Εκτίμηση της τρωτότητας με τη χρήση της τηλεπισκόπησης

2010-02-23T22:17:21Z

Etairidoukyriaki: New page: Κίνδυνοι όπως οι σεισμοί είναι φυσικά φαινόμενα, σε αντίθεση με τις καταστροφές που δεν είναι. Οι κατασ...

Κίνδυνοι όπως οι σεισμοί είναι φυσικά φαινόμενα, σε αντίθεση με τις καταστροφές που δεν είναι. Οι καταστροφές προέρχονται από την επίδραση ενός κινδύνου σε ένα ευπαθές σύστημα ή κοινωνία σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Το πλαίσια της τρωτότητας στοχεύει σε μια ολιστική αντίληψη λαμβάνοντας υπόψη τις φυσικές, περιβαλλοντικές, κοινωνικό – οικονομικές ή πολιτικές συνιστώσες. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης να συνεισφέρει σύγχρονες πληροφορίες για την φυσική διάσταση της τρωτότητας στο πολύπλοκο αστικό σύστημα της Κωνσταντινούπολης. Μια ταξινόμηση της αστικής γης βασισμένη σε υψηλής ανάλυσης δεδομένα από τον δορυφόρο αποτελεί τη βάση για ανάλυση της χωροταξικής κατανομής διαφόρων τύπων κτιρίων, την χωρητικότητα του οδικού δικτύου ή την αναγνώριση των ανοιχτών χώρων. Επιπλέον ένα DEM (ψηφιακό μοντέλο) επιτρέπει τον εντοπισμό των πιθανών περιοχών κατολίσθησης. Η μεθοδολογία σε συνδυασμό με αυτά τα χαρακτηριστικά που συνδέονται με τη φυσική διάσταση της τρωτότητας παρουσιάζεται. Σε αυτή τη διαδικασία ένα σύστημα ν - συντεταγμένων συντονίζει τις μεταβλητές που περιγράφουν τρωτότητα μεταξύ τους. Αυτό επιτρέπει την αναγνώριση του βαθμού τρωτότητας και των παραγόντων που την ορίζουν, σε σχέση με μια συγκεκριμένη περιοχή. Αυτή η εκτίμηση της τρωτότητας δίνει τη βάση δεδομένων/ πληροφοριών σε αυτούς που αποφασίζουν στρατηγικές μετριασμού.

1. Εισαγωγή

Μια δεκαετία πριν, μια ανάλυση των 100 πιο πολυπληθών πόλεων του κόσμου έδειξε ότι το 78% είχε εκτεθεί σε τουλάχιστον ένα από τους 4 μεγαλύτερους φυσικούς κινδύνους (σεισμό, τσουνάμι, ηφαιστειακή έκρηξη και τυφώνα) και το 45% αυτών είχε πληγεί από περισσότερο από ένα. Στις αναπτυσσόμενες χώρες το 86% είχε αντιμετωπίσει περισσότερα από μια απειλή. Αλλά η φύση δεν προκαλεί φυσικέ καταστροφές: ο κίνδυνος στην πόλη είναι αποτέλεσμα ενός δυναμικού συστήματος. Δεν είναι μια απλή γραμμή των αιτιατών για την παραγωγή των ανθρώπινων και περιβαλλοντικών καταστάσεων.

Η διαχείριση καταστροφών είναι τόσο σωστή όσο οι πληροφορίες γι’ αυτούς που λαμβάνουν τις αποφάσεις. Ειδικά οι μεγαλουπόλεις που χαρακτηρίζονται από τις δυναμικές τους, την πολυπλοκότητά και την ποικιλομορφία τους κάνουν δύσκολη την ευρεία και σύγχρονη γνώση, αλλά είναι απαραίτητα στοιχεία για τον σχεδιασμό των πόλεων και τη διαχείριση των κρίσεων. Οι εκτιμήσεις της ευστάθειας που διενεργούνται ολιστικά αποτελούν ένα σημαντικό οδηγό για τον σχεδιασμό και τις αποφάσεις σχετικά με την κατανομή των πόρων σε διάφορα επίπεδα και βοηθά στο να αναγνωρίζει στο κοινό τους κινδύνους από μια επικείμενη καταστροφή.

Η ολιστική άποψη της τρωτότητας παρουσιάζεται συσσωματωμένη στο πλαίσιο του κινδύνου. Βασισμένη σε αυτό, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης με σύγχρονες πληροφορίες στην φυσική διάσταση της τρωτότητας για το πολύπλοκο αστικό σύστημα της Κωνσταντινούπολης. Τα παράγωγα χαρακτηριστικά των κτιρίων χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των ζημιών από ένα σεισμό. Επιπλέον, ένα ψηφιακό μοντέλο DEM, είναι η βάση για τον υπολογισμό/ κατασκευή ενός χάρτη με κλίσεις για τον εντοπισμό πιθανόν περιοχών με κατολισθήσεις.

2. Η τρωτότητα στο πλαίσιο του κινδύνου

Ακόμα ασχολούμαστε με ένα παράδοξο: στοχεύουμε να μετρήσουμε την τρωτότητα, ενώ δεν μπορούμε να την ορίσουμε ακριβώς (BIRKMANN 2006). “Τρωτότητα” σημαίνει διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικά επιστημονικά πεδία . Σε ένα καταστροφικό πλαίσιο η “τρωτότητα” εφαρμόζεται μόνο σε σχέση με συγκεκριμένους κινδύνους και τις αλληλεπιδράσεις τους και έχει δύο βασικά στοιχεία: έκθεση και ευαισθησία.

Η έκθεση ορίζεται από το πώς και το που ζουν και δουλεύουν οι άνθρωποι σε σχέση με τον κίνδυνο. Η ευαισθησία λαμβάνει υπόψη τις κοινωνικές, οικονομικές, πολιτικές ψυχολογικές και περιβαλλοντικές μεταβλητές που παρεμβαίνουν στο να παράγουν διαφορετικούς αντίκτυπους σε ανθρώπους που εκτίθενται το ίδιο στον κίνδυνο. Επίσης και οι παρεμποδίσεις πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Η ονομαζόμενη «ικανότητα αντιμετώπισης» ανακουφίζει πιθανές επιπτώσεις των δυνάμεων της φύσης που καθοδηγούνται από την έκθεση και την ευαισθησία (WHITE, 2006)

Τρωτότητα = (έκθεση * ευαισθησία) / ικανότητα αντιμετώπισης (1)

Η βιβλιογραφία για την τρωτότητα αποτελεί μια ευρεία περιοχή που στοχεύει σε ένα θεωρητικό και εννοιολογικό υπόβαθρο. Η τρωτότητα είναι η κατάσταση που ορίζεται από φυσικούς, κοινωνικούς, οικονομικού και περιβαλλοντικούς παράγοντες και διαδικασίες που αυξάνουν την ευαισθησία μιας κοινωνίας στον αντίκτυπο των κινδύνων. Συγκεκριμένα στον αστικό χώρο ο Rached την τρωτότητα στους φυσικού κινδύνους όπως ο σεισμός σε μια λειτουργία ανθρώπινης συμπεριφοράς.

Η τρωτότητα βρίσκεται ως μέρος του πλαισίου κινδύνου. Ο ΟΗΕ καθορίζει ότι ο κίνδυνος σε ένα συγκεκριμένο σύστημα, έχει δύο παράγοντες: α)τον ίδιο τον κίνδυνο που είναι πιθανόν ένα καταστροφικό γεγονός, φαινόμενο ή ανθρώπινη δραστηριότητα που χαρακτηρίζεται από την περιοχή, την ένταση, τη συχνότητα και την πιθανότητα και β) από την τρωτότητα που υποδηλώνει τη σχέση ανάμεσα στην σοβαρότητα του κινδύνου και του βαθμού της ζημιάς που προκαλείται:

Risk = Hazard * Vulnerability (2)

Το επίπεδο του κινδύνου προέρχεται από την πιθανή μελλοντική αλληλεπίδραση των κινδύνων και τους πολλούς δείκτες που περιγράφουν την τρωτότητα. Ο Πίνακας 1 δείχνει τις συνιστώσες του πλαισίου κινδύνου που φαίνεται στην εξίσωση 2. Στον Πίνακα φαίνεται το πλήρες πλαίσιο και τονίζεται πως οι αφηρημένοι όροι όπως η τρωτότητα είναι πιο συγκεκριμένη και συστηματοποιημένη από τις συνιστώσες της εξίσωσης 1. Κάθε διάσταση περιγράφεται ως ο κίνδυνος διαφόρων μεταβλητών. Έτσι οι μεταβλητές όπως το ύψος των κτιρίων ή η πρόσβαση είναι μετρήσιμες πτυχές της τρωτότητας, η πυκνότητα του πληθυσμού συμβάλει στη δημογραφική διάσταση και κάθε διάσταση συνεισφέρει σε μια πιο ολιστική εκτίμηση της κατάστασης. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει ένα μέρος μόνο του ολοκληρωμένου πλαισίου που εστιάζει στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης.

Όπως παρατηρείται στον Πίνακα 1 υπάρχουν πολλές διαστάσεις που συνεισφέρουν στην ολιστική άποψη για την τρωτότητα. Η εστίαση γίνεται στη φυσική διάσταση ως παράδειγμα για τη συνεισφορά της τηλεπισκόπησης. Η εκτίμηση της τρωτότητας βοηθά στο να δίνει απαντήσεις στις ερωτήσεις όπως τι είναι ευπαθές, που και γιατί, απαντήσεις σημαντικές γι’ αυτούς που λαμβάνουν αποφάσεις για τη διαδικασία του σχεδιασμού και της ανάπτυξης στρατηγικών για να πολεμήσουμε την τρωτότητα.

3. Περιοχή έρευνας και δεδομένα

Ο αστικός πληθυσμός του κόσμου αναπτύσσεται πιο γρήγορα από το γενικό πληθυσμό. Τα 3 δις. Των ανθρώπων που ζούσαν σε αστικές περιοχές το 2003 υπολογίζεται να φτάσουν στα 5,5 δις. το 2030. Ο αριθμός, των μεγαλουπόλεων που έχουν από 10 εκατομ. και πάνω πληθυσμό αυξάνεται παγκοσμίως. Οι μεγαλουπόλεις ενέχουν πολλές πιθανότητες για καταστροφές εξαιτίας του ρυθμού ανάπτυξης που αψηφά τον έλεγχο στις επικίνδυνες περιοχές και στις επιπτώσεις που έχει η υπερσυγκέντρωση του πληθυσμού πάνω στα αστικά συστήματα τα οποία σπρώχνει προς τα άκρα. Λαμβάνοντας υπόψη την πυκνότητα του πληθυσμού, τον αριθμό των κατοίκων και τη συνεχή ανάπτυξη, οι μεγαλουπόλεις κινδυνεύουν πολύ από φυσικές και τεχνητές καταστροφές. Η εκτίμηση της τρωτότητας είναι σημαντική για την αναγνώριση, μέτρηση, κατανόηση και προνόηση του κινδύνου ως η βάση για τις στρατηγικές μετρίασης και πρόληψης. Απειλούμενες μεγαλουπόλεις από σεισμό είναι το Μεξικό, το Λος Άντζελες, το Τόκιο, η Τεχεράνη, η Τζακάρτα, η Μανίλα και η Κωνσταντινούπολη.

Η Κωνσταντινούπολη είναι μια δυναμική και αναπτυσσόμενη μεγαλούπολη στην μεταβατική περιοχή μεταξύ Ασίας και Ευρώπης με 14 εκτατομ. κατοίκους. Το μεγάλο κίνδυνο της Κωνσταντινούπολης δείχνει ο σεισμός έντασης 7.4 R στις 7 Αυγούστου 1999 στο Kocalli, 150 km ΝΑ της Κωνσταντινούπολης. Η περιοχή έρευνα είναι η εργατική περιοχή Zaytiuburm στην Ευρωπαϊκή πλευρά. Πρόκειται για μια περιοχή με ετερογενή δομή και τοπικές διαφορές στην αστική μορφολογία.

Για την επαρκή ανάλυση χρειάστηκαν δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης του δορυφόρου IKONOS.

