RemoteSensing Wiki - Συνεισφορές χρήστη [el]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T16:42:41Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη Θράκη, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. Οι τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Η τάση αυτή ωφελεί τη συνδεσιμότητα των δασών, μειώνοντας τον κατακερματισμό τους, με θετικές συνέπειες για τη βιοποικιλότητα, ιδιαίτερα για τα μεγάλα θηλαστικά, τη δέσμευση άνθρακα, την αναψυχή και άλλες υπηρεσίες των δασικών οικοσυστημάτων. Από την άλλη πλευρά, τα είδη που εξαρτώνται για τροφή και φωλεοποίηση από τα ανοικτά ενδιαιτήματα ενδέχεται να εμφανίσουν μείωση του πληθυσμού τους. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος πυρκαγιών είναι πιθανό να αυξηθεί στο εγγύς μέλλον λόγω αυξημένης ποσότητας και "συνέχειας" της καύσιμης ύλης.

Τα αποτελέσματα συζητώνται σε σχέση με τις πολιτικές και διαχειριστικές παρεμβάσεις, που μπορεί να απαιτηθούν, ώστε να εξασφαλιστεί η μέγιστη δυνατή προστασία και διατήρηση των οικολογικών πόρων.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T16:25:17Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη Θράκη, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. Οι τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Η τάση αυτή ωφελεί τη συνδεσιμότητα των δασών, μειώνοντας τον κατακερματισμό τους, με θετικές συνέπειες για τη βιοποικιλότητα, ιδιαίτερα για τα μεγάλα θηλαστικά, τη δέσμευση άνθρακα, την αναψυχή και άλλες υπηρεσίες των δασικών οικοσυστημάτων. Από την άλλη πλευρά, τα είδη που εξαρτώνται για τροφή και φωλεοποίηση από τους ανοικτά ενδιαιτήματα ενδέχεται να εμφανίσουν μείωση του πληθυσμού τους. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος πυρκαγιών είναι πιθανό να αυξηθεί στο εγγύς μέλλον λόγω αυξημένης ποσότητας και "συνέχειας" της καύσιμης ύλης.

Τα αποτελέσματα συζητώνται σε σχέση με τις πολιτικές και διαχειριστικές παρεμβάσεις, που μπορεί να απαιτηθούν, ώστε να εξασφαλιστεί η μέγιστη δυνατή προστασία και διατήρηση των οικολογικών πόρων.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T16:21:54Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη Θράκη, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. Οι τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Η τάση αυτή ωφελεί τη συνδεσιμότητα των δασών, μειώνοντας τον κατακερματισμό τους, με θετικές συνέπειες για τη βιοποικιλότητα, ιδιαίτερα για τα μεγάλα θηλαστικά, τη δέσμευση άνθρακα, την αναψυχή και άλλες υπηρεσίες των δασικών οικοσυστημάτων. Από την άλλη πλευρά, τα είδη που εξαρτώνται για τροφή και φωλεοποίηση από τους ανοικτά ενδιαιτήματα ενδέχεται να εμφανίσουν μείωση του πληθυσμού τους. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος πυρκαγιών είναι πιθανό να αυξηθεί στο εγγύς μέλλον λόγω αυξημένης ποσότητας και "συνέχειας" της καύσιμης ύλης.

Τα αποτελέσματα συζητώνται σε σχέση με τις πολιτικές και διαχειριστικές παρεμβάσεις, που μπορεί να απαιτηθούν, ώστε να εξασφαλιστεί η μέγιστη δυνατή προστασία και διατήρηση των οικολογικών πόρων.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T16:20:52Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη Θράκη, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. Οι τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Η τάση αυτή ωφελεί τη συνδεσιμότητα των δασών, μειώνοντας τον κατακερματισμό τους, με θετικές συνέπειες για τη βιοποικιλότητα, ιδιαίτερα για τα μεγάλα θηλαστικά, τη δέσμευση άνθρακα, την αναψυχή και άλλες υπηρεσίες των δασικών οικοσυστημάτων. Από την άλλη πλευρά, τα είδη που εξαρτώνται για τροφή και φωλεοποίηση από τους ανοικτά ενδιαιτήματα ενδέχεται να εμφανίσουν μείωση του πληθυσμού τους. Ταυτόχρονα, ο κίνδυνος πυρκαγιών είναι πιθανό να αυξηθεί στο εγγύς μέλλον λόγω αυξημένης ποσότητας και "συνέχειας" της καύσιμης ύλης.
Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις πολιτικές και διαχειριστικές παρεμβάσεις, που μπορεί να απαιτηθούν, ώστε να εξασφαλιστεί η μέγιστη δυνατή προστασία και διατήρηση των οικολογικών πόρων.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T09:05:08Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. Οι τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T09:03:45Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI που δημιουργήθηκε (βλ. '''Εικόνα 5'''), είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. ΟΙ τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-06T09:00:25Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI (βλ. '''Εικόνα 5''') που δημιουργήθηκε, είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. ΟΙ τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:25:02Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]
[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους (1984, 2019) αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI (βλ. '''Εικόνα 5''') που δημιουργήθηκε, είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. ΟΙ τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:23:02Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους (1984, 2019) αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

Το πολυχρονικό προφίλ NDVI (βλ. '''Εικόνα 5''') που δημιουργήθηκε, είναι ενδεικτικό της μεγάλης αύξησης των τιμών του NDVI των εικονοστοιχείων που μετατράπηκαν σε δάση πλατύφυλλων, καθώς κι εκείνων που παρέμειναν δάση πλατύφυλλων καθ’ όλη τη διάρκεια της μελέτης. Το αποτέλεσμα αυτό καταδεικνύει ότι, εκτός από την απώλεια ανοικτών ενδιαιτημάτων, τα δάση πλατύφυλλων γίνονται πυκνότερα. ΟΙ τιμές NDVI στα δάση κωνοφόρων έμειναν λίγο πολύ σταθερές, ενώ τα εικονοστοιχεία που μετατράπηκαν από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση κωνοφόρων, παρουσίασαν μια μικρή μόνο αύξηση στις τιμές NDVI τους.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:16:39Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους (1984, 2019) αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. '''Εικόνα 4''') και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:15:41Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

Η ταξινόμηση ΟΒΙΑ για τις δύο χρονικές περιόδους (1984, 2019) αποκάλυψε σημαντικές διαφοροποιήσεις του τοπίου (βλ. Εικόνα 4) και επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης του 2019 είναι 92% και το Kappa coefficient = 0,78, ενώ για το 1984 η συνολική ακρίβεια είναι 91,6% και Κ= 0,85.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:09:10Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών – εκτάσεων (βλ. '''Εικόνα 3: b-f'''). Αντίστοιχα, στον αλγόριθμο TCT μόνο ο δείκτης “πρασινάδα” είχε στατιστικά σημαντική σχέση με το χρόνο (βλ. '''Εικόνα 3a'''). Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T15:00:40Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices) για να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:59:04Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου (1984) και του τελευταίου (2019) έτους της μελέτης για να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:55:05Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:52:10Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).
O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:41:05Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1 βάσει της εξίσωσης:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση και το ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σχέσεων και των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:35:51Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'').

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:33:02Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πρασινάδα, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:31:41Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα τις δεκαετίες ‘50-’70, οδήγησαν στην εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος. Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:28:00Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:26:11Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.
Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:24:48Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI.

Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην Εικόνα 2.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:21:58Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η μεταπολεμική τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Ύστερα, κατασκευάστηκε ένας πίνακας μετάβασης (transition matrix), ώστε να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή και να προσδιοριστεί το μοτίβο της. Επιπλέον, έγινε ανάλυση της ποικιλομορφίας του τοπίου με τη βοήθεια δύο δεικτών (landscape diversity indices), προκειμένου να διαπιστωθεί αν οι παρατηρούμενες αλλαγές αύξαναν την ομοιογένεια ή την ετερογένεια. Τέλος, δημιουργήθηκε ένα πολυχρονικό φασματικό προφίλ (multitemporal spectral profile) με βάση τις τιμές του NDVI. Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην Εικόνα 2.

Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην Εικόνα 2.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:11:31Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η “τεντωμένη τιμή” του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην Εικόνα 2.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:09:57Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

Το διάγραμμα ροής της παρούσας μελέτη παρουσιάζεται στην Εικόνα 2.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:07:57Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του ''Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM)'' “ASTER”.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T14:07:17Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων. Η ΟΒΙΑ αποδείχτηκε αντικειμενική προσέγγιση στην ταξινόμηση αντικειμένων. Εκτός από τις φασματικές πληροφορίες της εικόνας, για την παρούσα ταξινόμηση έγινε χρήση βοηθητικών δεδομένων όπως: το υψόμετρο, η ανατολικότητα και η βορεινότητα, τα οποία δημιουργήθηκαν με τη χρήση του Παγκόσμιου Ψηφιακού Μοντέλου Υψομέτρου (GDEM) “ASTER”.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T13:17:07Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ''ArcMap 10.8''. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του ''Mann-Kendall test'' για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια ''Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας'' (''ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis'') στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T13:16:05Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα.

Χίλια (1.000) τυχαία σημεία εντοπίστηκαν σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, χρησιμοποιώντας το εργαλείο Sampling Design Tool, διαθέσιμο ως πρόσθετο στο ArcMap 10.8. Αυτά αποτέλεσαν τη βάση για τον προσδιορισμό της δυναμικής της βλάστησης στο χρόνο μελέτης μας (1984-2019). Χρησιμοποιήθηκε γραμμική παλινδρόμηση για τον έλεγχο των σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων δεικτών και του χρόνου. Επιπλέον, έγινε χρήση του Mann-Kendall test για τον έλεγχο των σημαντικών τάσεων μεταξύ χρόνου και δεικτών βλάστησης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μια Αντικειμενοστραφής Ανάλυση Εικόνας (ΟΒΙΑ – Object Oriented Image Analysis) στις εικόνες του πρώτου έτους (1984) και του τελευταίου (2019) της μελέτης, προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές της βλάστησης. Το 1984 προσδιορίστηκαν τρεις κλάσεις: ανοικτές εκτάσεις, δάση πλατύφυλλων και δάση κωνοφόρων. Το 2019 προσδιορίστηκαν τέσσερις κλάσεις: προστέθηκαν τα υδάτινα σώματα στις ήδη υπάρχουσες κατηγορίες, λόγω μεσολάβησης της κατασκευής δύο φραγμάτων.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T12:39:22Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

όπου VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI),
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη,
VImin = η ελάχιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα και
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T12:38:44Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

'''VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1''',

VI = η τιμή του δείκτη βλάστησης (NDVI, SAVI, EVI2, NDWI, BSI)
VIrescaled = η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη
VImin = η ελάχιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα
VImax = η μέγιστη τιμή του δείκτη σε όλη την εικόνα

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-05T12:32:18Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο '''αλγόριθμος TCT''' αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι '''δείκτες βλάστησης''' (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

Όλοι οι παραπάνω δείκτες και μετασχηματισμοί υπολογίστηκαν για το σύνολο των εικόνων Landsat. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση των διαχρονικών διακυμάνσεων των φαινολογικών χαρακτηριστικών της βλάστησης και της γεωμετρίας του ήλιου και επιδιώκοντας την καλύτερη απόδοση τιμών, όλοι οι δείκτες “τεντώθηκαν” (stretched) σε ένα εύρος από -1 έως 1. Η εξίσωση που χρησιμοποιήθηκε είναι η εξής:

VIrescaled = [(VI – VΙmin) *2 / (VImax – VImin)] – 1,
όπου VΙrescaled: η τεντωμένη τιμή του αντίστοιχου δείκτη βλάστησης

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-04T22:39:37Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι δείκτες βλάστησης (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα, ενώ ο NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-04T22:37:48Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι δείκτες βλάστησης (VI's) επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-04T22:36:22Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά. Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες:
α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-04T21:50:07Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το ''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης'' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-03T13:19:46Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

[[category:Παρακολούθηση και εκτίμηση διαχρονικών αλλαγών και εξελίξεων]]

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-03-03T13:16:30Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

Εξερεύνηση οικοτόπων Natura 2000 σε συνδυασμό με φυτοκοινωνιολογικά δεδομένα: μελέτη περίπτωσης στην περιοχή Čierny Balog (Κεντρική Σλοβακία).

