RemoteSensing Wiki - Συνεισφορές χρήστη [el]

Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων

2016-04-13T14:20:22Z

Daphne Christofidou:

[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-2427.2002.00909.x/abstract Mertes, 2002. Remote sensing of riverine landscapes. Freshwater Biology (2002) 47, 799–816]

'''Εισαγωγή'''

Οι πρώτες μελέτες που με τη χρήση δορυφορικών / τηλεπισκοπικών εικόνων αναλύθηκαν οι χρονικές μεταβολές των υδρολογικών ιδιοτήτων των ποταμών βασίζονταν στη φωτογραμμετρία αεροφωτογραφιών. Συνηθέστερα αξιοποιούνται τα Κανάλια του ορατού (400-700mm), του εγγύς και του μέσου υπέρυθρου (700-3000mm), του θερμικού υπέρυθρου (3000-15000mm) και των μικροκυμάτων (είτε από παθητικούς είτε από ενεργητικούς δέκτες). Με την εξέλιξη της τεχνολογίας η καταγραφή ακόμα και μικρής διάρκιεας συμβάντων γίνεται με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια. Σε πολλές περιπτώσεις, μάλιστα, η βαθμονόμηση των αερομεταφερόμενων αισθητήρων γίνεται αυτόματα και εν πτήσει.
Στην παρούσα δημοσίευση, οι σημαντικές εξελίξεις στη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων στην παρακολούθηση των παραποτάμιων οικοσυστημάτων παρουσιάζονται μέσω παραδειγμάτων για το εύρος της κλίμακας εφαρμογής της τεχνολογίας αυτής, των μετρήσεων που μπορούν να γίνουν και, κυρίως, για την χαρτογράφηση ετερογενών οικοστημάτων.

'''Μελέτες Περιπτώσεων'''
[[Αρχείο:riverine landscape_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. (a) Μωσαϊκό εικόνων Landsat, ποταμός Mackenzie (Καναδάς)
(b) Εικόνα Landsat (και DEM) της Λεκάνης Απορροής του ποταμού Ventura, (ΗΠΑ)
(c) Ταξινόμηση ενδιαιτημάτων του πλημμυρικού πεδίου του ποταμού Altamaha (ΗΠΑ)
]]
Στην '''Εικόνα 1''' παρουσιάζονται 3 περιπτώσεις ανάλυσης τηλεπισκοπικών εικόνων. Στην '''Εικόνα 1a''' παρουσιάζεται το μωσαϊκό εικόνων Landsat με το οποίο αποτυπώνεται η πλημμυροπεδιάδα του ποταμού Mackenzie στο νότιο Καναδά. Στην '''Εικόνα 1b''' παρουσιάζεται η λεκάνη απορροής του ποταμού Ventura (νότια Καλιφόρνια) έπειτα από την επεξεργασία των εικόνων με λογισμικό GIS. Με την κατασκευή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της περιοχής γίνεται περισσότερο αντιληπτό το έντονο ανάγλυφο και οι απότομες κλίσεις της παράκτιας ζώνης. Είναι φανερό ότι ακόμα και μία απλή επεξεργασία «συναρμολογούμενων» εικόνων δίνει σημαντικές πληροφορίες με σαφή τρόπο και, μάλιστα, για πολύ μεγάλης κλίμακας περιοχές, όταν παλαιότερα η συνήθης πρακτική για τη χαρτογράφηση του υποστρώματος των ποταμών ήταν η χρήση μπαλονιών με ήλιο στα οποίο τοποθετούνταν κάμερες για τη λήψη των εικόνων. Στην '''Εικόνα 1c''' απεικονίζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης των ενδιαιτημάτων της πλημμυροπεδιάδας του ποταμού Altamaha (νοτιοανατολικά των ΗΠΑ). Εδώ φαίνονται οι κατηγορίες βλάστησης στις οποίες αντιστοιχούνται διάφορα χρώματα, αλλά και το ποιες περιοχές πλημμυρίζονται και ποιες όχι. Τα δεδομένα προήλθαν από εικόνες χωρικής διακριτικής ικανότητας 12m του αισθητήρα AIRSAR.

'''Εύρος εφαρμογών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Απεικόνιση Landsat (Αύγουστος 1986) του δέλτα του ποταμού Mackenzie]]
Η ''χαρτογράφηση της τοπογραφίας'' χρησιμοποιώντας LIDAR, αν και η σάρωση τυπικά περιορίζεται σε μία μόνο διαδρομή για τη συλλογή των δεδομένων, παρέχει πληροφορίες για το ύψος με δυνατότητα ανάλυσης έως 10cm. Οι δυσκολίες που παρουσιάζονται με την τεχνική αυτή είναι το κόστος του αεροσκάφους που απαιτείται και ο χρόνος που απαιτείται για την επεξεργασία των δεδομένων. Η ακρίβεια των δεδομένων αυτών εξαρτάται από το ύψος και την πυκνότητα της βλάστησης.
Η εξέλιξη των αισθητήρων αυτών συμβάλλει στη χαρτογράφηση με μεγαλύτερη ευκρίνεια από εκείνη που μπορούν να προσφέρουν οι εικόνες Landsat, SPOT ή ERS. Ωστόσο, οι κατηγορίες που ταξινομούνται από τις εικόνες δεν μπορούν πάντα να αντιστοιχηθούν στις πραγματικές κατηγορίες κάλυψης γης.
Από τα σημαντικότερα ζητήματα της ποτάμιας οικολογίας αποτελεί η παρακολούθηση της συμβολής των παραποτάμων με τους ποταμούς. Η διαδικασία μιας τέτοιας προσπάθειας φαίνεται στην εικόνα 2 για το δέλτα του ποταμού Mackenzie για το καλοκαίρι του 1986 ('''Εικόνα 2.a.i και 2.a.ii''') με τη χρήση εικόνων Landsat. Μπορούν, όμως, να χαρτογραφηθούν μόνο κλάδοι του ποταμού με πλάτος μεγαλύτερο από 60m (μέγεθος 2 pixel). Προκειμένου να χαρτογραφηθούν και μικρότερου πλάτους κλάδοι σχεδιάστηκαν περιπλοκότερα φίλτρα για τη μίξη μεταξύ των φασματικών δεδομένων νερού και βλάστησης, όπως φαίνεται στην '''Εικόνα 2b ως 2e''' όπου απεικονίζονται οι κλάδοι διαφόρων μεγεθών. Πλέον ανάλογες διαδικασίες ακολουθούνται σε δεδομένα radar, καθώς με αυτά χαρτογραφείται και η καλυπτόμενη από τη φυτοκόμη των δέντρων επιφάνεια νερού.

'''Μετρήσεις των ιδιοτήτων των ποταμών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_3a.b.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. (a) Δεδομένα θερμοκρασίας νερού για τον ποταμό Umatilla (Εικόνες FLIR, August 1998)
(b) Συγκέντρωση φερτών στον ποταμό Mississippi
]]
Η βασικότερη παράμετρος στη μελέτη ενός ποταμού είναι το ''βάθος ροής''. Παρόλα αυτά η εκτίμηση του βάθους ενός ποταμού από δορυφορικές εικόνες συνοδεύεται συχνά από σφάλματα, στις προκύπτουσες τιμές, που σχετίζονται με τη γεωμετρία της τροχιάς του δορυφόρου, το μοντέλο του γεωειδούς και του ελλειψοειδούς που εφαρμόζεται και την ακρίβεια των οργάνων που χρησιμοποιούνται. Η παρεμβολομετρία των radar επιτρέπει τη μέτρηση των μεταβολών στο βάθος ροής σε κλίμακα εκατοστών, για παράδειγμα. Από τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αποτελούν οι πλευρικές εικόνες radar (side-looking radar – SLAR), που λήφθηκαν για την χαρτογράφηση για πρώτη φορά της λεκάνης απορροής του Αμαζονίου.
Τα ''πλημμυρικά πεδία'' των ποταμών συνηθέστερα αποτυπώνονται με οπτικά δεδομένα από ενεργητικούς δέκτες radar (όπως και στην περίπτωση του ποταμού Altamaha, Εικόνα 1c) ή παθητικούς δέκτες μικροκυμάτων. Οι πληροφορίες που αφορούν στην ύπαρξη ή μη λιμναζόντων υδάτων πριν από την εμφάνιση πλημμυρικών γεγονότων είναι πολύ χρήσιμες για την κατανόηση του κύκλου της πλημμύρας. Σε πολλές μελέτες, έχουν συνδυαστεί τηλεπισκοπικά δεδομένα και υδρολογικά μοντέλα.
Στην '''Εικόνα 3a''' απεικονίζεται η χωρική κατανομή της ''θερμοκρασίας'' των υδάτων που ποταμού Umatilla (Όρεγκον, ΗΠΑ) από δεδομένα του αερομεταφερόμενου δέκτη FLIR (πάνω εικόνα). Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αναγνωριστεί το σημείο όπου πιθανά εισρέουν στον ποταμό υπόγεια ύδατα (μπλε χρώμα). Η θερμοκρασία αποτελεί πολύ σημαντικό, ανασταλτικό παράγοντα για την παρακολούθηση της καλής οικολογίας του ποταμού.
Μία ακόμα παράμετρος σχετική με την οικολογία του ποταμού είναι και η ''θολότητα''. Στην '''Εικόνα 3b''' παρουσιάζονται οι επεξεργασμένες εικόνες του ποταμού Μισισίπι για την χωρική κατανομή της θολότητας, δηλαδή της συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών σε mg/l, κατά την πλημμύρα του 1993. Στις περισσότερες από τις μεθοδολογίες η βαθμονόμηση των μοντέλων γίνεται με μετρήσεις πεδίου, κάτι που τις καθιστά δυσκολότερες στην εφαρμογή τους σε δυσπρόσιτες περιοχές. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί εφαρμογές που συνδυάζουν τα τηλεπισκοπικά δεδομένα με εργαστηριακές αναλύσεις για την εκτίμηση της θολότητας των ποταμών. επιπλέον, τα τηλεπισκοπικά δεδομένα δύναται να συνδυαστούν με τη μοντέλα εκτίμησης της ποιότητας υδάτων.
[[Αρχείο:riverine landscape_3c.d.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. (c) Απεικόνιση ανάγλυφου για την περιοχή SkeiÖararsandur της Ισλανδίας]]
Η χρήση τηλεπισκοπικών εικόνων διευκολύνει κατά πολύ την αναγνώριση επαναλαμβανόμενων μοτίβων, ενώ η δημοφιλέστερη μέθοδος επεξεργασίας είναι αυτή της ημιμεταβλητότητας. Στην '''Εικόνα 3c''' φαίνεται ο γεωμορφολογικός χάρτης πλημμυρικού πεδίου σε περιοχή της νότιας Ισλανδίας. Οι αποθέσεις φερτών υλικών από τις διάφορες κατά καιρούς πλημμύρες έχουν δημιουργήσει τις συγκεκριμένες γεωμορφές. Ο χάρτης προέκυψε από συνδυασμό ψηφιακού μοντέλου εδάφους από δεδομένα radar με εικόνες ERS. Σκοπός ήταν να εξεταστεί η επίδραση των πλημμύρων του Νοεμβρίου του 1996 στην απόθεση φερτών υλικών και στη διάβρωση της περιοχής.

'''Συμπεράσματα'''

Η εξέλιξη των μεθοδολογιών που περιλαμβάνουν τη χρήση τηλεπισκομικών δεδομένων για τη εκτίμηση των μεταβολών του τοπίου ενός πλημμυρικού πεδίου, της ετερογένειας των οικοσυστημάτων και των ιδιοτήτων των ποτάμιων υδάτων είναι αδιαμφισβήτητη και η χρησιμότητα των εφαρμογών αυτών πολύτιμη ιδίως σε μεγαλύτερες περιοχές μελέτης.

Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων

2016-04-13T13:59:13Z

Daphne Christofidou:

[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-2427.2002.00909.x/abstract Mertes, 2002. Remote sensing of riverine landscapes. Freshwater Biology (2002) 47, 799–816]

'''Εισαγωγή'''

Οι πρώτες μελέτες που με τη χρήση δορυφορικών / τηλεπισκοπικών εικόνων αναλύθηκαν οι χρονικές μεταβολές των υδρολογικών ιδιοτήτων των ποταμών βασίζονταν στη φωτογραμμετρία αεροφωτογραφιών. Συνηθέστερα αξιοποιούνται τα Κανάλια του ορατού (400-700mm), του εγγύς και του μέσου υπέρυθρου (700-3000mm), του θερμικού υπέρυθρου (3000-15000mm) και των μικροκυμάτων (είτε από παθητικούς είτε από ενεργητικούς δέκτες). Με την εξέλιξη της τεχνολογίας η καταγραφή ακόμα και μικρής διάρκιεας συμβάντων γίνεται με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια. Σε πολλές περιπτώσεις, μάλιστα, η βαθμονόμηση των αερομεταφερόμενων αισθητήρων γίνεται αυτόματα και εν πτήσει.
Στην παρούσα δημοσίευση, οι σημαντικές εξελίξεις στη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων στην παρακολούθηση των παραποτάμιων οικοσυστημάτων παρουσιάζονται μέσω παραδειγμάτων για το εύρος της κλίμακας εφαρμογής της τεχνολογίας αυτής, των μετρήσεων που μπορούν να γίνουν και, κυρίως, για την χαρτογράφηση ετερογενών οικοστημάτων.

'''Μελέτες Περιπτώσεων'''
[[Αρχείο:riverine landscape_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1]]
Στην '''Εικόνα 1''' παρουσιάζονται 3 περιπτώσεις ανάλυσης τηλεπισκοπικών εικόνων. Στην '''Εικόνα 1a''' παρουσιάζεται το μωσαϊκό εικόνων Landsat με το οποίο αποτυπώνεται η πλημμυροπεδιάδα του ποταμού Mackenzie στο νότιο Καναδά. Στην '''Εικόνα 1b''' παρουσιάζεται η λεκάνη απορροής του ποταμού Ventura (νότια Καλιφόρνια) έπειτα από την επεξεργασία των εικόνων με λογισμικό GIS. Με την κατασκευή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της περιοχής γίνεται περισσότερο αντιληπτό το έντονο ανάγλυφο και οι απότομες κλίσεις της παράκτιας ζώνης. Είναι φανερό ότι ακόμα και μία απλή επεξεργασία «συναρμολογούμενων» εικόνων δίνει σημαντικές πληροφορίες με σαφή τρόπο και, μάλιστα, για πολύ μεγάλης κλίμακας περιοχές, όταν παλαιότερα η συνήθης πρακτική για τη χαρτογράφηση του υποστρώματος των ποταμών ήταν η χρήση μπαλονιών με ήλιο στα οποίο τοποθετούνταν κάμερες για τη λήψη των εικόνων. Στην '''Εικόνα 1c''' απεικονίζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης των ενδιαιτημάτων της πλημμυροπεδιάδας του ποταμού Altamaha (νοτιοανατολικά των ΗΠΑ). Εδώ φαίνονται οι κατηγορίες βλάστησης στις οποίες αντιστοιχούνται διάφορα χρώματα, αλλά και το ποιες περιοχές πλημμυρίζονται και ποιες όχι. Τα δεδομένα προήλθαν από εικόνες χωρικής διακριτικής ικανότητας 12m του αισθητήρα AIRSAR.

'''Εύρος εφαρμογών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2]]
Η ''χαρτογράφηση της τοπογραφίας'' χρησιμοποιώντας LIDAR, αν και η σάρωση τυπικά περιορίζεται σε μία μόνο διαδρομή για τη συλλογή των δεδομένων, παρέχει πληροφορίες για το ύψος με δυνατότητα ανάλυσης έως 10cm. Οι δυσκολίες που παρουσιάζονται με την τεχνική αυτή είναι το κόστος του αεροσκάφους που απαιτείται και ο χρόνος που απαιτείται για την επεξεργασία των δεδομένων. Η ακρίβεια των δεδομένων αυτών εξαρτάται από το ύψος και την πυκνότητα της βλάστησης.
Η εξέλιξη των αισθητήρων αυτών συμβάλλει στη χαρτογράφηση με μεγαλύτερη ευκρίνεια από εκείνη που μπορούν να προσφέρουν οι εικόνες Landsat, SPOT ή ERS. Ωστόσο, οι κατηγορίες που ταξινομούνται από τις εικόνες δεν μπορούν πάντα να αντιστοιχηθούν στις πραγματικές κατηγορίες κάλυψης γης.
Από τα σημαντικότερα ζητήματα της ποτάμιας οικολογίας αποτελεί η παρακολούθηση της συμβολής των παραποτάμων με τους ποταμούς. Η διαδικασία μιας τέτοιας προσπάθειας φαίνεται στην εικόνα 2 για το δέλτα του ποταμού Mackenzie για το καλοκαίρι του 1986 ('''Εικόνα 2.a.i και 2.a.ii''') με τη χρήση εικόνων Landsat. Μπορούν, όμως, να χαρτογραφηθούν μόνο κλάδοι του ποταμού με πλάτος μεγαλύτερο από 60m (μέγεθος 2 pixel). Προκειμένου να χαρτογραφηθούν και μικρότερου πλάτους κλάδοι σχεδιάστηκαν περιπλοκότερα φίλτρα για τη μίξη μεταξύ των φασματικών δεδομένων νερού και βλάστησης, όπως φαίνεται στην '''Εικόνα 2b ως 2e''' όπου απεικονίζονται οι κλάδοι διαφόρων μεγεθών. Πλέον ανάλογες διαδικασίες ακολουθούνται σε δεδομένα radar, καθώς με αυτά χαρτογραφείται και η καλυπτόμενη από τη φυτοκόμη των δέντρων επιφάνεια νερού.

'''Μετρήσεις των ιδιοτήτων των ποταμών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_3a.b.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3]]
Η βασικότερη παράμετρος στη μελέτη ενός ποταμού είναι το ''βάθος ροής''. Παρόλα αυτά η εκτίμηση του βάθους ενός ποταμού από δορυφορικές εικόνες συνοδεύεται συχνά από σφάλματα, στις προκύπτουσες τιμές, που σχετίζονται με τη γεωμετρία της τροχιάς του δορυφόρου, το μοντέλο του γεωειδούς και του ελλειψοειδούς που εφαρμόζεται και την ακρίβεια των οργάνων που χρησιμοποιούνται. Η παρεμβολομετρία των radar επιτρέπει τη μέτρηση των μεταβολών στο βάθος ροής σε κλίμακα εκατοστών, για παράδειγμα. Από τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αποτελούν οι πλευρικές εικόνες radar (side-looking radar – SLAR), που λήφθηκαν για την χαρτογράφηση για πρώτη φορά της λεκάνης απορροής του Αμαζονίου.
Τα ''πλημμυρικά πεδία'' των ποταμών συνηθέστερα αποτυπώνονται με οπτικά δεδομένα από ενεργητικούς δέκτες radar (όπως και στην περίπτωση του ποταμού Altamaha, Εικόνα 1c) ή παθητικούς δέκτες μικροκυμάτων. Οι πληροφορίες που αφορούν στην ύπαρξη ή μη λιμναζόντων υδάτων πριν από την εμφάνιση πλημμυρικών γεγονότων είναι πολύ χρήσιμες για την κατανόηση του κύκλου της πλημμύρας. Σε πολλές μελέτες, έχουν συνδυαστεί τηλεπισκοπικά δεδομένα και υδρολογικά μοντέλα.
Στην '''Εικόνα 3a''' απεικονίζεται η χωρική κατανομή της ''θερμοκρασίας'' των υδάτων που ποταμού Umatilla (Όρεγκον, ΗΠΑ) από δεδομένα του αερομεταφερόμενου δέκτη FLIR (πάνω εικόνα). Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αναγνωριστεί το σημείο όπου πιθανά εισρέουν στον ποταμό υπόγεια ύδατα (μπλε χρώμα). Η θερμοκρασία αποτελεί πολύ σημαντικό, ανασταλτικό παράγοντα για την παρακολούθηση της καλής οικολογίας του ποταμού.
Μία ακόμα παράμετρος σχετική με την οικολογία του ποταμού είναι και η ''θολότητα''. Στην '''Εικόνα 3b''' παρουσιάζονται οι επεξεργασμένες εικόνες του ποταμού Μισισίπι για την χωρική κατανομή της θολότητας, δηλαδή της συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών σε mg/l, κατά την πλημμύρα του 1993. Στις περισσότερες από τις μεθοδολογίες η βαθμονόμηση των μοντέλων γίνεται με μετρήσεις πεδίου, κάτι που τις καθιστά δυσκολότερες στην εφαρμογή τους σε δυσπρόσιτες περιοχές. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί εφαρμογές που συνδυάζουν τα τηλεπισκοπικά δεδομένα με εργαστηριακές αναλύσεις για την εκτίμηση της θολότητας των ποταμών. επιπλέον, τα τηλεπισκοπικά δεδομένα δύναται να συνδυαστούν με τη μοντέλα εκτίμησης της ποιότητας υδάτων.