4. Τηλεπισκόπηση και εκτίμηση τρωτότητας

Οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης είναι η σύγχρονη και ευρεία μέθοδος του αστικού τοπίου. Μια ταξινόμηση με αντικείμενο την κάλυψη της αστικής γης δίνει πληροφορίες για εφτά (7) τάξεις γης – κτίρια, δρόμους, πράσινο, δέντρα, χώμα, σκιές και νερό – και να χαρτογραφήσει αρχικά που είναι τι. Οι φασματικές και οι δομικές πληροφορίες στα κτίρια χρησιμοποιήθηκαν για να ξεχωρίσουν τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των κτιρίων. Τα μήκη των σκιών των κτιρίων χρησιμοποιήθηκαν για να δείξουν τρεις (3) τάξεις υψών των κτιρίων. Μια επιπλέον παράμετρος είναι οι σκεπές. Εάν είναι μονόρριχτες ή απουσιάζουν τελείως επηρεάζεται η στατικότητα του κτιρίου. Η ηλικία των κτιρίων εκτιμήθηκε από την ανίχνευση αλλαγής χρησιμοποιώντας μια σειρά από εικόνες του δορυφόρου Landsat 1975, 1987 και 2000.

Στο σχήμα 1 φαίνεται η χωρική κατανομή των κτιρίων, υποδομών και ανοιχτών χώρων στην περιοχή. Με τις επιπλέον πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των κτιρίων η Munich Et Al προσάρμοσε τις υπάρχουσες βλάβες στις παραμέτρους δόμησης από την τηλεπισκόπηση. Το αποτέλεσμα στο σχήμα 2 παρουσιάζει την συμπεριφορά των διαφόρων κτιρίων στην εκάστοτε ένταση σεισμού. Αυτό επιτρέπει μια χωροταξική διαμόρφωση της πληροφορίας για την τρωτότητα των διαφόρων κτιρίων στην περιοχή.

Η ταξινόμηση της αστικής γης επιτρέπει επιπλέον ανάλυση του αστικού χώρου για να ανιχνεύσει την χωροταξική διαμοίραση της τρωτότητας. Το οδικό δίκτυο χωρίστηκε σε τρεις (3) κατηγορίες ανάλογα με το μέσο πλάτος του. Με την τηλεπισκόπηση υπήρξε η δυνατότητα πλήρους καταγραφής των βασικού δικτύου ενώ το περιφερειακό οδικό δίκτυο καταγράφηκε μερικώς εξαιτίας σκιών και στενοτήτων. Το πράσινο καταγράφηκε για πιθανή χρήση του ως κατασκήνωση σε περίπτωση καταστροφής (σχήμα 3α).

Επιπλέον το ψηφιακό μοντέλο DEM βοηθάει στη χαρτογράφηση των κλίσεων. Ο υπολογισμός των κλίσεων δείχνει τη χωρική κατανομή για το απόκρημνο των πλαγιών, το οποίο βοηθάει να προσδιοριστούν οι περιοχές με μεγάλο κίνδυνο για κατολισθήσεις. Τα διαφορετικά στρώματα της περιοχής δίνουν πληροφορίες για τις διάφορες πλευρές της τρωτότητας μέσα στη φυσική διάσταση.

Αυτά τα στρώματα στη φυσική διάσταση επεξηγούν πιθανή συνεισφορά της τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση της τρωτότητας. Όμως αυτές είναι μόνο τρεις (3) πλευρές που εξηγούν τις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης, ενώ επιπλέον δείκτες όπως ο αριθμός των κτιρίων, η τάση αστικοποίησης ή μια έμμεση εκτίμηση των δημογραφικών παραμέτρων επιτρέπουν επιπλέον προοπτικές στην τρωτότητα. Το σημαντικό προϊόν είναι ο συνδυασμός των δεδομένων για σημαντικές πληροφορίες προς αυτούς που λαμβάνουν αποφάσεις.

5. Ανάλυση της χωρικής τρωτότητας

Το αστικό τοπίο δείχνει μια πολύπλοκη χωρική μορφολογία. Σύμφωνα με αυτό η τρωτότητα αλλάζει χωρικά ανάλογα με την ποικιλομορφία των παραγόντων τοποθεσίας ή τους δείκτες του Πίνακα 1. Η χαρτογράφηση της χωρικής τρωτότητας απαιτεί το συνδυασμό των διαθέσιμων δεικτών.

Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει μια μεθοδολογία για να δείξει την τρωτότητα μέσω ενός n- διαστάσεων σύστημα συντεταγμένων. Οι άξονες περιγράφονται από τις διαθέσιμες μεταβλητές ανάλογα με την τοποθεσία. Κάθε μεταβλητή πρέπει να αλλάξει από τις αρχικές πληροφορίες σε τιμές που περιγράφουν τρωτότητα. Για τον σκοπό αυτό οι απόλυτες τιμές μεταφέρονται σε ένα σκοπ όπου με Ο είναι «όχι τρωτές» και με 1 «υψηλά τρωτές». Γι’ αυτή τη μελέτη η συνεισφορά κάθε μεταβλητής θεωρείται ίση αλλά σε κάποια μπορεί να δοθεί άλλη βαρύτητα επηρεάζοντας τους άξονες και συνεπώς αλλάζοντας την κατεύθυνση και το μήκος του ανύσματος.

Το σχήμα 4 δείχνει τρεις (3) διαφορετικές τοποθεσίες στην περιοχή. Μια χωρική ανάλυση με πολλά επίπεδα επιτρέπει το συνδυασμό διαφόρων επιπέδων πληροφοριών. Λαμβάνοντας υπόψη τις 3 μεταβλητές – τρωτότητα κτιρίων, κλίση πλαγιών

[[category:Σεισμοί]]

Τηλεπισκόπηση των Άγριων Ζώων

2010-02-23T22:09:40Z

Etairidoukyriaki:

Η βελτίωση στην ακρίβεια των μεθόδων εντοπισμού και παρακολούθησης των άγριων ζώων από δορυφόρους έχει συμβάλει σημαντικά στην ποσοτικοποίηση βιογεωγραφικών προτύπων σε μια σειρά από κατηγορίες ζώων. Το γεγονός αυτό έχει σημαντικό θετικό αντίκτυπο στη διατήρηση και την διαχείριση των φυσικών πόρων. Το άρθρο αυτό κάνει μια αναδρομή στην έρευνα που διεξήχθη από το 1995 έως το 1999 με σκοπό να παρουσιάσει την πρόοδο στις μεθόδους Τηλεπισκόπησης των άγριων ζώων σε χερσαίο αλλά και σε θαλάσσιο περιβάλλον και να εντοπίσει ενδιαφέρουσες τάσεις στην βιογεωγραφική έρευνα του 21ου αιώνα. Η Τηλεπισκόπηση των ζώων από δορυφόρους παρέχει μια νέα μέθοδο για:

• να εξετάσει κανείς μια σειρά από βιογεωγραφικές υποθέσεις που σχετίζονται με τις μεταναστεύσεις,

• να αναγνωρίσει διάφορους περιβαλλοντικούς συσχετισμούς που έχουν να κάνουν με την διανομή των ζώων στο χώρο.

Ο προσπάθεια για εντοπισμό μικρότερων ζώων, και η μεγέθυνση των δειγμάτων είναι σχεδόν σίγουρο ότι θα εμφανισθούν όσο η τεχνολογία βελτιώνεται και το κόστος της διαδικασίας πέφτει. Η συνεισφορά των Γεωγράφων μπορεί να είναι σημαντική στην κατανόηση της διασποράς των ζώων και των προτύπων διανομής τους στον χώρο συνδυάζοντας δεδομένα πραγματικού χρόνου και αρχειακά δεδομένα παγκόσμιας και τοπικής κλίμακας με υπαρκτά δεδομένα παλιότερων ερευνών. Σε αυτήν την ανασκόπηση, μόνο τέσσερις έρευνες χρησιμοποιούν Τηλεπισκόπηση και ΓΣΠ ενώ οι υπόλοιπες χρησιμοποιούν απλά γραμμικά γραφήματα των χωρών, της τοπογραφίας και των ορίων μεταξύ ξηράς και θάλασσας.

Ο οικολόγος και βιογεωγράφος James Brown έχει πει « Φανταστείτε όλα τα άτομα του πληθυσμού ενός είδος να ακτινοβολούσαν τόσο ώστε να είναι ορατά από το διάστημα. Τότε θα παίρναμε μια φωτογραφία από το διάστημα ολόκληρου του γεωγραφικού εύρους που βρίσκονται τα άτομα τα οποία θα φαίνονται ως μικρές κουκίδες φωτός. Μια τέτοια φωτογραφία θα ήταν πολύ σημαντική και θα αποκάλυπτε πολλά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά για την αφθονία του πληθυσμού και την διανομή του (Brown, 1995) ». Αν και δεν είναι δυνατόν να παρακολουθήσει κανείς ολόκληρο το πληθυσμό με αυτό τον τρόπο, η παρακολούθηση βάσει δειγματοληψίας σε τοπικό αλλά και παγκόσμιο επίπεδο μπορεί να μην είναι και τόσο αδύνατη στο κοντινό μέλλον.

Ο εντοπισμός των άγριων ζώων από δορυφόρους είχε ήδη ξεκινήσει από τις αρχές του 1970, όταν πομποί ακρίβειας 5 χλμ που ζύγιζαν 5-11 κιλά τοποθετούνταν σε μεγάλα ζώα (Kenward, 1987). Στα τέλη της δεκαετίας του 80, Κατασκευάστηκαν μικρότεροι πομποί οι οποίοι μπορούσαν πλέον να τοποθετούνται σε μικρότερα θηλαστικά αλλά και πτηνά. Σήματα από τέτοιους πομπούς συλλέγονταν από δορυφορικούς δέκτες της σειράς N TIROS της Εθνικής Ωκεάνιας και Ατμοσφαιρικής Διεύθυνσης (NOAA) της Αμερικής και επαναπροωθούνταν σε επίγειους σταθμούς σε πραγματικό χρόνο (Seegar et al., 1996). Εξελιγμένοι πομποί στα τέλη τις δεκαετίας του 80 και στις αρχές του 90 ζύγιζαν 1,5 με 1,7 κιλά με ακρίβεια της τάξης του ενός χιλιομέτρου (Messier et al., 1992). Πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, στις μπαταρίες αλλά και το μέγεθος των πομπών μαζί με αύξηση των σχετιζόμενων δορυφόρων και των επίγειων σταθμών έχουν συντελέσει σε πομπούς που ζυγίζουν 20 με 30 γραμ. με ακρίβεια εντοπισμού τα 150 μ. (Argos, 2000).

Χερσαίο Περιβάλλον

Οι παραδοσιακές μέθοδοι παρακολούθησης χερσαίων ζώων έχουν περιλαμβάνουν εντοπισμό με ραντάρ και πολύ υψηλής συχνότητας τηλεμετρία. Τα ραντάρ Doppler έχουν χρησιμοποιηθεί ήδη από το 1950 για να ερευνηθούν οι μεταναστευτικές κινήσεις των πουλιών και από αυτές τις έρευνες έχουν εξαχθεί συμπεράσματα για την ταχύτητα, το υψόμετρο και την διεύθυνση πτήσης (Eastwood, 1967).