2023-03-03T13:06:56Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Exploring Natura 2000 habitats by satellite image segmentation combined with phytosociological data: a case study from the Čierny Balog area (Central Slovakia)''

'''Συγγραφείς:''' Lucia Čahojová, Martin Ambroz, Ivan Jarolímek, Michal Kollár, Karol Mikula, Jozef Šibík1 & Mária Šibíková

'''Δημοσιεύθηκε:''' Scientific Reports 12, 18375 (2022), [https://www.nature.com/scientificreports]

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.1038/s41598-022-23066-3]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Natura 2000, οικότοποι, βιοποικιλότητα, τηλεπισκόπηση, Sentinel-2, έλεγχοι PERMANOVA''

'''1. Εισαγωγή'''

To Natura 2000 είναι ένα δίκτυο προστατευόμενων περιοχών που καλύπτει τα πιο πολύτιμα και απειλούμενα είδη και ενδιαιτήματα στην Ευρώπη. Πρόσφατα, οι βιότοποι που ανήκουν σε αυτά τα δίκτυα απειλήθηκαν τόσο από την κλιματική αλλαγή, όσο και από διάφορες ανθρώπινες επιδράσεις. Η διατήρησης της βιοποικιλότητας ήταν ένας από τους στόχους της Ευρωπαϊκής Στρατηγικής έως το 2020, ενώ η Ευρωπαϊκή Σύμβαση έως το 2030 θέτει φιλόδοξος στόχους για αύξηση της έκτασης των προστατευόμενων περιοχών.
Από τις αρχές της δεκαετίας του ‘90, υπάρχει το Ευρωπαϊκό Αρχείο Βλάστησης (EVA) που έχει συλλέξει δεδομένα βλάστησης με σημειακό χαρακτήρα, ενώ οι περισσότερες χώρες διαθέτουν αντίστοιχη εθνική βάση (π.χ. Σλοβακία). Για να διασφαλιστεί η αποτελεσματική προστασία των οικοτόπων, απαιτείται τακτική παρακολούθηση της φυτοκάλυψης, αλλά οι συμβατικές προσεγγίσεις πεδίου είναι συχνά χρονοβόρες και ανακριβείς. Πολλά από αυτά τα προβλήματα ξεπερνιούνται με τη βοήθεια δορυφορικών εικόνων και μιας μεθόδου σύνδεσης επίγειων και τηλεσκοπικών δεδομένων.

'''2. Στόχοι'''

Η παρούσα μελέτη στοχεύει:
α) στη δυνατότητα χαρτογράφησης της βλάστησης στο δίκτυο Natura 2000, με χρήση πολυφασματικών δορυφορικών εικόνων Sentinel-2,
β) στην εύρεση της κατάλληλης περιόδου του έτους για την αναγνώριση οικοτόπων βάσει της φαινολογίας τους (σ.σ. η εξέλιξη των οργανισμών στον κύκλο ζωής τους) και
γ) στο να ελεγχθεί η χρήση φυτοκοινωνιολογικών relevés (δειγμάτων) με συντεταγμένες, ως αφετηρία για αυτόματη και ημιαυτόματη ταξινόμηση οικοτόπων.

[[Εικόνα:wiki2_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:'''Εντοπισμός περιοχή μελέτης (δημιουργήθηκε στο ArcGIS ArcMap 10.4, πηγή: [https://zbgisws.skgeodesy.sk/zbgis_ortofoto_wmts/service.svc/get] ]]

'''3. Μέθοδοι'''

'''3.1. Περιοχή μελέτης'''

Η τοποθεσία έρευνάς μας βρίσκεται στην κεντρική Σλοβακία, στην οροσειρά Slovenske Rudohorie, πέριξ του χωριού Čierny Balog, σε υψόμετρο 559-1338μ. (βλ. '''Εικόνα 1''').

Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή οδηγία 92/43/ΕΟΚ για τη διατήρηση των φυσικών οικοτόπων, η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει τους εξής δασικούς οικοτόπους:
<blockquote>- δάση οξιάς Asperulo-Fagetum με αριθμό οικοτόπου 9130</blockquote>
<blockquote>- δάση οξιάς Tilio-Acerion No. 9180</blockquote>
<blockquote>- δάση ερυθρελάτης Acidophilous Picea Νο. 9410 και</blockquote>
<blockquote>- φυτεμένα δάση ερυθρελάτης (δευτερογενή δάση με το ίδιο είδος ερυθρελάτης με τα φυσικά δάση, επομένως άνευ κωδικοποίησης)</blockquote>.

'''3.2. Δειγματοληψία δεδομένων'''

''Φυτοκοινωνιολογική προσέγγιση και εντοπισμός με GPS:''

Οι χάρτες εμφάνισης οικοτόπων Natura 2000 παρουσιάζονται ως τετράγωνο πλέγμα με πληροφορίες σχετικά με φυτοκοινωνιολογικές συντεταγμένες. Συνολικά, 65 φυτοκοινωνιολογικά δείγματα συλλέχθηκαν το καλοκαίρι του 2020 και 2021, καλύπτοντας αναλογικά τους επιμέρους τύπους των οικοτόπων της περιοχής μελέτης. Η δειγματοληψία κάθε relevé (δείγμα) έγινε σε επιφάνεια 400 τ.μ. με τη χρήση της τυποποιημένης μεθοδολογίας της Σχολής Ζυρίχης-Μονπελιέ. Η ονοματολογία των οικοτόπων έγινε σύμφωνα με την οδηγία 92/43/ΕΟΚ.
Κατά τη διάρκεια των περιόδων βλάστησης 2020 και 2021, παρακολουθήθηκαν με συσκευή GPS (Garmin Oregon 600t) τα όρια 24 επιλεγμένων δασικών οικοτόπων και από τους 4 παραπάνω τύπους, συνολικής έκτασης 70.26 εκταρίων. Εξ αυτών, τα αυτοφυή δάση ερυθρελάτης (Νο. 9410) ήταν συγκεντρωμένα μόνο σε μια τοποθεσία, γεγονός που δε μας επέτρεψε να πάρουμε επαρκές δείγμα δεδομένων. Σε περίπτωση προβλημάτων στο πεδίο (απώλεια σήματος GPS ή υπερβολικά απότομες δύσβατες πλαγιές), τα ίχνη GPS διορθώθηκαν με το λογισμικό Google Earth Pro.

''Μέθοδοι τμηματοποίησης/ταξινόμησης:''

Το λογισμικό NaturaSat (που δημιουργήθηκε από τους συντάκτες του παρόντος) επιτρέπει στο χρήστη να εκτελέσει είτε ημιαυτόματη, είτε αυτόματη τμηματοποίηση. Σε κάθε περίπτωση, η καμπύλη τμηματοποίησης εξελίσσεται βάσει ενός γενικού μαθηματικού μοντέλου.
Στην ημιαυτόματη τμηματοποίηση απαιτείται αλληλεπίδραση του χρήστη. Ο χρήστης κάνει κλικ με το ποντίκι σε κάποιο σωστά επιλεγμένο σημείο στο όριο του ενδιαιτήματος και το σύρει κατά μήκος του αναμενόμενο ορίου. Ο αλγόριθμος συνδέει πάντα το πρώτο με το τελευταίο σημείο του ποντικιού, κατασκευάζει την αρχική καμπύλη μεταξύ τους και προσαρμόζει αυτή την (ανοικτή) γραμμή στο όριο του ενδιαιτήματος σε πραγματικό χρόνο.
Στην περίπτωση αυτόματης τμηματοποίησης το λογισμικό βασίζεται σε παρόμοια αρχή, αλλά αναπτύσσει κλειστές επίπεδες καμπύλες στη διατύπωση Λαγκράνζ. Η αυτόματη τμηματοποίηση θα μπορούσε να ξεκινήσει από την αρχική κλειστή καμπύλη που ορίζει ο χρήστης ή από το φυτοκοινωνιολογικό relevé που αντιπροσωπεύει τον τρέχοντα οικότοπο ή τη φυτοκοινότητα.
Έτσι, η αρχική καμπύλη εξελίσσεται είτε με τη μορφή ευθείας γραμμής ή αυτόματα επιλεγμένης ισόγραμμης εικόνας (περίπτωση ημιαυτόματης τμηματοποίησης), είτε με τη μορφή ενός μικρού κύκλου (ή κύκλων) ή ενός μικρού τετραγώνου (αυτόματη τμηματοποίηση). Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήθηκαν και οι δύο μέθοδοι τμηματοποίησης για την εύρεση μιας ομοιογενούς περιοχής των 65 φυτοκοινωνιολογικών relevé για τους υπό ανάλυση οικοτόπους.

[[Εικόνα:wiki2_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής της διαδικασίας της ερευνητικής μας λύσης]]

'''3.3. Αναλύσεις δεδομένων'''

Το τρίτο μεθοδολογικό στάδιο είναι η ανάλυση δεδομένων. Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της ανάλυσης συστάδων, με σκοπό τη διαίρεση των relevés σε διακριτούς τύπους περιβάλλοντος. Ακολούθησε ο έλεγχος PERMANOVA με την Ευκλείδεια απόσταση επί των φασματικών τιμών, που μας επιβεβαίωσε τις σημαντικές διαφορές μεταξύ των ειδών των υπό εξέταση ενδιαιτημάτων. Ο υπολογισμός της απόστασης Hausdorff χρησιμοποιείται για ποσοτική σύγκριση και διακρίνεται στην κλασσική (μέγιστη) και τη μέση. Πρόκειται για εργαλείο υπολογισμού απόστασης καμπύλων, επιφανειών και πολύπλοκων γεωμετρικών -συνεχών ή διακριτών- αντικειμένων.
Συνολικά, η ερευνητική μας μεθοδολογία αποτυπώνεται στην '''Εικόνα 2'''.

[[Εικόνα:wiki2_table1_Stappa.png | thumb| left|'''Πίνακας 1:''' Κατάλογος των εντοπισμένων οικοτόπων, σύμφωνα με την ταξινόμηση του συστήματος Natura 2000. Τα σχετικά είδη καταγράφηκαν αναλογικά, με βάση την έκταση κάθε οικοτόπου.]]

'''3.4. Αποτελέσματα ταξινόμησης οικοτόπων'''

Στην περιοχή μελέτης διακρίθηκαν τέσσερις διαφορετικοί τύποι δασικής βλάστησης (οικότοποι). Τρεις αντιπροσωπεύουν οικοτόπους Natura 2000 (οι υπ’ αρ. 9130, 9180 & 9410) και ένας υποδηλώνει φυτεμένα (δευτερογενή) δάση ερυθρελάτης, βλ. '''Πίνακα 1'''.

[[Εικόνα:wiki2_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Σημαντική διαφοροποίηση των ομαδοποιημένων relevés με βάση τη σύνθεση των ειδών, που δείχνει τις σχέσεις μεταξύ των ενδιαιτημάτων-στόχων.

Συντομογραφίες: m=Δάση No.9130, r=Δάση No.9180, s=Δάση No.9410, n=φυτεμένα δάση ερυθρελάτης]]

Οι αναλύσεις συστάδων έδειξαν στενή σχέση ειδών μεταξύ των δασών κωνοφόρων και των μεικτών δασών, που χωρίστηκαν στο πρώτο βήμα με βάση το υψηλότερο επίπεδο διαφοροποίησης. Η περαιτέρω διαίρεση οδήγησε στη δημιουργία 4 συστάδων. Η καταλληλότητα της διαίρεσης επιβεβαιώθηκε από τους ελέγχους PERMANOVA (βλ. '''Εικόνα 3''').

Ένα αντιπροσωπευτικό μέρος της περιοχή μελέτης με τμήματα δασικών οικοτόπων-στόχων παρουσιάζεται στην '''Εικόνα 4'''.