Η χρήση τηλεπισκοπικών εικόνων διευκολύνει κατά πολύ την αναγνώριση επαναλαμβανόμενων μοτίβων, ενώ η δημοφιλέστερη μέθοδος επεξεργασίας είναι αυτή της ημιμεταβλητότητας. Στην '''Εικόνα 3c''' φαίνεται ο γεωμορφολογικός χάρτης πλημμυρικού πεδίου σε περιοχή της νότιας Ισλανδίας. Οι αποθέσεις φερτών υλικών από τις διάφορες κατά καιρούς πλημμύρες έχουν δημιουργήσει τις συγκεκριμένες γεωμορφές. Ο χάρτης προέκυψε από συνδυασμό ψηφιακού μοντέλου εδάφους από δεδομένα radar με εικόνες ERS. Σκοπός ήταν να εξεταστεί η επίδραση των πλημμύρων του Νοεμβρίου του 1996 στην απόθεση φερτών υλικών και στη διάβρωση της περιοχής.

'''Συμπεράσματα'''
[[Αρχείο:riverine landscape_3c.d.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 4]]
Η εξέλιξη των μεθοδολογιών που περιλαμβάνουν τη χρήση τηλεπισκομικών δεδομένων για τη εκτίμηση των μεταβολών του τοπίου ενός πλημμυρικού πεδίου, της ετερογένειας των οικοσυστημάτων και των ιδιοτήτων των ποτάμιων υδάτων είναι αδιαμφισβήτητη και η χρησιμότητα των εφαρμογών αυτών πολύτιμη ιδίως σε μεγαλύτερες περιοχές μελέτης.

Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων

2016-04-13T13:57:47Z

Daphne Christofidou:

[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1365-2427.2002.00909.x/abstract Mertes, 2002. Remote sensing of riverine landscapes. Freshwater Biology (2002) 47, 799–816]

'''Εισαγωγή'''

Οι πρώτες μελέτες που με τη χρήση δορυφορικών / τηλεπισκοπικών εικόνων αναλύθηκαν οι χρονικές μεταβολές των υδρολογικών ιδιοτήτων των ποταμών βασίζονταν στη φωτογραμμετρία αεροφωτογραφιών. Συνηθέστερα αξιοποιούνται τα Κανάλια του ορατού (400-700mm), του εγγύς και του μέσου υπέρυθρου (700-3000mm), του θερμικού υπέρυθρου (3000-15000mm) και των μικροκυμάτων (είτε από παθητικούς είτε από ενεργητικούς δέκτες). Με την εξέλιξη της τεχνολογίας η καταγραφή ακόμα και μικρής διάρκιεας συμβάντων γίνεται με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια. Σε πολλές περιπτώσεις, μάλιστα, η βαθμονόμηση των αερομεταφερόμενων αισθητήρων γίνεται αυτόματα και εν πτήσει.
Στην παρούσα δημοσίευση, οι σημαντικές εξελίξεις στη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων στην παρακολούθηση των παραποτάμιων οικοσυστημάτων παρουσιάζονται μέσω παραδειγμάτων για το εύρος της κλίμακας εφαρμογής της τεχνολογίας αυτής, των μετρήσεων που μπορούν να γίνουν και, κυρίως, για την χαρτογράφηση ετερογενών οικοστημάτων.

'''Μελέτες Περιπτώσεων'''
[[Αρχείο:riverine landscape_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1]]
Στην '''Εικόνα 1''' παρουσιάζονται 3 περιπτώσεις ανάλυσης τηλεπισκοπικών εικόνων. Στην '''Εικόνα 1a''' παρουσιάζεται το μωσαϊκό εικόνων Landsat με το οποίο αποτυπώνεται η πλημμυροπεδιάδα του ποταμού Mackenzie στο νότιο Καναδά. Στην '''Εικόνα 1b''' παρουσιάζεται η λεκάνη απορροής του ποταμού Ventura (νότια Καλιφόρνια) έπειτα από την επεξεργασία των εικόνων με λογισμικό GIS. Με την κατασκευή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της περιοχής γίνεται περισσότερο αντιληπτό το έντονο ανάγλυφο και οι απότομες κλίσεις της παράκτιας ζώνης. Είναι φανερό ότι ακόμα και μία απλή επεξεργασία «συναρμολογούμενων» εικόνων δίνει σημαντικές πληροφορίες με σαφή τρόπο και, μάλιστα, για πολύ μεγάλης κλίμακας περιοχές, όταν παλαιότερα η συνήθης πρακτική για τη χαρτογράφηση του υποστρώματος των ποταμών ήταν η χρήση μπαλονιών με ήλιο στα οποίο τοποθετούνταν κάμερες για τη λήψη των εικόνων. Στην '''Εικόνα 1c''' απεικονίζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης των ενδιαιτημάτων της πλημμυροπεδιάδας του ποταμού Altamaha (νοτιοανατολικά των ΗΠΑ). Εδώ φαίνονται οι κατηγορίες βλάστησης στις οποίες αντιστοιχούνται διάφορα χρώματα, αλλά και το ποιες περιοχές πλημμυρίζονται και ποιες όχι. Τα δεδομένα προήλθαν από εικόνες χωρικής διακριτικής ικανότητας 12m του αισθητήρα AIRSAR.

'''Εύρος εφαρμογών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2]]
Η ''χαρτογράφηση της τοπογραφίας'' χρησιμοποιώντας LIDAR, αν και η σάρωση τυπικά περιορίζεται σε μία μόνο διαδρομή για τη συλλογή των δεδομένων, παρέχει πληροφορίες για το ύψος με δυνατότητα ανάλυσης έως 10cm. Οι δυσκολίες που παρουσιάζονται με την τεχνική αυτή είναι το κόστος του αεροσκάφους που απαιτείται και ο χρόνος που απαιτείται για την επεξεργασία των δεδομένων. Η ακρίβεια των δεδομένων αυτών εξαρτάται από το ύψος και την πυκνότητα της βλάστησης.
Η εξέλιξη των αισθητήρων αυτών συμβάλλει στη χαρτογράφηση με μεγαλύτερη ευκρίνεια από εκείνη που μπορούν να προσφέρουν οι εικόνες Landsat, SPOT ή ERS. Ωστόσο, οι κατηγορίες που ταξινομούνται από τις εικόνες δεν μπορούν πάντα να αντιστοιχηθούν στις πραγματικές κατηγορίες κάλυψης γης.
Από τα σημαντικότερα ζητήματα της ποτάμιας οικολογίας αποτελεί η παρακολούθηση της συμβολής των παραποτάμων με τους ποταμούς. Η διαδικασία μιας τέτοιας προσπάθειας φαίνεται στην εικόνα 2 για το δέλτα του ποταμού Mackenzie για το καλοκαίρι του 1986 ('''Εικόνα 2.a.i και 2.a.ii''') με τη χρήση εικόνων Landsat. Μπορούν, όμως, να χαρτογραφηθούν μόνο κλάδοι του ποταμού με πλάτος μεγαλύτερο από 60m (μέγεθος 2 pixel). Προκειμένου να χαρτογραφηθούν και μικρότερου πλάτους κλάδοι σχεδιάστηκαν περιπλοκότερα φίλτρα για τη μίξη μεταξύ των φασματικών δεδομένων νερού και βλάστησης, όπως φαίνεται στην '''Εικόνα 2b ως 2e''' όπου απεικονίζονται οι κλάδοι διαφόρων μεγεθών. Πλέον ανάλογες διαδικασίες ακολουθούνται σε δεδομένα radar, καθώς με αυτά χαρτογραφείται και η καλυπτόμενη από τη φυτοκόμη των δέντρων επιφάνεια νερού.

'''Μετρήσεις των ιδιοτήτων των ποταμών'''
[[Αρχείο:riverine landscape_3.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3]]
Η βασικότερη παράμετρος στη μελέτη ενός ποταμού είναι το ''βάθος ροής''. Παρόλα αυτά η εκτίμηση του βάθους ενός ποταμού από δορυφορικές εικόνες συνοδεύεται συχνά από σφάλματα, στις προκύπτουσες τιμές, που σχετίζονται με τη γεωμετρία της τροχιάς του δορυφόρου, το μοντέλο του γεωειδούς και του ελλειψοειδούς που εφαρμόζεται και την ακρίβεια των οργάνων που χρησιμοποιούνται. Η παρεμβολομετρία των radar επιτρέπει τη μέτρηση των μεταβολών στο βάθος ροής σε κλίμακα εκατοστών, για παράδειγμα. Από τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αποτελούν οι πλευρικές εικόνες radar (side-looking radar – SLAR), που λήφθηκαν για την χαρτογράφηση για πρώτη φορά της λεκάνης απορροής του Αμαζονίου.
Τα ''πλημμυρικά πεδία'' των ποταμών συνηθέστερα αποτυπώνονται με οπτικά δεδομένα από ενεργητικούς δέκτες radar (όπως και στην περίπτωση του ποταμού Altamaha, Εικόνα 1c) ή παθητικούς δέκτες μικροκυμάτων. Οι πληροφορίες που αφορούν στην ύπαρξη ή μη λιμναζόντων υδάτων πριν από την εμφάνιση πλημμυρικών γεγονότων είναι πολύ χρήσιμες για την κατανόηση του κύκλου της πλημμύρας. Σε πολλές μελέτες, έχουν συνδυαστεί τηλεπισκοπικά δεδομένα και υδρολογικά μοντέλα.
Στην '''Εικόνα 3a''' απεικονίζεται η χωρική κατανομή της ''θερμοκρασίας'' των υδάτων που ποταμού Umatilla (Όρεγκον, ΗΠΑ) από δεδομένα του αερομεταφερόμενου δέκτη FLIR (πάνω εικόνα). Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αναγνωριστεί το σημείο όπου πιθανά εισρέουν στον ποταμό υπόγεια ύδατα (μπλε χρώμα). Η θερμοκρασία αποτελεί πολύ σημαντικό, ανασταλτικό παράγοντα για την παρακολούθηση της καλής οικολογίας του ποταμού.
Μία ακόμα παράμετρος σχετική με την οικολογία του ποταμού είναι και η ''θολότητα''. Στην '''Εικόνα 3b''' παρουσιάζονται οι επεξεργασμένες εικόνες του ποταμού Μισισίπι για την χωρική κατανομή της θολότητας, δηλαδή της συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών σε mg/l, κατά την πλημμύρα του 1993. Στις περισσότερες από τις μεθοδολογίες η βαθμονόμηση των μοντέλων γίνεται με μετρήσεις πεδίου, κάτι που τις καθιστά δυσκολότερες στην εφαρμογή τους σε δυσπρόσιτες περιοχές. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί εφαρμογές που συνδυάζουν τα τηλεπισκοπικά δεδομένα με εργαστηριακές αναλύσεις για την εκτίμηση της θολότητας των ποταμών. επιπλέον, τα τηλεπισκοπικά δεδομένα δύναται να συνδυαστούν με τη μοντέλα εκτίμησης της ποιότητας υδάτων.

Η χρήση τηλεπισκοπικών εικόνων διευκολύνει κατά πολύ την αναγνώριση επαναλαμβανόμενων μοτίβων, ενώ η δημοφιλέστερη μέθοδος επεξεργασίας είναι αυτή της ημιμεταβλητότητας. Στην '''Εικόνα 3c''' φαίνεται ο γεωμορφολογικός χάρτης πλημμυρικού πεδίου σε περιοχή της νότιας Ισλανδίας. Οι αποθέσεις φερτών υλικών από τις διάφορες κατά καιρούς πλημμύρες έχουν δημιουργήσει τις συγκεκριμένες γεωμορφές. Ο χάρτης προέκυψε από συνδυασμό ψηφιακού μοντέλου εδάφους από δεδομένα radar με εικόνες ERS. Σκοπός ήταν να εξεταστεί η επίδραση των πλημμύρων του Νοεμβρίου του 1996 στην απόθεση φερτών υλικών και στη διάβρωση της περιοχής.

'''Συμπεράσματα'''
[[Αρχείο:riverine landscape_4.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 4]]
Η εξέλιξη των μεθοδολογιών που περιλαμβάνουν τη χρήση τηλεπισκομικών δεδομένων για τη εκτίμηση των μεταβολών του τοπίου ενός πλημμυρικού πεδίου, της ετερογένειας των οικοσυστημάτων και των ιδιοτήτων των ποτάμιων υδάτων είναι αδιαμφισβήτητη και η χρησιμότητα των εφαρμογών αυτών πολύτιμη ιδίως σε μεγαλύτερες περιοχές μελέτης.

Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα

2016-04-13T13:49:53Z

Daphne Christofidou:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425701001869 Torgersen et al. 2001. Airborne thermal remote sensing for water temperature assessment in rivers and streams. Remote Sensing of Environment 76 (2001) 386-398]

'''Εισαγωγή'''

Η θερμοκρασία του νερού των ποταμών αποτελεί δείκτη της ποιότητας του νερού και της κατάστασης των ποτάμιων οικοσυστημάτων. Ωστόσο η παρακολούθησή της είναι δύσκολη και πολυδάπανη λόγω του μεγάλου μήκους των ποταμών, ή και της πρόσβασης σε αυτά. Οι συμβατικές μέθοδοι μέτρησης της θερμοκρασίας περιλαμβάνουν εγκατάσταση σταθμών με αισθητήρες θερμοκρασίας, οι οποίες έχουν το πρόβλημα ότι είναι σημειακές και δεν αφορούν όλο το μήκος του ποταμού. Τα προβλήματα/μειονεκτήματα αυτά αντιμετωπίζονται με εφαρμογή μεθόδων τηλεπισκόπησης και συγκεκριμένα εναέριας θερμικής απεικόνισης.

'''Μεθοδολογία'''

Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει ένα αισθητήρα θερμικής ακτινοβολίας (μέσου και μεγάλου μήκους κύματος) που ανιχνεύει την εκπεμπόμενη ακτινοβολία από το πάνω 0,1mm της επιφάνειας του νερού. Οι τιμές θερμικής ακτινοβολίας, μετατρέπονται σε τιμές θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας τον νόμο του Planck και καμπύλες βαθμονόμησης του αισθητήρα. Η συσχέτιση της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr γίνεται με την πραγματική θερμοκρασία ροής του νερού Τκ, μετρούμενη στο πεδίο, σε συγκεκριμένες θέσεις, την ίδια περίοδο με την εναέρια θερμική απεικόνιση, 10cm κάτω από την επιφάνεια. Η συσχέτιση αυτή είναι αποδεκτή όταν δεν υπάρχει θερμική στρωμάτωση της στήλης νερού (συνθήκες τυρβώδους ροής) όπου η θερμοκρασία της επιφάνειας του νερού είναι και η θερμοκρασία όλης της στήλης. Για την αξιολόγηση του φαινομένου της θερμικής στρωμάτωσης γίνονται μετρήσεις θερμοκρασίας, στην επιφάνεια και τον πυθμένα των ποταμών, σε επιλεγμένες θέσεις με μεγάλο βάθος ροής ώστε να υπολογιστεί η θερμικλινής καμπύλη. Μια μέθοδος για τον εντοπισμό περιοχών με θερμική στρωμάτωση και την εμφάνιση συνεπώς αποκλίσεων της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr από την πραγματική, είναι με τον υπολογισμό του αριθμού Reynolds. Αριθμοί Re >2000 υποδηλώνουν τυρβώδη ροή και συνεπώς καλή ανάμιξη της στήλης νερού.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την τηλεπισκοπική μέτρηση είναι η ατμοσφαιρική απορρόφηση, η ανάκλαση της αέριας θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας, την ικανότητα εκπομπής ακτινοβολίας του υδάτινου σώματος και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του υδάτινου σώματος (δημιουργία κυματισμών ή στροβίλων ή επίπεδη και ήρεμη επιφάνεια).

Για την εφαρμογή της μεθοδολογίας προσαρτήθηκε ένα σύστημα θερμικής απεικόνισης σε μήκος κύματος 8-12μm, μαζί με μια ψηφιακή μηχανή βίντεο (0,4-0,7μm) σε ένα ελικόπτερο. Η πτήσεις έγιναν σε ποταμούς του ανατολικού Oregon των ΗΠΑ και διήρκησαν τέσσερα χρόνια. Η ψηφιακές φωτογραφίες χρησιμοποιήθηκαν για την διακριτοποίηση του ποταμού από την στεριά στις θερμικές εικόνες και την αναγνώριση της γεωμορφολογίας και κάλυψης του ποταμού, ώστε να εντοπιστούν και να αιτιολογηθούν ορισμένες αποκλίνουσες μετρήσεις θερμοκρασίας Τr των θερμικών εικόνων (Σχήμα 1). Οι μετρήσεις τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr, έγιναν με συνθήκες καθαρού ουρανού (μείωση ανακλάσεων) και χαμηλής παροχής (βάθος ροής 0,5m) για την αποφυγή του φαινομένου θερμικής στρωμάτωσης.

Το ύψος πτήσης και συνεπώς και του θερμικού αισθητήρα, καθορίζεται από την επιθυμητή ανάλυση επί του εδάφους, των θερμικών εικόνων (όσο πιο μικρό το ύψος τόσο μεγαλύτερη ανάλυση). Μεγαλύτερη ανάλυση απαιτείται στις περιπτώσεις ποταμών στενής διατομής, ώστε να λαμβάνονται τουλάχιστο 10 κελιά (pixel) που περιέχουν μόνο νερό. Για την αντιμετώπιση των σφαλμάτων από την ατμοσφαιρική απορρόφηση, λαμβάνονταν μετρήσεις θερμοκρασίας αέρος, υγρασίας, ταχύτητας ανέμου και νεφοκάλυψης κατά τη διάρκεια και μετά τις πτήσεις.

H τηλεπισκοπικά μετρούμενη θερμοκρασία του νερού διορθώθηκε για την ατμοσφαιρική μεταβιβαστικότητα και τις ανακλάσεις του περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας το ατμοσφαιρικό μοντέλο προσομοίωσης LOWTRAN-7. Οι μετασχηματισμένες εικόνες τελικά αποθηκεύονται σε μορφή στην οποία κάθε pixel περιέχει μια τιμή θερμοκρασίας με ακρίβεια 0,1 ° C.

Η επεξεργασία και ανάλυση των ψηφιακών και θερμικών εικόνων έγινε σε σύστημα GIS. Από κάθε θερμική εικόνα επιλέχθηκαν 10 σημεία κατά μήκος της κύριας κοίτης και υπολογίστηκε η διάμεσος τιμή αυτών Τrs. Επίσης υπολογίστηκε και ο διάμεσος όλων των σημείων κάθε θερμικής εικόνας Trp. Και οι δύο παράμετροι συγκρίθηκαν με τις επί τόπου μετρημένες τιμές Tk για την εξαγωγή μιας συσχέτισης, μέσω γραμμικής παλινδρόμησης. Οι τιμές του Trs παρουσίασαν καλή συσχέτιση με τις μετρημένες Tk (r2=0.99) και είχαν απόκλιση συστηματικά εως ±0,5ο C. Οι τιμές του Τrp ταυτίζονταν με αυτές της παραμέτρου Τrs εκτός των περιπτώσεων ποταμών με στενή κοίτη, όπου το Trp ήταν μεγαλύτερο από την μετρημένη θερμοκρασία Τk κατά 0,8 ο C λόγω της συμμετοχής των pixel με σημαντική έκταση στεριάς.

'''Αποτελέσματα'''
[[Αρχείο:Torgersen_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Παρουσίαση ψηφιακών και θερμικών εικόνων από την περιοχή μελέτης, με χρωματική απεικόνιση της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr]]
Κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, παρατηρήθηκε πως οι τραχείες επιφάνειες νερού λόγω στροβίλων, τύρβης, κυματισμών, κ.α. έχουν μικρότερη ένταση εκπομπής ακτινοβολίας και παρουσιάζονται ελαφρώς πιο θερμές από τις ήρεμες επιφάνειες, με ίδια μετρημένη θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στην εμφάνιση διάχυτων ανακλάσεων της ακτινοβολίας σε αντίθεση με την συγκεντρωμένη ανάκλαση από ήρεμες επίπεδες επιφάνειες που έχει μεγαλύτερη ένταση εκπομπής. Μια άλλη παράμετρος που επηρεάζει την ανακλαστικότητα της ακτινοβολίας είναι η γωνία θέασης του υδάτινου σώματος. Η ανακλαστικότητα σε ήρεμες επιφάνειες είναι μικρή για γωνίες θέασης <45ο, ενώ για τραχείες επιφάνειες για γωνίες <25ο σε σχέση με την κατακόρυφο. Επομένως για την ελαχιστοποίηση σφαλμάτων από την ανάκλαση της ακτινοβολίας θα πρέπει η γωνία λήψης των θερμικών εικόνων να διατηρείται κοντά στις 90ο.

Εν κατακλείδι η μέθοδος της τηλεπισκοπικής μέτρησης της θερμοκρασίας ποταμών μέσω θερμικής ακτινοβολίας, παρέχει ικανοποιητικά αποτελέσματα σε όλο το μήκος του ποταμού, ενώ ο περιορισμός της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασίας μπορεί να αντιμετωπιστεί με τον συνδυασμό επίγειων σταθμών μέτρησης της θερμοκρασίας.

Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα

2016-04-13T13:45:36Z

Daphne Christofidou:

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425701001869 Torgersen et al. 2001. Airborne thermal remote sensing for water temperature assessment in rivers and streams. Remote Sensing of Environment 76 (2001) 386-398]

Η θερμοκρασία του νερού των ποταμών αποτελεί δείκτη της ποιότητας του νερού και της κατάστασης των ποτάμιων οικοσυστημάτων. Ωστόσο η παρακολούθησή της είναι δύσκολη και πολυδάπανη λόγω του μεγάλου μήκους των ποταμών, ή και της πρόσβασης σε αυτά. Οι συμβατικές μέθοδοι μέτρησης της θερμοκρασίας περιλαμβάνουν εγκατάσταση σταθμών με αισθητήρες θερμοκρασίας, οι οποίες έχουν το πρόβλημα ότι είναι σημειακές και δεν αφορούν όλο το μήκος του ποταμού. Τα προβλήματα/μειονεκτήματα αυτά αντιμετωπίζονται με εφαρμογή μεθόδων τηλεπισκόπησης και συγκεκριμένα εναέριας θερμικής απεικόνισης.
Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει ένα αισθητήρα θερμικής ακτινοβολίας (μέσου και μεγάλου μήκους κύματος) που ανιχνεύει την εκπεμπόμενη ακτινοβολία από το πάνω 0,1mm της επιφάνειας του νερού. Οι τιμές θερμικής ακτινοβολίας, μετατρέπονται σε τιμές θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας τον νόμο του Planck και καμπύλες βαθμονόμησης του αισθητήρα. Η συσχέτιση της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr γίνεται με την πραγματική θερμοκρασία ροής του νερού Τκ, μετρούμενη στο πεδίο, σε συγκεκριμένες θέσεις, την ίδια περίοδο με την εναέρια θερμική απεικόνιση, 10cm κάτω από την επιφάνεια. Η συσχέτιση αυτή είναι αποδεκτή όταν δεν υπάρχει θερμική στρωμάτωση της στήλης νερού (συνθήκες τυρβώδους ροής) όπου η θερμοκρασία της επιφάνειας του νερού είναι και η θερμοκρασία όλης της στήλης. Για την αξιολόγηση του φαινομένου της θερμικής στρωμάτωσης γίνονται μετρήσεις θερμοκρασίας, στην επιφάνεια και τον πυθμένα των ποταμών, σε επιλεγμένες θέσεις με μεγάλο βάθος ροής ώστε να υπολογιστεί η θερμικλινής καμπύλη. Μια μέθοδος για τον εντοπισμό περιοχών με θερμική στρωμάτωση και την εμφάνιση συνεπώς αποκλίσεων της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr από την πραγματική, είναι με τον υπολογισμό του αριθμού Reynolds. Αριθμοί Re >2000 υποδηλώνουν τυρβώδη ροή και συνεπώς καλή ανάμιξη της στήλης νερού.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την τηλεπισκοπική μέτρηση είναι η ατμοσφαιρική απορρόφηση, η ανάκλαση της αέριας θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας, την ικανότητα εκπομπής ακτινοβολίας του υδάτινου σώματος και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του υδάτινου σώματος (δημιουργία κυματισμών ή στροβίλων ή επίπεδη και ήρεμη επιφάνεια).
Για την εφαρμογή της μεθοδολογίας προσαρτήθηκε ένα σύστημα θερμικής απεικόνισης σε μήκος κύματος 8-12μm, μαζί με μια ψηφιακή μηχανή βίντεο (0,4-0,7μm) σε ένα ελικόπτερο. Η πτήσεις έγιναν σε ποταμούς του ανατολικού Oregon των ΗΠΑ και διήρκησαν τέσσερα χρόνια. Η ψηφιακές φωτογραφίες χρησιμοποιήθηκαν για την διακριτοποίηση του ποταμού από την στεριά στις θερμικές εικόνες και την αναγνώριση της γεωμορφολογίας και κάλυψης του ποταμού, ώστε να εντοπιστούν και να αιτιολογηθούν ορισμένες αποκλίνουσες μετρήσεις θερμοκρασίας Τr των θερμικών εικόνων (Σχήμα 1). Οι μετρήσεις τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr, έγιναν με συνθήκες καθαρού ουρανού (μείωση ανακλάσεων) και χαμηλής παροχής (βάθος ροής 0,5m) για την αποφυγή του φαινομένου θερμικής στρωμάτωσης.
Το ύψος πτήσεις και συνεπώς και του θερμικού αισθητήρα, καθορίζεται από την επιθυμητή ανάλυση επί του εδάφους, των θερμικών εικόνων (όσο πιο μικρό το ύψος τόσο μεγαλύτερη ανάλυση). Μεγαλύτερη ανάλυση απαιτείται στις περιπτώσεις ποταμών στενής διατομής, ώστε να λαμβάνονται τουλάχιστο 10 κελιά (pixel) που περιέχουν μόνο νερό. Για την αντιμετώπιση των σφαλμάτων από την ατμοσφαιρική απορρόφηση, λαμβάνονταν μετρήσεις θερμοκρασίας αέρος, υγρασίας, ταχύτητας ανέμου και νεφοκάλυψης κατά τη διάρκεια και μετά τις πτήσεις.

H τηλεπισκοπικά μετρούμενη θερμοκρασία του νερού διορθώθηκε για την ατμοσφαιρική μεταβιβαστικότητα και τις ανακλάσεις του περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας το ατμοσφαιρικό μοντέλο προσομοίωσης LOWTRAN-7. Οι μετασχηματισμένες εικόνες τελικά αποθηκεύονται σε μορφή στην οποία κάθε pixel περιέχει μια τιμή θερμοκρασίας με ακρίβεια 0,1 ° C.
Η επεξεργασία και ανάλυση των ψηφιακών και θερμικών εικόνων έγινε σε σύστημα GIS. Από κάθε θερμική εικόνα επιλέχθηκαν 10 σημεία κατά μήκος της κύριας κοίτης και υπολογίστηκε η διάμεσος τιμή αυτών Τrs. Επίσης υπολογίστηκε και ο διάμεσος όλων των σημείων κάθε θερμικής εικόνας Trp. Και οι δύο παράμετροι συγκρίθηκαν με τις επί τόπου μετρημένες τιμές Tk για την εξαγωγή μιας συσχέτισης, μέσω γραμμικής παλινδρόμησης. Οι τιμές του Trs παρουσίασαν καλή συσχέτιση με τις μετρημένες Tk (r2=0.99) και είχαν απόκλιση συστηματικά εως ±0,5ο C. Οι τιμές του Τrp ταυτίζονταν με αυτές της παραμέτρου Τrs εκτός των περιπτώσεων ποταμών με στενή κοίτη, όπου το Trp ήταν μεγαλύτερο από την μετρημένη θερμοκρασία Τk κατά 0,8 ο C λόγω της συμμετοχής των pixel με σημαντική έκταση στεριάς.
Κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, παρατηρήθηκε πως οι τραχείες επιφάνειες νερού λόγω στροβίλων, τύρβης, κυματισμών, κ.α. έχουν μικρότερη ένταση εκπομπής ακτινοβολίας και παρουσιάζονται ελαφρώς πιο θερμές από τις ήρεμες επιφάνειες, με ίδια μετρημένη θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στην εμφάνιση διάχυτων ανακλάσεων της ακτινοβολίας σε αντίθεση με την συγκεντρωμένη ανάκλαση από ήρεμες επίπεδες επιφάνειες που έχει μεγαλύτερη ένταση εκπομπής. Μια άλλη παράμετρος που επηρεάζει την ανακλαστικότητα της ακτινοβολίας είναι η γωνία θέασης του υδάτινου σώματος. Η ανακλαστικότητα σε ήρεμες επιφάνειες είναι μικρή για γωνίες θέασης <45ο, ενώ για τραχείες επιφάνειες για γωνίες <25ο σε σχέση με την κατακόρυφο. Επομένως για την ελαχιστοποίηση σφαλμάτων από την ανάκλαση της ακτινοβολίας θα πρέπει η γωνία λήψης των θερμικών εικόνων να διατηρείται κοντά στις 90ο.
Εν κατακλείδι η μέθοδος της τηλεπισκοπικής μέτρησης της θερμοκρασίας ποταμών μέσω θερμικής ακτινοβολίας, παρέχει ικανοποιητικά αποτελέσματα σε όλο το μήκος του ποταμού, ενώ ο περιορισμός της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασίας μπορεί να αντιμετωπιστεί με τον συνδυασμό επίγειων σταθμών μέτρησης της θερμοκρασίας.

[[Εικόνα:Torgersen_1.jpg| thumb | right | Εικόνα 1. Παρουσίαση ψηφιακών και θερμικών εικόνων από την περιοχή μελέτης, με χρωματική απεικόνιση της τηλεπισκοπικά μετρούμενης θερμοκρασίας Tr ]]

Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής

2016-04-13T13:43:26Z

Daphne Christofidou:

[http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/14184.pdf Wang et. al., 2011. A Simple Remote Sensing EvapoTranspiration Model (Sim-ReSET) and its Application. InTech, "Evapotranspiration", DOI: 10.5772/13653]

'''Εισαγωγή'''

Απαραίτητη για πολλές εφαρμογές υδρολογίας, διαχείρισης υδάτων / κατάρτισης υδατικών ισοζυγίων είναι η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ). Μέθοδοι όπως τα λυσίμετρα και η μέθοδος eddy covariance απαιτούν απευθείας μετρήσεις, αμφίβολης ακρίβειας, έχουν μεγάλο κόστος χωρίς να μπορούν να καλύψουν επαρκώς και αποτελεσματικά μεγάλες εκτάσεις. Στη μελέτη αυτή προτείνεται το μοντέλο Simple remote Sensing Evapotranspiration Model (Sim-ReSET) με το οποίο η εξατμισοδιαπνοή εκτιμάται μόνο βάσει δεδομένων δορυφορικών εικόνων.

'''Περιγραφή Μοντέλου Sim-ReSET'''
[[Αρχείο:Sim-ReSET_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Χάρτης Κάλυψης γης της Ασίας και θέσεις μετεωρολογικών σταθμών]]
Από δορυφορικές εικόνες MODIS (διακριτικής ικανότητας 1km) για την περίοδο από τον Μάρτιο του 2000 ως το Μάρτιο του 2010 και για ημέρες χωρίς σύννεφα παράχθηκε χάρτης χρήσεων γης της Ασίας ('''Εικόνα 1'''), υπολογίστηκε ο Δείκτης Βλάστησης NDVI και εκτιμήθηκαν τιμές θερμοκρασίας. Απαραίτητο είναι και το ύψος των φυτών από βιβλιογραφικούς πίνακες. Η δασική βλάστηση διατηρεί περίπου το ίδιο ύψος κατά τη διάρκεια του χρόνου. Στην περίπτωση των καλλιεργειών και των ποωδών φυτών στα οποία το ύψος μεταβάλλεται ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης στη διάρκεια ενός έτους, υπολογίστηκαν οι μέσοι των φασματικών δεικτών βλάστησης.
Η εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται ανάλογα με την έκταση που καλύπτουν σε κάθε πίξελ και σε ουδέτερες συνθήκες η φυτοκόμη και το γυμνό έδαφος, που με τη σειρά τους υπολογίζονται βάσει της καθαρής ακτινοβολίας (Rn), της ροής θερμότητας του εδάφους και της θερμοκρασίας της επιφάνειας της φυτοκόμης, του γυμνού εδάφους και του αέρα, δεδομένα που διατίθενται από παρατηρήσεις δορυφορικών εικόνων (χωρίς νέφωση), προκύπτοντας έτσι ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής ('''Εικόνα 2''').
[[Αρχείο:Sim-ReSET_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Χάρτης εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ) για το Απρίλιο (πάνω) και για τον Ιούλιο του 2007. Με άσπρο χρώμα φαίνονται οι περιοχές όπου δεν υπάρχουν δεδομένα λόγω νεφοκάλυψης]]
Η επαλήθευση των αποτελεσμάτων έγινε με μετρήσεις από μετεωρολογικούς σταθμούς σε 5 περιοχές της Ασίας, καθένας από τους οποίους αντιπροσώπευε διαφορετική κατηγορία βλάστησης (βοσκότοποι (ΗΒ), αρδευόμενες καλλιέργειες (YC), ορυζώνες (TY), δάσος (QYZ), και έρημο (FK)), επομένως και διαφορετικές κλιματικές συνθήκες, με τις οποίες υπολογίστηκε η εξατμισοδιαπνοή με τη μέθοδο Penman-Monteith.

'''Αποτελέσματα'''

Είναι φανερό ότι η εξατμισοδιαπνοή είναι υψηλότερη σε περιοχές κοντά στη θάλασσα με αυξημένη υγρασία. Ακόμα μεγαλύτερες τιμές ΕΤ παρατηρούνται κατά τους θερινούς μήνες στις περιοχές με μεγάλο γεωγραφικό πλάτος λόγω της ανταλλαγής υδρατμών από το αρκτικό δασικό οικοσύστημα. Ωστόσο, η ΕΤ είναι χαμηλότερη σε (ημι-) αρδευόμενες περιοχές. Οι τιμές ΕΤ για κάθε μετεωρολογικό σταθμό. Σε περιοχές με έρημο ή βοσκοτόπους αυξάνεται απότομα την άνοιξη μόλις λιώνουν οι πάγοι και τα χιόνια και μετά από αυτό μειώνεται και πάλι απότομα.
Στις περιοχές με αρδευόμενες καλλιέργειες η ΕΤ αυξάνεται την περίοδο ανάπτυξης των καλλιεργειών, ενώ λόγω των υψηλών βροχοπτώσεων στις περιοχές με ορυζώνες και δάση η ΕΤ είναι μεγάλη καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Μεγαλύτερες διαφορές παρατηρούνται κατά τους θερινούς μήνες, αφού το χειμώνα και η εξάτμιση και η διαπνοή βρίσκονται σε χαμηλά επίπεδα.

'''Συμπεράσματα'''

Το μοντέλο Sim-ReSET πλεονεκτεί στο ότι απαιτεί μόνο βιβλιογραφικά δεδομένα και δεδομένα από δορυφορικές εικόνες. Παρέχουν τη δυνατότητα διαχείρισης χωρικών δεδομένων ακόμα και σε επίπεδο ολόκληρης ηπείρου.
Από την επαλήθευση των αποτελεσμάτων του μοντέλου με τους μετεωρολογικούς σταθμούς φαίνεται σε ομοιογενή οικοσυστήματα, όπως τα δάση, οι ορυζώνες και οι βοσκότοποι, τα αποτελέσματα του μοντέλου ήταν ακριβέστερα. Αντίθετα, σε ετερογενείς καλύψεις γης, όπως η αρδευόμενες καλλιέργειες και τα ερημικά οικοσυστήματα, παρατηρούνται μεγάλες αποκλίσεις. Αυτό πιθανά να οφείλεται στο ότι η διακριτική ικανότητα του MODIS είναι μόλις 1kmx1km, άρα δεν μπορούν να εκτιμηθούν σωστά συνθήκες του μικροκλίματος.

'''Δυνατότητες βελτίωσης'''

Είναι σαφές από τα παραπάνω ότι η ακρίβεια των αποτελεσμάτων του μοντέλου είναι ανάλογη των τηλεπισκοπικών δεδομένων. Επομένως, η αξιοποίηση νέων τεχνολογιών σημαίνει αυτόματα και βελτίωση του μοντέλου.
Έπειτα από αναλύσεις, φάνηκε ότι το μοντέλο επιδέχεται βελτιώσεις στην εκτίμηση της θερμοκρασίας του αέρα και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του γυμνού εδάφους (επιφάνεια αναφοράς).
Η αδυναμία του MODIS για παρατηρήσεις τις ημέρες με νέφη αποτρέπει την εκτίμηση ημερήσιων τιμών ΕΤ. Όσον αφορά τους δείκτες βλάστησης, λύση μπορούν να αποτελέσουν τεχνολογίες που αξιοποιούν τα μικροκύματα, αλλά για τη θερμοκρασία της επιφάνειας της γης δεν υπάρχει προς το παρόν κάποια άλλη εναλλακτική.

Παραμετροποίηση του συντελεστή τραχύτητας πλημμυρικών πεδίων με τη χρήση δεδομένων ALS και CASI

2016-04-13T13:37:13Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425707003446 Straatsma & Baptist, 2008. Floodplain roughness parameterization using airborne laser scanning and spec...'

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425707003446 Straatsma & Baptist, 2008. Floodplain roughness parameterization using airborne laser scanning and spectral remote sensing. Remote Sensing of Environment 112, 1062–1080. doi:10.1016/j.rse.2007.07.012]

'''Εισαγωγή'''

Τα υδρολογικά μοντέλα αποτελούν σημαντικό εργαλείο για τον υπολογισμό της στάθμης του νερού και της ταχύτητας ροής για τις διάφορες παροχές που μπορεί να παρατηρηθούν, προκειμένου να υπολογιστεί το ύψος των προς κατασκευή αναχωμάτων αλλά και να εκτιμηθούν οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και της όποιας λήψης μέτρων αποκατάστασης των ποταμών στα επίπεδα πλημμυρικών υδάτων. Η βαθμονόμηση των μοντέλων αυτών συνηθέστερα γίνεται με εμπειρικό τρόπο, χωρίς να δίνουν πάντα πιστά αποτελέσματα. Κρίνεται, επομένως, πολύ χρήσιμη η ακριβής εκτίμηση του συντελεστή τραχύτητας, απαιτούμενης παραμέτρου για την εφαρμογή των υδρολογικών μοντέλων προσομοίωσης. Ο συντελεστής αυτός στην περίπτωση του γυμνού εδάφους εξαρτάται από την κοκκομετρική σύσταση του εδάφους και τα χαρακτηριστικά της κοίτης, ενώ για την περίπτωση παρόχθιας βλάστησης εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της, όπως ύψος, πυκνότητα, κλπ. Επόμενο είναι ότι για την εφαρμογή των μοντέλων σε εκτεταμένα πλημμυρικά πεδία πρέπει να ληφθούν υπόψη οι χωρικές μεταβολές του συντελεστή τραχύτητας. Σκοπός της μελέτης είναι κατάρτιση μίας καθορισμένης επαναλήψιμης μεθοδολογίας για την παραμετροποίηση του συντελεστή τραχύτητας, χρησιμοποιώντας δεδομένα ALS (Airborne Laser Scanning) και πολυφασματικές εικόνες από δέκτη CASI, για τμήμα του ποταμού Waal, παραπόταμου του Ρήνου (Ολλανδία).

'''Περιοχή μελέτης'''

[[Αρχείο:roughness parameterization 1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1.Χάρτης της περιοχής μελέτης. Εντός του περιγράμματος φαίνεται η περιοχή για την οποία υπήρχαν διαθέσιμα δεδομένα]]
Μελετάται η πλημμυροπεδιάδα Gamerensche Waard που βρίσκεται στην αριστερή όχθη του ποταμού Waal, ο οποίος συμβάλλει στον Ρήνο. Όπως φαίνεται και στην '''Εικόνα 1''', το υπό μελέτη τμήμα του ποταμού χωρίζεται σε τρεις, παράπλευρους της κύριας ροής του ποταμού, διαύλους: το δυτικό (W), τον ανατολικό (E) και τον κύριο (L) δίαυλο, από τους οποίος μόνο ο τελευταίος παρουσιάζει μόνιμη ροή. Για την περιοχή μελέτης υπήρχαν διαθέσιμοι χάρτες οικοτόπων (από αεροφωτογραφίες), δηλαδή των συστημάτων ειδών βλάστησης, τα οποία συνίστανται κυρίως από λιβάδια και ημιδασικές περιοχές με ιτιές και λεύκες.

'''Μεθοδολογία'''
[[Αρχείο:roughness parameterization 2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2.a) Χάρτης κάλυψης γης, b) χωρική κατανομή πυκνότητας της δασικής βλάστησης, c) χωρική κατανομή ύψους ποώδους βλάστησης, d) χωρική κατανομή πυκνότητας της ποώδους βλάστησης]]
Η εκτίμηση του συντελεστή τραχύτητας καθορίζει την αντίσταση στη ροή του νερού και απαιτείται για τον υπολογισμό των απωλειών ενέργειας της ροής του νερού στο υδατόρευμα, επομένως και για τον υπολογισμό της παροχής και της ταχύτητας ροής. Εν προκειμένω, μεγαλύτερη βαρύτητα δίνεται στη βλάστηση, καθώς αποτελεί τη σημαντικότερη παράμετρο για την τραχύτητα. Πρώτο βήμα αποτελεί η χαρτογράφηση των ειδών βλάστησης ή γυμνού εδάφους, διαχωρίζοντας απαραίτητα τις περιοχές με υδρόβια βλάστηση πλήρως βυθισμένη και αναδυόμενη, καθώς για κάθε μία από τις παραπάνω περιπτώσεις ο συντελεστής τραχύτητας υπολογίζεται με διαφορετική εξίσωση.