[[Εικόνα:ketair animals pic1.JPG |thumb|450px|center | Εικόνα 1 . Η μεταναστευτικές κινήσεις προς Βορρά και Νότο του γερακιού Swainson όπως αυτές καταγράφηκαν από δορυφορική τηλεμετρία. (Πηγή: Fuller et al. (1998))]]

Παρολαυτά, τα ραντάρ δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποφανθούμε για το είδος του πουλιού και συνήθως οι υπολογισμοί γίνονται πολύ δύσκολοι από την υγρασία, την σκόνη και τον καπνό στην ατμόσφαιρα (Cohn, 1999). Το μεγάλο όφελος της δορυφορικής τηλεμετρίας από την άλλη, είναι ότι αφού ο πομπός έχει τοποθετηθεί στο ζώο, δεν χρειάζονται περαιτέρω ενέργειες από τον μελετητή και είναι ευκολότερο να ακολουθηθούν ζώα με μεγάλο χωρικό εύρος μετανάστευσης. Η τεχνική της Τηλεπισκόπησης στον εντοπισμό των ζώων αρχικά έχει χρησιμοποιηθεί για τους απειλούμενους γύπες, διάφορα πουλιά των υγροτόπων και θηλαστικά. Η παρακολούθηση 2 ειδών γερανού (white-naped και red-crowned) στην Ανατολική Ασία πάνω από 3 χρόνια έδωσε σημαντικές πληροφορίες για την ζωή αυτών των ζώων που προηγουμένως δεν ήταν γνωστές όπως ενδιάμεσες στάσεις στο μεταναστευτικό τους ταξίδι. Στο ίδιο πλαίσιο η παρακολούθηση των χηνών Lesser, έδειξε μεγάλη κυνηγετική πίεση κατά τη διάρκεια της μεταναστευτικής πορείας τους προς τα ανατολικά πάνω από τη Ρωσία σε σχέση με την πορεία τους προς τα Δυτικά πάνω από την Ευρώπη (Lorensten et al.,1998).

Η δορυφορική παρακολούθηση των ελεφάντων ανέδειξε ότι οι ελέφαντες δραστηριοποιούνται σε περιοχές πολύ μεγαλύτερες από αυτές που οι ερευνητές γνώριζαν και σε πολλές περιπτώσεις οι περιοχές που χρησιμοποιούσαν οι ελέφαντες έβγαινε έξω από τα όρια των πάρκων που είχαν δημιουργηθεί για αυτούς (Tchamba et al., 1995). Ανέδειξε ακόμα τις διαφορετικές εκτάσεις των ενδιαιτημάτων μεταξύ των ελεφάντων της σαβάνας και των δασών. Οι Verlinden και Gavor (1998) παρακολούθησαν τις κινήσεις 47 θηλυκών ελεφάντων και σύγκριναν τα δεδομένα τους με πρότυπα μετανάστευσης, χρησιμοποιώντας επίπεδα πληροφορίας (GIS) των ενδιαιτημάτων και τις περιοχές με νερό. Βρήκαν ότι εκτός από μεταναστευτικά κοπάδια που ταξιδεύουν ως και 200 χλμ. για να βρουν νερό υπάρχουν και ομάδες που δεν μεταναστεύουν καθόλου αλλά διαβιούν γύρω από νερόλακκους. Επίσης, βρήκαν ότι οι ντόπιοι ελέφαντες προτιμούν άλλα φυτά ως τροφή (λιγότερο θρεπτικά), σε σχέση με τους ελέφαντες που μεταναστεύουν.

Θαλάσσιο Περιβάλλον

Η παρακολούθηση ζώων σε θαλάσσιο περιβάλλον ήταν ανέκαθεν προβληματική πριν την έλευση της δορυφορικής τηλεμετρίας και περιλάμβανε καταγραφή θεάσεων από παρατηρητές που βρίσκονταν στην ακτή, σε βάρκα ή σε εναέρια μέσα (Garner et al., 1999). Πράγματι οι παρακολουθήσεις από βάρκα ή εναέρια μέσα παρείχαν πολύτιμα δεδομένα σχετικά με τον αριθμό μερικών ειδών και την διανομή τους αλλά πάντα σε τοπικό επίπεδο. Η μεγαλύτερες έρευνες από αέρος πραγματοποιούνταν μόνο καλοκαίρι και πρόσφεραν δεδομένα στη γραμμή πτήσης και συνολικά κάλυπταν περιοχές 1000 χλμ2 (Sagar and Weimerskirch, 1996). Εξάλλου, η παρακολούθηση θαλασσίων πτηνών πριν την έλευση της δορυφορικής τηλεμετρίας πραγματοποιούνταν από επιτόπιες έρευνες κατά τη διάρκεια της ωοτοκίας τους.

Η παρακολούθηση διάφορων θαλασσοπουλιών έχει παράγει νέα δεδομένα για τα πρότυπα της βιογεωγραφίας τους (Georges et al., 1997). Ειδικότερα η παρακολούθηση των Άλμπατρος Buller στην Νέα Ζηλανδία αλλά και των περιπλανώμενων Άλμπατρος αποκάλυψαν τεχνικές κυνηγιού μοναδικές για κάθε είδος, διαφορετικής έκτασης κυνηγετικές περιοχές για τα θηλυκά και τα αρσενικά του ίδιους είδους αλλά και διαφορετικές κυνηγετικές περιοχές για τα θηλυκά που κυοφορούν και αυτά που όχι.

Μια σειρά ερευνών έχουν γίνει για τους πιγκουίνους. Για τους μαγγελανικούς πιγκουίνους στις ακτές της Αργεντινής (Stokes et al., 1998), για τους πιγκουίνους Humbolt στη Βόρεια Χιλή (Culik and Luna-Jorquera,1997) και για τους πιγκουίνους Adelie στην Ανταρκτική (Davis et al., 1996). Συγκεκριμένα, οι Stokes et al. (1998) ανακάλυψαν ότι οι πιγκουίνοι του Μαγγελάνου αρχικά ταξιδεύουν ταχύτατα και κάνουν ρηχές βουτιές και αργότερα χαμηλώνουν ταχύτητα και κάνουν βαθύτερες βουτιές.

Οι μελέτες των θαλάσσιων θηλαστικών είναι εφικτές γιατί αυτά τα πλάσματα περνούν ένα σημαντικό κομμάτι του χρόνου τους στην επιφάνεια της θάλασσας με αποτέλεσμα να στέλνουν πολλά σήματα στους δορυφόρους. Δορυφορικός εντοπισμός έχει πραγματοποιηθεί σε 5 είδη φάλαινας και έχει αποκαλύψει πολλά άγνωστα στοιχεία για τις μεταναστευτικές τους συνήθειες (Mate et al., 1998; Richards et al., 1998). Οι Mate et al., (1998) ήταν οι πρώτοι που συνέλλεξαν δεδομένα για την μεταναστευτική πορεία της καμπουροφάλαινας από την Χαβάη προς την Αλάσκα και βρήκαν ότι οι φάλαινες κινούνται πολύ πιο γρήγορα από νησί σε νησί στα νερά της Χαβάης από ότι νόμιζαν πιο πριν. Μια παρόμοια έρευνα για τις φάλαινες Muller στη Νέα Σκωτία έδειξε ότι μεγάλες συγκεντρώσεις φαλαινών συνέπιπταν με περιοχές έντονης αλιείας, ναυσιπλοΐας και αναψυχής, γεγονός που έχει μεγάλη σημασία ίσον αφορά τον τρόπο διαχείρισης των φυσικών πόρων (Mate et al., 1997). Οι Deutsch et al., (1998) παρακολούθησαν 83 Μανάτους Δυτικών Ινδιών κατά μήκους της ακτής της Φλόριντα και του Πουέρτο Ρίκο και σε συνδυασμό με επίπεδα πληροφορίας σχετικά με τα βεθνικά οικοσυστήματα βρήκαν ότι τα ζώα προτιμούν να βρίσκονται σε μεγάλες περιοχές με πυκνά φύκια παρά σε περιοχές με διάσπαρτες περιοχές φυκιών. Επίσης, βρήκαν ότι τα ζώα αυτά χρησιμοποιούν συγκεκριμένους διαδρόμους για τα ταξίδια τους γεγονός που βοήθησε τις αρχές να διαχειριστούν τις εν λόγω περιοχές κατάλληλα. Τέλος οι Block et al. (1998), τοποθέτησαν πομπούς σε Γαλαζόπτερους Τόνους για να εκτιμήσουν τις κινήσεις αλλά και την βιωσιμότητα τους ανεξάρτητα από τα δεδομένα που δίνουν κατά καιρούς τα αλιευτικά.

[[Εικόνα:ketair animals pic2.JPG |thumb|450px|center | Εικόνα 2 . ΗΗ διανομή των 60ήμερων και 90ήμερων αποκολλώμενων πομπών για 15 γαλαζόπτερους τόνους (Πηγή: Block et al., 1998)]]

Συμπεράσματα

Η παρακολούθηση ζώων από δορυφόρους παρέχει μια νέα μέθοδο για να εξεταστούν μια σειρά από βιογεωγραφικές υποθέσεις σχετιζόμενες με την μετανάστευση αλλά και να αναδειχθούν οι περιβαλλοντικές συνθήκες που επηρεάζουν την διανομή των πληθυσμών τους. Η παρακολούθηση ολοένα και μικρότερων ζώων, αλλά και ή αύξηση του αριθμού των δειγμάτων θα πραγματοποιηθούν τα επόμενα χρόνια καθώς οι πομποί θα γίνονται μικρότεροι και το κόστος χαμηλότερο. Η συνεισφορά των Γεωγράφων μπορεί να είναι σημαντική στην κατανόηση της διασποράς των ζώων και των προτύπων διανομής τους στον χώρο συνδυάζοντας δεδομένα πραγματικού χρόνου και αρχειακά δεδομένα παγκόσμιας και τοπικής κλίμακας με υπαρκτά δεδομένα παλιότερων ερευνών.

Πηγή: Remote sensing of animals,Thomas W. Gillespie,Department of Geography, 140 Seventh Avenue South, University of South Florida,St Petersburg, FL 33701-5016, USA
[[category:Οικολογία]]

Τηλεπισκόπηση των Άγριων Ζώων

2010-02-23T22:08:54Z

Etairidoukyriaki:

Remote sensing of animals,Thomas W. Gillespie,Department of Geography, 140 Seventh Avenue South, University of South Florida,St Petersburg, FL 33701-5016, USA

Η βελτίωση στην ακρίβεια των μεθόδων εντοπισμού και παρακολούθησης των άγριων ζώων από δορυφόρους έχει συμβάλει σημαντικά στην ποσοτικοποίηση βιογεωγραφικών προτύπων σε μια σειρά από κατηγορίες ζώων. Το γεγονός αυτό έχει σημαντικό θετικό αντίκτυπο στη διατήρηση και την διαχείριση των φυσικών πόρων. Το άρθρο αυτό κάνει μια αναδρομή στην έρευνα που διεξήχθη από το 1995 έως το 1999 με σκοπό να παρουσιάσει την πρόοδο στις μεθόδους Τηλεπισκόπησης των άγριων ζώων σε χερσαίο αλλά και σε θαλάσσιο περιβάλλον και να εντοπίσει ενδιαφέρουσες τάσεις στην βιογεωγραφική έρευνα του 21ου αιώνα. Η Τηλεπισκόπηση των ζώων από δορυφόρους παρέχει μια νέα μέθοδο για:

• να εξετάσει κανείς μια σειρά από βιογεωγραφικές υποθέσεις που σχετίζονται με τις μεταναστεύσεις,

• να αναγνωρίσει διάφορους περιβαλλοντικούς συσχετισμούς που έχουν να κάνουν με την διανομή των ζώων στο χώρο.

Ο προσπάθεια για εντοπισμό μικρότερων ζώων, και η μεγέθυνση των δειγμάτων είναι σχεδόν σίγουρο ότι θα εμφανισθούν όσο η τεχνολογία βελτιώνεται και το κόστος της διαδικασίας πέφτει. Η συνεισφορά των Γεωγράφων μπορεί να είναι σημαντική στην κατανόηση της διασποράς των ζώων και των προτύπων διανομής τους στον χώρο συνδυάζοντας δεδομένα πραγματικού χρόνου και αρχειακά δεδομένα παγκόσμιας και τοπικής κλίμακας με υπαρκτά δεδομένα παλιότερων ερευνών. Σε αυτήν την ανασκόπηση, μόνο τέσσερις έρευνες χρησιμοποιούν Τηλεπισκόπηση και ΓΣΠ ενώ οι υπόλοιπες χρησιμοποιούν απλά γραμμικά γραφήματα των χωρών, της τοπογραφίας και των ορίων μεταξύ ξηράς και θάλασσας.

