Εκτίμηση της βιομάζας των τροπικών δασών με τη χρήση πολυφασματικών ραδιομετρικών εικόνων
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος
Tropical forest biomass assessment using multi-frequency radar imagery
Πηγή
Συγγραφείς
Sandra Englhart, Vanessa Keuck and Florian Siegert
Ο συνδυασμός των καναλιών X και L επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση της υπέργειας βιομάζας και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη χωρική διακύμανση μεταξύ των διαφόρων δασικών οικοσυστημάτων και την υποβάθμιση των δασών.
Στο πλαίσιο της διεθνούς προσπάθειας για μείωση των ανθρωπογενών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μηχανισμοί αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής. Παράδειγμα αποτελεί η μείωση των εκπομπών από την αποψίλωση και την υποβάθμιση των δασών (REDD), με στόχο την πρόληψη της αποψίλωσης των δασών, γεγονός που έγινε δεκτό κατά τη διάσκεψη για την κλιματική αλλαγή στο Κανκούν το 2010. Η ακριβής ποσοτικοποίηση της υπέργειας βιομάζας (AGB) είναι ιδιαίτερα σημαντική σε αυτήν την προσπάθεια, ειδικά στα τροπικά δάση όπου αποθηκεύονται τεράστιες ποσότητες άνθρακα.
Λόγω της δύσκολης επιτόπιας πρόσβασης στα τροπικά δάση, οι δορυφορικές παρατηρήσεις και μετρήσεις θα μπορούσαν να γίνουν το κύριο μέσο παρακολούθηση της AGB σε τροπικές περιοχές. Οι αισθητήρες των διαστημικών ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR) είναι ενεργά συστήματα που μεταδίδουν μικροκυματική ενέργεια σε μήκη κύματος που κυμαίνονται από 3,1 εκατοστά (κανάλι X) έως 23,6 εκατοστά (κανάλι L). Λειτουργούν ανεξάρτητα από τον καιρό και την ώρα μετάδοσης (ημέρα ή νύχτα), γεγονός ιδιαίτερα χρήσιμο σε τροπικές περιοχές, οι οποίες συχνά καλύπτονται από σύννεφα.
Στο πλαίσιο αυτό διερευνήθηκαν οι δυνατότητες της συνδυασμένης χρήσης των TerraSAR-X (X-band) και ALOS PALSAR (L-band) για την εκτίμηση της AGB σε ανέπαφα και υποβαθμισμένα τροπικά δάση, σε ένα ιδιαίτερα πλούσιο σε άνθρακα δασικό οικοσύστημα στο Βόρνεο της Ινδονησίας. Μεγαλύτερα μήκη κύματος SAR έχουν αποδειχθεί ότι είναι πιο χρήσιμα για την εκτίμηση της AGB, καθώς η οπισθοσκέδαση αυξάνει με τις αλλαγές στη βιομάζα. Η ανάλυση βιομάζας με τη χρήση ραντάρ συνήθως περιορίζεται από τον κορεσμό του σήματος ραντάρ σε υψηλές τιμές βιομάζας, το οποίο συμβαίνει όταν ο λόγος της βιομάζας προς την οπισθοσκέδαση προσεγγίζει το μηδέν. Ο κορεσμός στα μικρότερα μήκη κύματος (κανάλι X) εμφανίζεται σχετικά γρήγορα- περίπου 50 τόνοι ανά εκτάριο (t/ha)-ενώ στα μεγαλύτερα μήκη κύματος (κανάλι L) εμφανίζεται σε υψηλά επίπεδα βιομάζας (150t/ha έως και 600t/ha). Ωστόσο, το επίπεδο κορεσμού επηρεάζεται όχι μόνο από τη συχνότητα SAR αλλά επίσης και από τον αριθμό και την ποιότητα των σημειακών δεδομένων των δασικών αποθεμάτων.