Για την ''αποτύπωση της βλάστησης'' συνδυάστηκαν δεδομένα ALS (airborne laser scanning) αλλιώς LIDAR, από δέκτη FLI-MAP II εγκατεστημένο σε ελικόπτερο (Μάρτιος 2003), και η εικόνα του υπερφασματικού αερομεταφερόμενου δέκτη CASI (Compact Airborne Spectral Imager) (Ιούλιος 2003), για τον οποίο τα 6 από τα 10 διαθέσιμα κανάλια βρίσκονται στο εγγύς υπέρυθρο που ενδείκνυται για τη διάκριση των ειδών βλάστησης. Ας σημειωθεί ότι και στις δύο περιπτώσεις τα δεδομένα ήταν raster αρχεία χωρικής διακριτικής ικανότητας 1,5m με τα οποία δημιουργήθηκε το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους για την έρπουσα και τη δασική βλάστηση. Τον Ιούνιο του 2014 επιτελέστηκαν εργασίες πεδίου προκειμένου να καταγραφεί η ακριβής η θέση με dGPS και το μέγιστο ύψος (1.5 -7.5 m) των δέντρων στην περιοχή μελέτης. Ακόμα, απαραίτητες ήταν οι μετρήσεις παροχής, διαθέσιμες από παλαιότερη μελέτη, οι οποίες είχαν μετρηθεί με Ρευματογράφο ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) κατά τη διάρκεια πλημμυρικών επεισοδίων.

Για τη χαρτογράφηση των κατηγοριών κάλυψης γης/ειδών βλάστησης εφαρμόστηκε αντικειμενοστραφής ταξινόμηση με το λογισμικό eCognition, και άλλες επιπρόσθετες ταξινομήσεις σε μεμονωμένα δεδομένα, και προέκυψαν οι εξής κατηγορίες: 1. Νερό, 2. Υγρή και ξηρή άμμος, 3. Ασφαλτοστρωμένη περιοχή, 4. Λιβάδια, 5. Ποώδη / χαμηλή βλάστηση, 6. Δάσος, 7. Οικοδομημένη περιοχή. Προσοχή δόθηκε στην κατηγοριοποίηση των νεαρών δέντρων είτε ως δασική έκταση είτε ως χαμηλή βλάστηση ανάλογα με το ύψος τους κάθε φορά.

Σε κάθε κατηγορία αποδόθηκε διαφορετικός συντελεστής τραχύτητας. Για τις κατηγορίες 2, 3, 4 και 7 οι τιμές του συντελεστή τραχύτητας παρέχονται από πίνακες (βιβλιογραφικές αναφορές). Τα δεδομένα ALS παρέχουν πληροφορίες και για τα χαρακτηριστικά της βλάστησης (του ύψους και της πυκνότητας της ποώδους βλάστησης και της πυκνότητας της δασικής βλάστησης) με βάσει τα οποία αντιστοιχήθηκε ο κατάλληλος συντελεστής τραχύτητας και στις διάφορες κατηγορίες βλάστησης (κατηγορίες 5 και 6) και κατασκευάστηκε το Ψηφιακό Μοντέλο Φυτοκόμης (nDCM) για να συνδυαστεί με την εικόνα CASI.

Το ''βάθος ροής'' υπολογίστηκε με το πρόγραμμα υδροδυναμικής προσομοίωσης Delft 3D-flow. Πέρα από τα δεδομένα τραχύτητας, απαιτήθηκαν και δεδομένα τοπογραφίας (μετρήσεις του 1995 και 2000), ημερήσιων παροχών και ο καθορισμός των οριακών συνθηκών. Για τη βαθμονόμηση του υδραυλικού μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις και έγιναν δοκιμές σε δευτερεύοντα κανάλια του ποταμού.
[[Αρχείο:roughness parameterization 2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3.a) Συντελεστής Τραχύτητας όπως υπολογίστηκε από το Μοντέλο 1, b) Διαφορά των τιμών συντελεστή τραχύτητας μεταξύ του Μοντέλου 1 και του Μοντέλου 2, c) ταχύτητα ροής, όπως υπολογίστηκε από το Μοντέλο 1, d) Διαφορά των τιμών ταχύτητας ροής μεταξύ του Μοντέλου 1 και του Μοντέλου 2, e) Διαφορά των τιμών βάθους ροής μεταξύ του Μοντέλου 1 και του Μοντέλου 2.]]
Στα πλαίσια της μελέτης, έτρεξαν δύο διαφορετικά υδρολογικά μοντέλα. Στο Μοντέλο 1 οι οικότοποι ταξινομήθηκαν και οριοθετήθηκαν από αεροφωτογραφίες (πρόκειται για τους διαθέσιμους χάρτες οικοτόπων) και αντιστοιχήθηκαν οι συντελεστές τραχύτητας, κατά το σύνηθες, από πίνακες (βιβλιογραφικές τιμές) ('''Εικόνα 3a'''). Στο Μοντέλο 2 ο χάρτης χωρικής κατανομής του συντελεστή τραχύτητας ('''Εικόνα 3b''') προήλθε από τις τηλεπισκοπικές εικόνες ALS και CASI και οι συντελεστές τραχύτητας αντιστοιχήθηκαν βάσει των δεδομένων του ύψους και της πυκνότητας της ποώδους και της δασικής βλάστησης από τις εικόνες ALS. Είναι φανερό ότι η μόνη διαφορά ανάμεσα στα δύο αυτά μοντέλα είναι η λιγότερο ή περισσότερο λεπτομερής απόδοση των χαρακτηριστικών της βλάστησης και κατά συνέπεια του συντελεστή τραχύτητας. Τέλος, από τα δύο υδρολογικά μοντέλα υπολογίστηκαν παράμετροι, όπως η ταχύτητα και το βάθος ροής και η παροχή ('''Εικόνα 3''').

'''Αποτελέσματα'''

Πρώτον, εξετάζεται κατά πόσο αποδίδεται ορθά η χωρική κατανομή της βλάστησης και, δεύτερον, κατά πόσον ο συντελεστής τραχύτητας, βάσει της χαρτογράφησης αυτής, οδηγεί στην ακριβέστερη εκτίμηση των υδρολογικών παραμέτρων του ποταμού.

Το μεγαλύτερο σφάλμα στην επιβλεπόμενη ταξινόμηση για τη ''χαρτογράφηση της βλάστησης'' εμφανίζεται στη διάκριση της χαμηλής ποώδους βλάστησης και των λιβαδιών. Συνολικά, τα αποτελέσματα του μοντέλου επιδεικνύουν 81% ακρίβεια. Σημαντικό είναι ότι η αντίστοιχη ταξινόμηση μόνο με τα δεδομένα CASI επέδειξε 77% ακρίβεια, ενώ με τα ALS μόνο 35%. Οι ''τιμές ύψους βλάστησης'' που υπολογίστηκαν από τα τηλεσκοπικά δεδομένα ('''Εικόνα 2c''') συγκρίθηκαν με τις τιμές της βιβλιογραφίας και αποδείχτηκε ότι το ύψος υποεκτιμήθηκε. Αντίθετα, η πυκνότητα της βλάστησης υπερεκτιμήθηκε ελαφρά. Οι αποκλίσεις στην εκτίμηση των παραμέτρων αυτών πρακτικά εξουδετερώνουν η μία την άλλη.

Αναμενόμενα, με το Μοντέλο 1 ο ''συντελεστής τραχύτητας'' εμφανίζει μεγαλύτερη ομοιογένεια ('''Εικόνα 3a'''). Γενικότερα παρατηρούνται μεγαλύτερες τιμές με το Μοντέλο 2, κυρίως λόγω της ποώδους βλάστησης. Ωστόσο, παρατηρείται υποεκτίμηση του συντελεστή στις περιπτώσεις των λιβαδιών ή των μεμονωμένων ποών και της δασικής βλάστησης.

Συγκρίθηκαν οι ''στάθμες'' που εκτιμήθηκαν από το Μοντέλο 2 με αυτές που μετρήθηκαν στον εγκατεστημένο υδρομετρικό σταθμό, υποδεικνύοντας ικανοποιητική σύγκλιση. Η σύγκριση, αντίστοιχα, των παροχών μεταξύ των δύο Μοντέλων ήταν και αυτή ικανοποιητική, αν και ελαφρώς υποδεέστερη. Οι μικρές αποκλίσεις που παρατηρήθηκαν σε μεγαλύτερες παροχές, οπότε και παρατηρούνται τα πλημμυρικά φαινόμενα, πιθανά να οφείλονται σε σφάλματα επί της βαθυμετρίας.

Σημαντικές διαφορές, της τάξης των 0,2 ως 0,2m/s, παρατηρούνται στην εκτίμηση της ταχύτητας ροής, ιδίως στον κύριο δίαυλο, όπου οι ταχύτητες που υπολογίστηκαν με το Μοντέλο 2 ήταν μεγαλύτερες για τις παρόχθιες περιοχές και μικρότερες στο μέσο του υδατορεύματος σε σχέση με το Μοντέλο 1. Μεγαλύτερες ταχύτητες εκτιμούνται από το Μοντέλο 2 για το σύνολο σχεδόν των περιοχών που καλύπτονται με βλάστηση.

Συμπεράσματα

Με την προτεινόμενη μεθοδολογία είναι πολύ πιο συγκεκριμένο το εύρος τιμών των δεδομένων εισόδου του υδροδυναμικού μοντέλου προσομοίωσης που αφορούν στα χαρακτηριστικά της βλάστησης. Η χαρτογράφηση της βλάστησης από τις εικόνες CASI και ALS έδωσε πολύ καλά αποτελέσματα, αν και δυσκολίες ανέκυψαν στη διάκριση της χαμηλής και της λιβαδικής βλάστησης. Επιπλέον, χαρτογραφήθηκαν βάσει των δεδομένων ALS και τα χαρακτηριστικά της βλάστησης όπως το ύψος και η πυκνότητα των φυτών. Και πάλι, τα αποτελέσματα ήταν πολύ καλά, ωστόσο ήταν σαφώς καλύτερα για τα μεγαλύτερα δέντρα, ενώ η χαρτογράφηση των μικρών και πιο αραιών δέντρων αποδείχθηκε σχετικά επισφαλέστερη.

Η προτεινόμενη μεθοδολογία, πιο συστηματική και επαναλήψιμη σε σχέση με τη συνήθη πρακτική υπολογισμού της παροχής και ταχύτητας ροής, παρέχει την ευκολία για την επικαιροποίηση ή αναπροσαρμογή των δεδομένων βλάστησης. Εν κατακλείδι, η προτεινόμενη μεθοδολογία έδωσε καλύτερα αποτελέσματα για την εκτίμηση της παροχής και της στάθμης του νερού.

Είναι φανερό ότι ο συνδυασμός πολυφασματικών εικόνων CASI και δεδομένων ALS μπορεί να παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά της βλάστησης, ενώ η χωρική κατανομή των χαρακτηριστικών αυτών οδηγεί σε καλύτερη εκτίμηση της τραχύτητας.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T13:29:07Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας]]
* [[Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης]]
* [[Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ]]
* [[Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης]]
* [[Εκτίμηση αποθηκευμένου νερού στα πλημμυρικά πεδίου της λεκάνης απορροής του ποταμού Negro μέσω μικροκυμάτων και μετρήσεων στάθμης]]
* [[Εκτίμηση της Εξατμισοδιαπνοής Αρδευόμενων Εκτάσεων με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Παραμετροποίηση του συντελεστή τραχύτητας πλημμυρικών πεδίων με τη χρήση δεδομένων ALS και CASI]]
* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Εκτίμηση της Εξατμισοδιαπνοής Αρδευόμενων Εκτάσεων με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης

2016-04-13T13:28:18Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377400001475 Ray & Dadhwal, 2001. Estimation of crop evapotranspiration of irrigation command area using remote sens...'

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377400001475 Ray & Dadhwal, 2001. Estimation of crop evapotranspiration of irrigation command area using remote sensing and GIS. Agricultural Water Management 49, 239-249]

'''Εισαγωγή'''

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η εκτίμηση της εποχιακής εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ) στην περιοχή Mahi της Ινδίας και η σύνταξη αντίστοιχου χάρτη με τη χρήση λογισμικού GIS και δεδομένων από δορυφορικές εικόνες. Πρόκειται για καλλιεργούμενη έκταση 209ha που αρδεύεται από το κύριο κανάλι άρδευσης με 6 κλάδους και 38 υδροληψίες.

'''Απαιτούμενα δεδομένα'''
[[Αρχείο:Irrigation_ET_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Χάρτης Βλάστησης/ κατηγορίες καλλιεργειών για την περιοχή μελέτης]]
* Δορυφορικές εικόνες από αισθητήρες WiFS (του δορυφόρου IRS-1C) χωρικής διακριτικής ικανότητας 188m x 188, στα Κανάλια του εγγύς υπέρυθρου και κόκκινου και για τις ημερομηνίες 21/11/ 1996, 15/12/1996, 27/01/1997 και 20/02/1997

* Δεδομένα από εγκατεστημένους μετεωρολογικούς σταθμούς για τη μέση μηνιαία θερμοκρασία, μέση μηνιαία ταχύτητα του ανέμου, τη διάρκεια ηλιοφάνειας και τη σχετική υγρασία, προκειμένου να υπολογιστεί η εξατμισοδιαπνοή αναφοράς με τη μέθοδο Blaney-Criddle (FA0-24)

'''Σύνταξη χάρτη εξατμισοδιαπνοής'''
[[Αρχείο:Irrigation_ET_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Χάρτης ΕΤο της περιοχής μελέτης για το μήνα Δεκέμβριο]]
Για τη δημιουργία του χάρτη εξατμισοδιαπνοής, χρειάστηκε πρώτα να γίνουν οι απαραίτητες επεξεργασίες των δορυφορικών εικόνων, όπως η γεωαναφορά και ατμοσφαιρικές διορθώσεις, προκειμένου η διαφορετική ανάκλαση της ακτινοβολίας να οφείλεται μόνο σε διαφορετική χρήση γης και όχι στον αισθητήρα ή άλλους λόγους. Έπειτα, με την ιεραρχική ταξινόμηση και με τη βοήθεια επιτόπιων παρατηρήσεων συντάχθηκε ο χάρτης κάλυψης γης. Για κάθε pixel της εικόνας υπολογίστηκε ο Δείκτης Βλάστησης SAVI, ο οποίος αφορά στην κατάσταση της καλλιέργειας και ελαχιστοποιεί την επίδραση του τύπου του εδάφους στην ανάκλαση της φυτοκόμης. Εξαρτάται από την ανάκλαση στο Κανάλι του εγγύς υπέρυθρου και του κόκκινου, και μέσω παλινδρόμησης για κάθε είδος βλάστησης/καλλιέργειας υπολογίστηκε τελικά ο μέσος δείκτης SAVI για κάθε μήνα χρησιμοποιώντας εμπειρικές εξισώσεις και ο φυτικός συντελεστής από πίνακες από τη βιβλιογραφία. Με τον τρόπο αυτό, και λαμβάνοντας υπόψη διαφορές μεταξύ του Νοεμβρίου και Δεκεμβρίου, προέκυψε ο Χάρτης Βλάστησης. Τέλος, έγινε παρεμβολή μεταξύ των σημειακών δεδομένων της Εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (ΕΤο) που παρασχέθηκαν από τους μετεωρολογικούς σταθμούς έγινε παρεμβολή στο λογισμικό ArcGIS και με το συνδυασμό του χάρτη ΕΤο για κάθε μήνα που καλλιεργούνται εκτάσεις στην περιοχή μελέτης και του χάρτη φυτικού συντελεστή Kc, δηλαδή πολλαπλασιάζοντας τα pixel του ενός με τα pixel του άλλου, προέκυψε ο τελικός Χάρτης Εξατμισοδιαπνοής.

'''Αποτελέσματα'''

Η Εξατμισοδιαπνοή φαίνεται να ποικίλει ανάλογα με το είδος και την κατάσταση της καλλιέργειας.

Για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της μελέτης, έγινε η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής με τα δεδομένα ενός από τους μετεωρολογικούς σταθμούς και η σύγκρισή τους με αυτά που προέκυψαν από τις δορυφορικές εικόνες για την ίδια περιοχή. Φάνηκε ότι η ΕΤ με την προτεινόμενη μεθοδολογία υποεκτιμήθηκε από 7,2 ως 12,8%. Ωστόσο, η χωρική μεταβολή της ΕΤ για κάθε καλλιέργεια υποδεικνύει ότι η χρήση ενός συντελεστή για κάθε είδος ανεξάρτητα από την έκταση της καλλιέργειας δεν αποδίδει επαρκώς το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής.

Επιπλέον, επιχειρήθηκε η επαλήθευση της πιστότητας των αποτελεσμάτων μέσω της σύγκρισης της ζήτησης νερού και του όγκου των κατακρημνισμάτων. Όμως, για αυτό έπρεπε να θεωρηθούν κάποιες παραδοχές που αφορούν στο σύστημα διανομής και τον τρόπο κοστολόγησης του νερού και στις απώλειες του δικτύου. Τελικά, ανάλογο εύρος τιμών παρατηρείται σε διάφορα αγροτεμάχια, αλλά υπάρχει μεγάλη διαφορά στην κεφαλή και στο τέλος των αρδευτικών συστημάτων.

'''Συμπεράσματα'''

Ο Χάρτης Εξατμισοδιαπνοής αφορά στην αρδευόμενη έκταση από ένα κύριο κανάλι άρδευσης εντός της διοικητικής περιφέρειας της περιοχής μελέτης κάνοντας εμφανέστερες τις διαφορετικές αρδευτικές ανάγκες μια καλλιέργειας. Μπορεί να αποτελέσει σημαντικό πλεονέκτημα στη διαχείριση υδάτων και στην κατάρτιση προγραμμάτων άρδευσης, βοηθώντας να αποφεύγονται φαινόμενα υπερβολικής ή μειωμένης άρδευσης. Αν και εν προκειμένω ο χάρτης αφορά σε μηνιαίες τιμές, η ίδια μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί και σε επίπεδο σχεδιασμού εβδομαδιαίου προγράμματος άρδευσης.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T13:22:25Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας]]
* [[Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης]]
* [[Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ]]
* [[Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης]]
* [[Εκτίμηση αποθηκευμένου νερού στα πλημμυρικά πεδίου της λεκάνης απορροής του ποταμού Negro μέσω μικροκυμάτων και μετρήσεων στάθμης]]
* [[Εκτίμηση της Εξατμισοδιαπνοής Αρδευόμενων Εκτάσεων με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[ ]]

* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Εκτίμηση αποθηκευμένου νερού στα πλημμυρικά πεδίου της λεκάνης απορροής του ποταμού Negro μέσω μικροκυμάτων και μετρήσεων στάθμης

2016-04-13T13:21:06Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425705002762 Frappart et al., 2005. Floodplain water storage in the Negro River basin estimated from microwave remot...'

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425705002762 Frappart et al., 2005. Floodplain water storage in the Negro River basin estimated from microwave remote sensing of inundation area and water levels. Remote Sensing of Environment 99. 387– 399 doi:10.1016/j.rse.2005.08.016]

'''Εισαγωγή'''

Στόχος της εργασίας είναι ο καθορισμός των αυξομειώσεων του όγκου του νερού στις πλημμυριζόμενες περιοχές στην λεκάνη απορροής του ποταμού Negro, δηλαδή η ποσοτικοποίηση του ρόλου των πλημμυρικών πεδίων στο υδατικό ισοζύγιο και στη μεταφορά των φερτών υλικών σε μεγάλης έκτασης λεκάνες απορροής, με τη χρήση τηλεπισκοπικών μέσων καθώς και μετρήσεων της στάθμης του ποταμού από εγκατεστημένους υδρογραφικούς σταθμούς. Για το σκοπό αυτό, προτείνεται μία νέα μέθοδος για την εκτίμηση των πλημμυρικών πεδίων, αλλά και του επιπέδου της στάθμης του ποταμού, ώστε να υπολογιστεί τελικά ο όγκος του νερού που αποτίθεται στις πλημμυρικές ζώνες στην εν λόγω λεκάνη απορροής και για το υδρολογικό έτος 1995-1996, όπου χρησιμοποιούνται παρατηρήσεις εικόνες του αισθητήρα SAR (Synthetic Aperture Radar (SAR)) του δορυφόρου JERS-1 (Japanese Earth Resources Satellite) και του δορυφόρου Topex/Poseidon (T/P), καθώς και μετρήσεις εγκατεστημένων υδρογραφικών σταθμών.

'''Περιοχή μελέτης'''

Η λεκάνη απορροής του ποταμού Negro αποτελεί υπολεκάνη της λεκάνης απορροής του Αμαζονίου καλύπτοντας το 12% αυτής και συμβάλλοντας σημαντικά στην ροή του ποταμού του Αμαζονίου. Εκτείνεται σε τρεις χώρες, στην Κολομβία, την Βενεζουέλα και στο μεγαλύτερο ποσοστό στη Βραζιλία, με συνολική έκταση περίπου 700,000 km2. Χαρακτηριστικά είναι η υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία, το χαμηλό φορτίο φερτών και κυρίως η μικρή κλίση του ποταμού και κατά συνέπεια η μεγάλη έκταση των πλημμυρικών ζωνών σε συνδυασμό με την άνιση χωρική και χρονική κατανομή της βροχόπτωσης.