Ο οικολόγος και βιογεωγράφος James Brown έχει πει « Φανταστείτε όλα τα άτομα του πληθυσμού ενός είδος να ακτινοβολούσαν τόσο ώστε να είναι ορατά από το διάστημα. Τότε θα παίρναμε μια φωτογραφία από το διάστημα ολόκληρου του γεωγραφικού εύρους που βρίσκονται τα άτομα τα οποία θα φαίνονται ως μικρές κουκίδες φωτός. Μια τέτοια φωτογραφία θα ήταν πολύ σημαντική και θα αποκάλυπτε πολλά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά για την αφθονία του πληθυσμού και την διανομή του (Brown, 1995) ». Αν και δεν είναι δυνατόν να παρακολουθήσει κανείς ολόκληρο το πληθυσμό με αυτό τον τρόπο, η παρακολούθηση βάσει δειγματοληψίας σε τοπικό αλλά και παγκόσμιο επίπεδο μπορεί να μην είναι και τόσο αδύνατη στο κοντινό μέλλον.

Ο εντοπισμός των άγριων ζώων από δορυφόρους είχε ήδη ξεκινήσει από τις αρχές του 1970, όταν πομποί ακρίβειας 5 χλμ που ζύγιζαν 5-11 κιλά τοποθετούνταν σε μεγάλα ζώα (Kenward, 1987). Στα τέλη της δεκαετίας του 80, Κατασκευάστηκαν μικρότεροι πομποί οι οποίοι μπορούσαν πλέον να τοποθετούνται σε μικρότερα θηλαστικά αλλά και πτηνά. Σήματα από τέτοιους πομπούς συλλέγονταν από δορυφορικούς δέκτες της σειράς N TIROS της Εθνικής Ωκεάνιας και Ατμοσφαιρικής Διεύθυνσης (NOAA) της Αμερικής και επαναπροωθούνταν σε επίγειους σταθμούς σε πραγματικό χρόνο (Seegar et al., 1996). Εξελιγμένοι πομποί στα τέλη τις δεκαετίας του 80 και στις αρχές του 90 ζύγιζαν 1,5 με 1,7 κιλά με ακρίβεια της τάξης του ενός χιλιομέτρου (Messier et al., 1992). Πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, στις μπαταρίες αλλά και το μέγεθος των πομπών μαζί με αύξηση των σχετιζόμενων δορυφόρων και των επίγειων σταθμών έχουν συντελέσει σε πομπούς που ζυγίζουν 20 με 30 γραμ. με ακρίβεια εντοπισμού τα 150 μ. (Argos, 2000).

Χερσαίο Περιβάλλον

Οι παραδοσιακές μέθοδοι παρακολούθησης χερσαίων ζώων έχουν περιλαμβάνουν εντοπισμό με ραντάρ και πολύ υψηλής συχνότητας τηλεμετρία. Τα ραντάρ Doppler έχουν χρησιμοποιηθεί ήδη από το 1950 για να ερευνηθούν οι μεταναστευτικές κινήσεις των πουλιών και από αυτές τις έρευνες έχουν εξαχθεί συμπεράσματα για την ταχύτητα, το υψόμετρο και την διεύθυνση πτήσης (Eastwood, 1967).

[[Εικόνα:ketair animals pic1.JPG |thumb|450px|center | Εικόνα 1 . Η μεταναστευτικές κινήσεις προς Βορρά και Νότο του γερακιού Swainson όπως αυτές καταγράφηκαν από δορυφορική τηλεμετρία. (Πηγή: Fuller et al. (1998))]]

Παρολαυτά, τα ραντάρ δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποφανθούμε για το είδος του πουλιού και συνήθως οι υπολογισμοί γίνονται πολύ δύσκολοι από την υγρασία, την σκόνη και τον καπνό στην ατμόσφαιρα (Cohn, 1999). Το μεγάλο όφελος της δορυφορικής τηλεμετρίας από την άλλη, είναι ότι αφού ο πομπός έχει τοποθετηθεί στο ζώο, δεν χρειάζονται περαιτέρω ενέργειες από τον μελετητή και είναι ευκολότερο να ακολουθηθούν ζώα με μεγάλο χωρικό εύρος μετανάστευσης. Η τεχνική της Τηλεπισκόπησης στον εντοπισμό των ζώων αρχικά έχει χρησιμοποιηθεί για τους απειλούμενους γύπες, διάφορα πουλιά των υγροτόπων και θηλαστικά. Η παρακολούθηση 2 ειδών γερανού (white-naped και red-crowned) στην Ανατολική Ασία πάνω από 3 χρόνια έδωσε σημαντικές πληροφορίες για την ζωή αυτών των ζώων που προηγουμένως δεν ήταν γνωστές όπως ενδιάμεσες στάσεις στο μεταναστευτικό τους ταξίδι. Στο ίδιο πλαίσιο η παρακολούθηση των χηνών Lesser, έδειξε μεγάλη κυνηγετική πίεση κατά τη διάρκεια της μεταναστευτικής πορείας τους προς τα ανατολικά πάνω από τη Ρωσία σε σχέση με την πορεία τους προς τα Δυτικά πάνω από την Ευρώπη (Lorensten et al.,1998).

Η δορυφορική παρακολούθηση των ελεφάντων ανέδειξε ότι οι ελέφαντες δραστηριοποιούνται σε περιοχές πολύ μεγαλύτερες από αυτές που οι ερευνητές γνώριζαν και σε πολλές περιπτώσεις οι περιοχές που χρησιμοποιούσαν οι ελέφαντες έβγαινε έξω από τα όρια των πάρκων που είχαν δημιουργηθεί για αυτούς (Tchamba et al., 1995). Ανέδειξε ακόμα τις διαφορετικές εκτάσεις των ενδιαιτημάτων μεταξύ των ελεφάντων της σαβάνας και των δασών. Οι Verlinden και Gavor (1998) παρακολούθησαν τις κινήσεις 47 θηλυκών ελεφάντων και σύγκριναν τα δεδομένα τους με πρότυπα μετανάστευσης, χρησιμοποιώντας επίπεδα πληροφορίας (GIS) των ενδιαιτημάτων και τις περιοχές με νερό. Βρήκαν ότι εκτός από μεταναστευτικά κοπάδια που ταξιδεύουν ως και 200 χλμ. για να βρουν νερό υπάρχουν και ομάδες που δεν μεταναστεύουν καθόλου αλλά διαβιούν γύρω από νερόλακκους. Επίσης, βρήκαν ότι οι ντόπιοι ελέφαντες προτιμούν άλλα φυτά ως τροφή (λιγότερο θρεπτικά), σε σχέση με τους ελέφαντες που μεταναστεύουν.

Θαλάσσιο Περιβάλλον

Η παρακολούθηση ζώων σε θαλάσσιο περιβάλλον ήταν ανέκαθεν προβληματική πριν την έλευση της δορυφορικής τηλεμετρίας και περιλάμβανε καταγραφή θεάσεων από παρατηρητές που βρίσκονταν στην ακτή, σε βάρκα ή σε εναέρια μέσα (Garner et al., 1999). Πράγματι οι παρακολουθήσεις από βάρκα ή εναέρια μέσα παρείχαν πολύτιμα δεδομένα σχετικά με τον αριθμό μερικών ειδών και την διανομή τους αλλά πάντα σε τοπικό επίπεδο. Η μεγαλύτερες έρευνες από αέρος πραγματοποιούνταν μόνο καλοκαίρι και πρόσφεραν δεδομένα στη γραμμή πτήσης και συνολικά κάλυπταν περιοχές 1000 χλμ2 (Sagar and Weimerskirch, 1996). Εξάλλου, η παρακολούθηση θαλασσίων πτηνών πριν την έλευση της δορυφορικής τηλεμετρίας πραγματοποιούνταν από επιτόπιες έρευνες κατά τη διάρκεια της ωοτοκίας τους.

Η παρακολούθηση διάφορων θαλασσοπουλιών έχει παράγει νέα δεδομένα για τα πρότυπα της βιογεωγραφίας τους (Georges et al., 1997). Ειδικότερα η παρακολούθηση των Άλμπατρος Buller στην Νέα Ζηλανδία αλλά και των περιπλανώμενων Άλμπατρος αποκάλυψαν τεχνικές κυνηγιού μοναδικές για κάθε είδος, διαφορετικής έκτασης κυνηγετικές περιοχές για τα θηλυκά και τα αρσενικά του ίδιους είδους αλλά και διαφορετικές κυνηγετικές περιοχές για τα θηλυκά που κυοφορούν και αυτά που όχι.

Μια σειρά ερευνών έχουν γίνει για τους πιγκουίνους. Για τους μαγγελανικούς πιγκουίνους στις ακτές της Αργεντινής (Stokes et al., 1998), για τους πιγκουίνους Humbolt στη Βόρεια Χιλή (Culik and Luna-Jorquera,1997) και για τους πιγκουίνους Adelie στην Ανταρκτική (Davis et al., 1996). Συγκεκριμένα, οι Stokes et al. (1998) ανακάλυψαν ότι οι πιγκουίνοι του Μαγγελάνου αρχικά ταξιδεύουν ταχύτατα και κάνουν ρηχές βουτιές και αργότερα χαμηλώνουν ταχύτητα και κάνουν βαθύτερες βουτιές.

Οι μελέτες των θαλάσσιων θηλαστικών είναι εφικτές γιατί αυτά τα πλάσματα περνούν ένα σημαντικό κομμάτι του χρόνου τους στην επιφάνεια της θάλασσας με αποτέλεσμα να στέλνουν πολλά σήματα στους δορυφόρους. Δορυφορικός εντοπισμός έχει πραγματοποιηθεί σε 5 είδη φάλαινας και έχει αποκαλύψει πολλά άγνωστα στοιχεία για τις μεταναστευτικές τους συνήθειες (Mate et al., 1998; Richards et al., 1998). Οι Mate et al., (1998) ήταν οι πρώτοι που συνέλλεξαν δεδομένα για την μεταναστευτική πορεία της καμπουροφάλαινας από την Χαβάη προς την Αλάσκα και βρήκαν ότι οι φάλαινες κινούνται πολύ πιο γρήγορα από νησί σε νησί στα νερά της Χαβάης από ότι νόμιζαν πιο πριν. Μια παρόμοια έρευνα για τις φάλαινες Muller στη Νέα Σκωτία έδειξε ότι μεγάλες συγκεντρώσεις φαλαινών συνέπιπταν με περιοχές έντονης αλιείας, ναυσιπλοΐας και αναψυχής, γεγονός που έχει μεγάλη σημασία ίσον αφορά τον τρόπο διαχείρισης των φυσικών πόρων (Mate et al., 1997). Οι Deutsch et al., (1998) παρακολούθησαν 83 Μανάτους Δυτικών Ινδιών κατά μήκους της ακτής της Φλόριντα και του Πουέρτο Ρίκο και σε συνδυασμό με επίπεδα πληροφορίας σχετικά με τα βεθνικά οικοσυστήματα βρήκαν ότι τα ζώα προτιμούν να βρίσκονται σε μεγάλες περιοχές με πυκνά φύκια παρά σε περιοχές με διάσπαρτες περιοχές φυκιών. Επίσης, βρήκαν ότι τα ζώα αυτά χρησιμοποιούν συγκεκριμένους διαδρόμους για τα ταξίδια τους γεγονός που βοήθησε τις αρχές να διαχειριστούν τις εν λόγω περιοχές κατάλληλα. Τέλος οι Block et al. (1998), τοποθέτησαν πομπούς σε Γαλαζόπτερους Τόνους για να εκτιμήσουν τις κινήσεις αλλά και την βιωσιμότητα τους ανεξάρτητα από τα δεδομένα που δίνουν κατά καιρούς τα αλιευτικά.

