Η κατολίσθηση του Chi Chi που προκλήθηκε από σεισμό
Από RemoteSensing Wiki
Η κατολίσθηση του Chi Chi που προκλήθηκε από σεισμό. Το μοντέλο γκρίζας πρόβλεψης στην αναγέννηση της βλάστησης παρακολουθούμενο από δορυφορικές εικόνες.
Συγγραφείς: Chi-Ming Yang, Jan-Chang Chen, Lan-Lin Peng, Jr-Syu Yang, Chang-Hung Chou
1. Εισαγωγή
Το Σεπτέμβρη του 1999, ο μεγαλύτερος σεισμός των τελευταίων 100 ετών στην Ταϊβάν χτύπησε το κέντρο του νησιού, κοντά στην μικρή πόλη Chi-Chi όπου σημειώθηκαν κατολισθήσεις. Η τέταρτη μεγαλύτερη είναι σε μια ορεινή περιοχή όπου ελάχιστη βλάστηση απέμεινε μετά το σεισμό. Παρότι η τηλεπισκόπιση έχει πολλές εφαρμογές, καμιά έρευνα δεν έγινε για να παρακολουθηθεί η διαδικασία οικολογικής επανόρθωσης σε περιοχή κατολίσθησης μετά από ένα μεγάλο σεισμό.
Η θεωρία του «γκρίζου συστήματος» πρωτοεμφανίστηκε στην Κίνα και έκτοτε εφαρμόστηκε ευρέως. Το μοντέλο «γκρίζας πρόβλεψης GM(1,1) είναι το κύριο μέρος της θεωρίας που χρησιμοποιείται στις περισσότερες έρευνες για την ανάλυση ασταθών συστημάτων.
Στην εργασία αυτή χρησιμοποιείται η παλίνδρομη ανάλυση και η «γκρίζα θεωρία» για να προβλέψουν τον ρυθμό επανόρθωσης της βλάστησης που παρακολουθείται από τηλεπισκοπικά δεδομένα του δορυφόρου SPOT Που εξασφαλίστηκαν για τον πρώτο χρόνο μετά τον σεισμό του Chi-Chi.
2. Εργαλεία και μέθοδοι
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης είναι η ορεινή περιοχή του όρους Chiu-Feng-Er όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Το επιφανειακό έδαφος και οι βράχοι κατά μήκος της απότομης κλίσης από τη νότια πλευρά του όρους Chang-Su-Shiang ολισθαίνουν από νοτιοδυτικά σε νοτιανατολικά για περισσότερο από 1 χιλ. και σε βάθος 500μ. έτσι ώστε η κατολίσθηση να μπλοκάρει τη ροή του ποταμού Nankang διαμορφώνοντας δύο νέες λίμνες από φράγματα που δημιούργησε η κατολίσθηση.
Δορυφορικά δεδομένα
Επτά πακέτα εικόνων από το δορυφόρο SPOT αγοράστηκαν για τις ημερομηνίες 7/23, 10/1 και 11/23 του 1999 και 1/1, 3/12, 7/13 και 7/25 του 2000 ενώ ένα άλλο πακέτο είχε εικόνες δύο μήνες πριν το σεισμό και χρησιμοποιήθηκε για σύγκριση ενώ όλες οι εικόνες ήταν χωρίς σύννεφα.
Διαδικασία εικόνων
Συνδυασμοί μεθόδων ταξινόμησης συμπεριλαμβανόμενης και της επιβλεπόμενης και μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκαν για να οπτικοποιήσουν την ταξινόμηση της βλάστησης στην περιοχή της κατολίσθησης και να ενισχύσουν την ακρίβειά της. Ταξινομήθηκαν δύο μόνο κατηγορίες, βλάστηση και γυμνό έδαφος και η αναμενόμενη ακρίβεια ήταν 95%. Ο δείκτης βλάστησης καθορίστηκε από την εξίσωση: NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)
Ανάλυση Παλινδρόμησης
Διεξήχθησαν γραμμική, εκθετική και πολυωνυμική ανάλυση παλινδρόμησης χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα SAS (statistic analysis system).
«Γκρίζα» Πρόβλεψη
Η απλή σειρά του γραμμικού δυναμικού μοντέλου GΜ(1,1) χρησιμοποιήθηκε για να αναπτυχθεί το μοντέλο της «γκρίζας πρόβλεψης» και να υπολογίσει τον απαιτούμενο χρόνο αναγέννησης της βλάστησης μέσω μιας σειράς εξισώσεων υπολογισμού.