[[Εικόνα:wiki2_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Τμήμα της περιοχής μελέτης Čierny Balog που περιλαμβάνει και τους 3 οικότοπους Natura 2000. Οι κόκκινες κουκίδες είναι τοποθεσίες που έγινε η δειγματολοψία (Δημιουργήθηκε στο λογισμικό NaturaSat vl.2, σύνολο δεδομένω από τις 17/10/2019, με χρόνο λήψης 9:40:29, χωρικη ανάλυση εικόνας Sentinel-2 στα 10x10m.]]

'''4. Συμβολή Τηλεπισκόπησης'''

Η ακριβής και ταχεία εξαγωγή πληροφοριών για τη βλάστηση από μία εικόνα, ειδικά όταν πρόκειται για μεγάλες εκτάσεις με υψηλή συχνότητα παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την προστασία της βιοποικιλότητας, τη διατήρηση της κοινωνικής σταθερότητας και την προώθηση της οικονομικής ανάπτυξης. Γενικά, η σύνδεση μεταξύ της φυτοκοινωνιολογικής προσέγγισης και των τεχνικών τηλεπισκόπησης οδηγεί σε νέες δυνατότητες ακριβούς χαρτογράφησης δασικών περιβαλλόντων και μπορεί να έχει συμβολή σε μελλοντικές μελέτες βοτανολογίας και οικολογίας. Βέβαια, σε ζητήματα προστασίας του περιβάλλοντος, η χρήση της τηλεπισκόπησης καθιστά μια πρόκληση, λόγω της πολυπλοκότητας της φύσης.

[[category:Αναγνώριση δασικών ειδών]]

[[category:Δασοπονία, Δασική διαχείριση]]

Εξερεύνηση οικοτόπων Natura 2000 σε συνδυασμό με φυτοκοινωνιολογικά δεδομένα: μελέτη περίπτωσης στην περιοχή Čierny Balog (Κεντρική Σλοβακία).

2023-03-03T13:05:52Z

Stappa:

Βελτίωση των αναλύσεων κίνησης των ζώων: Xωροχρονική αντιστοιχία της θέσης ζώων με δεδομένα τηλεπισκόπησης

2023-03-03T13:00:41Z

Stappa:

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Enhancing Animal Movement Analyses: Spatiotemporal Matching of Animal Positions with Remotely Sensed Data Using Google Earth Engine and R.''

'''Συγγραφείς:''' Ramiro D. Crego , Majaliwa M. Masolele, Grant Connette and Jared A. Stabach

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Remote Sensing 16.10.2021, 13, 4154

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.mdpi.com/2072-4292/13/20/4154]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''οικολογία μετακινήσεων, MODIS, NDVI, τηλεπισκόπηση, τηλεμετρία, συσκευές εντοπισμού''

'''1. Εισαγωγή'''

Η επιστήμη της οικολογίας των μετακινήσεων ζώων έχει προχωρήσει ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Αυτό συνέβη, εν μέρει, χάρη στις τεχνολογικές καινοτομίες που μείωσαν το μέγεθος και το βάρος των συσκευών δορυφορικής παρακολούθησης που τοποθετούνται στα ζώα, διευρύνοντας την ποικιλότητα των ειδών που παρακολουθούνται και αυξάνοντας τη διάρκεια των περιόδων παρακολούθησης.
Μαζί με τα προϊόντα τηλεπισκοπικών δεδομένων, που γίνονται όλο και περισσότερο (δωρεάν) διαθέσιμα, όπως είναι η πλατφόρμα χωρικής ανάλυσης '''Google Earth Engine (GEE)''', οι επιστήμονες είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν μια μεγαλύτερη ποικιλία χωροχρονικών ερωτημάτων, κάνοντας χρήση των μοντέλων υψομέτρου και των δεικτών κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI).
Ομοίως, οι νέες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση και οπτικοποίηση της κίνησης έχουν γίνει πιο προσιτές. Για παράδειγμα, υπάρχουν τουλάχιστον 58 διαφορετικά πακέτα στη '''γλώσσα προγραμματισμού R''', έναν από τον πιο δημοφιλή ανοιχτό κώδικα ανάλυσης δεδομένων μεταξύ των επιστημόνων της οικολογίας.

Μέχρι πρότινος, ήταν δύσκολη η ενσωμάτωση τηλεπισκοπικών δεδομένων από το Google Earth Engine απ’ ευθείας στην R. Ωστόσο, ένα πακέτο R που κυκλοφόρησε πρόσφατα (2020), ονόματι rGEE, έχει καταστήσει πιο προσιτή την ενσωμάτωση αυτή.

Θα παρουσιάσουμε δύο ''μελέτες περίπτωσης'' :
<blockquote>- Στην πρώτη εξάγουμε τον δείκτη NDVI από το Φασματοραδιόμετρο Απεικόνισης Μέτριας Ανάλυσης (MODIS) της NASA, με δεδομένα παρακολούθησης της θέσης 10 ζώων, τριών διαφορετικών ειδών, για ένα έτος: αφρικανικό βουβάλι (''Syncerus caffer''), αφρικανικός ελέφαντας (''Loxodonta africana'') και μπλε γκνου (''Connochaetes taurinus'').</blockquote>
<blockquote>- Στη δεύτερη μελέτη εξάγουμε εκτιμήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας από τα ωριαία δεδομένα του ατμοσφαιρικού μοντέλου ERA5-Land και αντιπαραβάλλουμε τη θερμοκρασία μεταξύ διαδοχικών βημάτων 12 μεμονωμένων γκνου σε τρία οικοσυστήματα της Κένυας.</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Διάγραμμα ροής εργασιών του κώδικα που δείχνει τη συνολική διαδικασία εξαγωγής τιμών εικονοστοιχείων στις θέσεις εντοπισμού των ζώων, με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού R και του Google Earth Engine]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Ροή εργασιών κώδικα'''

Μόλις τα δεδομένα τηλεμετρίας φορτωθούν στο R, η χρονική σφραγίδα τους πρέπει να μετατραπεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μια μορφή διαχείρισης ημερομηνιών που χρησιμοποιείται στο GEE. Το σύνολο των δεδομένων (scv) μετατρέπεται σε ένα αντικείμενο απλού χαρακτηριστικού (sf), το οποίο μπορεί να φορτωθεί στο GEE ως συλλογή χαρακτηριστικών (feature collection), βάσει μιας συνάρτησης από το πακέτο rGEE. Εν συνεχεία, εφαρμόζεται ένα φίλτρο που ταιριάζει αποτελεσματικά τις συλλογές χαρακτηριστικών και τις συλλογές εικόνων (image collection) μιας χρονοσειράς. Έτσι, αποθηκεύεται η εικόνα που βρίσκεται χρονικά πλησιέστερα σε κάθε θέση εντοπισμού GPS. Κάθε “καλύτερη” εικόνα προσαρτάται σε κάθε χαρακτηριστικό για ολόκληρη τη συλλογή χαρακτηριστικών. Ύστερα, με τη βοήθεια μιας συνάρτησης που δημιουργήσαμε στο GEE, εξάγεται η τιμή του εικονοστοιχείου (pixel value) στην εκάστοτε θέση GPS και στη συνέχεια αποθηκεύεται η τιμή ως μια νέα ιδιότητα χαρακτηριστικού (βλ. '''Εικόνα 1''').

'''2.2. Δεδομένα παρακολούθησης ζώων για μελέτες περίπτωσης'''

Έγινε χρήση δεδομένων παρακολούθησης από το Movebank (https://www.movebank.org με ημερομηνία πρόσβασης 10/10/2021) για 1 αφρικανικό βουβάλι, 2 αφρικανικούς ελέφαντες και 3 μπλε γκνου στη Μελέτη περίπτωσης α’ (εξαγωγή NDVI) και για 12 γκνου στη Μελέτη περίπτωσης β’ (εξαγωγή ωριαίας θερμοκρασίας).
Για κάθε είδος συμπεριλήφθησαν μόνο τα ζώα που περιείχαν δεδομένα ενός ολόκληρου έτους. Έγινε επαναδειγματοληψία όλων των δεδομένων σε χρονικό διάστημα 3 ωρών, χρησιμοποιώντας το πακέτο “adehabitat” από τη γλώσσα R.

'''2.3 Μελέτη περίπτωσης α’: εξαγωγή NDVI'''

Ο δείκτης NDVI έχει αποδειχτεί ότι αποτελεί ισχυρό προγνωστικό παράγοντα της μετακίνησης και της χρήσης του χώρου από τα φυτοφάγα ζώα. Μια συνήθης πρακτική με τον NDVI είναι να υπολογίζεται ο μέσος όρος των εικόνων (raster) για όλα τα έτη ή τις εποχές και να εξάγονται οι τιμές στις θέσεις των ζώων για την εφαρμογή στατιστικών μοντέλων. Συχνά, όμως, τα φυτοφάγα ζώα έχουν την ικανότητα να τροποποιούν την ανάπτυξη νέας βλάστησης, καθώς κινούνται και βόσκουν. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υπολογιστική ισχύς των δορυφορικών δεδομένων που απαιτείται για την επεξεργασία τους είναι χαμηλή ή είναι χρονοβόρα η διαδικασία συλλογής τους (πχ λόγω μεγάλων εκτάσεων ή μεγάλων χρονικών περιόδων). Ως λύση, αντί για το μέσο ετήσιο NDVI, χρησιμοποιείται ο χρονικά προσαρμοσμένος με την κίνηση των ζώων NDVI.
Η ροή εργασίας του κώδικα που υλοποιήσαμε εξάγει την τιμή NDVI από το προϊόν δεδομένων MODIS/Terra (MOD1Q1) των 250m, 16 ημερών, το οποίο είναι χρονικά πλησιέστερο σε κάθε αποτύπωση GPS που συλλέγεται σε μια μελέτη παρακολούθησης ζώων. Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη χρονική υστέρηση μεταξύ κάθε σημείου GPS που συλλέγεται και της πλησιέστερης ημερομηνίας σύνθεσης εικόνας NDVI είναι 8 ημέρες. Ωστόσο, στην πράξη μπορεί να είναι μεγαλύτερη, γιατί οι πραγματικές ημερ/νίες παρατήρησης για κάθε εικονοστοιχείο είναι άγνωστες.

'''2.4 Μελέτη περίπτωσης β’: θερμοκρασιακή εκχύλιση'''

Η διακύμανση της θερμοκρασίας είναι ένας από τους κύριους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζει τη χρήση των ενδιαιτημάτων των ζώων. Για παράδειγμα, στα μεγάλα φυτοφάγα ζώα, η αύξηση θερμοκρασίας περιβάλλοντος μπορούν να μεταβάλλει τα πρότυπα μετακίνησης και τη συμπεριφορά, αναγκάζοντας το ζώο να μετακινηθεί πιο κοντά στο νερό ή τη σκιά ή ν’ αυξήσει το χρόνο ανάπαυσης. Αντίστοιχα, η μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας που οδηγεί σε χιονοκάλυψη περιορίζει τη διαθεσιμότητα τροφής και μεταβάλλει, επίσης, τα πρότυπα μετακίνησης των ζώων.
Για να καταδείξουμε την ισχύ της χρήσης του GEE για τη συσχέτιση κλιματικών δεδομένων με τοποθεσίες τηλεμετρίας, έγινε χρήση του συνόλου των δεδομένων ERA5-Land. Το ατμοσφαιρικό μοντέλο ERA5-Land αποτελείται από 50 κλιματικές μεταβλητές με ωριαία χρονική ανάλυση και χωρική ανάλυση ~9km. Από τις 50 διαθέσιμες μεταβλητές, το παράδειγμά μας δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα στα 2m από την επιφάνεια της γης.
Από το σύνολο δεδομένων για τα γκνου, επιλέξαμε τυχαία 12 άτομα από τρεις διαφορετικούς πληθυσμούς της Κένυας (τον πληθυσμό Maasai Mara/Loita Plains, τον Athi-Kaputiei Plains και τον Amboseli Basin). Χρησιμοποιήσαμε μια συνολική χρονοσειρά με 8.760 εικόνες. Εξάγαμε τιμές θερμοκρασίας που αντιστοιχούν στο χρόνο, σε κάθε τοποθεσία GPS. Ύστερα, ελέγξαμε τη σχέση μεταξύ μήκους βήματος ζώου και θερμοκρασίας, με την προσαρμογή ενός γραμμικού μοντέλου μικρών επιδράσεων (Gauss). Υλοποιήσαμε το μοντέλο στο σύνολό του στη γλώσσα προγραμματισμού R.