[[Εικόνα:ketair animals pic2.JPG |thumb|450px|center | Εικόνα 2 . ΗΗ διανομή των 60ήμερων και 90ήμερων αποκολλώμενων πομπών για 15 γαλαζόπτερους τόνους (Πηγή: Block et al., 1998)]]

Συμπεράσματα

Η παρακολούθηση ζώων από δορυφόρους παρέχει μια νέα μέθοδο για να εξεταστούν μια σειρά από βιογεωγραφικές υποθέσεις σχετιζόμενες με την μετανάστευση αλλά και να αναδειχθούν οι περιβαλλοντικές συνθήκες που επηρεάζουν την διανομή των πληθυσμών τους. Η παρακολούθηση ολοένα και μικρότερων ζώων, αλλά και ή αύξηση του αριθμού των δειγμάτων θα πραγματοποιηθούν τα επόμενα χρόνια καθώς οι πομποί θα γίνονται μικρότεροι και το κόστος χαμηλότερο. Η συνεισφορά των Γεωγράφων μπορεί να είναι σημαντική στην κατανόηση της διασποράς των ζώων και των προτύπων διανομής τους στον χώρο συνδυάζοντας δεδομένα πραγματικού χρόνου και αρχειακά δεδομένα παγκόσμιας και τοπικής κλίμακας με υπαρκτά δεδομένα παλιότερων ερευνών.

[[category:Οικολογία]]

Αρχείο:Ketair animals pic2.JPG

2010-02-23T22:03:26Z

Etairidoukyriaki:

2010-02-23T21:02:53Z

Etairidoukyriaki:

Αρχείο:Ketair thermal pic1b.JPG

2010-02-23T21:02:30Z

Etairidoukyriaki:

2010-02-23T00:19:34Z

Etairidoukyriaki:

Θερμική τεχνική τηλεπισκόπησης στη μελέτη των θερμικών ανωμαλιών πριν το σεισμό : Ο σεισμός BHUJ στην Ινδία

2010-02-23T00:17:24Z

Etairidoukyriaki:

Εταιρίδου Κυριακή

2010-02-23T00:12:01Z

Etairidoukyriaki:

Θερμική τεχνική τηλεπισκόπησης στη μελέτη των θερμικών ανωμαλιών πριν το σεισμό : Ο σεισμός BHUJ στην Ινδία

2010-02-23T00:11:00Z

Etairidoukyriaki: New page: Περίληψη Η πίεση που δημιουργείται από τις τεκτονικές δραστηριότητες και επίσης συνδέεται με την υπό...

Η Χρήση Δεδομένων Τηλεπισκόπησης για την Εκτίμηση Επιπέδων Αζώτου στα Επιφανειακά Στρώματα του Εδάφους

2010-02-22T23:54:30Z

Etairidoukyriaki:

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η εναπόθεση υπερβολικών ποσοτήτων αζώτου στο έδαφος αποτελεί έναν από τους πιο σημαντικούς παράγοντες ρύπανσης του περιβάλλοντος. Οι παραγόμενοι από κινητήρες και βιομηχανίες ρύποι που περιέχουν άζωτο σε διάφορες μορφές, καταλήγουν στο
έδαφος μέσω των βροχοπτώσεων, ενώ η υπερβολική χρήση νιτρικών λιπασμάτων στη γεωργία, οδηγεί στην άμεση εναπόθεση νιτρικών ενώσεων στα ανώτερα στρώματα του εδάφους. Περαιτέρω βροχοπτώσεις προκαλούν διήθηση των νιτρικών ενώσεων (ΝΟ3
-, ΝΟ2, ΝΗ3, ΝΗ4 +) σε βαθύτερα στρώματα του εδάφους και υπόγεια νερά, μέσω των οποίων είναι δυνατό να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις. Οι αυξημένες ποσότητες νιτρικών ενώσεων έχουν ως αποτέλεσμα τη διατάραξη της χημικής ισορροπίας και προκαλούν την έναρξη μιας αλυσίδας επιδράσεων στο περιβάλλον, οδηγώντας στην περαιτέρω διατάραξη της ισορροπίας μεταξύ των ειδών φυτών και ζώων.

Το άζωτο αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία για την διαβίωση των φυτών και περιέχεται σε μεγάλο αριθμό οργανικών ενώσεων. Μία ομάδα ενώσεων που ανήκουν σε αυτή την κατηγορία είναι και η ομάδα των χρωστικών της χλωροφύλλης. Οι πιο συνήθεις
χλωροφύλλες στα ανώτερα φυτά είναι η χλωροφύλλη α και β, υπεύθυνες για την διεκπεραίωση της φωτοσύνθεσης. Η αφθονία ποσοτήτων αζώτου ευνοεί την παραγωγή φυτομάζας και χλωροφύλλης και έχει επισημανθεί η συσχέτιση μεταξύ συγκέντρωσης αζώτου και χλωροφύλλης στα φυτά. Πρόσφατες έρευνες έχουν αναδείξει συγκεκριμένες περιοχές του Ηνωμένου Βασιλείου στις οποίες η εναπόθεση αζώτου μέσω βροχοπτώσεων ξεπερνά τα όρια που έχουν θεσπιστεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Μία από αυτές της περιοχές είναι η περιοχή Ρουάμπον (Ruabon) της Ουαλίας, μεγάλες εκτάσεις της οποίας καλύπτονται από το φυτό Calluna vulgaris L. (κοινή ονομασία: ρείκι).

Η σπουδαιότητα της εναπόθεσης αζώτου στα επιφανειακά στρώματα του εδάφους, χρίζει απαραίτητη την παρακολούθηση του φαινομένου. Προς το παρόν, η υπάρχουσα μέθοδος συνίσταται από τη συλλογή και κατόπιν εργαστηριακή ανάλυση δειγμάτων εδάφους, μέθοδος η οποία είναι τόσο χρονοβόρα, όσο και πολυδάπανη. Η παρούσα εργασία μελετά την πιθανότητα της χρήσης τηλεπισκόπισης ως πηγή δεδομένων, εκ των οποίων μπορούν να γίνουν εκτιμήσεις για τα επίπεδα αζώτου στα ανώτερα στρώματα του εδάφους χρησιμοποιώντας την επιφανειακή βλάστηση ως δείκτη.

1.1. Μελέτη χημικών ενώσεων μέσω τηλεπισκόπισης

Η συγκεκριμένη έρευνα, μελετά το φυτό Calluna vulgaris L. και προσπαθεί να αναγνωρίσει τις περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που συσχετίζονται με τη συγκέντρωση αζώτου. Στο παρελθόν, η μελέτη της φασματικής ανάκλασης αποξηραμένων και κονιορτοποιημένων φυτικών ιστών, έχει αποκαλύψει συγκεκριμένα μήκη κύματος στα οποία η απορρόφηση της ενέργειας οφείλεται στον αριθμό των δεσμών αζώτου – υδρογόνου, και συνεπώς στην ποσότητα αζώτου στο δείγμα. Τέτοιοι δεσμοί βρίσκονται συνήθως σε μόρια πρωτεϊνών και οι χαρακτηριστικές τους απορροφήσεις εμφανίζονται στην περιοχή του μέσου υπέρυθρου μεταξύ 1500 και 2400 nm. Η χρήση αυτών των περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος παρουσιάζει κάποιες δυσκολίες όταν οι υπό μελέτη ιστοί είναι ακέραιοι και ενυδατωμένοι και ακόμη περισσότερες όταν παρακολουθούνται ολόκληρα φυλλώματα φυτών στη φυσική τους κατάσταση. Συγκεκριμένα οι περιοχές 1360 – 1550 nm και 1850 – 2000 nm χαρακτηρίζονται από έντονη απορρόφηση της ενέργειας από τα μόρια νερού στην ατμόσφαιρα και στους φυτικούς ιστούς. Παρ’ όλα αυτά, η έντονη συσχέτιση χλωροφύλλης – αζώτου επιτρέπει την εκτίμηση της συγκέντρωσης αζώτου στα φύλλα μέσω της χλωροφύλλης. Η χλωροφύλλη απορροφά έντονα την ακτινοβολία στο ορατό φάσμα και χρησιμοποιεί αυτή την ενέργεια για την φωτοσύνθεση. Επιπλέον, η έλλειψη απορρόφησης στο κοντινό υπέρυθρο προκαλεί την απότομη αύξηση της ανάκλασης στην περιοχή 670 – 770 nm του φάσματος (γνωστή ως red edge) και το σημείο της μέγιστης κλίσης αυτής, έχει αποδειχθεί ότι συσχετίζεται με τη συγκέντρωση χλωροφύλλης. Η συγκέντρωση της χρωστικής αυτής παρουσιάζει θετική συσχέτιση με την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται στο ορατό φάσμα.

Υπάρχοντες δείκτες χρησιμοποιούν αυτά τα μήκη κύμματος και παρουσιάζουν πολύ στενή σχέση με την ποσότητα χλωροφύλλης. Οι δείκτες αυτοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της συγκέντρωσης χλωροφύλλης, όμως η ακριβής αριθμητική σχέση πρέπει να εξακριβωθεί σε κάθε ειδική περίπτωση.

2. ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η παρούσα εργασία μελετά την περίπτωση του φυτού Calluna vulgaris L. τόσο στο φυσικό του περιβάλλον, όσο και σε συνθήκες θερμοκηπίου. Στην περιοχή Ruabon της Ουαλίας (53ο 03’ Βόρεια, 3ο 09’ Δυτικά) η οποία καλύπτεται από το συγκεκριμένο φυτό σε μεγάλες εκτάσεις, δημιουργήθηκαν 20 τεμάχια διαστάσεων 2x2 μέτρων. Τα φυτά δέχτηκαν διαφορετικές ποσότητες νιτρικού αμμωνίου κατά μηνιαία διαστήματα, για πέντε έτη. Το νιτρικό αμμώνιο ψεκάστηκε με μορφή διαλύματος στα ανώτερα στρώματα του φυλλώματος. Πέντε διαφορετικές συγκεντρώσεις νιτρικού αμμωνίου χρησιμοποιήθηκαν (120, 40, 20, 10 και 0 κιλά αζώτου/εκτάριο/έτος) και η κάθε μεταχείριση επαναλήφθηκε τέσσερις φορές. Ο σχεδιασμός των τεμαχίων έγινε με τον πλήρη τυχαιοποιημένο σχεδιασμό κατά block (randomised complete block design) (Σχήμα 1).
Τα φυτά του θερμοκηπίου προήλθαν από νεαρούς βλαστούς φυτών από την περιοχή Ruabon, τα οποία φυτεύτηκαν σε μικρά γλαστράκια μέχρις ότου παράγουν ρίζες και κατόπιν μεταφέρθηκαν σε μεγαλύτερες γλάστρες στο θερμοκήπιο. Ως έδαφος χρησιμοποιήθηκε τύρφη που δεν περιείχε σημαντικές ποσότητες ανόργανων θρεπτικών συστατικών. Κατά τη διάρκεια των επομένων 18 μηνών, τα φυτά τροφοδοτήθηκαν με διάλυμα νιτρικού αμμωνίου σε εβδομαδιαία διαστήματα. Τέσσερις διαφορετικές συγκεντρώσεις νιτρικού αμμωνίου χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την περίπτωση (120, 40, 20 και 0 κιλά αζώτου/εκτάριο/έτος) και η κάθε μεταχείριση επαναλήφθηκε 36 φορές. Τα 144 φυτά μεγάλωσαν στο θερμοκήπιο υπό ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και φωτισμού με τη χρήση συστήματος θέρμανσης και ειδικών λυχνίων που εκπέμπουν φως σε μήκη κύματος που ευνοεί την ανάπτυξη των φυτών. Μετά την πάροδο 15 μηνών, τα φυτά μεταφέρθηκαν σε μεγαλύτερες γλάστρες για να μην περιοριστεί η ανάπτυξη του ριζικού συστήματος. Στο τέλος της 18-μηνης περιόδου, τα φυτά είχαν αναπτύξει αρκετή φυτομάζα ώστε να καλύπτουν οπτικά σχεδόν όλη την επιφάνεια των γλαστρών.

3. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Η συλλογή των δεδομένων αντανάκλασης έγινε με τη χρήση του spectroradiometer ASD FieldSpec Pro. Η συγκεκριμένη συσκευή καταγράφει την ένταση της ακτινοβολίας στο εύρος 350 – 2500 nm χρησιμοποιώντας τρεις αισθητήρες, έναν για το ορατό και κοντινό
υπέρυθρο φάσμα (350 – 1000 nm), με διακριτική ικανότητα 1.4 nm και δύο για το μέσο υπέρυθρο (1000 – 2500 nm) με διακριτική ικανότητα 2 nm. Η ακτινοβολία συλλέγεται από οπτικές ίνες οι οποίες σχηματίζουν ένα probe στη μία άκρη και μεταφέρουν το εισερχόμενο σήμα στους αισθητήρες. Για τον υπολογισμό της ανάκλασης ως ποσοστό της εισερχόμενης ακτινοβολίας, χρησιμοποιήθηκε ένας δίσκος κατασκευασμένος από ειδικό υλικό που έχει σαν χαρακτηριστικό να ανακλά την ακτινοβολία με την ίδια ένταση σε όλο το φάσμα των 350 – 2500 nm (Spectralon panel). Για τα φυτά στο Ruabon, η ηλιακή ακτινοβολία χρησιμοποιήθηκε ως πηγή ενέργειας, ενώ για τα φυτά του θερμοκηπίου οι μετρήσεις καταγράφηκαν σε σκοτεινό θάλαμο, με τη χρήση λυχνίας που εξομοιώνει την ηλιακή ακτινοβολία. Και στις δύο περιπτώσεις μετρήσεις συλλέχθησαν με τον συλλέκτη επάνω από το φυτό ή το panel να “κοιτάει” προς το ναδίρ. Οι μετρήσεις
ανάκλασης από το φυτό και το panel, συλλέχθησαν εναλλάξ και κατόπιν ο λόγος των δύο μετρήσεων έδωσε το ποσοστό της ανακλώμενης ενέργειας.

Για τη μέτρηση της συγκέντρωσης χλωροφύλλης και αζώτου έγινε δειγματοληπτική συλλογή βλαστών από το κάθε φυτό. Στην περίπτωση των φυτών του Ruabon, οι βλαστοί στο ανώτερο στρώμα του φυλλώματος κάλυπταν σχεδόν ολοκληρωτικά τόσο τα κατώτερα στρώματα του φυλλώματος, όσο και το έδαφος. Συνεπώς η συλλογή των βλαστών έγινε κατά κύριο λόγο από το ανώτερο στρώμα του φυλλώματος. Αντιθέτως στην περίπτωση των φυτών του θερμοκηπίου, οι νεαροί βλαστοί είχαν εμφανώς διαφορετικό χρώμα από τους παλαιότερους βλαστούς και επιπλέον, η κατανομή των νεαρών βλαστών επέτρεπε σε ένα σημαντικό ποσοστό των παλαιότερων βλαστών να είναι εμφανείς από την οπτική γωνία από την οποία συλλέχθηκαν τα δεδομένα ανάκλασης. Κατά τη δειγματοληψία των βλαστών, συλλέχθηκαν τόσο νεότεροι, όσο και παλαιότεροι βλαστοί, οι οποίοι αναμείχθηκαν και τελικά ένα τυχαίο μέρος του συνολικού
δείγματος χρησιμοποιήθηκε στη διαδικασία μέτρησης της συγκέντρωσης χλωροφύλλης και αζώτου. Η μέτρηση της u963 συγκέντρωσης χλωροφύλλης σε κάθε φυτό, έγινε με τη χρήση της μεθόδου που πρότειναν οι Barnes και συνεργάτες η οποία χρησιμοποιεί διμεθυλ-σουλφοξίδιο (DMSO) για την εξαγωγή της χλωροφύλλης από τους φυτικούς ιστούς. Σύμφωνα με αυτή οι βλαστοί εισέρχονται στον διαλύτη και αποθηκεύονται για 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου και σε σκοτεινό μέρος. Η χλωροφύλλη εξέρχεται από τους χλωροπλάστες και διαλύεται στο DMSO, στο οποίο μπορεί να παραμείνει μέχρι και 7 ημέρες χωρίς να καταστραφεί. Εν συνεχεία, μετράτε η απορρόφηση του διαλύματος σε συγκεκριμένα μήκη κύματος με τη χρήση σπεκτροφωτόμετρου και οι μετρήσεις αυτές χρησιμοποιούνται σε τύπους που έχουν προτείνει οι Barnes και συνεργάτες για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης. Ο υπολογισμός συγκέντρωσης του αζώτου απαιτεί την αποξήρανση των βλαστών και εν συνεχεία την καταστροφή των κυτταρικών δομών και διάσπαση πολύπλοκων ενώσεων σε πυκνό θειικό οξύ σε θερμοκρασία 360 βαθμών κελσίου. Η διαδικασία επιτυγχάνεται λόγω της χρήσης καταλύτη μίγματος σελινίου (Se) και θειικού καλίου (K2SO4) ο οποίος επιτρέπει την διεξαγωγή της αντίδρασης. Μετά το πέρας της διαδικασίας, τα άτομα αζώτου είναι δεσμευμένα σε ιόντα αμμωνίας (ΝΗ4 +) η συγκέντρωση των οποίων μετράτε με τη χρήση ιοντικού χρωματογράφου.

3.1. Επεξεργασία δεδομένων
Τα δεδομένα ανάκλασης που μετρήθηκαν από το ASD είχαν φασματική διακριτική ικανότητα της τάξεως του 1 nm. Πριν την στατιστική ανάλυση, η φασματική διακριτική ικανότητα μειώθηκε στα 5 nm για τα φυτά του θερμοκηπίου και στα 10 nm για τα φυτά του Ruabon, με εξαίρεση την περιοχή 670 – 770 nm όπου η ανάκλαση αυξάνει απότομα σε διάστημα λίγων νανόμετρων. Η απώλεια της φασματικής διακριτικής ικανότητας σε αυτή την περιοχή θα προκαλούσε σημαντική απώλεια πληροφοριών, ενώ στο υπόλοιπο φάσμα η μεταβολή της έντασης της ανάκλασης είναι σταδιακή με αποτέλεσμα πολύ συχνά μέχρι και δέκα διαδοχικά μήκη κύματος να έχουν την ίδια ανάκλαση. Οι χαρακτηριστικές απορροφήσεις τόσο των χρωστικών όσο και των δεσμών αζώτου – υδρογόνου έχουν εύρος τουλάχιστο 10 nm, οπότε θα πρέπει να είναι ανιχνεύσιμες ακόμη και με φασματική διακριτική ικανότητα της τάξης των 10 nm. Επιπλέον, ο μικρός αριθμός ανεξάρτητων μετρήσεων στην περιοχή Ruabon σε συνδυασμό με το μεγάλο αριθμό μετρήσεων ανάκλασης (μία ανά 1 nm), απαιτεί τη μείωση των μεταβλητών που θα χρησιμοποιηθούν ως ανεξάρτητες στην παλινδρόμηση.

Ένα από τα προβλήματα που αντιμετωπίζει η χρήση δεδομένων τηλεπισκόπισης για τον υπολογισμό βιοχημικών ουσιών, είναι η μερική ή ολική αλληλοεπικάλυψη χαρακτηριστικών απορροφήσεων διαφορετικών ουσιών στις ίδιες περιοχές του φάσματος.
Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να μην είναι δυνατό να εκτιμηθεί το μέγεθος της απορρόφησης, ούτε και να διαπιστωθεί η ουσία υπαίτια για την πρόκληση της απορρόφησης. Η μέθοδος που ακολουθείται για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, είναι η χρήση της “πρώτης παραγώγου” η οποία ορίζεται σαν τη διαφορά της ανάκλασης μεταξύ δύο διαδοχικών μετρήσεων στο φάσμα, προς την απόσταση μεταξύ των δύο αυτών μετρήσεων στο φάσμα (στη συγκεκριμένη περίπτωση σε νανόμετρα).

4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Η χρήση διαφορετικών ποσοτήτων νιτρικού αμμωνίου είχε προφανή επίδραση στα φυτά, τόσο στο φυσικό περιβάλλον όσο και στο θερμοκήπιο. Τα φυτά που παρέλαβαν μεγάλες ποσότητες αζώτου δημιούργησαν περισσότερη φυτομάζα, ειδικά τα φυτά του θερμοκηπίου όπου οι συνθήκες θερμοκρασίας και φωτισμού ήταν ευνοϊκότερες. Η χημική ανάλυση παρουσιάζει μεγαλύτερες ποσότητες αζώτου και χλωροφύλλης στην υψηλότερη μεταχείριση και στις δύο περιοχές μελέτης (Σχήματα 2 και 3).

Όπως ήταν αναμενόμενο, η συσχέτιση μεταξύ χλωροφύλλης και αζώτου στα φυτά στο Ruabon παρουσιάζεται αρκετά ισχυρή (r = 0.754, Σχήμα 4). Στην περίπτωση των φυτών του θερμοκηπίου όμως, δεν φαίνεται να υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ χλωροφύλλης και αζώτου (r = 0.174, Σχήμα 5).

Αξίζει να σημειωθεί ότι η μέγιστη συγκέντρωση χλωροφύλλης που μετρήθηκε σε φυτά του θερμοκηπίου ήταν σχεδόν διπλάσια από την αντίστοιχη στα φυτά στο φυσικό περιβάλλον (2.84 έναντι 1.59 mg/g χλωρού ιστού). Επιπλέον ο μέσος όρος της συγκέντρωσης χλωροφύλλης των φυτών του θερμοκηπίου ήταν αρκετά μεγαλύτερος από αυτόν των φυτών του Ruabon (1.94 έναντι 1.29 mg/g χλωρού ιστού).

Αντιθέτως, τα εύρη συγκεντρώσεων και οι μέσοι όροι αζώτου στις δύο περιοχές που μελετήθηκαν ήταν παρόμοια, με αυτά του Ruabon να παρουσιάζουν οριακά μεγαλύτερες τιμές (Πίνακας 1).

Η μέθοδος της πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης που ακολουθήθηκε ήταν η stepwise και εφαρμόστηκε τόσο στις αρχικές μετρήσεις ανακλάσεων, όσο και στο προϊόν της εφαρμογής της πρώτης παραγώγου. Σε κάθε περίπτωση η εξαρτημένη μεταβλητή ήταν η συγκέντρωση χλωροφύλλης ή αζώτου. Για τη μελέτη της χλωροφύλλης χρησιμοποιήθηκε μόνο η περιοχή 500 – 800 nm, καθώς η χρωστική δεν έχει καμία επίδραση στην ανάκλαση σε μήκη κύματος πέρα των 800 nm και επιπλέον, ο σκεδασμός του φωτός είναι αρκετά έντονος σε μήκη κύματος κάτω των 500 nm. Στην περίπτωση του αζώτου, η περιοχή του φάσματος που χρησιμοποιήθηκε ήταν μεταξύ 1480 και 2400nm, με εξαίρεση την περιοχή 1795 – 1975 nm, όπου η απορρόφηση του νερού και των υδρατμών αποκρύπτει τις συγκριτικά ασθενείς απορροφήσεις των δεσμών αζώτου – υδρογόνου. Οι μετρήσεις ανάκλασης ή πρώτης παραγώγου σε κάθε μήκος κύματος στις προαναφερθείσες περιοχές του φάσματος, εισήχθησαν ως ανεξάρτητες μεταβλητές στην
stepwise πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση. Τα μήκη κύματος που αποδόθηκαν από τις παλινδρομήσεις με τους αντίστοιχους συντελεστές προσαρμογής (r2) παρουσιάζονται στους Πίνακες 2 και 3 για τη χλωροφύλλη και το άζωτο αντίστοιχα.

Για τη χλωροφύλλη στα φυτά θερμοκηπίου, τα μήκη κύματος από τα δεδομένα απλής ανάκλασης που επιλέχθηκαν από τη γραμμική παλινδρόμηση, ανήκαν στο “πράσινο” φάσμα (500 – 600 nm), ενώ από τα δεδομένα της πρώτης παραγώγου, χρησιμοποιήθηκε και ένα μήκος κύματος στο τέλος του “κόκκινου” φάσματος και δύο από το κοντινό υπέρυθρο. Κανένα μήκος κύματος δεν επιλέχθηκε από την περιοχή της μέγιστης κλίσης της red edge (690 – 720 nm). Τα αποτελέσματα της γραμμικής παλινδρόμησης στα δεδομένα απλής ανάκλασης από τα φυτά του Ruabon, δεν παρουσιάζουν υψηλότερους
συντελεστές προσαρμογής, συγκριτικά με αυτούς των δεδομένων θερμοκηπίου, αν και επιλέχθηκαν κάποια μήκη κύματος στην περιοχή της red edge. Οι υψηλότεροι συντελεστές προσαρμογής αποδόθηκαν με τη χρήση της πρώτης παραγώγου στα φυτά Ruabon, όπου τα επιλεγμένα μήκη κύματος ήταν αποκλειστικά από την περιοχή της red edge.

