Χρησιμοποιώντας την τηλεπισκόπηση για την εκτίμηση των εκπομπών άνθρακα των ρωσικών δασικών πυρκαγιών
Από RemoteSensing Wiki
Χρησιμοποιώντας την τηλεπισκόπηση για την εκτίμηση των εκπομπών άνθρακα των ρωσικών δασικών πυρκαγιών
A. S. ISAEV1, G.N. KOROVIN1, S. A. BARTALEV2, D. V. ERSHOV1, A. JANETOS3, E. S. KASISCHKE4, H. H. SHUGART5, N.H. F. FRENCH6, B. E. ORLICK7 and T. L. MURPHY7
1.Αντικείμενο Εφαρμογής
Η χρησιμοποίηση και επεξεργασία δορυφορικών εικόνων για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών των δασικών πυρκαγιών και την εκτίμηση των εκπομπών άνθρακα.
2.Στόχος της Εφαρμογής
Κάθε χρόνο, 10 – 35 χιλιάδες δασικές πυρκαγιές που καλύπτουν 0,5 έως 5,3 εκατομμύρια εκτάρια (ha), ανιχνεύονται στο ενεργά προστατευόμενο μέρος του ρωσικού δάσους. Επομένως, στόχος είναι η χαρτογράφηση της έκτασης των δασικών πυρκαγιών, η ανάπτυξη μεθόδων για τη μέτρηση των εκπομπών άνθρακα, η αξιολόγηση της βλάβης και η παρακολούθηση της αναγέννησης της δασικής βλάστησης.
3.Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων
Για την εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες από μετεωρολογικούς δορυφόρους (NOAA, Meteor), και δορυφόρους Landsat, SPOT, RESURS. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (μέχρι 1 μέτρο), που λήφθηκαν από αμερικανικά και ρωσικά εθνικά συστήματα ασφαλείας.
4.Χρησιμότητα των δορυφορικών συστημάτων
Τα αποτελέσματα πολλαπλών μελετών και η εμπειρία στη χρήση δορυφορικών εικόνων από μετεωρολογικούς δορυφόρους (NOAA, Meteor) και δορυφόρους Landsat, SPOT, RESURS, αποδεικνύει την ικανότητά τους να εντοπίζουν μεγάλες δασικές πυρκαγιές και καμένες περιοχές. Η υψηλή συχνότητα επανάληψης των περασμάτων των μετεωρολογικών δορυφόρων δίνει τη δυνατότητα να λαμβάνουν τις πιο πρόσφατες πληροφορίες σχετικά με τις παραμέτρους και τη θέση των μεγάλων δασικών πυρκαγιών. Περαιτέρω έρευνες αυτών των πυρκαγιών και των καμένων περιοχών γίνονται με τους δορυφόρους υψηλότερης ανάλυσης (Landsat, SPOT, RESURS). Από τους τελευταίους λήφθηκαν εικόνες υψηλής ανάλυσης (30 μ.), για τη χαρτογράφηση των ορίων της πυρκαγιάς και για την περαιτέρω κατηγοριοποίηση της καμένης περιοχής σε διάφορους τύπους πυρκαγιάς και διαφορετικά επίπεδα ζημιών.
Η σύγκριση των ορίων της πυρκαγιάς με τους δασικούς χάρτες επιτρέπει την αξιολόγηση της προ-φωτιάς δομή και των συνθηκών της δασικής βλάστησης. Η κατάσταση-μετά τη φωτιά-της δασικής βλάστησης εκτιμήθηκε από την υψηλή και πολύ υψηλή ανάλυση δορυφορικών εικόνων (μέχρι 1 μέτρο). Επίσης, είναι δυνατό να γίνει διάκριση των κύριων κατηγοριών γης και των παραμέτρων του δάσους χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπισης από ρωσικά και αμερικανικά εθνικά συστήματα ασφαλείας.
5.Μεθοδολογία
5.1 Χρήση λογισμικών
Μια βάση δεδομένων GIS των περιοχών δείγματος δημιουργήθηκε από τα στοιχεία της έρευνας. Οι μορφές της βάσης δεδομένων είναι συμβατές με τις μορφές του Arc / Info και ERDAS, και περιλαμβάνουν: • καλύψεις Vector των υφιστάμενων ορίων, με τα απογραφικά δεδομένα του 1997 για καμένες εκτάσεις. • Vector κάλυψη των υφιστάμενων ορίων, ανάλογα με την απογραφή του 1992. • Vector κάλυψη των κέντρων των σημείων δειγματοληψίας, που βρίσκονται στην καμένη περιοχή με χαρακτηριστικά που περιγράφουν το επίπεδο των ζημιών. • Vector κάλυψη της θέσης του δείγματος σε μεγάλη κλίμακα αεροφωτογραφιών της καμένης δασικής περιοχής, που ελήφθησαν το 1998. Τα παραπάνω επίπεδα συνδυάστηκαν και με μία χαρτογραφικού υποβάθρου βάση.