'''3. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα:wiki1_table1_Stappa.png | thumb| right|'''Πίνακας 1:'''Περίληψη των ειδών, των δεδομένων τηλεμετρίας, του προϊόντος τηλεπισκοπικών δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε και του χρόνου επεξεργασίας για την εξαγωγή των τιμών των pixels σε κάθε θέση GPS.]]

[[Εικόνα:wiki1_pic2_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 2''':Τιμές MODIS NDVI που εξάγονται από δεδομένα ενός έτους για τον αφρικανικό βούβαλο, τον αφρικανικό ελέφαντα και το μπλε γκνου, που παρακολουθούνται με μονάδες τηλεμετρίας GPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ του ετήσιου μέσου NDVI (κόκκινο) και του χρονικά προσαρμοσμένου NDVI (μπλε), που εξάγεται σε όλες τις θέσεις των ζώων.]]

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης α’''' :
Για τα 6 ζώα που συμπεριλήφθηκαν χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για την επεξεργασία των 12.344 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1''').

Το αποτέλεσμα που εξάγαμε, συγκρίνοντας το μέσο ετήσιο NDVI (annual mean) με τον χρονικά προσαρμοσμένο NDVI (time match), ήταν η αποτυχία του πρώτου να λάβει υπόψη την εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας της βλάστησης που αντιμετωπίζουν τα ζώα (βλ. '''Εικόνα 2''').</blockquote>

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης β’''' :
Για τα 12 γκνου που συμπεριλήφθηκαν στη συλλογή δεδομένων, χρειάστηκαν περίπου 34 λεπτά (0,06 sec ανά σημείο) για την επεξεργασία των 33.074 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1'''). Το σύνολο δεδομένων θερμοκρασίας αέρα ERA5-Land είχε υψηλή συσχέτιση με τη θερμοκρασία που καταγράφηκε στα περιλαίμια των ζώων. Το αποτέλεσμα που εξάγαμε ήταν ότι τα γκνου μετακινούνται λιγότερο, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ('''Εικόνα 3''').</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3''':Σχέση μεταξύ του βήματος και της θερμοκρασίας του αέρα για το μπλε γκνου. Τα δεδομένα εντοπισμού GPS ελήθησαν για τα 12 άτομα από τους τρεις πληθυμσούς στην Κένυα: πεδιάδες Maasai Mara/Loita (πράσινο), πεδιάδες Athi-Kaputiei (μπλε) και λέκανη Amboseli (κόκκινο). Η ωριαία θερμοκρασία του αέρα στα 2m πάνω από το έδαφος λήφθηκε από το σύνολο δεδομένων ERA5-Land. Όλα τα δεδομένα είναι από το 2011.]]

'''4. Συζήτηση – Συμπεράσματα'''

Τα τελευταία χρόνια αυξήθηκε ραγδαία ο όγκος δεδομένων οικολογίας, όπως είναι η παρακολούθηση της θέσης των ζώων, χάρη στην τηλεπισκόπηση. Σε αυτή τη μελέτη, παρουσιάσαμε παραδείγματα που ενσωματώνουν δύο επίπεδα περιβαλλοντικών δεδομένων για την εξήγηση της κίνησης και της συμπεριφοράς των μεγάλων φυτοφάγων ζώων της Αφρικής. Εναλλακτικά, άλλες συλλογές εικόνων που είναι διαθέσιμες μέσω του GEE, όπως είναι η διαθεσιμότητα επιφανειακών υδάτων ή άλλοι δείκτες βλάστησης, μπορούν να αντικατασταθούν στον κώδικα. Επιπλέον, η ευελιξία του GEE καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση πληροφοριών που προέρχονται από πολυφασματικές εικόνες όπως το Landsat ή το Sentinel, ως πιθανές συνδιακυμάνσεις για δεδομένα κίνησης ζώων.

[[category:Εφαρμογές άγριας πανίδας]]

[[category: Οικολογία]]

Βελτίωση των αναλύσεων κίνησης των ζώων: Xωροχρονική αντιστοιχία της θέσης ζώων με δεδομένα τηλεπισκόπησης

2023-03-03T12:58:05Z

Stappa:

[[category:Εφαρμογές άγριας πανίδας]]

[[category: Οικολογία]]

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Enhancing Animal Movement Analyses: Spatiotemporal Matching of Animal Positions with Remotely Sensed Data Using Google Earth Engine and R.''

'''Συγγραφείς:''' Ramiro D. Crego , Majaliwa M. Masolele, Grant Connette and Jared A. Stabach

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Remote Sensing 16.10.2021, 13, 4154

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.mdpi.com/2072-4292/13/20/4154]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''οικολογία μετακινήσεων, MODIS, NDVI, τηλεπισκόπηση, τηλεμετρία, συσκευές εντοπισμού''

'''1. Εισαγωγή'''

Η επιστήμη της οικολογίας των μετακινήσεων ζώων έχει προχωρήσει ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Αυτό συνέβη, εν μέρει, χάρη στις τεχνολογικές καινοτομίες που μείωσαν το μέγεθος και το βάρος των συσκευών δορυφορικής παρακολούθησης που τοποθετούνται στα ζώα, διευρύνοντας την ποικιλότητα των ειδών που παρακολουθούνται και αυξάνοντας τη διάρκεια των περιόδων παρακολούθησης.
Μαζί με τα προϊόντα τηλεπισκοπικών δεδομένων, που γίνονται όλο και περισσότερο (δωρεάν) διαθέσιμα, όπως είναι η πλατφόρμα χωρικής ανάλυσης '''Google Earth Engine (GEE)''', οι επιστήμονες είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν μια μεγαλύτερη ποικιλία χωροχρονικών ερωτημάτων, κάνοντας χρήση των μοντέλων υψομέτρου και των δεικτών κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI).
Ομοίως, οι νέες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση και οπτικοποίηση της κίνησης έχουν γίνει πιο προσιτές. Για παράδειγμα, υπάρχουν τουλάχιστον 58 διαφορετικά πακέτα στη '''γλώσσα προγραμματισμού R''', έναν από τον πιο δημοφιλή ανοιχτό κώδικα ανάλυσης δεδομένων μεταξύ των επιστημόνων της οικολογίας.

Μέχρι πρότινος, ήταν δύσκολη η ενσωμάτωση τηλεπισκοπικών δεδομένων από το Google Earth Engine απ’ ευθείας στην R. Ωστόσο, ένα πακέτο R που κυκλοφόρησε πρόσφατα (2020), ονόματι rGEE, έχει καταστήσει πιο προσιτή την ενσωμάτωση αυτή.

Θα παρουσιάσουμε δύο ''μελέτες περίπτωσης'' :
<blockquote>- Στην πρώτη εξάγουμε τον δείκτη NDVI από το Φασματοραδιόμετρο Απεικόνισης Μέτριας Ανάλυσης (MODIS) της NASA, με δεδομένα παρακολούθησης της θέσης 10 ζώων, τριών διαφορετικών ειδών, για ένα έτος: αφρικανικό βουβάλι (''Syncerus caffer''), αφρικανικός ελέφαντας (''Loxodonta africana'') και μπλε γκνου (''Connochaetes taurinus'').</blockquote>
<blockquote>- Στη δεύτερη μελέτη εξάγουμε εκτιμήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας από τα ωριαία δεδομένα του ατμοσφαιρικού μοντέλου ERA5-Land και αντιπαραβάλλουμε τη θερμοκρασία μεταξύ διαδοχικών βημάτων 12 μεμονωμένων γκνου σε τρία οικοσυστήματα της Κένυας.</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Διάγραμμα ροής εργασιών του κώδικα που δείχνει τη συνολική διαδικασία εξαγωγής τιμών εικονοστοιχείων στις θέσεις εντοπισμού των ζώων, με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού R και του Google Earth Engine]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Ροή εργασιών κώδικα'''

Μόλις τα δεδομένα τηλεμετρίας φορτωθούν στο R, η χρονική σφραγίδα τους πρέπει να μετατραπεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μια μορφή διαχείρισης ημερομηνιών που χρησιμοποιείται στο GEE. Το σύνολο των δεδομένων (scv) μετατρέπεται σε ένα αντικείμενο απλού χαρακτηριστικού (sf), το οποίο μπορεί να φορτωθεί στο GEE ως συλλογή χαρακτηριστικών (feature collection), βάσει μιας συνάρτησης από το πακέτο rGEE. Εν συνεχεία, εφαρμόζεται ένα φίλτρο που ταιριάζει αποτελεσματικά τις συλλογές χαρακτηριστικών και τις συλλογές εικόνων (image collection) μιας χρονοσειράς. Έτσι, αποθηκεύεται η εικόνα που βρίσκεται χρονικά πλησιέστερα σε κάθε θέση εντοπισμού GPS. Κάθε “καλύτερη” εικόνα προσαρτάται σε κάθε χαρακτηριστικό για ολόκληρη τη συλλογή χαρακτηριστικών. Ύστερα, με τη βοήθεια μιας συνάρτησης που δημιουργήσαμε στο GEE, εξάγεται η τιμή του εικονοστοιχείου (pixel value) στην εκάστοτε θέση GPS και στη συνέχεια αποθηκεύεται η τιμή ως μια νέα ιδιότητα χαρακτηριστικού (βλ. '''Εικόνα 1''').

'''2.2. Δεδομένα παρακολούθησης ζώων για μελέτες περίπτωσης'''

Έγινε χρήση δεδομένων παρακολούθησης από το Movebank (https://www.movebank.org με ημερομηνία πρόσβασης 10/10/2021) για 1 αφρικανικό βουβάλι, 2 αφρικανικούς ελέφαντες και 3 μπλε γκνου στη Μελέτη περίπτωσης α’ (εξαγωγή NDVI) και για 12 γκνου στη Μελέτη περίπτωσης β’ (εξαγωγή ωριαίας θερμοκρασίας).
Για κάθε είδος συμπεριλήφθησαν μόνο τα ζώα που περιείχαν δεδομένα ενός ολόκληρου έτους. Έγινε επαναδειγματοληψία όλων των δεδομένων σε χρονικό διάστημα 3 ωρών, χρησιμοποιώντας το πακέτο “adehabitat” από τη γλώσσα R.

'''2.3 Μελέτη περίπτωσης α’: εξαγωγή NDVI'''

Ο δείκτης NDVI έχει αποδειχτεί ότι αποτελεί ισχυρό προγνωστικό παράγοντα της μετακίνησης και της χρήσης του χώρου από τα φυτοφάγα ζώα. Μια συνήθης πρακτική με τον NDVI είναι να υπολογίζεται ο μέσος όρος των εικόνων (raster) για όλα τα έτη ή τις εποχές και να εξάγονται οι τιμές στις θέσεις των ζώων για την εφαρμογή στατιστικών μοντέλων. Συχνά, όμως, τα φυτοφάγα ζώα έχουν την ικανότητα να τροποποιούν την ανάπτυξη νέας βλάστησης, καθώς κινούνται και βόσκουν. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υπολογιστική ισχύς των δορυφορικών δεδομένων που απαιτείται για την επεξεργασία τους είναι χαμηλή ή είναι χρονοβόρα η διαδικασία συλλογής τους (πχ λόγω μεγάλων εκτάσεων ή μεγάλων χρονικών περιόδων). Ως λύση, αντί για το μέσο ετήσιο NDVI, χρησιμοποιείται ο χρονικά προσαρμοσμένος με την κίνηση των ζώων NDVI.
Η ροή εργασίας του κώδικα που υλοποιήσαμε εξάγει την τιμή NDVI από το προϊόν δεδομένων MODIS/Terra (MOD1Q1) των 250m, 16 ημερών, το οποίο είναι χρονικά πλησιέστερο σε κάθε αποτύπωση GPS που συλλέγεται σε μια μελέτη παρακολούθησης ζώων. Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη χρονική υστέρηση μεταξύ κάθε σημείου GPS που συλλέγεται και της πλησιέστερης ημερομηνίας σύνθεσης εικόνας NDVI είναι 8 ημέρες. Ωστόσο, στην πράξη μπορεί να είναι μεγαλύτερη, γιατί οι πραγματικές ημερ/νίες παρατήρησης για κάθε εικονοστοιχείο είναι άγνωστες.