'''Μεθοδολογία'''

''Χαρτογράφηση της Λεκάνης Απορροής''

Χάρη στη χαρτογράφηση ολόκληρου του τροπικού δάσους που έγινε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος Global Rain Forest Mapping Project (GRFM), ήταν δυνατό να αποκτηθούν εικόνες από τον αισθητήρα SAR του δορυφόρου JERS-1 για το κανάλι L (μήκος κύματος 23.5 cm), διότι το κανάλι αυτό παρουσιάζει ευαισθησία και στην ελεύθερη επιφάνεια νερού αλλά και σε λιμνάζοντα νερά που μπορεί να καλύπτονται από τη φυτοκόμη δένδρων, για την περίοδο από το Σεπτέμβριο ως το Δεκέμβριο του 1995 και από το Μάιο ως τον Ιούλιο 1996. Τα δύο μωσαϊκά που παρασχέθηκαν αντιστοιχήθηκαν στα υψηλά και τα χαμηλά επίπεδα στάθμης του ποταμού, χωρίς όμως να είναι επιβεβαιωμένο ότι αντιστοιχούν στα μέγιστα και τα ελάχιστα επίπεδα στάθμης για την περιοχή.

Βάσει του συντελεστή ανάκλασης (mean backscatter coefficient), σε κάθε pixel αποδίδονται στοιχεία για το καθεστώς πλημμύρας (περιοχή που πλημμυρίζεται περιστασιακά, μόνιμα ή ποτέ) και για την κατηγορία κάλυψης γης. Οι οχτώ κατηγορίες που προέκυψαν είναι οι εξής ('''Εικόνα 1'''):
[[Αρχείο:Negro_1.png|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Αποτελέσματα της ταξινοημησης από τις εικόνα radar του δορυφόρου JERS-1 για τη λεκάνη απορροής του ποταμου Negro]]
1.Νερό

2.Δάσος που πλημμυρίζεται περιστασιακά

3.Δάσος που δεν πλημμυρίζεται ποτέ

4.Γυμνό έδαφος ή χαμηλή βλάστηση που δεν πλημμυρίζεται ποτέ

5.Βοσκότοποι που πλημμυρίζονται περιστασιακά

6.Χαμηλή βλάστηση που πλημμυρίζεται περιστασιακά

7.Δάσος που βρίσκεται μόνιμα στο νερό

8.Υδρόβια βλάστηση

Δεν υπήρχε δυνατότητα επαλήθευσης των αποτελεσμάτων μέσω άλλων τηλεπισκοπικών μέσων. Μόνο δεδομένα από ραντάρ μπορούν να διακρίνουν το νερό ανεξαρτήτως της βλάστησης που μπορεί να το καλύπτει, που δεν υπήρχαν όμως για την περιοχή μελέτης. Τελικά, για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε η τοποθεσία στην περιοχή Όβιδος ως περιοχή ελέγχου και φάνηκε ότι οι δασώσεις περιοχές αποδόθηκαν με ακρίβεια μεγαλύτερη από 90% και οι περιοχές με χαμηλή βλάστηση με ακρίβεια περίπου 70%.
[[Αρχείο:Negro_2.png|200px|thumb|right|Εικόνα 2.Έκταση των πλημμυρικών πεδίων, όπως εκτιμήθηκε από τις εικόνες radar του δορυφόρου JERS-1, για τα χαμηλά (γκρι) και τα υψηλά (κόκκινο) επίπεδα στάθμης]]
Στην '''Εικόνα 2''' φαίνεται η απεικόνιση που αντιστοιχεί στα χαμηλά επίπεδα στάθμης νερού (συνδυασμός της κατηγορίας 1 και 6). Αντίστοιχα, η απεικόνιση των υψηλών επιπέδων για την υπό μελέτη λεκάνη προήλθε από το συνδυασμό των κατηγοριών 1, 2, 5, 6, 7 και 8.

''Μετρήσεις βάθους''
[[Αρχείο:Negro_3.png|200px|thumb|right|Εικόνα 3.Βαθυμετρικός χάρτης στάθμεων για την περίοδο χαμηλών επιπέδων υδάτων]]
Κατασκευάστηκαν βαθυμετρικοί χάρτες για την περιοχή μελέτης, οι οποίοι προέκυψαν από το συνδυασμό δεδομένων από το δορυφόρο Topex/Poseidon, τον πρώτο αισθητήρα που κατασκευάστηκε για την χαρτογράφηση του πυθμένα των ωκεανών, και τους 8 εγκατεστημένους υδρομετρικούς σταθμούς που συμπίπτουν με την τροχιά του Τ/Ρ δορυφόρου στην περιοχή ('''Εικόνες 3 και 4'''), και έπειτα από τις απαραίτητες διορθώσεις που έπρεπε να γίνουν για τη βελτίωση της πιστότητα των αποτελεσμάτων.

''Υπολογισμός των παροχών''
[[Αρχείο:Negro_4.png|200px|thumb|right|Εικόνα 4. Βαθυμετρικός χάρτης στάθμεων για την περίοδο υψηλών επιπέδων υδάτων]]
Η λεκάνη απορροής του ποταμού Negro χωρίστηκε σε 11 υπολεκάνες. Για κάθε μία από αυτές συνδυάστηκαν τα δεδομένα από τους χάρτες κάλυψης γης, το βάθος του νερού προκειμένου να υπολογιστεί ο όγκος νερού των πλημμυρικών πεδίων για κάθε εποχή (υψηλών και χαμηλών επιπέδων στάθμης), χρησιμοποιώντας το λογισμικό Arcview 3D (Triangulated Irregulated Network - TIN). Τέλος, η συνολική ροή του ποταμού ισούται με τον όγκο του νερού που αποθηκεύεται στα πλημμυρικά πεδία προς τον κύριο όγκο νερού του υδατορεύματος. Η παροχή του ποταμού μετρήθηκε από εγκατεστημένους σταθμούς στην έξοδο (στόμιο) της λεκάνης απορροής.

'''Αποτελέσματα και Συμπεράσματα'''
[[Αρχείο:Negro_5.png|200px|thumb|right|Εικόνα 5. Μεταβολή του όγκου των υδάτων στην λεκάνη απορροής του ποταμού Negro]]
Η συνολική έκταση των πλημμυρικών πεδίων, όπως εκτιμήθηκε από τις δορυφορικές εικόνες, φτάνει περίπου τα 36 km2 και 153 km2 για την περίοδο χαμηλών και υψηλών επιπέδων νερού, αντίστοιχα. Η χωρική κατανομή των πλημμυρικών πεδίων στην υπό μελέτη λεκάνη απορροής διαφέρει. Στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης απορροής και στα χαμηλά επίπεδα νερού μόνο ένα μικρό κομμάτι πλημμυρίζεται, ενώ την περίοδο των βροχών η έκταση αυτή διπλασιάζεται και τριπλασιάζεται. Σε κατάντη περιοχές παρατηρούνται και για τις 2 περιόδους πιο αυξημένες παροχές.

Από τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων φαίνεται ότι μεγαλύτερη ακρίβεια επέδειξαν οι μετρήσεις στάθμης επί του ποταμού και των κλάδων του σε σχέση με αυτές επί των πλημμυρικών πεδίων. Σε κάθε περίπτωση, οι τιμές της στάθμης υποεκτιμούνται από τις δορυφορικές εικόνες. Συγκεκριμένα, στα κατάντη του ποταμού αποδίδεται με σχετική ακρίβεια το χαμηλό επίπεδο υδάτων, όχι όμως το υψηλό, ενώ στα ανάντη ισχύει το ακριβώς αντίθετο.

Στα σημεία όπου συμβάλλουν οι παραπόταμοι στον κύριο ποταμό τα πλημμυρικά πεδία είναι πιο εκτεταμένα, κυρίως κατά την περίοδο των υψηλών βροχοπτώσεων. Ο όγκος του νερού που εναποτέθηκε στα πλημμυρικά πεδία, όπως εκτιμήθηκε από το προτεινόμενο μοντέλο, συγκρίθηκε με τον όγκο της απορροής κατά την πλημμύρα για κάθε υπολεκάνη για την οποία υπήρχαν δεδομένα παροχών. Στο σύνολο της λεκάνης απορροής, η ελάχιστη μεταβολή του υδατικού όγκου υπερεκτιμήθηκε από το μοντέλο κατά 26% και η μέγιστη υποεκτιμήθηκε κατά 34%. (Εικόνα 5)

Φαίνεται πως, παρά το ότι η (υδατο)χωρητικότητα των πλημμυρικών πεδίων σχετίζεται με την έκτασή τους, η αναλογία αυτή δεν είναι γραμμική, ενώ σημαντικότερο ρόλο παίζει ο χρόνος παραμονής των υδάτων σε αυτά. Κατά συνέπεια, δεν μπορεί να συμπεράνει κανείς τη δυνατότητα αποθήκευσης νερού στα πλημμυρικά πεδία από την έκτασή τους.

Ωστόσο, μπορεί να εξαχθεί ένας χάρτης των πλημμυρικών αυτών ζωνών και, παράλληλα, να αποδοθεί το γεωγραφικό μοτίβο της έκτασης των διαφόρων ειδών βλάστησης αποτελώντας ένα εργαλείο για την παρακολούθηση του οικοσυστήματος. Η ακρίβεια των αποτελεσμάτων που παρουσιάζονται στον εν λόγω χάρτη είναι ανάλογη με τη χωρική διακριτική ικανότητα του μέσου που χρησιμοποιείται. Επομένως, ο συνδυασμός των δορυφορικών εικόνων JERS με εικόνες από άλλους αισθητήρες μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια των αποτελεσμάτων, ιδιαίτερα στη διάκριση περιοχών με χαμηλή βλάστηση.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T13:10:41Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας]]
* [[Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης]]
* [[Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ]]
* [[Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης]]
* [[Εκτίμηση αποθηκευμένου νερού στα πλημμυρικά πεδίου της λεκάνης απορροής του ποταμού Negro μέσω μικροκυμάτων και μετρήσεων στάθμης]]

* [[ ]]
* [[ ]]

* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T13:08:27Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας]]
* [[Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης]]
* [[Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ]]
* [[Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης]]
* [[Εκτίμηση αποθηκευμένου νερού στα πλημμυρικά πεδίου της λεκάνης απορροής του ποταμού Negro με τη βοήθεια τηλεπισκοπικών μέσων (μικροκυμάτων) και μετρήσεων στάθμης]]
* [[ ]]
* [[ ]]

* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Αρχείο:Roughness parameterization 3.jpg

2016-04-13T13:06:15Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Roughness parameterization 2.jpg

2016-04-13T13:05:55Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Roughness parameterization 1.jpg

2016-04-13T13:05:40Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Irrigation ET 2.jpg

2016-04-13T13:05:21Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Irrigation ET 1.jpg

2016-04-13T13:05:11Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Negro 5.png

2016-04-13T13:04:49Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Negro 4.png

2016-04-13T13:04:31Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Negro 3.png

2016-04-13T13:03:46Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Negro 2.png

2016-04-13T13:03:12Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Negro 1.png

2016-04-13T13:02:36Z

Daphne Christofidou:

Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης

2016-04-13T13:01:47Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377499000049 D’Urso et. al., 1999. Regional application of one-dimensional water flow models for irrigation manage...'

[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377499000049 D’Urso et. al., 1999. Regional application of one-dimensional water flow models for irrigation management, Agricultural Water Management 40 291-302 doi:10.1016/S0378-3774(99)00004-9]

'''Εισαγωγή'''

Διάφορα μοντέλα προσομοίωσης της ροής του νερού στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους έχουν αξιοποιηθεί για τον βέλτιστο προγραμματισμό άρδευσης. Στην παρούσα μελέτη εφαρμόζεται μοντέλο προσομοίωσης της ροής του νερού στο έδαφος για τη ορθολογικότερη διαχείριση των αρδεύσιμων εκτάσεων 3.000ha της περιοχής Paestum, στο Salerno της νότιας Ιταλίας, χρησιμοποιώντας δεδομένα από δορυφορικές εικόνες Landsat και δεδομένα μετρήσεων στο πεδίο.

'''Θεωρητικό πλαίσιο'''

Η υγρασία του εδάφους και η δυνατότητα να συγκρατήσει το νερό, σύμφωνα με την εξίσωση Richard, εξαρτάται από την υδραυλική αγωγιμότητα και τη δυνατότητα πρόσληψης νερού του ριζικού συστήματος των φυτών, καθορίζοντας, έτσι, την κίνηση του νερού στα βαθύτερα στρώματα του εδάφους. Η πληροφορία αυτή είναι χρήσιμη για τη συσχέτιση της δόσης άρδευσης και του ελλείμματος νερού στο έδαφος. Ωστόσο, δυσκολία αποτελεί η εύρεση των απαραίτητων δεδομένων, ειδικότερα σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, για τον καθορισμό των συνθηκών του ανώτερου και του κατώτερου στρώματος της εδαφικής στήλης, δηλαδή των μηχανισμών της εξατμισοδιαπνοής της βλάστησης και της κατείσδυσης του νερού, αντίστοιχα.

'''Μεθοδολογία'''
[[Αρχείο:ET-GW_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Χάρτης Δείκτη Φυλλικής Επιφάνειας (LAI), όπως υπολογίστηκε από δεδομένα δορυφορικών εικόνων Landsat TM (raster αρχείο). O LAI είναι μεγαλύτερος στις σκουρόχρωμες περιοχές]]
Η ροή του νερού από το υπέδαφος στα κατώτερα στρώματα συναρτήσει του βάθους ορίζεται από τη συνθήκη Cauchy. Οι συνθήκες του κατώτερου στρώματος της εδαφικής στήλης. Για την προσομοίωση της κάθετης ροής του νερού στο έδαφος χρησιμοποιείται το υδρολογικό μοντέλο SIMGRO. Για το μοντέλο αυτό, τα απαραίτητα δεδομένα, δηλαδή το μέσο ημερήσιο ύψος του υδροφόρου και η υδραυλική αγωγιμότητα μεταξύ του υπεδάφους και του υδροφόρου, λήφθηκαν από 11 φρεάτια δειγματοληψίας.

Οι συνθήκες του άνω ορίου της εδαφικής στήλης καθορίζονται κατ’ ουσίαν από τη φυτοκάλυψη και, ειδικότερα, από την εξατμισοδιαπνοή. Για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής χρειάζεται ο Δείκτης Φυλλικής Επιφάνειας (Leaf Area Index, εφεξής LAI).

Για το σκοπό αυτό, λήφθηκαν εννέα εικόνες Landsat για την περίοδο από τον Ιανουάριο ως τον Νοέμβριο του 1994. Έπειτα από τις απαραίτητες διορθώσεις (ραδιομετρικές, γεωαναφοράς) των εικόνων, μετρήθηκε η ανάκλαση στα Κανάλια του κόκκινου και του εγγύς υπέρυθρου για τον υπολογισμό του albedo και κατ’ επέκταση του Δείκτη Βλάστησης Σταθμισμένης Διαφοράς (weighted difference vegetation index - WDVI). Στη συνέχεια, ο LAI υπολογίζεται με τo ημι-εμπειρικό μοντέλο CLAIRE βάσει του WDVI. Ας σημειωθεί ότι για το μοντέλο αυτό απαιτείται ο συντελεστής εξασθένησης α, ο οποίος υπολογίστηκε από μετρήσεις στο πεδίο σε αδιατάρακτα δείγματα για το κάθε είδος καλλιέργειας. Οι μετρήσεις στο πεδίο χρησίμευσαν και για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων, όπου φάνηκε ότι αυτά είναι ακριβή, ενώ οι αποκλίσεις που μπορεί να προκύπτουν είναι μικρές και δεν επιδρούν στην εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής. Αφού πλέον υπάρχει ο δείκτης LAI για την περιοχή μελέτης, υπολογίζεται και η εξατμισοδιαπνοή και δημιουργείται ο ανάλογος χάρτης (Εικόνες 1 και 2).

Τέλος, σε λογισμικό GIS ενώθηκαν ο χάρτης των υδραυλικών ιδιοτήτων του υπεδάφους και ο χάρτης του δείκτη LAI και της εξατμισοδιαπνοής προκειμένου να καταρτιστεί το υδατικό ισοζύγιο με το μοντέλο SWAP ± SWATRE σε επίπεδο αγροτεμαχίου για την περιοχή μελέτης.

'''Επαλήθευση και Συμπεράσματα'''
[[Αρχείο:ET-GW_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Χάρτης Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής για τα αρδευόμενα αγροτεμάχια (vector αρχείο)]]
Βάσει των εκτιμήσεων του μοντέλου είναι δυνατή η πρόβλεψη της ζήτησης της άρδευσης λαμβάνοντας υπόψη τις πραγματικές ανάγκες του ριζοστρώματος. Για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων συγκρίθηκαν οι ημερήσιες εκτιμήσεις του μοντέλου για τη ζήτηση άρδευσης με τον πραγματικό όγκο που καταναλώθηκε, όπως μετρήθηκε στην κεφαλή του δικτύου. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι το μοντέλο αποδίδει με ακρίβεια τη χρονική κατανομή της ζήτησης του νερού και του απαιτούμενου όγκου. Μπορεί, συνεπώς, να αξιοποιηθεί ως εργαλείο στη λήψη αποφάσεων για τη διαχείριση/ προγραμματισμό άρδευσης ιδίως σε συνθήκες έλλειψης νερού.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T12:54:56Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας]]
* [[Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης]]
* [[Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ]]
* [[Εφαρμογή Μοντέλου Ροής συναρτήσει του βάθους για το Σχεδιασμό Προγράμματος Άρδευσης]]
* [[ ]]
* [[ ]]
* [[ ]]

* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Αρχείο:ET-GW 2.jpg

2016-04-13T12:54:01Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:ET-GW 1.jpg

2016-04-13T12:53:49Z

Daphne Christofidou:

Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ

2016-04-13T12:53:33Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://www.isprs.org/proceedings/XXXVII/congress/8_pdf/7_WG-VIII-7/08.pdf Xiong Y. J. et. al., 2008. Estimation Of Daily Evapotranspiration By Three-Temperatures Model At...'

[http://www.isprs.org/proceedings/XXXVII/congress/8_pdf/7_WG-VIII-7/08.pdf Xiong Y. J. et. al., 2008. Estimation Of Daily Evapotranspiration By Three-Temperatures Model At Large Catchment Scale The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B8. Beijing 2008]

'''Εισαγωγή'''

Για τη διαχείριση υδάτων και την κατάρτιση υδατικών ισοζυγίων διάφορες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην εύρεση τρόπων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ). Πολλά από τα μοντέλα υπολογισμού της ΕΤ εμφανίζουν πρακτικές δυσκολίες ως προς την εύρεση όλων των απαιτούμενων δεδομένων ή λόγω του ότι εφαρμόζονται μόνο σε ομογενείς επιφάνειες μικρής έκτασης.

Στην παρούσα μελέτη για την εκτίμηση της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής στη λεκάνη απορροής του ποταμού Jing (Κίνα) προτείνεται η εφαρμογή του μοντέλου τριών θερμοκρασιών (3Τ model). Οι κύριες παράμετροι που προαπαιτούνται είναι οι θερμοκρασίες του αέρα, της επιφάνειας της γης και της επιφάνειας αναφοράς, οι οποίες μπορούν να υπολογιστούν από δορυφορικές εικόνες.

'''Εφαρμογή του 3T model '''
[[Αρχείο:ET_3T-Model_1.png|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Στιγμιαία εξατμισοδιαπνοή (mm/h), όπως προέκυψε από την εφαρμογή του μοντέλου 3Τ και την δορυφορική εικόνα (Αύγουστος 1987) για την περιοχή μελέτης]]
Από τη δορυφορική εικόνα από το θεματικό χαρτογράφο της περιοχής μελέτης (λεκάνη απορροής του ποταμού Jing της Κίνας) για την περίοδο του Αυγούστου του 1987 και χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο mono-window υπολογίζεται η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης (της βλάστησης ή του εδάφους ανάλογα με τον Κανονικοποιημένο Δείκτη Βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), δηλαδή της ανάκλασης στο εγγύς υπέρυθρο). Έπειτα, υπολογίζεται η θερμοκρασία του αέρα από διάφορους μετεωρολογικούς σταθμούς, εφαρμόζοντας τα κατάλληλα κλιματικά μοντέλα.

