASA χρησιμοποίησαν το Goddard LIDAR Hyperspectral and Thermal Imager (G-LiHT) πάνω από τα δάση του Πουέρτο Ρίκο. Το σύστημα G-LiHT τους παρείχε συμπληρωματικές μετρήσεις για τη δομή των οικοσυστημάτων σε υψηλή χωρική ανάλυση (1 m), το οποίο περιελάμβανε LiDAR για τη μέτρηση τρισδιάστατων πληροφοριών σχετικά με τη δομή του θόλου του δέντρου, φασματοσκοπία απεικόνισης για πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση των ειδών και άλλες βιοφυσικές μεταβλητές, καθώς και θερμικές μετρήσεις.
Κατολισθήσεις
Μετά τον τυφώνα, το Γεωλογικό Ινστιτούτο των Ηνωμένων Πολιτειών (USGS) συνέταξε μια προκαταρκτική καταγραφή των κατολισθήσεων σε όλη την επικράτεια η οποία βασίστηκε σε οπτικές δορυφορικές και εναέριες παρατηρήσεις τηλεπισκόπησης. Συγκεκριμένα, αναλύθηκαν εικόνες Worldview (0,5m) και αεροφωτογραφίες 0,15m Sanborn και Quantum Spatial για ενδείξεις κατολισθήσεων και δημιουργήθηκε γεωχωρικός κατάλογος με περισσότερες από 40.000 θέσεις κατολισθήσεων στο νησί. Ο κατάλογος αυτός χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση των επιπτώσεων της καθίζησης σε κρίσιμους ταμιευτήρες που παρέχουν πόσιμο νερό, όπως αυτός στην περιοχή Dos Bocas. Επιπλέον, δημιουργήθηκε ένας χάρτης υψηλής ανάλυσης για κατολισθήσεις που προκαλούνται από βροχοπτώσεις για το Πουέρτο Ρίκο με σκοπό την υποστήριξη, το σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την αντιμετώπιση εκτάκτων αναγκών στο μέλλον. Με αυτόν τον τρόπο, θα παρέχονται πληροφορίες για υποδομές και σχεδιασμό χρήσεων γης στο μέλλον.
Παράκτιοι πόροι
Τα δεδομένα τηλεπισκόπησης ήταν καθοριστικής σημασίας για τον χαρακτηρισμό και την αξιολόγηση πολλών παράκτιων πόρων. Συγκεκριμένα, ως παραδείγματα εξετάστηκαν τα θαλάσσια χόρτα καθώς τα δεδομένα τηλεπισκόπησης ήταν οι μόνες διαθέσιμες πληροφορίες αλλά και τα μαγκρόβια που υποδεικνύουν την μακροχρόνιες παρατηρήσεις. Με τη χρήση τηλεπισκοπικών εικόνων πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των ζημιών στα θαλάσσια λιβάδια σε ακτίνα 5 χλμ από την ακτή με κυριότερο δείκτη την ανακλαστικότητα του πυθμένα. Οι ερευνητές ανέλυσαν το χρώμα των ωκεανών ώστε να προσδιορίσουν τα επίπεδα χλωροφύλλης, τα οποία υποδηλώνουν ρύπανση από όμβρια ύδατα, απορροή ή την έκθεση σε λύματα στο θαλάσσιο περιβάλλον, καθώς και τη θολερότητα στο θαλάσσιο περιβάλλον αμέσως μετά τους τυφώνες. Οι εικόνες προέρχονταν από ραδιόμετρα Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) με χωρική ανάλυση 750 μέτρα ενώ τα δεδομένα υψηλής ανάλυσης από τον Landsat 8 OLI και τον Sentinel 2 MSI. Οι εικόνες αυτές αναλύθηκαν σε συνδυασμό με επιτόπιες επισκέψεις που ολοκληρώθηκαν τον Απρίλιο του 2018. Επιπλέον, με τη βοήθεια του συστήματος Coastal Zone Mapping and Imaging LiDAR (CZMIL), το οποίο ενσωματώνει έναν αισθητήρα με τοπογραφικές και βαθυμετρικές δυνατότητες, μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή και έναν υπερφασματικό απεικονιστή αξιολογήθηκαν εικόνες για την ακτογραμμή, συγκρινόμενες με εικόνες προ του τυφώνα την ίδια εποχή με σκοπό την εκτίμηση της διάβρωσης της παραλίας και της θέσης της μετατοπισμένης άμμου.
Αποτελέσματα και συμπεράσματα
Μέσα από το πρίσμα αυτών των περιπτώσεων εντοπίστηκαν κάποιες σημαντικές παρατηρήσεις. Πρώτον, η πρόσβαση σε πολλές τοποθεσίες ήταν αποκλεισμένη λόγω καταιγίδας ή η χρηματοδότηση και η εμπειρογνωμοσύνη για τη διεξαγωγή λεπτομερών επιτόπιων επισκέψεων δεν ήταν διαθέσιμες αμέσως μετά την καταιγίδα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι παρατηρήσεις μέσω τηλεπισκόπησης ήταν οι μόνες διαθέσιμες πληροφορίες. Δεύτερον, πρωτόκολλα και συστήματα για την απόκτηση, τη διαχείριση δεδομένων, την ανάλυση και την εφαρμογή εικόνων τηλεπισκόπησης μετά από μια φυσική καταστροφή πρέπει να υπάρχουν πριν από την εκδήλωση των καταστροφών. Επιπλέον, οι επιστήμονες χρειάζεται να ενσωματώσουν τα δεδομένα με άλλα γεωχωρικά, όπως τα σχέδια χρήσης γης στην προσπάθεια να επισπεύσουν το σχέδιο ανάκαμψης του τόπου μετά από ένα τυφώνα. Τέλος, κατά τη συλλογή δεδομένων μετά από μια φυσική καταστροφή είναι ζωτικής σημασίας πέρα από την άμεση αντιμετώπιση εκτάκτων αναγκών και οι μακροπρόθεσμες στρατηγικές για την αποκατάσταση του τόπου. Η τηλεπισκόπηση μπορεί, επομένως, να παρέχει έγκαιρες, κρίσιμες πληροφορίες σχετικά με την έκταση και τη σοβαρότητα των ζημιών στα πλαίσια διαχείρισης μιας καταστροφής.