'''2.4 Μελέτη περίπτωσης β’: θερμοκρασιακή εκχύλιση'''

Η διακύμανση της θερμοκρασίας είναι ένας από τους κύριους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζει τη χρήση των ενδιαιτημάτων των ζώων. Για παράδειγμα, στα μεγάλα φυτοφάγα ζώα, η αύξηση θερμοκρασίας περιβάλλοντος μπορούν να μεταβάλλει τα πρότυπα μετακίνησης και τη συμπεριφορά, αναγκάζοντας το ζώο να μετακινηθεί πιο κοντά στο νερό ή τη σκιά ή ν’ αυξήσει το χρόνο ανάπαυσης. Αντίστοιχα, η μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας που οδηγεί σε χιονοκάλυψη περιορίζει τη διαθεσιμότητα τροφής και μεταβάλλει, επίσης, τα πρότυπα μετακίνησης των ζώων.
Για να καταδείξουμε την ισχύ της χρήσης του GEE για τη συσχέτιση κλιματικών δεδομένων με τοποθεσίες τηλεμετρίας, έγινε χρήση του συνόλου των δεδομένων ERA5-Land. Το ατμοσφαιρικό μοντέλο ERA5-Land αποτελείται από 50 κλιματικές μεταβλητές με ωριαία χρονική ανάλυση και χωρική ανάλυση ~9km. Από τις 50 διαθέσιμες μεταβλητές, το παράδειγμά μας δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα στα 2m από την επιφάνεια της γης.
Από το σύνολο δεδομένων για τα γκνου, επιλέξαμε τυχαία 12 άτομα από τρεις διαφορετικούς πληθυσμούς της Κένυας (τον πληθυσμό Maasai Mara/Loita Plains, τον Athi-Kaputiei Plains και τον Amboseli Basin). Χρησιμοποιήσαμε μια συνολική χρονοσειρά με 8.760 εικόνες. Εξάγαμε τιμές θερμοκρασίας που αντιστοιχούν στο χρόνο, σε κάθε τοποθεσία GPS. Ύστερα, ελέγξαμε τη σχέση μεταξύ μήκους βήματος ζώου και θερμοκρασίας, με την προσαρμογή ενός γραμμικού μοντέλου μικρών επιδράσεων (Gauss). Υλοποιήσαμε το μοντέλο στο σύνολό του στη γλώσσα προγραμματισμού R.

'''3. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα:wiki1_table1_Stappa.png | thumb| right|'''Πίνακας 1:'''Περίληψη των ειδών, των δεδομένων τηλεμετρίας, του προϊόντος τηλεπισκοπικών δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε και του χρόνου επεξεργασίας για την εξαγωγή των τιμών των pixels σε κάθε θέση GPS.]]

[[Εικόνα:wiki1_pic2_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 2''':Τιμές MODIS NDVI που εξάγονται από δεδομένα ενός έτους για τον αφρικανικό βούβαλο, τον αφρικανικό ελέφαντα και το μπλε γκνου, που παρακολουθούνται με μονάδες τηλεμετρίας GPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ του ετήσιου μέσου NDVI (κόκκινο) και του χρονικά προσαρμοσμένου NDVI (μπλε), που εξάγεται σε όλες τις θέσεις των ζώων.]]

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης α’''' :
Για τα 6 ζώα που συμπεριλήφθηκαν χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για την επεξεργασία των 12.344 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1''').

Το αποτέλεσμα που εξάγαμε, συγκρίνοντας το μέσο ετήσιο NDVI (annual mean) με τον χρονικά προσαρμοσμένο NDVI (time match), ήταν η αποτυχία του πρώτου να λάβει υπόψη την εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας της βλάστησης που αντιμετωπίζουν τα ζώα (βλ. '''Εικόνα 2''').</blockquote>

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης β’''' :
Για τα 12 γκνου που συμπεριλήφθηκαν στη συλλογή δεδομένων, χρειάστηκαν περίπου 34 λεπτά (0,06 sec ανά σημείο) για την επεξεργασία των 33.074 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1'''). Το σύνολο δεδομένων θερμοκρασίας αέρα ERA5-Land είχε υψηλή συσχέτιση με τη θερμοκρασία που καταγράφηκε στα περιλαίμια των ζώων. Το αποτέλεσμα που εξάγαμε ήταν ότι τα γκνου μετακινούνται λιγότερο, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ('''Εικόνα 3''').</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3''':Σχέση μεταξύ του βήματος και της θερμοκρασίας του αέρα για το μπλε γκνου. Τα δεδομένα εντοπισμού GPS ελήθησαν για τα 12 άτομα από τους τρεις πληθυμσούς στην Κένυα: πεδιάδες Maasai Mara/Loita (πράσινο), πεδιάδες Athi-Kaputiei (μπλε) και λέκανη Amboseli (κόκκινο). Η ωριαία θερμοκρασία του αέρα στα 2m πάνω από το έδαφος λήφθηκε από το σύνολο δεδομένων ERA5-Land. Όλα τα δεδομένα είναι από το 2011.]]

'''4. Συζήτηση – Συμπεράσματα'''

Τα τελευταία χρόνια αυξήθηκε ραγδαία ο όγκος δεδομένων οικολογίας, όπως είναι η παρακολούθηση της θέσης των ζώων, χάρη στην τηλεπισκόπηση. Σε αυτή τη μελέτη, παρουσιάσαμε παραδείγματα που ενσωματώνουν δύο επίπεδα περιβαλλοντικών δεδομένων για την εξήγηση της κίνησης και της συμπεριφοράς των μεγάλων φυτοφάγων ζώων της Αφρικής. Εναλλακτικά, άλλες συλλογές εικόνων που είναι διαθέσιμες μέσω του GEE, όπως είναι η διαθεσιμότητα επιφανειακών υδάτων ή άλλοι δείκτες βλάστησης, μπορούν να αντικατασταθούν στον κώδικα. Επιπλέον, η ευελιξία του GEE καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση πληροφοριών που προέρχονται από πολυφασματικές εικόνες όπως το Landsat ή το Sentinel, ως πιθανές συνδιακυμάνσεις για δεδομένα κίνησης ζώων.

Βελτίωση των αναλύσεων κίνησης των ζώων: Xωροχρονική αντιστοιχία της θέσης ζώων με δεδομένα τηλεπισκόπησης

2023-03-03T12:56:21Z

Stappa:

[[category:Εφαρμογές άγριας πανίδας, Οικολογία]]

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Enhancing Animal Movement Analyses: Spatiotemporal Matching of Animal Positions with Remotely Sensed Data Using Google Earth Engine and R.''

'''Συγγραφείς:''' Ramiro D. Crego , Majaliwa M. Masolele, Grant Connette and Jared A. Stabach

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Remote Sensing 16.10.2021, 13, 4154

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.mdpi.com/2072-4292/13/20/4154]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''οικολογία μετακινήσεων, MODIS, NDVI, τηλεπισκόπηση, τηλεμετρία, συσκευές εντοπισμού''

'''1. Εισαγωγή'''

Η επιστήμη της οικολογίας των μετακινήσεων ζώων έχει προχωρήσει ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Αυτό συνέβη, εν μέρει, χάρη στις τεχνολογικές καινοτομίες που μείωσαν το μέγεθος και το βάρος των συσκευών δορυφορικής παρακολούθησης που τοποθετούνται στα ζώα, διευρύνοντας την ποικιλότητα των ειδών που παρακολουθούνται και αυξάνοντας τη διάρκεια των περιόδων παρακολούθησης.
Μαζί με τα προϊόντα τηλεπισκοπικών δεδομένων, που γίνονται όλο και περισσότερο (δωρεάν) διαθέσιμα, όπως είναι η πλατφόρμα χωρικής ανάλυσης '''Google Earth Engine (GEE)''', οι επιστήμονες είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν μια μεγαλύτερη ποικιλία χωροχρονικών ερωτημάτων, κάνοντας χρήση των μοντέλων υψομέτρου και των δεικτών κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI).
Ομοίως, οι νέες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση και οπτικοποίηση της κίνησης έχουν γίνει πιο προσιτές. Για παράδειγμα, υπάρχουν τουλάχιστον 58 διαφορετικά πακέτα στη '''γλώσσα προγραμματισμού R''', έναν από τον πιο δημοφιλή ανοιχτό κώδικα ανάλυσης δεδομένων μεταξύ των επιστημόνων της οικολογίας.

Μέχρι πρότινος, ήταν δύσκολη η ενσωμάτωση τηλεπισκοπικών δεδομένων από το Google Earth Engine απ’ ευθείας στην R. Ωστόσο, ένα πακέτο R που κυκλοφόρησε πρόσφατα (2020), ονόματι rGEE, έχει καταστήσει πιο προσιτή την ενσωμάτωση αυτή.

Θα παρουσιάσουμε δύο ''μελέτες περίπτωσης'' :
<blockquote>- Στην πρώτη εξάγουμε τον δείκτη NDVI από το Φασματοραδιόμετρο Απεικόνισης Μέτριας Ανάλυσης (MODIS) της NASA, με δεδομένα παρακολούθησης της θέσης 10 ζώων, τριών διαφορετικών ειδών, για ένα έτος: αφρικανικό βουβάλι (''Syncerus caffer''), αφρικανικός ελέφαντας (''Loxodonta africana'') και μπλε γκνου (''Connochaetes taurinus'').</blockquote>
<blockquote>- Στη δεύτερη μελέτη εξάγουμε εκτιμήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας από τα ωριαία δεδομένα του ατμοσφαιρικού μοντέλου ERA5-Land και αντιπαραβάλλουμε τη θερμοκρασία μεταξύ διαδοχικών βημάτων 12 μεμονωμένων γκνου σε τρία οικοσυστήματα της Κένυας.</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Διάγραμμα ροής εργασιών του κώδικα που δείχνει τη συνολική διαδικασία εξαγωγής τιμών εικονοστοιχείων στις θέσεις εντοπισμού των ζώων, με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού R και του Google Earth Engine]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Ροή εργασιών κώδικα'''

Μόλις τα δεδομένα τηλεμετρίας φορτωθούν στο R, η χρονική σφραγίδα τους πρέπει να μετατραπεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μια μορφή διαχείρισης ημερομηνιών που χρησιμοποιείται στο GEE. Το σύνολο των δεδομένων (scv) μετατρέπεται σε ένα αντικείμενο απλού χαρακτηριστικού (sf), το οποίο μπορεί να φορτωθεί στο GEE ως συλλογή χαρακτηριστικών (feature collection), βάσει μιας συνάρτησης από το πακέτο rGEE. Εν συνεχεία, εφαρμόζεται ένα φίλτρο που ταιριάζει αποτελεσματικά τις συλλογές χαρακτηριστικών και τις συλλογές εικόνων (image collection) μιας χρονοσειράς. Έτσι, αποθηκεύεται η εικόνα που βρίσκεται χρονικά πλησιέστερα σε κάθε θέση εντοπισμού GPS. Κάθε “καλύτερη” εικόνα προσαρτάται σε κάθε χαρακτηριστικό για ολόκληρη τη συλλογή χαρακτηριστικών. Ύστερα, με τη βοήθεια μιας συνάρτησης που δημιουργήσαμε στο GEE, εξάγεται η τιμή του εικονοστοιχείου (pixel value) στην εκάστοτε θέση GPS και στη συνέχεια αποθηκεύεται η τιμή ως μια νέα ιδιότητα χαρακτηριστικού (βλ. '''Εικόνα 1''').