Το μοντέλο 3Τ βασίζεται στο ισοζύγιο ενέργειας. Η εξάτμιση από το έδαφος προκύπτει από τον υπολογισμό του ισοζυγίου ενέργειας συναρτήσει της ροής θερμότητας μεταξύ επιφάνειας του εδάφους και της ατμόσφαιρας και της καθαρής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια του εδάφους, χρησιμοποιώντας ως επιφάνεια αναφοράς (Εξάτμιση =0) το γυμνό και ξηρό έδαφος. Με τον ίδιο τρόπο και συναρτήσει της θερμοκρασίας της φυτοκόμης και της καθαρής ακτινοβολίας που προσπίπτει στη φυτοκόμη, υπολογίζεται η εξάτμιση από τη βλάστηση. Για τον υπολογισμό της διαπνοής, στο ισοζύγιο ενέργειας λαμβάνεται υπόψη επιπροσθέτως και η θερμοκρασία της φυτοκόμης. Τέλος, για το σύνολο της έκτασης η πραγματική ΕΤ προκύπτει από το ποσοστό κάλυψης της βλάστησης, βάσει του Δείκτη NDVI. Πέραν των παραπάνω, πρέπει ακόμα να υπολογιστούν η καθαρή ακτινοβολία, ως ισοζύγιο της προσπίπτουσας και της ανακλώμενης μικρού και μεγάλου μήκους ακτινοβολίας, και, βάσει αυτής, η ροή θερμότητας μεταξύ επιφάνειας και ατμόσφαιρας.
[[Αρχείο:ET_3T-Model_2.png|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Ημερήσια εξατμισοδιαπνοή (mm/h), όπως προέκυψε από την εφαρμογή του μοντέλου 3Τ και την δορυφορική εικόνα (Αύγουστος 1987) για την περιοχή μελέτης]]

Είναι σαφές ότι για την εφαρμογή σε μεγάλη κλίμακα του μοντέλου αυτού πρέπει να βρεθούν τοποθεσίες αναφοράς για το γυμνό έδαφος και για την πλήρη κάλυψη βλάστησης. Έτσι, θερμοκρασίες αναφοράς για το έδαφος και τη βλάστηση αποτέλεσαν οι μέγιστες θερμοκρασίες που προέκυψαν σε μια δορυφορική εικόνα για κάθε μία από τις κατηγορίες αυτές.

Με όλες τις παραπάνω τιμές, το μοντέλο 3Τ εκτιμά τη στιγμιαία εξατμισοδιαπνοή σε mm/h και έπειτα την ημερήσια εξατμισοδιαπνοή.

'''Επαλήθευση του μοντέλου και συμπεράσματα'''

Για την επαλήθευσή τους, τα αποτελέσματα του μοντέλου, αφού ανάχθηκαν σε επίπεδο υπολέκανης απορροής και για 7 ακέραιες υπολεκάνες, συγκρίθηκαν με μετρήσεις της εξατμισοδιαπνοής που έγιναν στα πλαίσια άλλης μελέτης με τη μέθοδο Penman-Monteith με το μοντέλο SWAT.

Η μέγιστη ΕΤ υπερεκτιμήθηκε σε μικρό βαθμό από το 3Τmodel αλλά σημαντικά για την ελάχιστη ΕΤ. Ωστόσο, το μοντέλο SWAT θεωρήθηκε ότι έδωσε αρκετές μη κανονικές, ακραία χαμηλές τιμές. Αντίθετα, η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων του 3Τmodel δείχνει ότι η ΕΤ ακολουθεί την αναμενόμενη αύξουσα πορεία, χαμηλές τιμές στο γυμνό έδαφος, υψηλές στην πλήρη φυτοκάλυψη και ενδιάμεσες τιμές ΕΤ για ενδιάμεσα ποσοστά κάλυψης της βλάστησης.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T12:47:55Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:ET 3T-Model 2.png

2016-04-13T12:46:51Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:ET 3T-Model 1.png

2016-04-13T12:46:17Z

Daphne Christofidou:

Διερεύνηση Αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παροχών του ποταμού και της εξάπλωσης της βλάστησης

2016-04-13T12:45:47Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/esp.2166/abstract?systemMessage=Wiley+Online+Library+will+be+disrupted+21+May+from+10-12+BST+for+monthly+maintenance Bertoldi e...'

[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/esp.2166/abstract?systemMessage=Wiley+Online+Library+will+be+disrupted+21+May+from+10-12+BST+for+monthly+maintenance Bertoldi et. al., 2011, Interactions between river flows and colonizing vegetation on a braided river: exploring spatial and temporal dynamics in riparian vegetation cover using satellite data.Earth Surface Processes and Landforms, Volume 36, Issue 11, pages 1474–1486, DOI: 10.1002/esp.2166]

'''Εισαγωγή'''
[[Αρχείο:Bertoldi_2011_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Χάρτες της περιοχής μελέτης (διαιρούμενης σε 21 υποπεριοχές) και κατανομή βλάστησης κατά τον Ιούλιο του 2009]]
Σκοπός της μελέτης είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης δεδομένων ASTER, επαληθευμένων με μετρήσεις πεδίου, για τη συσχέτιση των διαφόρων παροχών του ποταμού (εν προκειμένω, του ποταμού Tagliamento, Ιταλία) και της εξάπλωσης της ποτάμιας βλάστησης.

'''Περιοχή μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης αφορά τον ποταμό Tagliamento στην βορειοανατολική Ιταλία, και συγκεκριμένα 21km αυτού, ο οποίος πηγάζει από τις Άλπεις και εκβάλει στην Αδριατική. Πρόκειται για ποταμό με φυσική ροή χωρίς να έχουν γίνει παρεμβάσεις στην κοίτη του, πολυσχιδείς κλάδους και με υπόστρωμα να αποτελείται κατά κύριο λόγο από χαλίκια. Στη ροή του ποταμού συμβάλουν και υπόγεια ύδατα. Η περιοχή μελέτης διακρίνεται σε άνω, μέσο και κάτω ρου, ενώ διαιρέθηκε σε 21 υποπεριοχές για κάθε ένα χιλιόμετρο μήκους του ποταμού. Ο μέσος και ο κάτω ρους χωρίζονται από μία σημαντική στένωση της κοίτης. Λόγω και των πολλών κλάδων του ποταμού παρατηρούνται μεμονωμένα, σποραδικά τμήματα βλάστησης ποικίλων μεγεθών και ηλικίας καθώς και νησίδες με δενδρώδη φυτοκάλυψη. Η παρουσία βραχώδους νησίδας στην υποπεριοχή 9 την κατέστησε ακατάλληλη για τη συγκεκριμένη μελέτη και έτσι εξαιρείται από τις αναλύσεις βλάστησης.

'''Δεδομένα'''
[[Αρχείο:Bertoldi_2011_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Εικόνα ASTER (αριστερά) και αεροφωτογραφία (δεξιά) για το έτος 2005]]
Δορυφορικές απεικονίσεις ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) - Level 1A Visible-Near Infrared (VNIR) για την περίοδο από 2005 ως 2009 παρασχέθηκαν Κέντρο Ανάλυσης Τηλεπισκοπικών Δεδομένων του Τόκυο (ERSDAC). Για την παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν εικόνες στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο Κανάλι, διακριτικής ικανότητας 15m, και συγκεκριμένα στο Κανάλι 1 (Πράσινο, 0.52-0.60 pm) Κανάλι 2 (Κόκκινο, 0.63-0.69pm) και Κανάλι 3Ν (Εγγύς Υπέρυθρο, 0.76-0.86 pm).
Επιλέχθηκαν οι εικόνες χωρίς νέφη πάνω από τον ποταμό, την περίοδο πλήρους ανάπτυξης της βλάστησης και με χαμηλή ροή, ώστε να διευκολύνεται η σύγκριση ανά έτος της βλάστησης. Επιλέχθηκε μία εικόνα ανά έτος, με εξαίρεση το 2008, για το οποίο χρησιμοποιήθηκαν 2 εικόνες για να φανούν οι διαφορές λόγω πλημμυρών εκείνης της περιόδου, και έγινε η διόρθωση της γεωαναφοράς των εικόνων στο κατάλληλο για την περιοχή προβολικό σύστημα.

'''Χαρτογράφηση της Βλάστησης'''

Για τη χαρτογράφηση της βλάστησης χρησιμοποιήθηκε ο Δείκτης Βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), διότι παρουσιάζει ευαισθησία στην αραιή βλάστηση και άρα είναι καταλληλότερος για τον υπό εξέταση πολυσχιδή ποταμό. Ταξινομήθηκαν τρεις κατηγορίες βλάστησης: νερό και χαλικώδες υπόστρωμα (NDVI <0,1), αραιή βλάστηση (0,1 <NDVI <0,2) και πυκνή βλάστηση (NDVI> 0.2). Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης επαληθεύτηκαν με δεδομένα υψηλότερης ευκρίνειας παλαιότερης μελέτης για την περιοχή και συγκεκριμένα με χειροκίνητα ψηφιοποιημένο χάρτη βλάστησης από αεροφωτογραφίες και αυτόματη ταξινόμηση της βλάστησης από δεδομένα LIDAR. Η επαλήθευση αυτή έγινε με τη χρήση του συντελεστή συσχέτισης Pearson μεταξύ των αεροφωτογραφιών και του LIDAR, μεταξύ του δείκτη βλάστησης από τις εικόνες ASTER με τις αεροφωτογραφίες και το LIDAR. Φαίνεται ότι με το δείκτη βλάστησης αποτυπώνονται καλύτερα το υπόστρωμα και η πυκνή βλάστηση και λιγότερο καλά η αραιή βλάστηση, ωστόσο η ακρίβεια των αποτελεσμάτων κρίθηκε αρκετά καλή.

'''Υδρομετρικά δεδομένα'''

Εφόσον το υδρολογικό καθεστώς παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της παραποτάμιας βλάστησης, αναγκαίο είναι να καταγραφούν οι μεταβολές της ροής του ποταμού στη διάρκεια της μελέτης. Στη λεκάνη απορροής στην οποία ανήκει η περιοχή μελέτης έχουν εγκατασταθεί υδρομετρικοί σταθμοί που καταγράφουν αυτόματα τη στάθμη του ποταμού ανά 30 λεπτά.

Καθώς για την περιοχή αυτή η περίοδος επαναφοράς εκτιμάται στα 3 χρόνια, η πρώτη δορυφορική εικόνα προς ανάλυση ήταν από τον Αύγουστο του 2005, δηλαδή το επόμενο έτος που παρατηρήθηκε πλημμύρα, και μέχρι τον Ιούλιο του 2009, έχοντας μεσολαβήσει η πλημμύρα του 2008.

'''Ρυθμός Ανάπτυξης της Βλάστησης'''
Έγιναν αναλύσεις με μετρήσεις στο πεδίο σε 200 μεμονωμένα δέντρα και σε διάφορες θέσεις για την ηλικία, το ύψος και το ρυθμό ανάπτυξης (μέσω δενδροχρονολόγησης). Τα δείγματα που επιλέχθηκαν είχαν ύψος από 2,5 ως 3,5m και ηλικίας από 3 ως 21 ετών. Οι παραπάνω αναλύσεις έγιναν για το είδος Populus nigra, καθώς αυτό αποτελεί το κυρίαρχο είδος βλάστησης στον υπό μελέτη ποταμό. Κατόπιν εφαρμόστηκε γραμμική παρεμβολή για το μέσο ρυθμό ανάπτυξης σε κάθε υποπεριοχή, προκειμένου να γίνει η σύγκριση με τα δεδομένα που προέρχονται από τις εικόνες ASTER.

'''Αποτελέσματα και Συμπεράσματα'''
[[Αρχείο:Bertoldi_2011_3.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. Χάρτες βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης από εικόνες ASTER]]

Γίνεται η παρακολούθηση της ''χωρικής κατανομής της βλάστησης'' στην περιοχή μελέτης κατά τις περιόδους α) Αύγουστος 2005 – Ιούλιος 2008, β) Ιούλιος 2008 – Ιούλιος 2009, προκειμένου να αποτυπωθούν αλλαγές λόγω της αυξημένης παροχής της περιόδου εκείνης, γ) Αύγουστος 2008 – Ιούλιος 2009 ('''Εικόνα 3''').

Φαίνεται ότι νέα βλάστηση πρόεκυψε σε ομαλές ροές. Μέχρι τον Ιούλιο 2008, όπου η ροή του ποταμού κυμαινόταν σε φυσιολογικά επίπεδα, η βλάστηση αυξήθηκε κατά πολύ, ιδίως στις υποπεριοχές 10 ως 13. Στις θέσεις αυτές ήταν ήδη έντονη η παρουσία της προϋπάρχουσας βλάστησης, υποδεικνύοντας ότι τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της κοίτης ευνοούν την εμφάνιση της βλάστησης, πιθανότατα λόγω του ότι στα σημεία αυτά συγκρατούντα τα εκριζωμένα ανάντη δέντρα από προηγούμενα πλημμυρικά φαινόμενα. Διαφορές παρατηρήθηκαν μεταξύ αραιής και πυκνής βλάστησης, όπου η αραιή βλάστηση αυξήθηκε περισσότερο, σε αντίθεση με την πυκνή βλάστηση που αυξήθηκε κυρίως στα σημεία που ήταν ήδη συγκεντρωμένα πολλά φυτά. Κατά τις υψηλές παροχές την περίοδο από τον Ιούλιο 2008 ως τον Ιούλιο 2009, μεγάλο ποσοστό της νέας βλάστησης καταστράφηκε, κυρίως τα μικρότερα σποραδικά τμήματα, τα οποία αποψιλώθηκαν εξολοκλήρου, καθώς και τμήματα της παρόχθιας βλάστησης. Λόγω της στένωσης στην υποπεριοχή 16 και άρα εξαιτίας των αυξημένων ταχυτήτων ροής, στις κατάντη περιοχές όλη η νέα βλάστηση που προέκυψε τις προηγούμενες περιόδους εξαφανίστηκε. Η πυκνή βλάστηση επέστρεψε στα ίδια επίπεδα με αυτά κατά την έναρξη της μελέτης.

Στο σύνολο της μελετώμενης περιόδου, παρατηρήθηκε αύξηση της βλάστησης, είτε σε νέες θέσεις είτε ως εξάπλωση προϋπάρχουσας βλάστησης.

Οι ''ρυθμοί ανάπτυξης'' της βλάστησης ποικίλουν μεταξύ 12 και 42 cm για την μελετώμενη περίοδο. Η στατιστική ανάλυση επέδειξε μεγάλες διαφοροποιήσεις μεταξύ των αρχικών δειγμάτων ως προς τον ρυθμό ανάπτυξης των δένδρων. Στην ομαλή ροή του ποταμού είναι ισχυρή η συσχέτιση της εξάπλωσης και του ρυθμού ανάπτυξης της βλάστησης. Ακόμα, ας σημειωθεί ότι στον άνω και κάτω ρου του υπό μελέτη τμήματος του ποταμού τα σποραδικά τμήματα βλάστησης αυξάνονται σε γενικές γραμμές, ενώ στο μέσο ρου τα τμήματα αυτά μειώνονται κατά τη διάρκεια της μελέτης. Συσχετίζοντας το βρεχόμενο πλάτος (και άρα τις μεταβολές της παροχής) και τα υψηλά επίπεδα ροής του ποταμού, φαίνεται ότι κατά τα 3 πρώτα έτη της μελέτης το βρεχόμενο πλάτος παρέμεινε το ίδιο, ενώ κατά τις πλημμύρες του 2008-2009 αυξήθηκε. Έτσι, κατά τα τρία πρώτα χρόνια όπου οι μεταβολές στη ροή είναι πολύ μικρές ήταν μεγαλύτερη και η ανάπτυξη της βλάστησης.
Εν κατακλείδι, μεγαλύτερη εξάπλωση παρατηρείται σε θέσεις όπου εκ προοιμίου οι ρυθμοί ανάπτυξης είναι μεγαλύτεροι και ταυτόχρονα η ροή του ποταμού είναι σχετικά χαμηλή. Αυτό οφείλεται στο ότι τα γρηγορότερα αναπτυσσόμενα δέντρα αντιστέκονται αποτελεσματικότερα στις υψηλότερες παροχές και δεν εκκριζώνονται το ίδιο εύκολα.

Από τα ως άνω αποτελέσματα της μελέτης προκύπτει σαφής συσχέτιση μεταξύ των συνθηκών ροής και της βλάστησης. Επιπλέον, είναι φανερό ότι η κατανομή της παρόχθιας βλάστησης ποικίλει κατά μήκος ενός ποταμού, γεγονός που πιθανά να οφείλεται και στις ιδιότητες του υπόγειου υδροφόρου ο οποίος, σύμφωνα με μελέτες, εκβάλλει σε κάποια σημεία κοντά στο μέσο ρου του ποταμού, ενώ νερό κατεισδύει σε κατάντη σημεία.

Με την παρούσα μελέτη αποδεικνύεται η χρησιμότητα των τηλεπιπσκοπικών μέσων για την καταγραφή της παραποτάμιας βλάστησης. Εν προκειμένω, φαίνεται ότι παρά τη σχετικά μικρή διακριτική ικανότητά τους, τα δεδομένα από τον ASTER μπορούν να βοηθήσουν τους μελετητές στη διερεύνηση της επίδρασης των πλημμυρικών φαινομένων στη βλάστηση του ποταμού. Μάλιστα, επαρκούν δεδομένα μιας μικρής περιόδου δύο ή τριών χρόνων για να υποδείξουν την μεταβολή στη χωρική κατανομή της βλάστησης. Τα δεδομένα ASTER υπερτερούν λόγω της μεγαλύτερης ακρίβειας σε σχέση με τις αεροφωτογραφίες, αλλά και του σχετικά μικρού κόστους τους.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T12:34:20Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Bertoldi 2011 3.jpg

2016-04-13T12:32:46Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Bertoldi 2011 2.jpg

2016-04-13T12:32:19Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Bertoldi 2011 1.jpg

2016-04-13T12:32:05Z

Daphne Christofidou:

Εκτίμηση της Οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolong της Κίνας

2016-04-13T12:31:30Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[https://www.researchgate.net/publication/223231868_Evaluating_the_environmental_flows_of_China's_Wolonghu_wetland_and_land_use_changes_using_a_hydrological_model_a_water_...'

[https://www.researchgate.net/publication/223231868_Evaluating_the_environmental_flows_of_China's_Wolonghu_wetland_and_land_use_changes_using_a_hydrological_model_a_water_balance_model_and_remote_sensing H. Chen, Y.W. Zhao, 2011. Evaluating the environmental flows of China’s Wolonghu wetland and land use changes using a hydrological model, a water balance model, and remote sensing. Ecological Modelling 222. 253–260 doi:10.1016/j.ecolmodel.2009.12.020]

'''Εισαγωγή'''

Η Οικολογική Παροχή ορίζεται ως ο όγκος του νερού που αφήνεται ως παροχή σε έναν ποταμό, υγρότοπο ή παράκτια ζώνη για τη συντήρηση του κατάντη οικοσυστήματος αλλά και των οφελών που προσφέρει στον άνθρωπο. Η εκτίμηση της Οικολογικής Παροχής αποτελεί δυσεπίλυτο ζήτημα, διότι πρέπει να ενσωματώσει στα υδρολογικά μοντέλα τις οικολογικές διεργασίες. Η έλλειψη, πολύ συχνά, μετεωρολογικών και υδρολογικών δεδομένων και η δυσκολία στην εφαρμογή περίπλοκων εξισώσεων έχει οδηγήσει στο να επιλέγονται απλούστερα μοντέλα, τα οποία μάλιστα φαίνεται να αποδίδουν ακριβέστερα την πραγματικότητα.

Εν προκειμένω, το μοντέλο υδατικού ισοζυγίου που παρουσιάζεται για την εκτίμηση της οικολογικής παροχής στον υγρότοπο Wolonghu της Κίνας έχει ως δεδομένα εισόδου τα αποτελέσματα υδρολογικών μοντέλων προσομοίωσης αλλά και φωτοερμηνείας δορυφορικών εικόνων που αφορούν στις αλλαγές των χρήσεων γης.

'''Περιοχή μελέτης και Δεδομένα'''

Η περιοχή μελέτης αφορά στον υγρότοπο Wolonghu, συνολικής έκτασης 71,6km2 στην βορειοανατολική Κίνα. Στον υγρότοπο αυτό συμβάλουν δύο μεγάλοι ποταμοί. Στην περιοχή επικρατούν οι καλαμώνες, οι οποίοι αποτελούν σημαντικό ενδιαίτημα μεταναστευτικών πτηνών. Στην περιοχή μελέτης υπάρχει μόνο ένας εγκατεστημένος σταθμός παρακολούθησης της στάθμης του νερού (μηνιαίες τιμές) από το 1972 ως το 2006. Για την ίδια περίοδο παρασχέθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα και 5 δορυφορικές εικόνες από το θεματικό χαρτογράφο του Landsat.