3. Αποτελέσματα
Βασικά Δεδομένα
Ο σεισμός κατέστρεψε την αυτόχθονη βλάστηση και το έδαφος, ως αποτέλεσμα της προσκληθείσας κατολίσθησης ενώ δημιουργήθηκαν και δύο λίμνες. Η περιοχή με τη βοήθεια τηλεπισκόπησης υπολογίστηκε ότι έχει συνολική έκταση 1.873.181τμ. Η βραχώδη περιοχή καλύπτει το 9,54%, οι λίμνες το 0,91% ενώ το υπόλοιπο είναι μη βραχώδης έκταση (τα τέσσερα πέμπτα περίπου).
Αναγέννηση Βλάστησης
Η βλάστηση στο συγκεκριμένο βουνό καταστράφηκε σχεδόν ολοσχερώς με μόνο το 2,4% αυτής να παραμένει, δηλαδή έκταση 44.917τμ σύμφωνα με στοιχεία δορυφόρου δέκα ημέρες μετά το σεισμό. Αν και τα όρια της κατολίσθησης μεταβλήθηκαν τους πρώτους ένα-δύο μήνες μετά το σεισμό, η βλάστης αυξήθηκε κατά 1,8% από τις 1/10 έως την 23/11/1999. Έτσι εννιά μήνες μετά το σεισμό περισσότερο από 22% της μη βραχώδης έκτασης είχε καλυφθεί με βλάστηση. Η χωρική κατανομή μέσω του δείκτη βλάστησης NDVI αποδεικνύει ότι τα περισσότερα η βλάστηση βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα της κατολίσθησης και εξαπλώνονται από εκεί (Σχήμα 2) και μπορεί να αναγνωριστεί από δορυφορικά στοιχεία.
Μοντέλο «γκρίζας πρόβλεψης»
Το μοντέλο πρόβλεψης για γραμμική, εκθετική, και πολυωνυμική παλινδρόμηση αλλά και το «γκρίζο σύστημα» για το ρυθμό αναγέννησης της βλάστησης δίνουν τα παρακάτω: Μοντέλο Πρόβλεψης Εξίσωση R2 Πρόβλεψη σε μέρες Γραμμικό y=772.81x+29721 0.7976 1,889.7 (5.2) Εκθετικό y=46834e0.0059x 0.8011 586.4 (1.6) Πολυωνυμικό y=0.4682x2+613.21x+37280 0.7981 1,224.4 (3.4) Γκρίζο x(k+1)=72387.143e0.4704 0.802* 743 (2.0)
- ακρίβεια= 80,2%
όπου η ακρίβεια του μοντέλου ανέρχεται σε 80,2%. Σύμφωνα με τις εξισώσεις παλινδρόμησης ο χρόνος που απαιτείται για να ξαναγεννηθεί η βλάστηση είναι 5.2, 1.6, 3.4 και 2 αντίστοιχα ώστε να υπάρξει πλήρης αποκατάσταση στις μη βραχώδεις περιοχές. Έτσι, για να είμαστε σίγουροι, θα μπορούσε κανείς να πει ότι απαιτούνται 1.6 έως 5.2 για πλήρη αποκατάσταση παρόλα αυτά το τελευταίο μοντέλο προσφέρει τη μεγαλύτερη ακρίβεια. Έτσι καταλήγουμε ότι απαιτούνται 2 χρόνια για πλήρη αποκατάσταση της περιοχής κατολίσθησης στην περιοχή Chi-Chi άλλα μόνο ο χρόνος θα αποδείξει ποια μέθοδος είναι η καλύτερη. Οι διαταραχές συνήθως θεωρούνται συνήθως ως σπάνια γεγονότα που διαταράσσουν την ισορροπία ενός οικοσυστήματος που οδηγούν σε πλήρη μεταμόρφωσή του. Αδιαμφισβήτητα, η οικολογική ισορροπία στην περιοχή κατολίσθησης στο Chi-Chi που προκλήθηκε από το σεισμό, έχει διαταραχθεί εντελώς και η μελέτη αυτή προβλέπει ότι η βλάστηση από τα επικρατούντα είδη χρειάζεται 2 χρόνια για να αναγεννηθεί στις μη βραχώδεις περιοχές της κατολίσθησης.