'''2.2. Δεδομένα παρακολούθησης ζώων για μελέτες περίπτωσης'''

Έγινε χρήση δεδομένων παρακολούθησης από το Movebank (https://www.movebank.org με ημερομηνία πρόσβασης 10/10/2021) για 1 αφρικανικό βουβάλι, 2 αφρικανικούς ελέφαντες και 3 μπλε γκνου στη Μελέτη περίπτωσης α’ (εξαγωγή NDVI) και για 12 γκνου στη Μελέτη περίπτωσης β’ (εξαγωγή ωριαίας θερμοκρασίας).
Για κάθε είδος συμπεριλήφθησαν μόνο τα ζώα που περιείχαν δεδομένα ενός ολόκληρου έτους. Έγινε επαναδειγματοληψία όλων των δεδομένων σε χρονικό διάστημα 3 ωρών, χρησιμοποιώντας το πακέτο “adehabitat” από τη γλώσσα R.

'''2.3 Μελέτη περίπτωσης α’: εξαγωγή NDVI'''

Ο δείκτης NDVI έχει αποδειχτεί ότι αποτελεί ισχυρό προγνωστικό παράγοντα της μετακίνησης και της χρήσης του χώρου από τα φυτοφάγα ζώα. Μια συνήθης πρακτική με τον NDVI είναι να υπολογίζεται ο μέσος όρος των εικόνων (raster) για όλα τα έτη ή τις εποχές και να εξάγονται οι τιμές στις θέσεις των ζώων για την εφαρμογή στατιστικών μοντέλων. Συχνά, όμως, τα φυτοφάγα ζώα έχουν την ικανότητα να τροποποιούν την ανάπτυξη νέας βλάστησης, καθώς κινούνται και βόσκουν. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υπολογιστική ισχύς των δορυφορικών δεδομένων που απαιτείται για την επεξεργασία τους είναι χαμηλή ή είναι χρονοβόρα η διαδικασία συλλογής τους (πχ λόγω μεγάλων εκτάσεων ή μεγάλων χρονικών περιόδων). Ως λύση, αντί για το μέσο ετήσιο NDVI, χρησιμοποιείται ο χρονικά προσαρμοσμένος με την κίνηση των ζώων NDVI.
Η ροή εργασίας του κώδικα που υλοποιήσαμε εξάγει την τιμή NDVI από το προϊόν δεδομένων MODIS/Terra (MOD1Q1) των 250m, 16 ημερών, το οποίο είναι χρονικά πλησιέστερο σε κάθε αποτύπωση GPS που συλλέγεται σε μια μελέτη παρακολούθησης ζώων. Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη χρονική υστέρηση μεταξύ κάθε σημείου GPS που συλλέγεται και της πλησιέστερης ημερομηνίας σύνθεσης εικόνας NDVI είναι 8 ημέρες. Ωστόσο, στην πράξη μπορεί να είναι μεγαλύτερη, γιατί οι πραγματικές ημερ/νίες παρατήρησης για κάθε εικονοστοιχείο είναι άγνωστες.

'''2.4 Μελέτη περίπτωσης β’: θερμοκρασιακή εκχύλιση'''

Η διακύμανση της θερμοκρασίας είναι ένας από τους κύριους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζει τη χρήση των ενδιαιτημάτων των ζώων. Για παράδειγμα, στα μεγάλα φυτοφάγα ζώα, η αύξηση θερμοκρασίας περιβάλλοντος μπορούν να μεταβάλλει τα πρότυπα μετακίνησης και τη συμπεριφορά, αναγκάζοντας το ζώο να μετακινηθεί πιο κοντά στο νερό ή τη σκιά ή ν’ αυξήσει το χρόνο ανάπαυσης. Αντίστοιχα, η μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας που οδηγεί σε χιονοκάλυψη περιορίζει τη διαθεσιμότητα τροφής και μεταβάλλει, επίσης, τα πρότυπα μετακίνησης των ζώων.
Για να καταδείξουμε την ισχύ της χρήσης του GEE για τη συσχέτιση κλιματικών δεδομένων με τοποθεσίες τηλεμετρίας, έγινε χρήση του συνόλου των δεδομένων ERA5-Land. Το ατμοσφαιρικό μοντέλο ERA5-Land αποτελείται από 50 κλιματικές μεταβλητές με ωριαία χρονική ανάλυση και χωρική ανάλυση ~9km. Από τις 50 διαθέσιμες μεταβλητές, το παράδειγμά μας δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα στα 2m από την επιφάνεια της γης.
Από το σύνολο δεδομένων για τα γκνου, επιλέξαμε τυχαία 12 άτομα από τρεις διαφορετικούς πληθυσμούς της Κένυας (τον πληθυσμό Maasai Mara/Loita Plains, τον Athi-Kaputiei Plains και τον Amboseli Basin). Χρησιμοποιήσαμε μια συνολική χρονοσειρά με 8.760 εικόνες. Εξάγαμε τιμές θερμοκρασίας που αντιστοιχούν στο χρόνο, σε κάθε τοποθεσία GPS. Ύστερα, ελέγξαμε τη σχέση μεταξύ μήκους βήματος ζώου και θερμοκρασίας, με την προσαρμογή ενός γραμμικού μοντέλου μικρών επιδράσεων (Gauss). Υλοποιήσαμε το μοντέλο στο σύνολό του στη γλώσσα προγραμματισμού R.

'''3. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα:wiki1_table1_Stappa.png | thumb| right|'''Πίνακας 1:'''Περίληψη των ειδών, των δεδομένων τηλεμετρίας, του προϊόντος τηλεπισκοπικών δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε και του χρόνου επεξεργασίας για την εξαγωγή των τιμών των pixels σε κάθε θέση GPS.]]

[[Εικόνα:wiki1_pic2_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 2''':Τιμές MODIS NDVI που εξάγονται από δεδομένα ενός έτους για τον αφρικανικό βούβαλο, τον αφρικανικό ελέφαντα και το μπλε γκνου, που παρακολουθούνται με μονάδες τηλεμετρίας GPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ του ετήσιου μέσου NDVI (κόκκινο) και του χρονικά προσαρμοσμένου NDVI (μπλε), που εξάγεται σε όλες τις θέσεις των ζώων.]]

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης α’''' :
Για τα 6 ζώα που συμπεριλήφθηκαν χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για την επεξεργασία των 12.344 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1''').

Το αποτέλεσμα που εξάγαμε, συγκρίνοντας το μέσο ετήσιο NDVI (annual mean) με τον χρονικά προσαρμοσμένο NDVI (time match), ήταν η αποτυχία του πρώτου να λάβει υπόψη την εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας της βλάστησης που αντιμετωπίζουν τα ζώα (βλ. '''Εικόνα 2''').</blockquote>

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης β’''' :
Για τα 12 γκνου που συμπεριλήφθηκαν στη συλλογή δεδομένων, χρειάστηκαν περίπου 34 λεπτά (0,06 sec ανά σημείο) για την επεξεργασία των 33.074 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1'''). Το σύνολο δεδομένων θερμοκρασίας αέρα ERA5-Land είχε υψηλή συσχέτιση με τη θερμοκρασία που καταγράφηκε στα περιλαίμια των ζώων. Το αποτέλεσμα που εξάγαμε ήταν ότι τα γκνου μετακινούνται λιγότερο, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ('''Εικόνα 3''').</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3''':Σχέση μεταξύ του βήματος και της θερμοκρασίας του αέρα για το μπλε γκνου. Τα δεδομένα εντοπισμού GPS ελήθησαν για τα 12 άτομα από τους τρεις πληθυμσούς στην Κένυα: πεδιάδες Maasai Mara/Loita (πράσινο), πεδιάδες Athi-Kaputiei (μπλε) και λέκανη Amboseli (κόκκινο). Η ωριαία θερμοκρασία του αέρα στα 2m πάνω από το έδαφος λήφθηκε από το σύνολο δεδομένων ERA5-Land. Όλα τα δεδομένα είναι από το 2011.]]

'''4. Συζήτηση – Συμπεράσματα'''

Τα τελευταία χρόνια αυξήθηκε ραγδαία ο όγκος δεδομένων οικολογίας, όπως είναι η παρακολούθηση της θέσης των ζώων, χάρη στην τηλεπισκόπηση. Σε αυτή τη μελέτη, παρουσιάσαμε παραδείγματα που ενσωματώνουν δύο επίπεδα περιβαλλοντικών δεδομένων για την εξήγηση της κίνησης και της συμπεριφοράς των μεγάλων φυτοφάγων ζώων της Αφρικής. Εναλλακτικά, άλλες συλλογές εικόνων που είναι διαθέσιμες μέσω του GEE, όπως είναι η διαθεσιμότητα επιφανειακών υδάτων ή άλλοι δείκτες βλάστησης, μπορούν να αντικατασταθούν στον κώδικα. Επιπλέον, η ευελιξία του GEE καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση πληροφοριών που προέρχονται από πολυφασματικές εικόνες όπως το Landsat ή το Sentinel, ως πιθανές συνδιακυμάνσεις για δεδομένα κίνησης ζώων.

Βελτίωση των αναλύσεων κίνησης των ζώων: Xωροχρονική αντιστοιχία της θέσης ζώων με δεδομένα τηλεπισκόπησης

2023-02-26T15:45:39Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Enhancing Animal Movement Analyses: Spatiotemporal Matching of Animal Positions with Remotely Sensed Data Using Google Earth Engine and R.''

'''Συγγραφείς:''' Ramiro D. Crego , Majaliwa M. Masolele, Grant Connette and Jared A. Stabach

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Remote Sensing 16.10.2021, 13, 4154

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.mdpi.com/2072-4292/13/20/4154]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''οικολογία μετακινήσεων, MODIS, NDVI, τηλεπισκόπηση, τηλεμετρία, συσκευές εντοπισμού''

'''1. Εισαγωγή'''

Η επιστήμη της οικολογίας των μετακινήσεων ζώων έχει προχωρήσει ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Αυτό συνέβη, εν μέρει, χάρη στις τεχνολογικές καινοτομίες που μείωσαν το μέγεθος και το βάρος των συσκευών δορυφορικής παρακολούθησης που τοποθετούνται στα ζώα, διευρύνοντας την ποικιλότητα των ειδών που παρακολουθούνται και αυξάνοντας τη διάρκεια των περιόδων παρακολούθησης.
Μαζί με τα προϊόντα τηλεπισκοπικών δεδομένων, που γίνονται όλο και περισσότερο (δωρεάν) διαθέσιμα, όπως είναι η πλατφόρμα χωρικής ανάλυσης '''Google Earth Engine (GEE)''', οι επιστήμονες είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν μια μεγαλύτερη ποικιλία χωροχρονικών ερωτημάτων, κάνοντας χρήση των μοντέλων υψομέτρου και των δεικτών κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI).
Ομοίως, οι νέες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση και οπτικοποίηση της κίνησης έχουν γίνει πιο προσιτές. Για παράδειγμα, υπάρχουν τουλάχιστον 58 διαφορετικά πακέτα στη '''γλώσσα προγραμματισμού R''', έναν από τον πιο δημοφιλή ανοιχτό κώδικα ανάλυσης δεδομένων μεταξύ των επιστημόνων της οικολογίας.

Μέχρι πρότινος, ήταν δύσκολη η ενσωμάτωση τηλεπισκοπικών δεδομένων από το Google Earth Engine απ’ ευθείας στην R. Ωστόσο, ένα πακέτο R που κυκλοφόρησε πρόσφατα (2020), ονόματι rGEE, έχει καταστήσει πιο προσιτή την ενσωμάτωση αυτή.

Θα παρουσιάσουμε δύο ''μελέτες περίπτωσης'' :
<blockquote>- Στην πρώτη εξάγουμε τον δείκτη NDVI από το Φασματοραδιόμετρο Απεικόνισης Μέτριας Ανάλυσης (MODIS) της NASA, με δεδομένα παρακολούθησης της θέσης 10 ζώων, τριών διαφορετικών ειδών, για ένα έτος: αφρικανικό βουβάλι (''Syncerus caffer''), αφρικανικός ελέφαντας (''Loxodonta africana'') και μπλε γκνου (''Connochaetes taurinus'').</blockquote>
<blockquote>- Στη δεύτερη μελέτη εξάγουμε εκτιμήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας από τα ωριαία δεδομένα του ατμοσφαιρικού μοντέλου ERA5-Land και αντιπαραβάλλουμε τη θερμοκρασία μεταξύ διαδοχικών βημάτων 12 μεμονωμένων γκνου σε τρία οικοσυστήματα της Κένυας.</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Διάγραμμα ροής εργασιών του κώδικα που δείχνει τη συνολική διαδικασία εξαγωγής τιμών εικονοστοιχείων στις θέσεις εντοπισμού των ζώων, με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού R και του Google Earth Engine]]

'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Ροή εργασιών κώδικα'''

Μόλις τα δεδομένα τηλεμετρίας φορτωθούν στο R, η χρονική σφραγίδα τους πρέπει να μετατραπεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μια μορφή διαχείρισης ημερομηνιών που χρησιμοποιείται στο GEE. Το σύνολο των δεδομένων (scv) μετατρέπεται σε ένα αντικείμενο απλού χαρακτηριστικού (sf), το οποίο μπορεί να φορτωθεί στο GEE ως συλλογή χαρακτηριστικών (feature collection), βάσει μιας συνάρτησης από το πακέτο rGEE. Εν συνεχεία, εφαρμόζεται ένα φίλτρο που ταιριάζει αποτελεσματικά τις συλλογές χαρακτηριστικών και τις συλλογές εικόνων (image collection) μιας χρονοσειράς. Έτσι, αποθηκεύεται η εικόνα που βρίσκεται χρονικά πλησιέστερα σε κάθε θέση εντοπισμού GPS. Κάθε “καλύτερη” εικόνα προσαρτάται σε κάθε χαρακτηριστικό για ολόκληρη τη συλλογή χαρακτηριστικών. Ύστερα, με τη βοήθεια μιας συνάρτησης που δημιουργήσαμε στο GEE, εξάγεται η τιμή του εικονοστοιχείου (pixel value) στην εκάστοτε θέση GPS και στη συνέχεια αποθηκεύεται η τιμή ως μια νέα ιδιότητα χαρακτηριστικού (βλ. '''Εικόνα 1''').

'''2.2. Δεδομένα παρακολούθησης ζώων για μελέτες περίπτωσης'''

Έγινε χρήση δεδομένων παρακολούθησης από το Movebank (https://www.movebank.org με ημερομηνία πρόσβασης 10/10/2021) για 1 αφρικανικό βουβάλι, 2 αφρικανικούς ελέφαντες και 3 μπλε γκνου στη Μελέτη περίπτωσης α’ (εξαγωγή NDVI) και για 12 γκνου στη Μελέτη περίπτωσης β’ (εξαγωγή ωριαίας θερμοκρασίας).
Για κάθε είδος συμπεριλήφθησαν μόνο τα ζώα που περιείχαν δεδομένα ενός ολόκληρου έτους. Έγινε επαναδειγματοληψία όλων των δεδομένων σε χρονικό διάστημα 3 ωρών, χρησιμοποιώντας το πακέτο “adehabitat” από τη γλώσσα R.

'''2.3 Μελέτη περίπτωσης α’: εξαγωγή NDVI'''

Ο δείκτης NDVI έχει αποδειχτεί ότι αποτελεί ισχυρό προγνωστικό παράγοντα της μετακίνησης και της χρήσης του χώρου από τα φυτοφάγα ζώα. Μια συνήθης πρακτική με τον NDVI είναι να υπολογίζεται ο μέσος όρος των εικόνων (raster) για όλα τα έτη ή τις εποχές και να εξάγονται οι τιμές στις θέσεις των ζώων για την εφαρμογή στατιστικών μοντέλων. Συχνά, όμως, τα φυτοφάγα ζώα έχουν την ικανότητα να τροποποιούν την ανάπτυξη νέας βλάστησης, καθώς κινούνται και βόσκουν. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υπολογιστική ισχύς των δορυφορικών δεδομένων που απαιτείται για την επεξεργασία τους είναι χαμηλή ή είναι χρονοβόρα η διαδικασία συλλογής τους (πχ λόγω μεγάλων εκτάσεων ή μεγάλων χρονικών περιόδων). Ως λύση, αντί για το μέσο ετήσιο NDVI, χρησιμοποιείται ο χρονικά προσαρμοσμένος με την κίνηση των ζώων NDVI.
Η ροή εργασίας του κώδικα που υλοποιήσαμε εξάγει την τιμή NDVI από το προϊόν δεδομένων MODIS/Terra (MOD1Q1) των 250m, 16 ημερών, το οποίο είναι χρονικά πλησιέστερο σε κάθε αποτύπωση GPS που συλλέγεται σε μια μελέτη παρακολούθησης ζώων. Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη χρονική υστέρηση μεταξύ κάθε σημείου GPS που συλλέγεται και της πλησιέστερης ημερομηνίας σύνθεσης εικόνας NDVI είναι 8 ημέρες. Ωστόσο, στην πράξη μπορεί να είναι μεγαλύτερη, γιατί οι πραγματικές ημερ/νίες παρατήρησης για κάθε εικονοστοιχείο είναι άγνωστες.

'''2.4 Μελέτη περίπτωσης β’: θερμοκρασιακή εκχύλιση'''

Η διακύμανση της θερμοκρασίας είναι ένας από τους κύριους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζει τη χρήση των ενδιαιτημάτων των ζώων. Για παράδειγμα, στα μεγάλα φυτοφάγα ζώα, η αύξηση θερμοκρασίας περιβάλλοντος μπορούν να μεταβάλλει τα πρότυπα μετακίνησης και τη συμπεριφορά, αναγκάζοντας το ζώο να μετακινηθεί πιο κοντά στο νερό ή τη σκιά ή ν’ αυξήσει το χρόνο ανάπαυσης. Αντίστοιχα, η μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας που οδηγεί σε χιονοκάλυψη περιορίζει τη διαθεσιμότητα τροφής και μεταβάλλει, επίσης, τα πρότυπα μετακίνησης των ζώων.
Για να καταδείξουμε την ισχύ της χρήσης του GEE για τη συσχέτιση κλιματικών δεδομένων με τοποθεσίες τηλεμετρίας, έγινε χρήση του συνόλου των δεδομένων ERA5-Land. Το ατμοσφαιρικό μοντέλο ERA5-Land αποτελείται από 50 κλιματικές μεταβλητές με ωριαία χρονική ανάλυση και χωρική ανάλυση ~9km. Από τις 50 διαθέσιμες μεταβλητές, το παράδειγμά μας δείχνει τη θερμοκρασία του αέρα στα 2m από την επιφάνεια της γης.
Από το σύνολο δεδομένων για τα γκνου, επιλέξαμε τυχαία 12 άτομα από τρεις διαφορετικούς πληθυσμούς της Κένυας (τον πληθυσμό Maasai Mara/Loita Plains, τον Athi-Kaputiei Plains και τον Amboseli Basin). Χρησιμοποιήσαμε μια συνολική χρονοσειρά με 8.760 εικόνες. Εξάγαμε τιμές θερμοκρασίας που αντιστοιχούν στο χρόνο, σε κάθε τοποθεσία GPS. Ύστερα, ελέγξαμε τη σχέση μεταξύ μήκους βήματος ζώου και θερμοκρασίας, με την προσαρμογή ενός γραμμικού μοντέλου μικρών επιδράσεων (Gauss). Υλοποιήσαμε το μοντέλο στο σύνολό του στη γλώσσα προγραμματισμού R.

'''3. Αποτελέσματα'''
[[Εικόνα:wiki1_table1_Stappa.png | thumb| right|'''Πίνακας 1:'''Περίληψη των ειδών, των δεδομένων τηλεμετρίας, του προϊόντος τηλεπισκοπικών δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε και του χρόνου επεξεργασίας για την εξαγωγή των τιμών των pixels σε κάθε θέση GPS.]]

[[Εικόνα:wiki1_pic2_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 2''':Τιμές MODIS NDVI που εξάγονται από δεδομένα ενός έτους για τον αφρικανικό βούβαλο, τον αφρικανικό ελέφαντα και το μπλε γκνου, που παρακολουθούνται με μονάδες τηλεμετρίας GPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ του ετήσιου μέσου NDVI (κόκκινο) και του χρονικά προσαρμοσμένου NDVI (μπλε), που εξάγεται σε όλες τις θέσεις των ζώων.]]

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης α’''' :
Για τα 6 ζώα που συμπεριλήφθηκαν χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για την επεξεργασία των 12.344 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1''').

Το αποτέλεσμα που εξάγαμε, συγκρίνοντας το μέσο ετήσιο NDVI (annual mean) με τον χρονικά προσαρμοσμένο NDVI (time match), ήταν η αποτυχία του πρώτου να λάβει υπόψη την εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας της βλάστησης που αντιμετωπίζουν τα ζώα (βλ. '''Εικόνα 2''').</blockquote>

<blockquote>• '''Μελέτη περίπτωσης β’''' :
Για τα 12 γκνου που συμπεριλήφθηκαν στη συλλογή δεδομένων, χρειάστηκαν περίπου 34 λεπτά (0,06 sec ανά σημείο) για την επεξεργασία των 33.074 θέσεων GPS (βλ. '''Πίνακα 1'''). Το σύνολο δεδομένων θερμοκρασίας αέρα ERA5-Land είχε υψηλή συσχέτιση με τη θερμοκρασία που καταγράφηκε στα περιλαίμια των ζώων. Το αποτέλεσμα που εξάγαμε ήταν ότι τα γκνου μετακινούνται λιγότερο, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ('''Εικόνα 3''').</blockquote>

[[Εικόνα:wiki1_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3''':Σχέση μεταξύ του βήματος και της θερμοκρασίας του αέρα για το μπλε γκνου. Τα δεδομένα εντοπισμού GPS ελήθησαν για τα 12 άτομα από τους τρεις πληθυμσούς στην Κένυα: πεδιάδες Maasai Mara/Loita (πράσινο), πεδιάδες Athi-Kaputiei (μπλε) και λέκανη Amboseli (κόκκινο). Η ωριαία θερμοκρασία του αέρα στα 2m πάνω από το έδαφος λήφθηκε από το σύνολο δεδομένων ERA5-Land. Όλα τα δεδομένα είναι από το 2011.]]

'''4. Συζήτηση – Συμπεράσματα'''

Τα τελευταία χρόνια αυξήθηκε ραγδαία ο όγκος δεδομένων οικολογίας, όπως είναι η παρακολούθηση της θέσης των ζώων, χάρη στην τηλεπισκόπηση. Σε αυτή τη μελέτη, παρουσιάσαμε παραδείγματα που ενσωματώνουν δύο επίπεδα περιβαλλοντικών δεδομένων για την εξήγηση της κίνησης και της συμπεριφοράς των μεγάλων φυτοφάγων ζώων της Αφρικής. Εναλλακτικά, άλλες συλλογές εικόνων που είναι διαθέσιμες μέσω του GEE, όπως είναι η διαθεσιμότητα επιφανειακών υδάτων ή άλλοι δείκτες βλάστησης, μπορούν να αντικατασταθούν στον κώδικα. Επιπλέον, η ευελιξία του GEE καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση πληροφοριών που προέρχονται από πολυφασματικές εικόνες όπως το Landsat ή το Sentinel, ως πιθανές συνδιακυμάνσεις για δεδομένα κίνησης ζώων.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T13:49:50Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του.