'''Μεθοδολογία'''

''Αριθμός Καμπύλης Απορροής''
[[Αρχείο:env-flow_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Χρήσεις γης για τα έτη 1988, 1991, 1997, 2003, 2006, όπως προέκυψαν από την επιβλεπόμενη ταξινόμηση των δορυφορικών εικόνων]]

Το νερό της βροχής μπορεί να απορρέει, να διηθηθεί στο έδαφος ή να κατεισδύσει ακόμα βαθύτερα, κάτι που αποτελεί τη βασική εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου. Για τον καθορισμό του υδρολογικού καθεστώτος του υπό μελέτη υγροτόπου εφαρμόστηκε η μέθοδος του αριθμού καμπύλης απορροής, η οποία βασίζεται στην εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου και αποτελεί συνάρτηση χαρακτηριστικών όπως ο τύπος και η υγρασία του εδάφους, η χρήση γης, οι υδρολογικές συνθήκες. Έτσι, ο αριθμός της καμπύλης απορροής είναι ανάλογος με τον όγκο του νερού που απορρέει. Για το συγκεκριμένο υγρότοπο, εισροές θεωρούνται τα κατακρημνίσματα και η ροή των 2 ποταμών, εκροές η ροή του ποταμού που συνεχίζει και η εξατμισοδιαπνοή, που υπολογίστηκε με την εξίσωση Penman–Monteith, ενώ κάποιος υδατικός όγκος συγκρατείται στο έδαφος ή/και κατεισδύει. Όταν η ροή των δύο ποταμών ανάντη είναι μεγάλη, «υπερχειλίζει» στον κατάντη ποταμό. Είναι σημαντικό ότι, καθώς δεν υπήρχαν άλλα διαθέσιμα δεδομένα, η προσομοίωση με τα υδρολογικά μοντέλα έγινε μόνο με ιστορικά δεδομένα του επιπέδου της στάθμης.

''Χρήσεις γης''

Από τις δορυφορικές εικόνες, έπειτα από ατμοσφαιρικές διορθώσεις με το λογισμικό ERDAS IMAGINE και με επιβλεπόμενη ταξινόμηση με τη μέθοδο μέγιστης πιθανοφάνειας, προέκυψε ο Χάρτης Χρήσεων Γης. Οι κατηγορίες κάλυψης γης που εντοπίστηκαν ήταν καλαμώνες, καλλιέργειες, ιχθυοτροφεία, γυμνό έδαφος και ελεύθερη επιφάνεια νερού, ενώ αξιολογήθηκαν οι μεταβολές στην περιοχή για τα 18 έτη, από τον Ιούλιο του 1988 ως τον Αύγουστο 2006, που αφορούν τα υδάτινα σώματα. Η κατανομή της βλάστησης καθορίζεται από τη στάθμη του νερού. Εύλογο είναι, λοιπόν, ότι ανάλογα με τη στάθμη του νερού και την υγρασία του εδάφους ο υγρότοπος μπορεί να καλύπτεται είτε από βλάστηση είτε γυμνό έδαφος.

''Εκτίμηση Οικολογικής Παροχής''
[[Αρχείο:env-flow_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Οι σχέσεις μεταξύ των οικολογικών παροχών, τα επίπεδα του νερού και τη χρήση γης]]
Όπως αναφέρθηκε, η απορροή από την περιοχή του υγροτόπου Wolonghu εκρέει στον κατάντη ποταμό, αποτελώντας έτσι την οικολογική παροχή του ποταμού για τα κατάντη οικοσυστήματα. Είναι σαφές ότι η ελεύθερη επιφάνεια του νερού αποτελεί συνάρτηση της στάθμης. Κρίσιμο σημείο της συνάρτησης αυτής ονομάζεται το σημείο εκείνο όπου με μικρή αύξηση της στάθμης παρατηρούνται πολύ μεγάλες αλλαγές στο οικοσύστημα και αντιστοιχεί, τελικά, στην οικολογική παροχή.

'''Αποτελέσματα και Συμπεράσματα'''

Φαίνεται ότι την περίοδο από το 1984 ως το 2000 παρατηρήθηκε πολύ εντονότερη διακύμανση της εισροής στον υγρότοπο. Το 2003 η ροή μειώθηκε απότομα, με αποτέλεσμα ο υγρότοπος σχεδόν να ξηρανθεί. Σε συνδυασμό και με την επέκταση των καλλιεργούμενων εκτάσεων, συνέπεια ήταν η καλυπτόμενη από νερό έκταση, επομένως και οι καλαμώνες, να μειωθεί σημαντικά από το 1988 ως το 2003. Ωστόσο, αυξήθηκε και πάλι το 2006 λόγω των πολλών βροχοπτώσεων οπότε αποκαταστάθηκε και το οικοσύστημα των καλαμώνων.

Στα πλαίσια της μελέτης αυτής αξιολογήθηκε η συσχέτιση της οικολογικής παροχής και των ιδιοτήτων του υγροτόπου Wolonghu. Η εισροή υδάτων μεταβάλλει τη στάθμη και άρα την έκταση που καλύπτεται από νερό και κατ’ επέκταση τις ιδιότητες των καλαμώνων. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία και με βάση τα ιστορικά δεδομένα χρήσεων γης, στάθμης του νερού αλλά και τα αποτελέσματα του υδρολογικού μοντέλου, προτάθηκαν 21 σενάρια οικολογικής παροχής, δηλαδή τιμές παροχής με τις οποίες το οικοσύστημα διατηρεί την ακεραιότητά του.

Το μοντέλο που παρουσιάζεται εδώ, ως απλούστερο από άλλα που έχουν εφαρμοστεί, προσομοίωσε με μεγαλύτερη ακρίβεια τον υδρολογικό κύκλο στην περιοχή μελέτης. Ακόμα, η χρήση δορυφορικών εικόνων ενσωμάτωσε αποτελεσματικά τη μεταβολή των κατηγοριών κάλυψης γης στο υδρολογικό μοντέλο και αποτέλεσε έναν οικονομικό τρόπο παρακολούθησης του οικοσυστήματος. Όλα τα παραπάνω καθιστούν το προτεινόμενο μοντέλο ένα σημαντικό εργαλείο για τη διαχείριση των οικοσυστημάτων και των οικολογικών παροχών. Μάλιστα, ο φορέας διαχείρισης του υγροτόπου υιοθέτησε τη μεθοδολογία αυτή. Επόμενο βήμα μπορεί να αποτελέσει η χρήση εικόνων υψηλότερης ευκρίνειας.

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T12:20:52Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Env-flow 2.jpg

2016-04-13T12:19:51Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Env-flow 1.jpg

2016-04-13T12:19:36Z

Daphne Christofidou:

Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης

2016-04-13T12:15:44Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με '[http://terpconnect.umd.edu/~sliang/papers/Li.ecological.modeling.2006.pdf Li A. et al., 2006. Eco-environmental vulnerability evaluation in mountainous region using remot...'

[http://terpconnect.umd.edu/~sliang/papers/Li.ecological.modeling.2006.pdf Li A. et al., 2006. Eco-environmental vulnerability evaluation in mountainous region using remote sensing and GIS—A case study in the upper reaches of Minjiang River, China Ecological Modelling 192. 175–187]

'''Εισαγωγή'''

Η περιοχή μελέτης, η πεδιάδα Qinghai στον άνω ρου του ποταμού Minjiang, χαρακτηρίζεται από ποικίλο ανάγλυφο και εμφανίζει την τυπική ευπάθεια των ορεινών οικοσυστημάτων. Προκειμένου να αναλυθεί η οικο-περιβαλλοντική ευαισθησία, χρησιμοποιήθηκαν τεχνολογίες τηλεπισκόπησης (RS) και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS) για την ανάπτυξη ενός αριθμητικού μοντέλου με τη μέθοδο Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (Spatial Principle Component Analysis (SPCA)). Το μοντέλο συνίσταται από εννέα παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων του υψομέτρου, της κλίσης, της αθροιστικής θερμοκρασίας, του δείκτη ξηρασίας, της χρήσης γης, της βλάστησης, του εδαφικού τύπου, της διάβρωσης του εδάφους και της πυκνότητας του πληθυσμού. Με το μοντέλο αυτό υπολογίζεται ο Δείκτης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας της περιοχής μελέτης για τα έτη 1972, 1986 και 2000, υποδεικνύοντας τα πέντε επίπεδα ευπάθειας: εν δυνάμει, ασήμαντη, μικρή, μέτρια, σημαντική ευπάθεια. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η οικο-περιβαλλοντική ευαισθησία στην περιοχή μελέτης βρίσκεται στο επίπεδο μέτριας ευπάθειας και εξαρτάται σημαντικά από το υψόμετρο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτά, η περιοχή μελέτης διαιρείται σε τρεις ζώνες, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για το σχεδιασμό δράσεων για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος.

'''Περιοχή μελέτης'''
[[Αρχείο:EVSI_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης]]
Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στην πεδιάδα του άνω ρου του ποταμού Minjiang, στα ανατολικά της πεδιάδας Qinghai–Tibet, έχει συνολική έκταση 23.000km2 και διοικητικά υπάγεται σε 5 διαφορετικές επαρχίες της Κίνας. Πρόκειται για ορεινή περιοχή, με ποικίλο ανάγλυφο και υψόμετρο από 700m ως 6.260m.

'''Δεδομένα'''
* Τηλεπισκοπικά δεδομένα. Λήφθηκαν τηλεπισκοπικές απεικονίσεις από το Θεματικό Χαρτογράφο (Δεκέμβριος 1986 και 2000) και τον αισθητήρα MSS (Multispectral Scanner) (Δεκέμβριος 1972) του δορυφόρου Landsat 5, διακριτικής ικανότητας 30m και 80m, αντίστοιχα. Αξιοποιήθηκαν προκειμένου να προκύψουν οι κατηγορίες κάλυψης γης και τα είδη βλάστησης μέσω επιβλεπόμενων μεθόδων. Συγκρίθηκαν οι γεωαναφερμένες επεξεργασμένες εικόνες από MSS και ΤΜ και επαληθεύθηκαν τα αποτελέσματα με επιτόπια αυτοψία.
* Εδαφικός τύπος. Δεδομένα για τον τύπο του εδάφους και για τη διάβρωση του εδάφους από τη βάση δεδομένων Ινστιτούτου Εφαρμογών Τηλεπισκόπησης της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών για το 1999.
* Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους. Τα δεδομένα παρασχέθηκαν από το Υπουργείο Ερευνών και Χαρτογραφίας σε χάρτες κλίμακας 1:50.000. Από το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους προέκυψαν δεδομένα για το υψόμετρο και την κλίση των πρανών της περιοχής μελέτης.
* Μετεωρολογικά δεδομένα. Παρασχέθηκαν από το Ινστιτούτο Φυσικών Πόρων και Γεωργικής Έρευνας της Κινεζικής Ακαδημίας Γεωργικών Επιστημών.
* Στατιστικά δεδομένα για το οικονομικό - κοινωνικό περιβάλλον, παρασχεθέντα από την αρμόδια στατιστική υπηρεσία

'''Μεθοδολογία Αξιολόγησης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας'''
[[Αρχείο:EVSI_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Ιστόγραμμα κατανομής του δείκτη οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας]]
Οι παράμετροι που λήφθηκαν υπόψη, προκειμένου να ενσωματωθούν στην αξιολόγηση οι πιέσεις στην περιοχή και από το φυσικό αλλά και από το ανθρωπογενές περιβάλλον, είναι οι εξής: το υψόμετρο, η κλίση πρανών, η αθροιστική θερμοκρασία, ο δείκτης ξηρασίας, η χρήση γης, το είδος βλάστησης, ο τύπους εδάφους, ο βαθμός διάβρωσης και πληθυσμιακή πυκνότητα. Η αρνητική επίδραση του κάθε παράγοντα στην οικο-περιβαλλοντική σταθερότητα έχει ταξινομηθεί σε πέντε επίπεδα (2, 4, 6, 8, και 10).
Σημαντικό βήμα αποτελεί η μετατροπή των κριτηρίων σε δείκτες αξιολόγησης. Επιλέχθηκε η μέθοδος Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών, παραλλαγή της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών, κατά την οποία τυποποιούνται τα πρωτογενή δεδομένα, δημιουργείται πίνακας συνδιασποράς R για κάθε μεταβλητή και σε κάθε ομάδα τίθενται οι κύριες συνιστώσες. Οι άξονες του νέου χώρου είναι ασυσχέτιστες και, κατ΄ αυτόν τον τρόπο, ο τελικός Δείκτης Αξιολόγησης Τρωτότητας (ΔΑΤ), βάσει των επιλεγμένων κριτηρίων, ορίζεται ως το άθροισμα των ζευγών των σταθμισμένων κριτηρίων. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ΔΑΤ τόσο περισσότερο τρωτό είναι το περιβάλλον της περιοχής. Με ανάλογο τρόπο υπολογίστηκαν οι Δείκτες για την περιοχή μελέτης και τα έτη 1972, 1986 και 2000.
Οι τιμές που προκύπτουν από τον υπολογισμό των δεικτών είναι συνεχείς. Μέσω της ανάλυσης του ιστογράμματος της κατανομής του δείκτη η τρωτότητα του περιβάλλοντος ταξινομείται σε πέντε επίπεδα: σε εν δυνάμει ευπάθεια, ασήμαντη, μικρή, μέτρια και σημαντική. Παράδειγμα της ανάλυσης του ιστογράμματος για το έτος 2000 φαίνεται στην '''Εικόνα 2'''.
Για την ποσοτική ανάλυση των τάσεων μεταβολής της περιβαλλοντικής ευαισθησίας, στα προαναφερθέντα επίπεδα αποδίδεται ο βαθμός ευπάθειας από Ι ως IV, αντίστοιχα.
Έτσι, ο Ολικός Δείκτης Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας (EVSI) προκύπτει ως το άθροισμα των σταθμισμένων βάσει του ποσοστού κάλυψης βαθμών αξιολόγησης της κάθε παραμέτρου.

'''Αποτελέσματα'''

''Βαθμός Ευαισθησίας''

Βάσει των ως άνω, υπολογίστηκαν οι δείκτες περιβαλλοντικής ευαισθησίας για την περιοχή μελέτης και για τα έτη 1972, 1986 και 2000 ('''Εικόνα 3'''), όπου φαίνεται ότι ο δείκτης EVSI αυξάνεται από 3,3116 το 1972 σε 3,3729 και 3,4027 το 1986 και 2000, αντίστοιχα, και άρα αυξάνεται και η τρωτότητα του οικοσυστήματος. Η τάση του δείκτη που παρουσιάζεται σαφέστερα στο διάγραμμα της '''Εικόνας 4''', ενώ φαίνεται ότι το κέντρο της ασύμμετρης κανονικής κατανομής μετακινείται προς τα μεγαλύτερα επίπεδα ευαισθησίας. [[Αρχείο:EVSI_3.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. Κατανομή της οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας στην περιοχή μελέτης για τα έτη 1972, 1985 και 2000, αντίστοιχα, καθώς και η γενική τάση μεταβολής με την κόκκινη περιοχή (σημαντική ευαισθησία) να επεκτείνεται σταδιακά από το 1972, το 1986, στη συνέχεια, έως το 2000]]

Είναι εμφανές από τη χωρική κατανομή του δείκτη ότι η οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας σχετίζεται με το υψόμετρο. Τα επίπεδα ευαισθησίας ΙΙΙ και IV εμφανίζονται κυρίως σε υψόμετρο από 2.600 έως 4.400m, τα χαμηλότερα επίπεδα ευαισθησίας σε χαμηλότερα υψόμετρα από 2.600m. Ακόμα, ευπαθέστερες φαίνεται να είναι οι περιοχές προς το βορρά παρά προς το νότο. [[Αρχείο:EVSI_4.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 4. Δείκτης Οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας για το 1972, το 1986 και το 2000, αντίστοιχα]]

Οι πιέσεις που οδηγούν σε αυτές τις μεταβολές σχετίζονται με ανθρωπογενείς παράγοντες και ιδιαίτερα με την υπερεκμετάλλευση της ξυλείας και με τις αλλαγές στις χρήσεις γης.

Ιστορικά έχει καταγραφεί μείωση της δασικής έκτασης της περιοχής μελέτη, ιδίως κατά τη δεκαετία του 1980 με την γενικότερη τεράστια άνθηση των οικονομικών δραστηριοτήτων, οπότε και η υλοτομία θεωρήθηκε σημαντικό εισόδημα, κάτι που εκτιμάται ότι έχει οδηγήσει στην υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Η ροή του ποταμού Minjiang συσχετίζεται σημαντικά με τις δασικές εκτάσεις. Όταν η κάλυψη δασικής έκτασης είναι κάτω από 18,46%, κατά την ξηρή περίοδο ο ποταμός σχεδόν στερεύει, ενώ κατά την περίοδο των βροχοπτώσεων παρουσιάζει υψηλότερες από το σύνηθες παροχές.

''Ζώνες Οικο-Περιβαλλοντικής Ευαισθησίας''
[[Αρχείο:EVSI_5.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 5. Ζωνοποίηση της οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησία.]]
Προκειμένου τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής να μπορέσουν να αξιοποιηθούν στο σχεδιασμό πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος κρίθηκε απαραίτητο να γίνει η ζωνοποίηση του δείκτη οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας στις τρεις παρακάτω ζώνες ('''Εικόνα 5'''):

I. Περιοχή σημαντικής ευπάθειας χρήζουσα αυστηρής προστασίας. Πρόκειται για περιοχή έκτασης 601.200 km2 και χαμηλή πυκνότητα πληθυσμού κάτω από 10 άτομα / km2. Χαρακτηρίζεται από ψηλά βουνά και λοφώδη εδάφη. Το οικοσύστημα αποτελείται από κωνοφόρα αλπικό δάσος, αλπικό θαμνώνες και λιβάδια.

II. Περιοχή μικρής και μέτριας ευπάθειας χρήζουσα εστιασμένης προστασίας. Πρόκειται για περιοχή έκτασης 1.495.067 km2 αντιπροσωπεύοντας το 60,47% του συνόλου της περιοχής μελέτης και ως επί το πλείστον χαμηλή πυκνότητα πληθυσμού, κάτω από 20 άτομα / km2. Χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλά βουνά με ποικίλα είδη βλάστησης, όπως θάμνοι, λιβαδικές περιοχές, αλπικά δάση αείφυλλων πλατύφυλλων, αλπικά δάση κωνοφόρων.

ΙΙΙ. Περιοχή ασήμαντης ευπάθειας. Συνολικής έκτασης 376.079 km2 αντιπροσωπεύει μόνο το 15,21% της περιοχής μελέτης. Αποτελεί πυρήνα της οικονομικής ανάπτυξης. Είναι η πιο πυκνοκατοικημένη περιοχή, όπου συγκεντρώνονται καλλιεργήσιμα εδάφη. Τα οικοσυστήματα που συναντώνται είναι χαμηλή βλάστηση και λειμώνες, δάση αειθαλή, κωνοφόρα και μικτά.

'''Συμπεράσματα'''

Είναι φανερό ότι η τάση προς υψηλότερα επίπεδα οικο-περιβαλλοντικής ευαισθησίας κατά την τελευταία δεκαπενταετία, έστω και με βραδείς ρυθμούς, οφείλεται σε σημαντικό βαθμό στη μη ορθολογική ανάπτυξη της οικονομία και την καθυστερημένη εφαρμογή πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι τα αντισταθμιστικά μέτρα που πρέπει να ληφθούν αλλά και η περεταίρω ανάπτυξη της περιοχής πρέπει να γίνουν βάσει της ως άνω ζωνοποίησης.

Ακόμα, η υπό εξέταση μεθοδολογία, η οποία ενσωματώνει τεχνολογίες τηλεπισκόπησης και GIS με τη μαθηματική προσέγγιση Χωρικής Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (SPCA) αποτελεί σημαντικό εργαλείο για το σχεδιασμό πολιτικών για την προστασία του περιβάλλοντος, ιδίως αν εφαρμοστεί σε μικρότερη κλίμακα.

Αρχείο:EVSI 5.jpg

2016-04-13T12:00:15Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:EVSI 4.jpg

2016-04-13T12:00:01Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:EVSI 3.jpg

2016-04-13T11:59:50Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:EVSI 2.jpg

2016-04-13T11:59:36Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:EVSI 1.jpg

2016-04-13T11:59:22Z

Daphne Christofidou:

Χριστοφίδου Δάφνη

2016-04-13T11:58:45Z

Daphne Christofidou:

* [[Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων]]
* [[Εκτίμηση Δείκτη Οικο-περιβαλλοντικής Ευαισθησίας με τη χρήση GIS και τηλεπισκόπησης]]
* [[Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής]]
* [[Εκτίμηση της θερμοκρασίας ποταμών με τη χρήση αερομεταφερόμενου θερμικού αισθητήρα]]
* [[Η συμβολή της τηλεπισκόπησης στην μελέτη των ποτάμιων οικοσυστημάτων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]

Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων

2016-04-13T11:56:59Z

Daphne Christofidou:

[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/rra.867/abstract Overton, I.C., 2005. Modelling floodplain inundation on a regulated river: integrating GIS, remote sensing and hydrological models. River Research and Applications 21 (9), 991–1001]

'''Εισαγωγή'''

Ο ποταμός Murray είναι ο μεγαλύτερος ποταμός της Αυστραλίας. Η διαχείρισή του κρίθηκε μεγάλης σημασίας, καθώς παρουσιάζονται μεγάλες πλημμύρες του ποταμού οι οποίες είναι ωφέλιμες για την άρδευση των πέριξ περιοχών, ωστόσο πρέπει να τεθούν υπό έλεγχο. Μαζί με την ποσοτική κατάσταση, μέριμνα πρέπει να ληφθεί και για την οικολογική κατάσταση του ποταμού, αφού η περιοχή μελέτης έχει κηρυχτεί Υγρότοπος Ramsar, διότι παρατηρήθηκαν φαινόμενα αυξημένης αλατότητας λόγω της εισροής στον ποταμό υφάλμυρου νερού από τον υπόγειο υδροφόρο.
Στα πλαίσια αυτά και για τον καθορισμό της οικολογικής παροχής του ποταμού, μέσω GIS δημιουργήθηκε μοντέλο πρόβλεψης των πλημμυρικών ζωνών για την εκτίμηση των επιπτώσεων των εκάστοτε διαχειριστικών μέτρων. Για την περιοχή μελέτης ('''Εικόνα 1''') δεν υπήρχαν διαθέσιμα δεδομένα για τις πλημμυρικές ζώνες υπό διαφορετικό υδρολογικό καθεστώς (διαφορετικές παροχές) πέρα μόνο για την πλημμύρα του 1956, βάσει της οποίας τελικά καθορίστηκε το ανώτατο όριο της πλημμύρας.