Τα αποτελέσματα του αζώτου δίνουν πολύ υψηλότερους συντελεστές προσαρμογής για τα φυτά του Ruabon απ’ ότι για τα φυτά του θερμοκηπίου. Από τα μήκη κύματος που επιλέχθηκαν στα φυτά θερμοκηπίου, η απλή ανάκλαση και η πρώτη παράγωγος έδωσαν από δύο μήκη κύματος που είναι συσχετισμένα με απορροφήσεις οφειλόμενες σε πρωτεΐνες (2190, 2135 και 2140, 2305 nm αντίστοιχα) [19, 20]. Αντίθετα, η παλινδρόμηση στα δεδομένα απλής ανάκλασης από τα φυτά του Ruabon, έδωσε δύο μήκη κύματος σχετισμένα με απορροφήσεις των πρωτεϊνών (2350 και 1970 nm), ενώ στα δεδομένα της πρώτη παραγώγου επέλεξε τέσσερα τέτοια μήκη κύματος (2360, 1990, 2160 και 2050 nm).

5. ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

Η παρουσία της σχέσης μεταξύ χλωροφύλλης και αζώτου στα φυτά του Ruabon, ήταν αναμενόμενη και επιβεβαιώνει παλαιότερες μελέτες. Αντιθέτως, τέτοια σχέση δεν φαίνεται να υπάρχει στα φυτά του θερμοκηπίου. Αιτία είναι πιθανότατα η αυξημένη παραγωγή χλωροφύλλης, η οποία προκλήθηκε από τις ευνοϊκές συνθήκες φωτισμού και θερμοκρασίας. Επιπλέον, το γεγονός ότι οι ετήσιοι βλαστοί είχαν εμφανώς διαφορετική συγκέντρωση χλωροφύλλης (και πιθανότατα αζώτου) από τους παλαιότερους βλαστούς, σε συνδυασμό με την κατακόρυφη ανάπτυξη των ετησίων βλαστών που επέτρεπε στους παλαιότερους βλαστούς να είναι ορατοί από την κατακόρυφη οπτική γωνία, είχε σαν αποτέλεσμα η ολική ανάκλαση του φυλλώματος να είναι συνδυασμός ανάκλασης από παλαιότερους και ετήσιους βλαστούς σε άγνωστη αναλογία. Είναι πολύ πιθανό η αναλογία παλαιών/νέων βλαστών στην περιοχή όπου μετρήθηκε η ανάκλαση να ήταν διαφορετική από την αναλογία παλαιών/νέων βλαστών που διατηρήθηκε κατά τη δειγματοληψία των βλαστών για τον υπολογισμό των συγκεντρώσεων χλωροφύλλης και αζώτου. Αυτό αποτελεί γνωστό πρόβλημα που αντιμετωπίζει η τηλεπισκόπιση, το οποίο πολλές φορές είναι δύσκολο να επιλυθεί.

Τα αποτελέσματα των φυτών του Ruabon παρουσιάζουν αρκετά υψηλούς συντελεστές
προσαρμογής, το οποίο οφείλεται στον μικρό αριθμό δειγμάτων. Ωστόσο, η επιλογή μηκών κύματος που είναι γνωστά ως περιοχές απορρόφησης των πρωτεϊνών, είναι πολύ ενθαρρυντική. Η ομοιογένεια της συγκέντρωσης χλωροφύλλης και αζώτου στα επιφανειακά στρώματα του φυλλώματος, έκανε πιο ακριβή τη συλλογή αντιπροσωπευτικού δείγματος βλαστών, με αποτέλεσμα να επιλεχθούν μήκη κύματος που σχετίζονται με τη χλωροφύλλη και το άζωτο.

6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Η επιλογή μηκών κύματος που σχετίζονται με περιοχές απορρόφησης των πρωτεϊνών (οι οποίες περιέχουν δεσμούς Ν-Η), επιβεβαιώνει το γεγονός ότι είναι δυνατό να γίνουν εκτιμήσεις συγκέντρωσης αζώτου με δεδομένα τηλεπισκόπισης.

Από τα αποτελέσματα είναι προφανές ότι το στάδιο ανάπτυξης του φυτού είναι πολύ σημαντικός παράγοντας στην ερμηνεία των δεδομένων τηλεπισκόπισης. Η ανομοιογένεια μεταξύ βλαστών του ίδιου φυτού, έχει τα ίδια αρνητικά αποτελέσματα με την ανομοιογένεια μεταξύ διαφορετικών φυτών που συχνά παρατηρείται σε δεδομένα τηλεπισκόπισης από μεγάλες αποστάσεις.Ωστόσο, στο φυσικό περιβάλλον, το φυτό ρείκι βρίσκεται να κυριαρχεί σε μεγάλες εκτάσεις και η διακύμανση της συγκέντρωσης χλωροφύλλης και αζώτου δεν μεταβάλλεται σημαντικά σε κοντινές αποστάσεις. Επιπλέον, οι συγκεντρώσεις χλωροφύλλης που μετρήθηκαν στα φυτά θερμοκηπίου αποτελούν ακραία κατάσταση η οποία δεν συναντάται στο φυσικό περιβάλλον. Συνεπώς, αναμένεται ότι δεδομένα τηλεπισκόπισης από αεροπλάνο θα περιέχουν ομοιογενή φυλλώματα στο οπτικό πεδίο της ελάχιστης χωρικής διακριτικής ικανότητας (συνήθως μεταξύ 1 και 4 μ2).

Τα αποτελέσματα της εργασίας υποδεικνύουν ότι η πιθανότητα χρήσης δεδομένων τηλεπισκόπισης από αεροπλάνο για την παρακολούθηση συγκεντρώσεων αζώτου στα φυτά είναι υπαρκτή. Περαιτέρω αξιολόγηση δεδομένων τηλεπισκόπισης από αεροπλάνο είναι απαραίτητη και θα πρέπει να αποτελέσει το επόμενο βήμα αυτής της μελέτης.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]

Εταιρίδου Κυριακή

2010-02-22T23:53:15Z

Etairidoukyriaki:

Εταιρίδου Κυριακή

2010-02-22T23:52:09Z

Etairidoukyriaki:

* [[Τηλεπισκόπηση των Άγριων Ζώων]]

* [[MEO SAR σύλληψη συστημάτων και τεχνολογιών για τηλεπισκόπηση της γης]]
[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Αθήνα)]]
[[category:ΔΠΜΣ ]]

MEO SAR σύλληψη συστημάτων και τεχνολογιών για τηλεπισκόπηση της γης

2010-02-22T23:51:03Z

Etairidoukyriaki: New page: Τα νέας τεχνολογίας συστήματα InSAR μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την πρόβλεψη σεισμών μέσα σε χρον...

Τα νέας τεχνολογίας συστήματα InSAR μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την πρόβλεψη σεισμών μέσα σε χρονικό πλαίσιο 20 ετών. Τέτοια συστήματα θα πρέπει να παρέχουν χρονική ανάλυση, έτσι ώστε η αρχιτεκτονική των συστημάτων πρέπει να επιτρέπει την κάλυψη μεγάλης περιοχής για να ελαχιστοποιήσει τον αποτελεσματικό συμβολομετρικό χρόνο επανάληψης. Αυτή η εργασία μιλά για τα πλεονεκτήματα της κάλυψης που συνδέονται με της Μέσης της Τροχιά (MEO) InSAR συστήματα στην παρατήρηση των γεωφυσικών φαινόμενων. Η αρχιτεκτονική αυτών των συστημάτων απαιτεί την χρήση μεγάλων κεραιών ραντάρ και αυτή η εργασία επίσης παρουσιάζει τις απόψεις για τις νέες τεχνολογίες κεραιών που μπορεί να έχουν επαναστατικές μειώσεις στις κεραίες μαζικής πυκνότητας μεγάλου ανοίγματος ραντάρ.

1. Εισαγωγή

Τα μελλοντικά δορυφορικά συστήματα μπορεί να παρέχουν τις απαραίτητες μετρήσεις για την πρόβλεψη σεισμών μέσα σε βάθος εικοσαετίας. Τέτοια συστήματα παρατήρησης θα μπορούσαν να φέρουν πολλά οφέλη, αλλά για να πραγματοποιηθούν αυτά τα οφέλη, το σύστημα θα πρέπει να πληρεί κάποιες προϋποθέσεις. Οι αρχιτεκτονικές για αυτά τα συστήματα είναι το θέμα αυτής της εργασίας.
Η αξία των δορυφορικών γεωδαιτικών τεχνικών έχει ήδη αποδειχθεί και οι προεκτάσεις της στα νέας τεχνολογίας συστήματα για παρατήρηση των μεταμορφώσεων του φλοιού είναι το λογικό επόμενο βήμα για την πρόγνωση των σεισμών. Την τελευταία δεκαετία, οι παρατηρήσεις με βάση τα δεδομένα από τις τεχνικές GPS και InSAR παρείχαν σημαντικές πληροφορίες στην κατανόηση της φυσικής των σεισμών, της επιστήμης της ροής ύλης στον φλοιό και στις αλληλεπιδράσεις. Σύγχρονα μοντέλα με αυτές τις πληροφορίες προβλέπουν ότι η γνώση των μεταμορφώσεων των χωρικών και χρονικών σημάτων που θα παρακολουθούνται από τα δορυφορικά συστήματα μπορεί να αυξήσει την ικανότητα μας να περιορίσουμε τις τοποθεσίες των μελλοντικών σεισμών. Έτσι προέκυψε η ανάγκη για μέτρηση της παραμόρφωσης του φλοιού με L-Band InSAR.
Ενώ η ακρίβεια των InSAR μετρήσεων είναι βασική προϋπόθεση του συστήματος μια άλλη προϋπόθεση μεγάλης σημασίας είναι η ανάγκη για επαναλήψεις. Η χρονική δειγματοληψία χρειάζεται, ώστε τα προκαταρκτικά φαινόμενα να ξεχωρίζουν από τα σεισμικά , τα μετασεισμικά, τα μετέπειτα σημάδια που ακολουθούν τον σεισμό. Πιο συχνές μετρήσεις οδηγούν σε καλύτερα μοντέλα σεισμών και αλληλεπιδράσεων. Επίσης οι συχνές δειγματοληψίες επιτρέπουν καλύτερη ανάλυση. Η προϋπόθεση για χρονική δειγματοληψία και για μικρής τροχιάς επαναλήψεις είναι το βασικό κίνητρο για την αρχιτεκτονική του συστήματος. Η εργασία παρουσιάζει τα σημεία υπεροχής του MEO και τα πλεονεκτήματα του σε σχέση με το LEO στο να επιτύχει τις προϋποθέσεις της επιστήμης με τις λιγότερες δυνατές κεραίες. Η αρχιτεκτονική MEO έχει περισσότερες απαιτήσεις από το όργανο InSAR. Ίσως η μεγαλύτερη τεχνολογική πρόκληση στον χειρισμό ενός οργάνου MEOSAR είναι η μεγάλη κεραία. Συνεπώς η εργασία αυτή ασχολείται με τεχνολογίες για μεγάλες ελαφριές κεραίες που μπορούν να πραγματοποιήσουν την πρόβλεψη σεισμών.