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T13:45:25Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης: ο αλγόριθμος Tasseled Cap Transformation (TCT) και η εφαρμογή δεικτών βλάστησης (Vegetation Indices, VI’s).
Ο αλγόριθμος TCT αντιπροσωπεύει την εμπειρική εξίσωση των φασματικών καναλιών και το γραμμικό μετασχηματισμό των ζωνών σε τρεις δείκτες: φωτεινότητα, πράσινο, υγρασία. Η φωτεινότητα συνδέεται συνήθως με γυμνά ή αραιά φυτεμένα εδάφη, η πρασινάδα με υγιή βλάστηση και η υγρασία συνδέεται συνήθως με νερό και άλλα υγρά χαρακτηριστικά.

Οι δείκτες βλάστησης επιτρέπουν μια σχετικά γρήγορη καταγραφή και καλή κατανόηση των μεταβολών στο χώρο και το χρόνο. Επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικοί δείκτες: α. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς βλάστησης (NDVI), β. ο δείκτης Soil Adjusted Vegetation (SAVI), γ. ο δείκτης Enhanced Vegetation 2 (EVI2), δ. ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς νερού (NDWI) και ε. ο δείκτης γυμνού εδάφους (BSI).

O NDVI θεωρείται, λόγω ιδιοτήτων, κατάλληλος δείκτης για τη μελέτη των προτύπων βλάστησης στην πάροδο του χρόνου και του χώρου. Ο δείκτης SAVI ελαχιστοποιεί την επίδραση της φωτεινότητας του εδάφους, οπότε έχει καλύτερη εφαρμογή σε μεγάλες διακυμάνσεις χρώματος και υγρασίας εδάφους. Ο EVI2 έχει καλύτερη απόδοση σε περιοχές με υψηλή βιομάζα. Ο δείκτης NDWI βελτιώνει την ακρίβεια στην περιεκτικότητα σε νερό της βλάστησης. Τέλος, ο δείκτης BSI καταγράφει τις μεταβολές του εδάφους, ποσοτικοποιώντας την ορυκτή σύστασή του. ........

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T12:36:29Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση, είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης. ........

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T12:31:40Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη πανίδας, όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης. ........

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T12:30:21Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως ''Βιογενετικά Αποθέματα''.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης. ........

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.

Μακροχρόνια παρακολούθηση της δυναμικής της βλάστησης στο Εθνικό Πάρκο οροσειράς Ροδόπης.

2023-02-25T12:28:47Z

Stappa:

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

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Long-Term Monitoring of Vegetation Dynamics in the Rhodopi Mountain Range National Park-Greece.''

'''Συγγραφείς:''' Ξόφης Παντ., Σπηλιώτης Α. Ιωάν., Χατζηγιοβανάκης Στ. και Χρυσομαλίδου Σ. Αναστ.

'''Παν/κό Ίδρυμα:''' Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστημών, Διεθνές Παν/μιο της Ελλάδος, GR66100, Δράμα

'''Δημοσιεύθηκε:''' ''MDPI Open Access Journals'', Forests 13, 377 (2022)

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.3390/f13030377]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Landsat, τηλεπισκόπηση, εγκατάλειψη γης, ετερογένεια τοπίου''

'''1. Εισαγωγή'''

Η τάση αστυφιλίας και μετανάστευσης στην Ελλάδα κατά τις δεκαετίες ‘50-’70, που ακολούθησαν το Β’ Παγκόσμιο πόλεμο και τον εμφύλιο, είχαν σαν αποτέλεσμα την εγκατάλειψη των αγροτικών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές. Σε συνδυασμό με τη γήρανση του πληθυσμού, οι βοσκότοποι άρχισαν να μειώνονται σε μέγεθος και η απόσταση μεταξύ τους αυξήθηκε, τα λιβάδια μετατράπηκαν σταδιακά σε θαμνώδη βλάστηση και, τελικά, τα δάση αναπτύχθηκαν εις βάρος των γεωργικών εκτάσεων και των βοσκοτόπων. Παρόμοια τάση αλλαγής χρήσης/κάλυψης γης, υπάρχει στην Ευρώπη τα τελευταία 30 χρόνια.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις, θετικές και αρνητικές, αναλόγως των στόχων διατήρησης και διαφόρων τοπικών παραγόντων. Η αποκατάσταση των δασών μπορεί να μειώσει τη διάβρωση του εδάφους, να αυξήσει τη βιοποικιλότητα και να δημιουργήσει δεξαμενές άνθρακα. Ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει, επίσης, στη μείωση πολλών ημιφυσικών, ανοικτών ενδιαιτημάτων που διατηρούνταν από την παραδοσιακή διαχείριση της γης με σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στο τοπίο, τη βιοποικιλότητα, το οικοσύστημα, τη δυναμική και τη βιωσιμότητα των ορεινών περιοχών.
Ο ευρύτερος σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση των αλλαγών της βλάστησης από τις αρχές της δεκαετίας του ‘80 (όταν η εγκατάλειψη της γεωργίας έφτασε στο αποκορύφωμά της) έως το 2019, στο Εθνικό Πάρκο Ροδόπης, κάνοντας χρήση πολυχρονικών δεδομένων Landsat. Πιο συγκεκριμένοι '''στόχοι''' αποτελούν: (α) η διερεύνηση του βαθμού πύκνωσης της βλάστησης και της απώλειας ανοικτών οικοτόπων διαχρονικά, με χρήση ορισμένων δεικτών, (β) η ποσοτικοποίηση των παρατηρούμενων αλλαγών και (γ) οι πιθανές επιπτώσεις τους στη βιοποικιλότητα και στον κίνδυνο πυρκαγιών.

[[Εικόνα:wiki3_pic1_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 1:''' Τοποθεσία της περιοχής μελέτης και χαρακτηριστικά τοπίου και ορεογραφίας.]]
'''2. Υλικά και Μέθοδοι'''

'''2.1. Περιοχή Μελέτης'''

Η περιοχή μελέτης είναι το '''Εθνικό Πάρκο Oροσειράς Ροδόπης''' (εφεξής '''EΠΟΡ''') στη βόρεια Ελλάδα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου 175.000 εκτάρια, με υψομετρικό εύρος 20-2.022μ. υψόμετρο (βλ. '''Εικόνα 1'''). Η οροσειρά της Ροδόπης αποτελεί το φυσικό σύνορο μεταξύ Ελλάδας-Βουλγαρίας, με το 18% μόνο της έκτασής της να βρίσκεται σε ελληνικό έδαφος.

Μεγάλες εκτάσεις του ΕΠΟΡ βρίσκονται κάτω από εθνικό ή διεθνές καθεστώς προστασίας. Συγκεκριμένα:

<blockquote>• επτά (7) περιοχές του Εθνικού Πάρκου έχουν ενταχθεί στο δίκτυο προστατευόμενων περιοχών Natura 2000 (δύο από αυτές ως Ειδικές Προστατευόμενες Περιοχές και πέντε ως Ειδικές Ζώνες Διατήρησης),</blockquote>
<blockquote>• δύο (2) περιοχές έχουν κηρυχθεί ως Διατηρητέα Μνημεία της Φύσης,</blockquote>
<blockquote>• επτά (7) περιοχές ως Καταφύγια Άγριας Ζωής και</blockquote>
<blockquote>• τρεις (3) περιοχές έχουν χαρακτηριστεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο ως Βιογενετικά Αποθέματα.</blockquote>
Σχεδόν το 60% των ευρωπαϊκών ειδών βλάστησης συναντάται εδώ, καθιστώντας την περιοχή πολύ σημαντική για την διατήρηση της βιοποικιλότητας. Οι κύριοι τύποι κάλυψης της γης είναι: κωνοφόρα μαύρης πεύκης (Pinus nigra), δασική πεύκη (P. sylvestris L.), ερυθρελάτη (Picea abies L.), οξιά (Fagus sylvatica L.), σημύδα (Betula pendula Roth), βελανιδιά (Quercus sp.), αειθαλή πλατύφυλλα, ανοικτές εκτάσεις που διατηρούνται λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, κυρίως βοσκοτόπια, καθώς και ένα μικρό ποσοστό γεωργικών εκτάσεων. Επίσης, το Εθνικό Πάρκο είναι πλούσιο σε βιοποικιλότητα άγριας ζωής, φιλοξενώντας είδη όπως: η καφέ αρκούδα (''Ursus arctos''), ο γκρίζος λύκος (''Canis lupus''), το κόκκινο ελάφι (''Cervus elaphus''), ο χρυσαετός (''Aquila chrysaetos'') κ.ά.

'''2.2. Δεδομένα τηλεπισκόπησης'''

Στην παρούσα μελέτη επικεντρωνόμαστε στην πύκνωση της ξυλώδους βλάστησης. Συνολικά 120 εικόνες Landsat (Path: 183, Row: 031), γεωμετρικά και ατμοσφαιρικά διορθωμένες, με 16-bit ραδιομετρική ανάλυση, μεταφορτώθηκαν από το κέντρο EROS. Εξ αυτών, 21 επιλέχθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων χρονοσειράς, που καλύπτει μια περίοδο 35 ετών. Οι υπόλοιπες εικόνες αποκλείστηκαν από την ανάλυση είτε λόγω εκτεταμένης νεφοκάλυψης/σκίασης, είτε λόγω απογύμνωσης των γραμμών του Landsat 7. Η περίοδος λήψης των επιλεγμένων εικόνων ήταν μεταξύ της 1ης Αυγούστου και της 16ης Σεπτεμβρίου. Το συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο επιλέχθηκε, επειδή αντιστοιχεί στην ξηρότερη περίοδο της περιοχής μελέτης, όταν η ετήσια ποώδης βλάστηση – που δε μας αφορά – έχει εκλείψει. Λόγω της μεγάλης χρονικής διαθεσιμότητας των δεδομένων Landsat (από το 1972), αυτά χρησιμοποιούνται εκτενώς για τη δημιουργία χρονοσειρών.

[[Εικόνα:wiki3_pic2_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 2:''' Διάγραμμα ροής μελέτης.]]

'''2.3. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης'''

Δύο τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση των μεταβολών της κάλυψης της ξυλώδους βλάστησης. ........

[[Εικόνα:wiki3_pic3_Stappa.png | thumb| right|'''Εικόνα 3:''' Δυναμική και τάση των δεικτών βλάστησης κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης (a-f). Τα γραφήματα έχουν κατασκευαστεί με βάση 1000 τυχαία τοποθετημένα σημεία, που αντιστοιχούν σε 1000 εικονοστοιχεία.]]

'''3. Αποτελέσματα'''

[[Εικόνα:wiki3_pic4_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 4:''' Χάρτες εδαφοκάλυψης των ετών 1984(a) και 2019(b) και χάρτης από ανοικτούς οικοτόπους σε δάση πλατύφυλλων ή κωνοφόρων (c).]]

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν και όλοι οι δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν δείχνουν ότι, κατά την περίοδο μελέτης, υπήρξε συνεχής τάση αύξησης φυτοκάλυψης, με μείωση των ανοικτών - γεωργικών ή κτηνοτροφικών - εκτάσεων. Η παρατηρούμενη τάση επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με τη χρήση αντικειμενοστραφούς ανάλυσης εικόνας σε δύο ζεύγη εικόνων, που λήφθηκαν το 1984 και το 2019 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι σχεδόν τα 22.000 εκτάρια ανοικτών οικοτόπων έχουν χαθεί σε δάση πλατύφυλλων και κωνοφόρων.

[[Εικόνα:wiki3_pic5_Stappa.png | thumb| left|'''Εικόνα 5:''' Πολυχρονικό προφίλ NDVI των κύριων μεταβάσεων που παρατηρήθηκαν στην περιοχή μελέτης.]]

'''4. Συζήτηση'''
.........

'''5. Συμπεράσματα'''

Η τάση μείωσης των ανοικτών οικοτόπων έναντι των δασικών εκτάσεων, έχει οδηγήσει σε σημαντική απώλεια της ετερογένειας του τοπίου και σε ένα τοπίο όπου επικρατούν τα πλατύφυλλα. Τα αποτελέσματα συζητούνται σε σχέση με τις κινητήριες δυνάμεις τους, τις πιθανές επιπτώσεις στη βιοποικιλότητα και τον κίνδυνο πυρκαγιών στο εγγύς μέλλον.