'''Δορυφορικές εικόνες'''
[[Αρχείο:floodplain_model_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης]]
Αρχικά, επιλέχθηκαν 21 δορυφορικές εικόνες από τον Θεματικό Χαρτογράφο (TM) του δορυφόρου LANDSAT, χωρικής διακριτικής ικανότητας 30m x 30m, για διάφορες παροχές του ποταμού (από 3,46 hm3/day to 101,9 hm3/day) και για ημερομηνίες από τον Οκτώβριο του 1986 ως τον Νοέμβριο του 1996.
Η ακτινοβολία στο μέσο υπέρυθρο mid-infrared μήκος κύματος απορροφάται σχεδόν πλήρως από το νερό, ενώ αντανακλάται από το χέρσο τμήμα της περιοχής μελέτης. Για το λόγο αυτό, αξιοποιήθηκε το Κανάλι 5 (1.55–1.75 mm). Ωστόσο, μικρή ανάκλαση στο κανάλι αυτό παρουσιάζουν και άλλα χαρακτηριστικά, όπως οι περιοχές υπό σκιά. Η διάκριση του νερού από τις σκιερές περιοχές, αλλά και από τις περιοχές με πολύ χαμηλή στάθμη ή τυρβώδη ροή, δεν είναι δυνατή μόνο με ένα κανάλι. Επομένως, ήταν στην κρίση του ερευνητή βάσει του ιστογράμματος ('''Εικόνα 2''') και των χαρακτηριστικών της εικόνας να καθορίσει το ποσοστό ανάκλασης για τον καθορισμό της επιφάνειας νερού. Η μέθοδος αυτή (density slice) βάσει της διεθνούς βιβλιογραφίας δίνει καλά αποτελέσματα, της τάξης του 96,9%, έπειτα από την επαλήθευση με αεροφωτογραγίες (Frazier and Page (2000)) και μάλιστα ανάλογα αποτελέσματα με την ταξινόμηση με τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας με τη χρήση 6 καναλιών.
[[Αρχείο:floodplain_model_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Ιστόγραμμα εικόνας. Η κεντρική γραμμή υποδεικνύει το σημείο στο οποίο η τιμή ανάκλασης κόβεται (density slice)]]

'''Επεξεργασία εικόνων και χαρτογράφηση πλημμυρικών ζωνών'''

Βάσει της γεωαναφερμένης δορυφορικής εικόνας σχεδιάστηκαν τα πολύγωνα των πλημμυρικών ζωνών σε λογισμικό GIS. Ουσιαστικά, για κάθε επίπεδο πλημμύρας δημιουργήθηκε πολύγωνο που απεικόνιζε την επιφάνεια που καλύπτεται από νερό. Προσοχή δόθηκε ώστε οι εικόνες αυτές να ακολουθούν χρονολογικά την αύξηση της παροχής /στάθμης του ποταμού, ώστε να αποφευχθεί το ενδεχόμενο να καταγραφούν, λανθασμένα, λιμνάζοντα νερά από προηγούμενες υψηλότερες παροχές, ενώ αφαιρέθηκαν περιοχές που ταυτοποιήθηκαν ως νερό και βρίσκονταν εκτός της ζώνης της μεγαλύτερης καταγεγραμμένης πλημμύρας στην περιοχή (1956). Ακόμα, εξαιτίας της δυσκολίας να διαχωριστούν οι περιοχές που καλύπτονται από παρόχθια βλάστηση, ή είχαν πολύ μικρή στάθμη, ή τυρβώδη ροή, σε όλες τις περιοχές εντός του υδατορεύματος και τις περιοχές που σε παλαιότερη μελέτη (Pressey, 1986) είχαν ταξινομηθεί ως μόνιμοι υγρότοποι αποδόθηκε ο ίδιος κωδικός.
Για τη θεώρηση ενός ορθότερου μοντέλου πρόβλεψης εκτελέστηκε, χρησιμοποιώντας μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης, παρεμβολή μεταξύ των πολυγώνων των πλημμηρικών ζωνών, προκειμένου να αποδοθούν και τα μεσοδιαστήματα των παροχών από τις 21 δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε για την παρεμβολή αυτή ήταν ο αλγόριθμος κατάτμησης λεκάνης απορροής βάσει δεικτών (marker-based watershed segmentation algorithm) λόγω του πλεονεκτήματος ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε δεδομένα με κενά.
Το αρχείο raster που προέκυψε από τα παραπάνω, μετά από περεταίρω επεξεργασία για την απομάκρυνση ανωμαλιών της ψηφιακής απεικόνισης (απομάκρυνση θορύβου), μετατράπηκε σε vector αρχείο (καταλληλότερο για την εφαρμογή μοντέλων).
Τα αποτελέσματα των υδρολογικών μοντέλων που εφαρμόστηκαν για την περιοχή μελέτης αποτέλεσαν τα δεδομένα εισόδου του μοντέλου GIS, με το οποίο οι υδρολογικές παράμετροι συνδέονται με τα χωρικά δεδομένα.

'''Υδρολογικό Μοντέλο'''

Από την αρμόδια δημόσια υπηρεσία υδάτων της Αυστραλίας παρασχέθηκαν δεδομένα (μετρήσεις από εγκατεστημένους υδρομετρικούς σταθμούς) για το ύψος της στάθμης κατά μήκος του ποταμού, καθώς και καμπύλες στάσιμων νερών, σχετιζόμενων και με εγκατεστημένα στον ποταμό υδατοφράγματα. Ας σημειωθεί ότι η στάθμη διατηρείται σε υψηλότερα επίπεδα από ότι πριν τις παρεμβάσεις επί του ποταμού και η ροή του ποταμού εμφανίζεται ως σειρά δεξαμενών υδάτων, όπως φαίνεται και στην '''Εικόνα 3'''. [[Αρχείο:floodplain_model_3.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. Στάθμη κατά μήκος του ποταμού και για τις διάφορες παροχές.]]
Κατά μήκος του ποταμού υπάρχουν 6 ανεξάρτητα μεταξύ τους υδατοφράγματα που ρυθμίζουν την παροχή και κατ’ επέκταση το ύψος της στάθμης. Για το λόγο αυτό, ο ποταμός χωρίστηκε στις αντίστοιχες υποπεριοχές (Flood Units). Σε κάθε υποπεριοχή εκτιμήθηκε το σημείο εκείνο που σύμφωνα με το υδρολογικό μοντέλο υπήρχε ο μεγαλύτερος κίνδυνος πλημμύρας. Ακόμα, ως Οικολογικές Ενότητες, καθώς περιέχουν τις ίδιες οικολογικές ιδιότητες, ορίστηκαν οι περιοχές εκείνες που κατακλύζονται εκατέρωθεν του ποταμού στα διάφορα επίπεδα παροχής/στάθμης που ποταμού και θέσης του υδατοφράγματος. Βάσει των ως άνω και λαμβανομένων υπόψη των κλιματικών συνθηκών, το υδρολογικό μοντέλο που σχεδιάστηκε δίνει ως αποτέλεσμα τις προβλεπόμενες πλημμυρικές ζώνες.
[[Αρχείο:floodplain_model_4.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 4. Αποτέλεσμα του Μοντέλου Πρόβλεψης Πλημμυρικών Ζωνών για την υποπεριοχή 6 και για παροχές 60hm3 (με γαλάζιο χρώμα) και 100 hm3 (με μπλε χρώμα)]]

'''Αποτελέσματα και Συμπεράσματα'''

Το μοντέλο πρόβλεψης πλυμμηρικών ζωνών χρησιμοποιήθηκε για το σχεδιασμό στρατηγικών / επιλογή οικολογικής παροχής στην περιοχή μελέτης. Βάσει τη επαλήθευσης από αεροφωτογραφία φάνηκε ότι το μοντέλο υποεκτιμά κατά 15% την έκταση των πλημμυρικών ζωνών. Αν και η σύνδεση των υδρολογικών μοντέλων με λογισμικό διαχείρισης χωρικών δεδομένων αποτελεί ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στο σχεδιασμό πολιτικών διαχείρισης ποτάμιων υδάτων, στο στάδιο αυτό το υπό μελέτη μοντέλο δεν δίνει πληροφορίες για την χρονική διακύμανση των εξεταζόμενων δεδομένων. Μία ακόμα βελτίωση που θα μπορούσε να γίνει είναι η περαιτέρω αξιοποίηση δεδομένων των οικολογικών συνθηκών του ποταμού. Επιπλέον, περιορισμό στο μοντέλο αυτό αποτελεί η διακριτική ικανότητα των εικόνων, αφού μεταβολές που συμβαίνουν σε απόσταση μικρότερη από τα 30m (ΔΙ του Landsat) δεν μπορούν να ληφθούν υπόψη. Η αξιοποίηση μεγαλύτερης ευκρίνειας εικόνων μπορεί να οδηγήσει σε μοντέλα πρόβλεψης μεγαλύτερης ακρίβειας.

Προσομοίωση πλυμμηρικών πεδίων σε ποταμό ρυθμιζόμενης ροής με τη χρήση GIS, τηλεπισκόπησης και υδρολογικών μοντέλων

2016-04-13T11:52:39Z

Daphne Christofidou: Νέα σελίδα με 'Overton, I.C., 2005. Modelling floodplain inundation on a regulated river: integrating GIS, remote sensing and hydrological models. River Research and Applications 21 (9),...'

Overton, I.C., 2005. Modelling floodplain inundation on a regulated river: integrating GIS, remote sensing and hydrological models. River Research and Applications 21 (9), 991–1001
DOI: 10.1002/rra.867

'''Εισαγωγή'''

Ο ποταμός Murray είναι ο μεγαλύτερος ποταμός της Αυστραλίας. Η διαχείρισή του κρίθηκε μεγάλης σημασίας, καθώς παρουσιάζονται μεγάλες πλημμύρες του ποταμού οι οποίες είναι ωφέλιμες για την άρδευση των πέριξ περιοχών, ωστόσο πρέπει να τεθούν υπό έλεγχο. Μαζί με την ποσοτική κατάσταση, μέριμνα πρέπει να ληφθεί και για την οικολογική κατάσταση του ποταμού, αφού η περιοχή μελέτης έχει κηρυχτεί Υγρότοπος Ramsar, διότι παρατηρήθηκαν φαινόμενα αυξημένης αλατότητας λόγω της εισροής στον ποταμό υφάλμυρου νερού από τον υπόγειο υδροφόρο.
Στα πλαίσια αυτά και για τον καθορισμό της οικολογικής παροχής του ποταμού, μέσω GIS δημιουργήθηκε μοντέλο πρόβλεψης των πλημμυρικών ζωνών για την εκτίμηση των επιπτώσεων των εκάστοτε διαχειριστικών μέτρων. Για την περιοχή μελέτης ('''Εικόνα 1''') δεν υπήρχαν διαθέσιμα δεδομένα για τις πλημμυρικές ζώνες υπό διαφορετικό υδρολογικό καθεστώς (διαφορετικές παροχές) πέρα μόνο για την πλημμύρα του 1956, βάσει της οποίας τελικά καθορίστηκε το ανώτατο όριο της πλημμύρας.

'''Δορυφορικές εικόνες'''
[[Αρχείο:floodplain_model_1.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης]]
Αρχικά, επιλέχθηκαν 21 δορυφορικές εικόνες από τον Θεματικό Χαρτογράφο (TM) του δορυφόρου LANDSAT, χωρικής διακριτικής ικανότητας 30m x 30m, για διάφορες παροχές του ποταμού (από 3,46 hm3/day to 101,9 hm3/day) και για ημερομηνίες από τον Οκτώβριο του 1986 ως τον Νοέμβριο του 1996.
Η ακτινοβολία στο μέσο υπέρυθρο mid-infrared μήκος κύματος απορροφάται σχεδόν πλήρως από το νερό, ενώ αντανακλάται από το χέρσο τμήμα της περιοχής μελέτης. Για το λόγο αυτό, αξιοποιήθηκε το Κανάλι 5 (1.55–1.75 mm). Ωστόσο, μικρή ανάκλαση στο κανάλι αυτό παρουσιάζουν και άλλα χαρακτηριστικά, όπως οι περιοχές υπό σκιά. Η διάκριση του νερού από τις σκιερές περιοχές, αλλά και από τις περιοχές με πολύ χαμηλή στάθμη ή τυρβώδη ροή, δεν είναι δυνατή μόνο με ένα κανάλι. Επομένως, ήταν στην κρίση του ερευνητή βάσει του ιστογράμματος ('''Εικόνα 2''') και των χαρακτηριστικών της εικόνας να καθορίσει το ποσοστό ανάκλασης για τον καθορισμό της επιφάνειας νερού. Η μέθοδος αυτή (density slice) βάσει της διεθνούς βιβλιογραφίας δίνει καλά αποτελέσματα, της τάξης του 96,9%, έπειτα από την επαλήθευση με αεροφωτογραγίες (Frazier and Page (2000)) και μάλιστα ανάλογα αποτελέσματα με την ταξινόμηση με τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας με τη χρήση 6 καναλιών.
[[Αρχείο:floodplain_model_2.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Ιστόγραμμα εικόνας. Η κεντρική γραμμή υποδεικνύει το σημείο στο οποίο η τιμή ανάκλασης κόβεται (density slice)]]

'''Επεξεργασία εικόνων και χαρτογράφηση πλημμυρικών ζωνών'''

Βάσει της γεωαναφερμένης δορυφορικής εικόνας σχεδιάστηκαν τα πολύγωνα των πλημμυρικών ζωνών σε λογισμικό GIS. Ουσιαστικά, για κάθε επίπεδο πλημμύρας δημιουργήθηκε πολύγωνο που απεικόνιζε την επιφάνεια που καλύπτεται από νερό. Προσοχή δόθηκε ώστε οι εικόνες αυτές να ακολουθούν χρονολογικά την αύξηση της παροχής /στάθμης του ποταμού, ώστε να αποφευχθεί το ενδεχόμενο να καταγραφούν, λανθασμένα, λιμνάζοντα νερά από προηγούμενες υψηλότερες παροχές, ενώ αφαιρέθηκαν περιοχές που ταυτοποιήθηκαν ως νερό και βρίσκονταν εκτός της ζώνης της μεγαλύτερης καταγεγραμμένης πλημμύρας στην περιοχή (1956). Ακόμα, εξαιτίας της δυσκολίας να διαχωριστούν οι περιοχές που καλύπτονται από παρόχθια βλάστηση, ή είχαν πολύ μικρή στάθμη, ή τυρβώδη ροή, σε όλες τις περιοχές εντός του υδατορεύματος και τις περιοχές που σε παλαιότερη μελέτη (Pressey, 1986) είχαν ταξινομηθεί ως μόνιμοι υγρότοποι αποδόθηκε ο ίδιος κωδικός.
Για τη θεώρηση ενός ορθότερου μοντέλου πρόβλεψης εκτελέστηκε, χρησιμοποιώντας μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης, παρεμβολή μεταξύ των πολυγώνων των πλημμηρικών ζωνών, προκειμένου να αποδοθούν και τα μεσοδιαστήματα των παροχών από τις 21 δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε για την παρεμβολή αυτή ήταν ο αλγόριθμος κατάτμησης λεκάνης απορροής βάσει δεικτών (marker-based watershed segmentation algorithm) λόγω του πλεονεκτήματος ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε δεδομένα με κενά.
Το αρχείο raster που προέκυψε από τα παραπάνω, μετά από περεταίρω επεξεργασία για την απομάκρυνση ανωμαλιών της ψηφιακής απεικόνισης (απομάκρυνση θορύβου), μετατράπηκε σε vector αρχείο (καταλληλότερο για την εφαρμογή μοντέλων).
Τα αποτελέσματα των υδρολογικών μοντέλων που εφαρμόστηκαν για την περιοχή μελέτης αποτέλεσαν τα δεδομένα εισόδου του μοντέλου GIS, με το οποίο οι υδρολογικές παράμετροι συνδέονται με τα χωρικά δεδομένα.

'''Υδρολογικό Μοντέλο'''

Από την αρμόδια δημόσια υπηρεσία υδάτων της Αυστραλίας παρασχέθηκαν δεδομένα (μετρήσεις από εγκατεστημένους υδρομετρικούς σταθμούς) για το ύψος της στάθμης κατά μήκος του ποταμού, καθώς και καμπύλες στάσιμων νερών, σχετιζόμενων και με εγκατεστημένα στον ποταμό υδατοφράγματα. Ας σημειωθεί ότι η στάθμη διατηρείται σε υψηλότερα επίπεδα από ότι πριν τις παρεμβάσεις επί του ποταμού και η ροή του ποταμού εμφανίζεται ως σειρά δεξαμενών υδάτων, όπως φαίνεται και στην '''Εικόνα 3'''. [[Αρχείο:floodplain_model_3.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 3. Στάθμη κατά μήκος του ποταμού και για τις διάφορες παροχές.]]
Κατά μήκος του ποταμού υπάρχουν 6 ανεξάρτητα μεταξύ τους υδατοφράγματα που ρυθμίζουν την παροχή και κατ’ επέκταση το ύψος της στάθμης. Για το λόγο αυτό, ο ποταμός χωρίστηκε στις αντίστοιχες υποπεριοχές (Flood Units). Σε κάθε υποπεριοχή εκτιμήθηκε το σημείο εκείνο που σύμφωνα με το υδρολογικό μοντέλο υπήρχε ο μεγαλύτερος κίνδυνος πλημμύρας. Ακόμα, ως Οικολογικές Ενότητες, καθώς περιέχουν τις ίδιες οικολογικές ιδιότητες, ορίστηκαν οι περιοχές εκείνες που κατακλύζονται εκατέρωθεν του ποταμού στα διάφορα επίπεδα παροχής/στάθμης που ποταμού και θέσης του υδατοφράγματος. Βάσει των ως άνω και λαμβανομένων υπόψη των κλιματικών συνθηκών, το υδρολογικό μοντέλο που σχεδιάστηκε δίνει ως αποτέλεσμα τις προβλεπόμενες πλημμυρικές ζώνες.
[[Αρχείο:floodplain_model_4.jpg|200px|thumb|right|Εικόνα 4. Αποτέλεσμα του Μοντέλου Πρόβλεψης Πλημμυρικών Ζωνών για την υποπεριοχή 6 και για παροχές 60hm3 (με γαλάζιο χρώμα) και 100 hm3 (με μπλε χρώμα)]]

'''Αποτελέσματα και Συμπεράσματα'''

Το μοντέλο πρόβλεψης πλυμμηρικών ζωνών χρησιμοποιήθηκε για το σχεδιασμό στρατηγικών / επιλογή οικολογικής παροχής στην περιοχή μελέτης. Βάσει τη επαλήθευσης από αεροφωτογραφία φάνηκε ότι το μοντέλο υποεκτιμά κατά 15% την έκταση των πλημμυρικών ζωνών. Αν και η σύνδεση των υδρολογικών μοντέλων με λογισμικό διαχείρισης χωρικών δεδομένων αποτελεί ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στο σχεδιασμό πολιτικών διαχείρισης ποτάμιων υδάτων, στο στάδιο αυτό το υπό μελέτη μοντέλο δεν δίνει πληροφορίες για την χρονική διακύμανση των εξεταζόμενων δεδομένων. Μία ακόμα βελτίωση που θα μπορούσε να γίνει είναι η περαιτέρω αξιοποίηση δεδομένων των οικολογικών συνθηκών του ποταμού. Επιπλέον, περιορισμό στο μοντέλο αυτό αποτελεί η διακριτική ικανότητα των εικόνων, αφού μεταβολές που συμβαίνουν σε απόσταση μικρότερη από τα 30m (ΔΙ του Landsat) δεν μπορούν να ληφθούν υπόψη. Η αξιοποίηση μεγαλύτερης ευκρίνειας εικόνων μπορεί να οδηγήσει σε μοντέλα πρόβλεψης μεγαλύτερης ακρίβειας.

Αρχείο:Floodplain model 4.jpg

2016-04-13T11:43:23Z

Daphne Christofidou:

Αρχείο:Floodplain model 3.jpg

2016-04-13T11:43:11Z

Daphne Christofidou: