Παγκόσμιες Τάσεις Έκθεσης Φυσικών Επίγειων Οικοσυστημάτων Σε Φωτορύπανση.

Από RemoteSensing Wiki

Παγκόσμιες Τάσεις Έκθεσης Φυσικών Επίγειων Οικοσυστημάτων Σε Φωτορύπανση.

Πρωτότυπος τίτλος: Global Trends in Exposure to Light Pollution in Natural Terrestrial Ecosystems

Συγγραφείς:Jonathan Bennie, James P. Duffy, Thomas W. Davies, Maria Eugenia Correa-Cano and Kevin J. Gaston

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η ταχεία αύξηση της χρήσης του ηλεκτρικού ρεύματος ανά τον κόσμο έχει οδηγήσει στην αυξανόμενη παρουσία του τεχνητού φωτός στα φυσικά και ημιφυσικά οικοσυστήματα τη νύχτα. Υπάρχει αυξανόμενη ανησυχία όσον αφορά στις επιπτώσεις του τεχνητού φωτός στις βιολογικές διεργασίες, τη βιοποικιλότητα και τη λειτουργία των οικοσυστημάτων. Συνδυάζοντας νυχτερινές εικόνες από το 1992 έως το 2012 από το λειτουργικό σύστημα Linescan (DMSP / OLS) του Μετεωρολογικού Προγράμματος Άμυνας μαζί με τη βοήθεια του GLC2000 (Global Land Cover 2000), αξιολογήθηκαν οι αλλαγές σε 43 παγκόσμιους τύπους οικοσυστημάτων. Οι τηλεσκοπικές νυχτερινές εικόνες μπορούν να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στον προσδιορισμό του βαθμού στον οποίο τα φυσικά οικοσυστήματα βρίσκονται εκτεθειμένα στη φωτορύπανση.

Εικόνα 1. (α) Παγκόσμια εικόνα φώτων νύχτας από δεδομένα DMSP, 2012. (β) Παγκόσμια κάλυψη γης από το GLC2000, από ανάλυση 1 χλμ.(γ) Παγκόσμιες χερσαίες οικοπεριοχές από το World Wildlife Fund (WWF).

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η εξάπλωση τόσο του δικτύου ηλεκτροδότησης όσο και της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται έχει επεκτείνει το βαθμό φωτισμού των ανθρώπινων οικισμών, των δρόμων και των βιομηχανικών υποδομών. Μια ακούσια επίπτωση αυτής της διαδικασίας είναι ο φωτισμός των φυσικών και ημιφυσικών οικοσυστημάτων, ο οποίος μπορεί να επεκτείνει τις οικολογικές επιπτώσεις της φωτορύπανσης πέρα από τις αστικές περιοχές. Η διείσδυση του τεχνητού φωτός στα οικοσυστήματα προκαλεί ανησυχίες, διότι μπορεί να έχει βαθιές επιπτώσεις στη φύση και στις βασικές οικολογικές διεργασίες και υπηρεσίες των οικοσυστημάτων. Το τεχνητό φως μεταβάλλει τους φυσικούς ημερήσιους, μηνιαίους και εποχιακούς ρυθμούς του φωτός και του σκοταδιού, κάτω από τους οποίους έχουν εξελιχθεί τα είδη. Ενώ αρκετές μελέτες έχουν εξετάσει τις χωρικές αλλαγές του τεχνητού φωτός, δεν είναι σαφές ποιοι τύποι φυσικών οικοσυστημάτων έχουν τη μεγαλύτερη έκθεση σε τεχνητό φως σε παγκόσμιο επίπεδο. Επίσης, οι δορυφορικές εικόνες τεχνητού φωτός τη νύχτα έχει αποδειχθεί ότι αποτελούν μεσοπρόθεσμο μέτρο έναντι της αστικοποίησης, της πυκνότητας του πληθυσμού και της οικονομικής δραστηριότητας σε εθνικό και περιφερειακό επίπεδο. Από την άποψη της διατήρησης της βιοποικιλότητας, δεν αντιπροσωπεύουν μόνο ένα δείκτη επιρροής του τεχνητού φωτός αλλά και άλλων απειλών που σχετίζονται με την απώλεια της βιοποικιλότητας, όπως ο κατακερματισμός και η απώλεια φυσικών περιβαλλόντων, η βιομηχανική ρύπανση, η εξόρυξη πόρων και οι συγκρούσεις μεταξύ ανθρώπων και ζώων. Το λειτουργικό σύστημα Linescan (DMSP / OLS) του Μετεωρολογικού Προγράμματος Άμυνας, παρέχει τη μεγαλύτερη χρονική σειρά δημόσιων διαθέσιμων δεδομένων νυχτερινής ώρας. Οι ποσοτικές μεταβολές περιπλέκονται από την έλλειψη βαθμονόμησης μεταξύ των αισθητήρων και της ρύθμισης του ελέγχου του οπτικού οργάνου ώστε να παρέχονται συνεπείς εικόνες. Παρ 'όλα αυτά, η προσεκτική διαβαθμονόμηση των δεδομένων μπορεί να βοηθήσει στην τυποποίηση των εικόνων και στην ελαχιστοποίηση τόσο του σφάλματος προκειμένου να χαρτογραφηθούν και να ανιχνευθούν οι μεταβολές. Χρησιμοποιείται λοιπόν η μέθοδος της παλινδρόμησης για τη διαβαθμονόμηση των εικόνων DMSP / OLS και την ανίχνευση αλλαγών στη φωτεινότητα κατά την περίοδο 1992 έως 2012. Συνδυάζονται αυτά τα δεδομένα με πληροφορίες σχετικά με την παγκόσμια κατανομή των φυσικών και ημιφυσικών τύπων οικοσυστημάτων, που προέρχονται από υψηλής ανάλυσης (1 χλμ) δεδομένα κάλυψης γης και από τα όρια των χερσαίων οικοπεριβόλων (Εικόνα 1). Χρησιμοποιείται ένα κατώτατο όριο τριών διαβαθμονομημένων μονάδων ψηφιακού αριθμού (DN) για να οριστούν οι περιοχές αυξημένης ή μειωμένης φωτεινότητας. Στη συνέχεια, εκτιμάται ποια παγκόσμια οικοσυστήματα έχουν ταχύτερη αύξηση έκθεσης σε τεχνητή φωτεινή ρύπανση για την περίοδο 1992 έως 2012.

Εικόνα 2. Επιλεγμένες περιοχές που απεικονίζουν την αύξηση του τεχνητού φωτός σε φυσικό και ημιφυσικό οικοσύστημα.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Όλα τα φυσικά οικοσυστήματα που αναλύονται έχουν παρουσιάσει αύξηση της έκθεσης στο τεχνητό φως κατά τη διάρκεια της χρονικής περιόδου μελέτης. Οι πιο έντονες αυξήσεις είναι εντός των μεσογειακών οικοσυστημάτων. Τα μεσογειακού τύπου οικοσυστήματα φιλοξενούν πολλά "καυτά σημεία" της βιοποικιλότητας και του ενδημισμού, ιδίως για τα φυτικά είδη. Εκτιμάται ότι οι μεσογειακές περιοχές καλύπτουν μόλις το 2% της παγκόσμιας επιφάνειας αλλά περιέχουν το 20% των φυτικών ειδών στον κόσμο. Τα εύκρατα οικοσυστήματα έχουν επίσης σημειώσει σημαντικές αυξήσεις στην έκθεση στο τεχνητό φως, που κυμαίνονται μεταξύ 5% και 16% των παγκόσμιων οικοσυστημάτων. Στα τροπικά κλίματα, τα οικοσυστήματα που έχουν βιώσει τις μεγαλύτερες αυξήσεις είναι τα υποτροπικά δάση με βελανιδιές και τα μικτά δάση πλατύφυλλων / βελανιδιάς (16% και 19% αντίστοιχα). Τα υποτροπικά και μικτά δάση περιέχουν περίπου 5300 είδη ανθοφόρων φυτών, 1500 είδη σπονδυλωτών και το 40% των παγκοσμίως γνωστών δένδρων του γένους Pinus. Αυτά τα οικοσυστήματα έχουν σημειώσει σημαντικές απώλειες τα τελευταία χρόνια. Στις ορεινές και βόρειες περιοχές, ένα συγκριτικά χαμηλό ποσοστό (5%) παρουσίασε αύξηση της έκθεσης σε τεχνητό φως, όπως συμβαίνει και με τις ερημικές εκτάσεις και τους άγονους βοσκότοπους, αντανακλώντας λοιπόν το χαμηλό ανθρώπινο πληθυσμό στις περιοχές αυτές. Οι υγρότοποι εμφάνισαν επίσης αύξηση της έκθεσης στον τεχνητό φωτισμό. Αυτό ήταν εντονότερο στα μανγκρόβια δάση, τα οποία παρουσίασαν μείωση της παγκόσμιας κάλυψης κατά 35% από τη δεκαετία του '70. Τα μανγκρόβια δάση παρέχουν κρίσιμες υπηρεσίες οικοσυστήματος τόσο στην τοπική όσο και στην παγκόσμια κοινότητα, συμπεριλαμβανομένης της δράσης τους ως ζώνες σταθμών για σημαντικά είδη ψαριών, παρέχοντας παράκτια προστασία, αποτοξίνωση από τοπικά υδάτινα σώματα, κύκλο θρεπτικών ουσιών, καύσιμα και ξυλεία για τις τοπικές κοινότητες, βιοποικιλότητα και αποτελώντας σημαντική πηγή δέσμευσης άνθρακα. Στους υγροβιότοπους και τις δασωμένες περιοχές φαίνονται περιορισμένες εντοπισμένες μειώσεις στην ένταση του φωτός, αν και αυτές είναι μικρές σε σύγκριση με τις αυξήσεις της φωτεινότητας. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ανθρώπινοι πληθυσμοί στις περιοχές αυτές είναι συνήθως μικρότεροι από εκείνους που εμφανίζονται σε περιοχές όπου η φυσική βλάστηση συνδυάζεται με τη γεωργική γη ή όπου το δάσος ή ο υγρότοπος έχει καθαριστεί ή αποστραγγιστεί και μετατραπεί σε χορτολιβαδικές εκτάσεις ή υδατοκαλλιέργειες. Για αυτό το λόγο, λιγότερες πηγές φωτός αποδίδονται σε μόνιμους οικισμούς και δρόμους και περισσότερο σε προσωρινούς οικισμούς και εξορυκτικές βιομηχανίες.