Η συλλογή και επεξεργασία των δεδομένα AGB έγινε βάση των δασικών καταλόγων και τεχνικών LIDAR, μετρήσεις, η οποία θεωρείται σήμερα η πιο ακριβής μέθοδος εκτίμησης βιομάζας. Η βάση δεδομένων παρείχε ένα τεράστιο αριθμό (n = 3970) εκτιμήσεων της AGB σε όλο το εύρος της βιομάζας, από ξυλώδη αναγέννηση μέχρι ώριμα παρθένα δάση. Οι εκτιμήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν για τη μοντελοποίηση της παλινδρόμησης της βιομάζας βάσει πολυφασματικών δεδομένων SAR.
Η σχέση μεταξύ των σημάτων ραντάρ και της AGB αναλύθηκε χρησιμοποιώντας χωρικούς μέσους συντελεστές οπισθοσκέδασης σε μέγεθος πλέγματος ενός εκταρίου, η οποία πρόσφερε την καλύτερη ισορροπία μεταξύ ραδιομετρικής ακρίβειας και απώλειας χωρικής ακρίβειας. Για την ελαχιστοποίηση των δυνητικών επιπτώσεων των βροχοπτώσεων, των επιφανειακών υδάτων, και της υγρασίας του εδάφους, χρησιμοποιήθηκαν μόνο εικόνες ραντάρ που αποκτήθηκαν κατά τη διάρκεια της ξηρής περιόδου (Μάιος-Οκτώβριος). Τα μοντέλα παλινδρόμησης εφαρμόσθηκαν στη συνέχεια σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης, προκειμένου να εκτιμηθεί η χωρική πολυπλοκότητα της μεταβολής της βιομάζας σε διάφορα δασικά οικοσυστήματα. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με δεδομένα από πρόσθετες πηγές, όπως Landsat, RapidEye, και παρατηρήσεις πεδίου.
Το μοντέλο παλινδρόμησης της AGB βάσει εικόνων TerraSAR-X και ALOS PALSAR έδειξαν ότι τα πολυ-χρονικά (multi-temporal) μοντέλα παλινδρόμησης είναι πιο ακριβή από τα μονο-χρονικά (mono-temporal). Τα μονο-χρονικά μοντέλα παλινδρόμησης επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες πριν και κατά τη διάρκεια λήψης της εικόνας, με αποτέλεσμα η χωρική και χρονική δυνατότητα μεταφοράς τους να είναι περιορισμένη. Τα πολυ-χρονικά μοντέλα αντισταθμίζουν για τις διάφορες καιρικές συνθήκες και επιδέχονται χρονική και χωρική μεταφορά.
Η έρευνα έδειξε ότι η μπάντα Χ είναι καλύτερη για την εκτίμηση της βιομάζας σε χαμηλές τιμές ενώ η μπάντα L για υψηλές τιμές βιομάζας. Η συνδυασμένη χρήση εικόνων TerraSAR-Χ και ALOS PALSAR πέτυχε την πιο ακριβή εκτίμηση σε όλο το εύρος της βιομάζας (βλ. Εικόνα 1). Ο κορεσμός του συνδυασμένου πολυ-χρονικού μοντέλου TerraSAR-X και ALOS PALSAR ήταν 300t/ha, αλλά το χωρικό πρότυπο των τιμών της AGB και μια σύγκριση με πολυφασματικές εικόνες δείχνουν ότι να είναι δυνατό να εκτιμηθούν επίπεδα βιομάζας έως και 600t/ha. Τέλος, διερευνήθηκαν οι περιορισμοί για τη χωρική και χρονική μεταφορά των μοντέλων παλινδρόμησης βιομάζας.
Πρόσθετα επιτόπια δεδομένα βιομάζας θα μπορούσαν να βελτιώσουν τη βαθμονόμηση του μοντέλου και την επικύρωση του. Επί του παρόντος επεκτείνονται και αναβαθμίζονται οι δασικοί κατάλογοι και οι μετρήσεις lidar. Η διαδικασία αυτή αναμένεται να δώσει πιο ακριβή αποτελέσματα για την AGB, η οποία θα επιτρέπει και ακριβέστερη μοντελοποίηση. Πιο συγκεκριμένα, επίκειται η λεπτομερής ανάλυση της χωρικής μεταφοράς, ειδικά μεταξύ διαφορετικών οικοσυστημάτων.
