Πόσο οπτικά διαφορετικές είναι οι παράκτιες περιοχές των ωκεανών;

Από RemoteSensing Wiki

Περίληψη

Οι παράκτιες περιοχές είναι ένας πόρος για τις κοινωνίες, ενώ είναι υπό σοβαρή πίεση από μια ποικιλία παραγόντων. Παρουσιάζουν επίσης μια μεγάλη ποικιλία οπτικών χαρακτηριστικών, και η δυνατότητα οπτικής ταξινόμησης αυτών των υδάτων καθώς και η διάκριση των μεταξύ τους ομοιοτήτων είναι μια σημαντική εφαρμογή για έγχρωμη δορυφορική ωκεανογράφιση. Αναγνωρίζοντας τις ιδιαιτερότητες και την πολυπλοκότητα των παράκτιων υδάτων από άποψη οπτικών ιδιοτήτων, ένα σύνολο δεδομένων εκπαίδευσης συλλέγεται για τις παράκτιες περιοχές και συνοριακές θάλασσες χρησιμοποιώντας την πλήρη ανάλυση απεικονίσεων SeaWifs της παγκόσμιας βάσης δεδομένων RRS εξ αποστάσεως ανάκλασης τηλεπισκόπησης που μεγιστοποιούν τη γεωγραφική κάλυψη και τις εποχιακές δειγματοληψίες τους. Μια τεχνική μη επιβλεπόμενη ταξινόμησης λειτουργεί με τα δεδομένα εκπαίδευσης που προέκυψαν μια σειρά από 16 δειγμάτων που καλύπτουν τις κλίμακες από πολύ θολό νερό έως ολιγοτροφικό. Όταν αυτή η τεχνική εφαρμόζεται σε μια επταετή βάση δεδομένων από παγκόσμιες SeaWifs, αυτά τα σύνολα των οπτικών ειδών νερού επιτρέπουν την αποτελεσματική ταξινόμηση των παράκτιων περιοχών, θαλασσών και των μεγάλων εσωτερικών υδάτινων σωμάτων. Κλάσεις- τάξεις συνδεδεμένες με περισσότερο θολές συνθήκες κυριαρχούν κοντά στην ακτή και στα μέσα γεωγραφικά πλάτη. Η γεωγραφική κατάτμηση των παγκόσμιων παράκτιων περιοχών των ωκεανών χρησιμεύει για τη γενική οπτική διάκριση αναφορικά με την ομοιότητα μεταξύ των περιοχών. Η τοπική οπτική μεταβλητότητα ποσοτικοποιείται με τον αριθμό των επιλεγμένων κατηγοριών που κυριαρχούν σε όλη τη διάρκεια της περιόδου. Η οπτική πολυμορφία είναι πιο έντονη κατά την ανάλυση με τον δείκτη Shannon και τον συνυπολογισμό των κατηγοριών. Περιοχές με χαμηλή οπτική ποικιλομορφία είναι αυτές με τα πιο θολά νερά, καθώς και των κλειστών θαλασσών και των εσωτερικών υδάτων. Τα ολιγοτροφικά ύδατα παρουσιάζουν επίσης μια σχετικά χαμηλή ποικιλομορφία, ενώ οι ενδιάμεσες περιοχές μεταξύ των παράκτιων και ανοικτής περιοχής του ωκεανού που σχετίζονται με την υψηλότερη ποικιλομορφία, έχουν ενδιαφέρουσες συνδέσεις με οικολογικά χαρακτηριστικά.

Εισαγωγή

Καθώς ο συνδυασμός των ωκεανών και των χερσαίων οικοσυστημάτων υποστηρίζουν τον ανθρώπινο πληθυσμό, οι παράκτιες περιοχές θα πρέπει να μελετηθούν και να κατανοηθούν. Φιλοξενούν ένα μεγάλο ποσοστό του πληθυσμού της Γης με υψηλές πυκνότητες και αποτελούν έναν πόρο για τις κοινωνίες, αλλά, κατά συνέπεια, είναι υπό αυξανόμενη πίεση από ανθρωπογενούς προέλευσης δραστηριότητες. Η αύξηση του πληθυσμού στις μεγάλες πόλεις και η οικονομική ανάπτυξη, η απόρριψη λυμάτων και άλλων τοπικών ρυπαντών και η εξάντληση των ενδιαιτημάτων, έχουν ήδη οδηγήσει σε υποβάθμιση των παράκτιων οικοσυστημάτων. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες επηρεάζουν άμεσα τη δομή της τροφικής αλυσίδας και τη βιοποικιλότητα των παράκτιων περιοχών μέσω της εντατικής αλιείας και την εισβολή ξενικών ειδών. Η επέκταση του δικτύου της κατακρατήσεις ποταμού Both τροποποιεί τη ροή του γλυκού νερού και την ποσότητα των ιζημάτων επίτευξη των εκβολών. Οι ανθρωπογενείς εισροές θρεπτικών ουσιών στις παράκτιες ζώνες έχουν επίσης μια ισχυρή χημική συμμετοχή, η οποία οδηγεί σε ευτροφισμό και υποξιδικά φαινόμενα. Τα αποτελέσματα αυτής της διεργασίας μπορούν να συμβάλλουν στην αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου και την όξυνση του. Για να αποκτηθούν στατιστικά στοιχεία για τις περιοχές, ο τομέας χωρίστηκε σε διακριτές περιοχές που είναι αντιπροσωπευτικές των κλειστών θαλασσών ή με έντονα χαρακτηριστικά παράκτιων περιοχών των ωκεανών (Εικόνα 1). Τα δεδομένα SeaWifs υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για το διάστημα 1998-2004 (7 χρόνια), που ήταν μια περίοδος απεριόριστης διανομής δεδομένων LAC από τη NASA για ερευνητικούς σκοπούς. Στην εικόνα 2 απεικονίζει ο συνολικός αριθμός των ημερών με έγκυρα στοιχεία τα οποία αναλύθηκαν.

Αποτελέσματα

Η ανάλυση της ταξινόμησης που εφαρμόστηκε για το σύνολο των δεδομένων εκπαίδευσης οδήγησε στον ορισμό των 16 κατηγοριών όπου το μέσο κανονικοποιημένο φάσμα (rn) παρουσιάζονται στις Εικόνες 3 και 4. Η εικόνα 4 δείχνει τη μέση τιμή φασμάτων RRS (δηλαδή, χωρίς κανονικοποίηση). Αυτό σημειώνει ότι μόνο 0,01% εκ των 51.000.000 φασμάτων που συνθέτουν τα δεδομένα εκπαίδευσης ήταν εγγεγραμμένα ως αταξινόμητα. Δημιουργήθηκαν χάρτες για την μέση συμμετοχή των στοιχείων κάθε κατηγορίας, ενώ η κατηγορία που επιλέγεται πιο συχνά χαρακτηρίζεται ως η κατηγορία με την μέγιστη συμμετοχή (κυρίαρχη τάξη) όπως φαίνεται στην Εικόνα 5. Ο δείκτης αυτός χρησιμοποιείται για κάθε περιοχή καθώς και για επιλεγμένες περιοχές που απεικονίζεται στην Εικόνα 6. Όπως αναμενόταν, οι τιμών των πινάκων που δημιουργήθηκαν αντιμετωπίζονται με προσοχή εφόσον δεν αντανακλούν την εσωτερική χωρική διακύμανση. Για παράδειγμα, η Βαλτική Θάλασσα φαίνεται να κυριαρχείται από τις κατηγορίες 1 και 2 για το βόρειο και το νότιο τμήμα της, και πολλές περιοχές δείχνουν μια διαβάθμιση των διαφόρων κυρίαρχων τάξεων όταν απομακρυνόμαστε από την ακτή (παραδείγματα στην Εικόνα 6). Στην εικόνα 5, η πιο διαδεδομένη κυρίαρχη τάξη είναι η κατηγορία 14, με 10,9% της περιοχής, ότι το λιγότερο κυρίαρχη κατηγορία είναι η 9 (2,2%). Οι κατηγορίες 9-16, των οποίων η φασματική μορφή μπορεί να αναπαραχθεί με ένα υδατικό μοντέλο Case-1, αντιπροσωπεύει περίπου το ήμισυ της περιοχής (48,5%). Το συμπέρασμα είναι ότι το ήμισυ της περιοχής δεν αναπαράγεται από ένα τέτοιο μοντέλο και ένα άλλο πλαίσιο, πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Η εικόνα 7 παρουσιάζει ότι ο δείκτης Η είναι ως επί το πλείστον μεταξύ 1,5 και 2,8, με τον παγκόσμιο μέσο όρο του 1,98. Ωστόσο, υπάρχουν περιοχές όπου ο Η είναι κάτω από 1,5. Ιδιαίτερα αυτό συμβαίνει στη Βαλτική Θάλασσα και νότιο τμήμα της Βόρειας Θάλασσας και στις παράκτιες περιοχές που βρίσκονται κοντά σε εκροές του ποταμού, όπου η κατηγορία 1 συχνά κυριαρχεί. Για παράδειγμα, η Κίτρινη Θάλασσα (YELS) έχει συνολικό δείκτη 1,37. Μερικές από τις περιοχές με χαμηλό H βρίσκονται στην Αρκτική.

Συμπέρασμα

Αυτή η μελέτη έχει παρουσιάσει ένα σύστημα ταξινόμησης το οποίο επικεντρώθηκε στις παράκτιες περιοχές και τις περιθωριακές θάλασσες. Με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων και της μεγιστοποίησης της έκτασης των δεδομένων εκπαίδευσης που από την άποψη της χωρικής κάλυψης και τον ετήσιο κύκλο, το σύστημα εκτελείται με μια ικανοποιητική ταξινόμηση όλων των υδατικών συστημάτων στην περιοχή. Τα αποτελέσματα ισχύουν επίσης για τις περιοχές που δεν περιλαμβάνονται στα δεδομένα εκπαίδευσης, όπως τα εσωτερικά ύδατα. Η ταξινόμηση επιτρέπει την ποσοτικοποίηση της οπτικής ομοιότητας μεταξύ των περιοχών. Ορισμένες περιοχές είχαν καλύτερα δείγματα από ότι άλλα από τα προγράμματα οπτικής μέτρησης και την ικανότητα να βρουν ομοιότητες μεταξύ υδάτινων όγκων είναι δυνητικά χρήσιμο για την υποστήριξη της εφαρμογής των βιο-οπτικών σχέσεων και αλγορίθμων που σχετίζουν τη μία περιοχή με μια άλλη. Το σύνολο των 16 κατηγοριών που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το έργο καλύπτει πολύ θολά νερά τα οποία βρίσκονται κοντά σε περιοχές εκροής ποταμών (κατηγορία 1) έως ολιγοτροφικών νερά (κλάση 16).