5.2 Εκτίμηση του επιπέδου ζημιάς των δασικών πυρκαγιών
Χρησιμοποιήθηκε ο διαφορικός δείκτης βλάστησης NDVI, και συγκεκριμένα ο δείκτης προ-φωτιάς NDVI (t1), και μετά τη φωτιά NDVI (t2), για να δημιουργηθεί η διαφορά ΔNDVI = NDVI (t2) - NDVI (t1). Η πρώτη αξιολόγηση έγινε χρησιμοποιώντας ΔNDVI διαγράμματα κατανομής για τον καθορισμό του συνόλου των pixels της καμένης επιφάνειας {Cj}. Το επίπεδο των ζημιών των δέντρων εκτιμάται στο δεύτερο στάδιο, όπου χρησιμοποιείται το σύνολο των NDVIj τιμών και ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα των δεδομένων που περιγράφουν το επίπεδο ζημιάς, {D}, που ήταν ένα υποσύνολο του {Cj}. Οι παραπάνω παράμετροι χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των εξισώσεων παλινδρόμησης Di = f (ΔNDVIi) και στη συνέχεια να υπολογίσει μια εκτίμηση του επιπέδου της ζημιάς των δασών.
Σχήμα 1: Διαφορά NDVI με τις θέσεις της καμπύλης αναφοράς για την αξιολόγηση των ζημιών από πυρκαγιές.
5.3 Εκτίμηση των εκπομπών άνθρακα
Μετράται το ποσό της χημικής σύστασης διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται κατά την καύση της βιομάζας. Η ένταση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα σε κάθε μία από τις καμένες εκτάσεις βρέθηκε από τον πολλαπλασιασμό της μάζας των καμένων οργανικών υλικών με την περιεκτικότητά του σε άνθρακα. Η συνολική μάζα των καμένων οργανικών υλικών και το συνολικό ποσό του διοξειδίου του άνθρακα εκπομπής βρέθηκαν από την άθροιση των αντίστοιχων τιμών για καθεμία από τις καμένες περιοχές.
6. Αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων
Η παρούσα εφαρμογή έκανε χρήση της τηλεπισκόπισης για να αναπτύξει μεθόδους υπολογισμού των εκπομπών άνθρακα των ρωσικών δασικών πυρκαγιών. Η συνάρτηση συσχέτισης που συνδέει την NDVI διαφορά από πριν για την -μετά την καύση-, με τη ζημιά των δασικών πυρκαγιών ήταν γραμμική, καθώς και οι συντελεστές της γραμμικής συσχέτισης ήταν υψηλοί (R2 = 0,82 και R2 = 0,89). Βρέθηκε επίσης μια καλή συμφωνία μεταξύ της ερμηνείας των δεδομένων από τα εθνικά συστήματα ασφαλείας και από τις αεροφωτογραφίες μεγάλης κλίμακας, με ελάχιστες αποκλίσεις (λιγότερο από 10%). Τα δεδομένα από τα εθνικά συστήματα ασφαλείας μπορεί να είναι μια συμφέρουσα αναβάθμιση, και συχνά μια εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές μεθόδους που απασχολούν την έρευνα πεδίου και τις αεροφωτογραφίες μεγάλης κλίμακας.
Εικόνα 1: Εκτίμηση εκπομπών άνθρακα χρησιμοποιώντας: a) αεροφωτογραφίες και b) εθνικά δεδομένα αφαλείας
Εικόνα 2: Χάρτης του τύπου και της σοβαρότητας της φωτιάς ως αποτέλεσμα κοινής επεξεργασίας της δορυφορικής εικόνας με a) αεροφωτογραφίες και b)εθνικά δεδομένα ασφαλείας
Εικόνα 3: Εκτίμηση της σοβαρότητας των καμένων εκτάσεων χρησιμοποιώντας τη διαφορά NDVI σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα από a) αεροφωτογραφίες και b)εθνικά δεδομένα ασφαλείας