2. Αρχιτεκτονική ΜΕΟ

Η επιλογή τροχιάς είναι ίσως το πιο καθοριστικό βήμα στην αρχιτεκτονική του συστήματος InSAR και επειδή η ανάλυση της εικόνας από αισθητήρα SAR μπορεί να γίνει ανεξάρτητα από την απόσταση, η κάλυψη της γης είναι πιθανόν το πιο σχετικό μέτρο στην επιλογή τροχιάς. Μεγαλύτερη κάλυψη συνεπάγεται μικρότερες επαναλήψεις και έτσι υψηλότερη χρονική ανάλυση και πιο πολλά δεδομένα των περιοχών.
Οι αισθητήρες SAR είναι όργανα που βλέπουν πλευρικά και συλλέγουν δεδομένα σκανάροντας από αριστερά προς τα δεξιά της επίγειας πλατφόρμας στο σημείο ναδίρ με το αμφίπλευρο ορατό πλάτος τους σκαναρίσματος. Το αποτέλεσμα σχετίζεται με την επιφάνεια του εδάφους που σαρώνεται από το SAR, αν και πρέπει να σημειωθεί ότι το SAR δεν μπορεί απαραίτητα να λάβει δεδομένα από ολόκληρη την περιοχή ταυτόχρονα.
Το ποσοστό κάλυψης της γης από ένα SAR φαίνεται στο σχήμα 1 υποθέτοντας ότι τα δεδομένα λαμβάνονται μόνο από τις πλευρές, όπου τα SAR σκαναρίσματα περιορίζονται από το εύρος των επιτρεπόμενων στο έδαφος γωνιών συχνότητας του σήματος. Οι καμπύλες κορυφώνονται στα ύψη γύρω στα 3000km, επειδή την ορατή ζώνη αυξάνεται σε ύψος , καθώς η ταχύτητα της πλατφόρμας στο ναδίρ μειώνεται σε ύψος.
Το γενικό συμπέρασμα είναι ότι τα ύψη γύρω στα 2000-5000km μπορεί να είναι πιο ευνοϊκά από την άποψη κάλυψης της γης. Οι ακριβείς θέσεις των κορυφών στις καμπύλες εξαρτώνται από τις υποθέσεις σε επίπεδο συστήματος.
Επίσης πρέπει να σημειωθεί ότι για συνεχή κάλυψη, όπως π.χ. σε περιπτώσεις για αντιμετώπιση καταστροφών, το μονέλο του σχήματος 1 είναι ανεπαρκές. Σε αυτήν την περίπτωση πιο υψηλές τροχιές (10.000-14.000km) θα ήταν πιο αποτελεσματικές στο να προσφέρουν στιγμιαία παγκόσμια πρόσβαση
Τα θέματα που σχετίζονται με το απαιτούμενο μέγεθος και την πολυπλοκότητα της κεραίας SAR περιορίζουν το σχέδιο της αρχιτεκτονικής της παρατηρήσης. Για να αποφύγουμεrange-Doppler ασάφειες το άνοιγμα της κεραίας SAR θα πρέπει να έχει μια ελάχιστη προβλεπόμενη περιοχή
Α>=Κφδξξδ
, όπου ρ είναι το εύρος κλίσης, λ είναι το μήκος κύματος, ν η σχετική ταχύτητα της πλατφόρμας, θinc είναι η γωνία προσβολής,c είναι η ταχύτητα του φωτός και κ είναι ένας συνεχής σχεδιασμός (συνήθως 1.2-1.5 για σύστημα με έναν πόλο). Τα μεγαλύτερα ύψη λοιπόν χρειάζονται μεγαλύτερες κεραίες για μεγαλύτερη δύναμη μετάδοσης. Για αυτό τα μεγάλα ύψη προτάσσουν προηγμένη τεχνολογία για μεγάλες και ελαφριές κεραίες.
Εδώ να περιγράψουμε σύντομα τα αποτελέσματα για μια ανάλυση κάλυψης ενός SAR, που λειτουργεί σε ύψος περίπου 3000km. Η κλίση της τροχιάς είναι 112ο και η τροχιά επαναλαμβάνεται κάθε δύο ημέρες. Το σημείο μελέτης υπολογίζει ένα L-Band άνοιγμα κεραίας στα 10x40m, το οποίο μπορεί να κατευθύνεται να κοιτά είτε αριστερά, είτε δεξιά από την παρακολούθηση εδάφους. Αν και ένα τέτοιο άνοιγμα κεραίας θα χρειαζόταν τεχνολογία, που θα συζητηθεί παρακάτω, ο αισθητήρας θα είναι ικανός να συλλέξει δεδομένα παγκοσμίως σε γωνίες συχνότητας εδάφους στις 15-65ο και αντίστοιχα να κοιτά γωνίες από 10-38ο. Καθώς όλα τα σημεία θα ήταν ορατά στο έδαφος πολλαπλές φορές κατά την διάρκεια τροχιάς των δύο ημερών, ο μεγαλύτερος χρόνος αναμονής πριν από την απεικόνιση κάθε δεδομένης περιόδου θα ήταν της τάξης των 12 ωρών για ένα μόνο δορυφόρο. Ο χρόνος αναμονής και ο αποτελεσματικός χρόνος επανάληψης θα μπορούσε να μειωθεί περισσότερο με την χρήση μιας ομάδας αστερισμού από δορυφόρους.
Καθώς το σύστημα μπορούσε να παρέχει παγκόσμια κάλυψη με ποικιλία από γεωμετρίες, η τρισδιάστατη ακρίβεια μετατόπισης του συστήματος θα ήταν εξαιρετική για τα περισσότερα μέρη του κόσμου. Επίσης το σύστημα θα μπορούσε να παρέχει πλήρη κάλυψη της φης μεταξύ+-84ο πλάτος σε γωνίες μεταξύ 20-45ο. Σε αυτές τις πιο απότομες γωνιές περιοχή της κεραίας θα ήταν αρκετή για παλωσιμετρική λειτουργία, η οποία θα μπορούσε να εξαιρεθεί πιο εύκολα η βλάστηση από την καταγραφή της υφέρπουσας επιφάνειας. Η πολωμέτρηση θα ευνοούσε επίσης άλλους τύπους μετρήσεων, αν και δεν υπήρξε κίνητρο σχεδιασμού για αυτήν την ανάλυση.
Το InSAR σύστημα αυτής της μελέτης θα παρακολουθεί την περιοχή 78% του χρόνου, πολύ περισσότερο από το αντίστοιχο LEO σύστημα. Με αρκετή δύναμη, αποθήκες δεδομένων και ικανότητα downlink, το σύστηνα μπορεί να παρέχει μεγαλύτερο όγκο χρήσιμων δεδομένων από ό,τι από κάποια πιο χαμηλά τροχιά. Το μεγαλύτερο ύψος επίσης θα επέτρεπε στους downlink σταθμούς να έχουν εικόνα με μεγαλύτερη διάρκεια σε κάθε πέρασμα, αν και μπορούμε να οραματισθούμε ένα καλύτερο σύστημα επικοινωνίας, αν υποθέσουμε μια ομάδα δορυφόρων.
Είναι εμφανές ότι ακόμα πιο υψηλές τροχιές θα ήταν πιο ελκυστικές, εάν χρειάζονταν σχεδόν στιγμιαία πρόσβαση. Η ικανότητα να υπάρχει συνεχής εικόνα για μια περιοχή ενδιαφέροντος, θα μπορούσε καλύτερα να πραγματοποιηθεί από μια ομάδα αισθητήρων σε μεγαλύτερο ύψος.
Παλαιότερη μελέτη εξέτασε την κάλυψη από μια ομάδα 10 δορυφόρων γεωσύγχρονων SAR και απέδειξε ότι οι περισσότερες περιοχές στο έδαφος θα μπορούσαν να απεικονίζονται συνεχώς για πολλές ώρες. Ωστόσο οι γεωστατικές τροχιές δεν είναι χρήσιμες, επειδή οι αισθητήρες SAR χρειάζονται σχετική κίνηση μεταξύ της πλατφόρμας και της επιφάνειας της γης. Ενώ οι γεωσύγχρονες με κλίση τροχιές παραμένουν πάνω από καθορισμένα ύψη της γης και μπορούν να φανούν χρήσιμες για την καλύτερη κάλυψη συγκεκριμένων περιοχών, αυτό ωστόσο μπορεί να αποδειχθεί μη αποτελεσματικό, εάν απαιτείται παγκόσμια κάλυψη. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα πλεονεκτήματα των γεωσυγχρονων τροχιών προκύπτουν κυρίως από τα μεγάλα ύψη, όχι από την γεωσυγχρονικότητα. Υψηλές MEO τροχιές (10.000-25.000km) μπορούν συνεπώς να παρέχουν παρόμοια πλεονεκτήματα στην πλήρη κάλυψη της γης με χαμηλό κόστος.
Οι μελέτες μας προτείνουν ότι μια ομάδα 9 δορυφόρων MEO SAR σε ύψος 14.000km μπορεί να παρακολουθεί τις περισσότερες περιοχές στην επιφάνεια για περισσότερο από 50% του χρόνου με κενά κάλυψης όχι μεγαλύτερα από 2 ώρες. Μια ομάδα 6 δορυφόρων στα 20.000km μπορεί να παρακολουθεί τις Η.Π.Α. συνεχώς, αν και δεν παρέχει παγκόσμια κάλυψη.

3. Επιτρεπόμενες Τεχνολογίες

Παράλληλα με τα πλεονεκτήματα, οι αρχιτεκτονικές MEO έχουν και πολλές προκλήσεις. Πρώτο και κύριο χρειαζόμαστε επαναστατικές τεχνολογίες για κεραίες που επιτρέπουν τόσο πολύπλοκα συστήματα. Αυτές οι μεγάλες κεραίες θα ήταν πρόκληση να χτιστούν, να αναπτυχθούν και να συντηρηθούν. Υπολογίζεται ότι χρειαζόμαστε κεραίες με μάζα πυκνότητας 2 με 4kg/m2, που να επιτρέπουν το μεγάλο άνοιγμα (10x40). Αυτές οι μάζες πυκνότητας εμπεριέχουν τη δομή στήριξης της κεραίας, το άνοιγμα και όλα τα ηλεκτρονικά της κεραίας.
Ένας τρόπος για να πετύχουμε τη μείωση στη μάζα πυκνότητας είναι η χρήση ενός λεπτού φιλμ μεμβράνης για το άνοιγμα της κεραίας μαζί με χαμηλότερης μάζας δομές στήριξης. Το σχ. 4 δείχνει ένα παράδειγμα κεραίας με μεμβράνη. Ωστόσο, ένα σύστημα με λογιότερη δομική στήριξη είναι επιτρεπτές σε παραμορφώσεις της επιφάνειας και λάθη. Για τις σταδιακές συστοιχίες, η απόλυτη γνώση και ο έλεγχος φάσης του εμπρόσθιου κύματος είναι η κινητήρια απαίτηση. Η φυσική μετατόπιση και η συνιστώσα φάση συνεισφέρουν και τα δύο στην παραμόρφωση της “φάσης επιφάνειας” μιας ενεργής παράταξης. Οι κεραίες μεμβράνης διαφέρουν από τις κανονικές, οι άκαμπτες σταδιακές συστοιχίες σε αυτή τη φυσική μετατόπιση μπορεί να είναι ένας σημαντικός συντελεστής στο εμπρόσθιας - φάσης λάθος και μπορεί να αλλάξει χρονικά και χωρικά. Επομένως, για μια κεραία μεμβράνης χωρίς άκαμπτη δομή στήριξης, εξελιγμένη μετρολογία και βαθμονόμηση είναι απαραίτητα. Αυξάνοντας τη δομική στήριξη της κεραίας ή του προσαρμοστικό έλεγχο ανοίγματος είναι δύο βασικές μέθοδοι για τη διατήρηση της απαιτούμενης φάσης σταθερότητας μιας διάταξης μεμβράνης. Η μάζα, η πολυπλοκότητα και το κόστος των άκαμπτων πολύπλευρων και βασισμένων σε μεμβράνες συστημάτων. Χρειάζεται να μελετηθούν προσεκτικά σε σχέση με την επίδοση. Βραχυπρόθεσμα, μια κεραία μεμβράνης με περισσότερη στήριξη δομής θα μπορούσε να είναι μια αποδεκτή λύση με περισσότερα μηχανολογικά συστήματα, καθώς η τεχνολογία ωριμάζει.

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]