Πίνακας 1. Κατάταξη τύπου οικοσυστήματος βάσει των μεγαοικοσυστημάτων του WWF και της κάλυψης χρήσεων γης GLC2000. Οι στήλες αντιπροσωπεύουν τα μεγαοικοσυστήματα του WWF και οι γραμμές την κάλυψη γης μέσα σε αυτά. Το κείμενο αντιστοιχεί στον τύπο οικοσυστήματος που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη.

ΜΕΘΟΔΟΣ

1. Δεδομένα νυκτερινών φώτων 2. Στοιχεία κάλυψης γης 3. Επεξεργασία 4. Αξιολόγηση σφάλματος και παρεκκλίσεων 5. Ανίχνευση αλλαγής

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Όλοι οι τύποι παγκόσμιων χερσαίων οικοσυστημάτων αντιμετωπίζουν κάποιο βαθμό έκθεσης σε τεχνητό φως με τον δείκτη έκθεσης συνεχώς να αυξάνεται. Τα οικοσυστήματα που βιώνουν το μεγαλύτερο ποσοστό σε αυξήσεις τεχνητού φωτός είναι ήδη εντοπισμένα και χρήζουν ιδιαίτερης διατήρησης λόγω της μεγάλης ποικιλομορφίας, των υψηλών επιπέδων ενδημισμού και της σπανιότητας τους. Συχνά κινδυνεύουν από μια σειρά άλλων πιέσεων που συνδέονται από την αστική καταπάτηση, την απώλεια βιότοπων, τον κατακερματισμό και την εξόρυξη πόρων. Τα μεσογειακά και εύκρατα οικοσυστήματα, οι υποτροπικές περιοχές, τα μικτά δάση και τα μανγκρόβια δάση είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένα σε αυξανόμενα επίπεδα τεχνητού φωτός, όπως επίσης και τα δάση σε ξηρές ζώνες καθώς και η φυσική βλάστηση όπου και αν βρίσκεται σε στενή γειτνίαση με γεωργική γη. Πιο φυσικά οικοσυστήματα είναι πιθανό να παρουσιάσουν προσωρινά δυναμικές εκθέσεις σε τεχνητό φως, ίσως αν συνδεθούν περισσότερο με εξορυκτικές βιομηχανίες και όχι τόσο με τους μόνιμους οικισμούς. Ενώ το DMSP / OLS παρέχει τη μεγαλύτερη χρονική σειρά παγκόσμιων δορυφορικών δεδομένων νυχτερινών ωρών και είναι σήμερα μοναδικός στην ικανότητά του να παρακολουθεί τις αλλαγές στη φωτορύπανση με την πάροδο του χρόνου, η VIIRS παρέχει ευκαιρίες για την παρακολούθηση της φωτορύπανσης σε υψηλότερη χωρική ανάλυση. Άλλες πηγές δεδομένων τηλεπισκόπησης όπως για παράδειγμα οι φωτογραφίες από το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό μπορούν επίσης να αποδειχθούν χρήσιμες. Οποιαδήποτε εκτίμηση της έκθεσης σε τεχνητό φως πρέπει να συμπληρωθεί ιδανικά από μια αξιολόγηση της ευαισθησίας και της ανθεκτικότητας των διαφόρων οικοσυστημάτων στη φωτορύπανση. Ορισμένες ομάδες ειδών για παράδειγμα, όπως τα νυχτερινά ασπόνδυλα και οι νυχτερίδες είναι γνωστές για την ευαισθησία τους στο τεχνητό φως τη νύχτα. Ωστόσο, οι επιπτώσεις στους πληθυσμούς των ζώων και των φυτών και οι επιπτώσεις σε επίπεδο οικοσυστήματος, δεν είναι τόσο κατανοητές. Καθώς η κατανόησή μας λοιπόν για τις οικολογικές επιπτώσεις της φωτορύπανσης μεγαλώνουν, πρέπει να συνδυάσουμε αυτή τη γνώση με την προσεκτική παρακολούθηση του βαθμού στον οποίο η φωτορύπανση εισβάλλει στο φυσικό μας περιβάλλον.