Ανάπτυξη μεθόδου για την εκτίμηση της τρωτότητας των οικοσυστημάτων λόγω κλιματικής αλλαγής στηριζόμενη στην τηλεπισκόπηση
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος πρωτοτύπου: Method for evaluating ecological vulnerability under climate change based on remote sensing: A case study
Πηγή:ScienceDirect[1]
Συγγραφείς: Li Jianga, Xinxin Huanga, Fangtian Wanga, Yingcheng Liua, Pingli Ana
Λέξεις κλειδιά: Τρωτότητα, Έκθεση, Ευαισθησία, Κλιματική ξηρασία, Τηλεπισκόπηση, Πλαίσιο της IPCC
Εισαγωγή
Η εκτίμηση της οικολογικής τρωτότητας είναι απαραίτητη για τη διαχείριση του περιβάλλοντος και των διαθέσιμων πόρων, ειδικότερα εξαιτίας και των ανησυχιών για τις επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Όμως, η εκτίμηση της οικολογικής τρωτότητας σε μεγάλες εκτάσεις είναι δύσκολή και σύνθετη καθότι επιδρούν πολλές μεταβλητές που περιλαμβάνουν φυσικούς παράγοντες και τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Στην παρούσα εργασία, προτείνεται μια καινοτόμος μέθοδος για την εκτίμηση της τρωτότητας των οικοσυστημάτων μέσα από την μελέτη περίπτωσης μιας οικολογικά ευαίσθητης περιοχής στην Κίνα (Εικόνα 1). Η μέθοδος στηρίζεται στην τρωτότητα όπως ορίζεται από την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) και στην τηλεπισκόπηση.
Η IPCC ορίζει την τρωτότητα (vulnerability) ως τον βαθμό στον οποίο ένα σύστημα είναι ευάλωτο και δεν μπορεί να ανταπεξέλθει στις μη αναστρέψιμες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, συμπεριλαμβάνοντας τις διακυμάνσεις του κλίματος και τα ακραία καιρικά φαινόμενα. Η οικολογική τρωτότητα των οικοσυστημάτων αποτελεί δείκτη ο οποίος εξαρτάται από: τον βαθμό έκθεσης, την οικολογική ευαισθησία και την προσαρμοστικότητα. Η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται ολοένα και περισσότερο για την εκτίμηση της οικολογικής τρωτότητας καθώς και για τον χαρακτηρισμό της χωρικής κατανομής των τρωτών περιοχών. Είναι αναμφισβήτητα μια από τις πιο σημαντικές τεχνολογίες για την συγκέντρωση στοιχείων πολλών διαφορετικών βιολογικών παραμέτρων σε εκτεταμένες γεωγραφικές περιοχές. Η πρόσβαση στην απόκτηση δορυφορικών απεικονίσεων είναι εύκολη τις τελευταίες δεκαετίες, η χωρική, φασματική και χρονική ανάλυση των παρατηρήσεων έχει αυξηθεί και τα δεδομένα καλύπτουν διαρκώς μεγαλύτερες χρονικές περιόδους. Όμως, η χρήση της τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση της τρωτότητας των οικοσυστημάτων βρίσκεται ακόμη σε ερευνητικό στάδιο.
Περιοχή μελέτης
Οι βόρειες και νότιες περιοχές που βρίσκονται στους πρόποδες των βουνών Yinshan στο κέντρο της Αυτόνομης Περιοχής της Μογγολίας στην Κίνα, είναι από τις πιο ευαίσθητες περιοχές απέναντι στην κλιματική αλλαγή. Μελέτες έχουν δείξει ότι τα τελευταία 40 χρόνια η μέση θερμοκρασία έχει αυξηθεί κατά 0,30C, ενώ το ετήσιο ύψος βροχόπτωσης παρουσιάζει τάση μείωσης. Αυτό έχει οδηγήσει στην υποβάθμιση των λιβαδιών, την εδαφική διάβρωση και την ερημοποίηση της γης.
Απόκτηση δεδομένων
Από την ιστοσελίδα της Μετεωρολογικής Υπηρεσίας της Κίνας (http://cdc.cma.gov.cn/) αποκτήθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα για την χρονική περίοδο 1992 – 2012. Τα μετεωρολογικά δεδομένα αφορούν την μηνιαία βροχόπτωση και την εδαφική υγρασία. Από την Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ (www.usgs.gov/) αποκτήθηκαν δορυφορικές απεικονίσεις από τον δέκτη MODIS με χωρική ανάλυση 250 μέτρα.
Μεθοδολογία
Υπολογίστηκε η οικολογική τρωτότητα σύμφωνα με την μαθηματική σχέση:
EV = EE * ES / EA Όπου
EE = ο βαθμός έκθεσης (δηλαδή, η επίδραση εξωτερικών πιέσεων όπως η ξηρασία),
ES = η οικολογική ευαισθησία (δηλαδή, η ικανότητα του οικοσυστήματος να ανταποκριθεί στην ξηρασία) και
EA = η προσαρμοστικότητα του οικοσυστήματος (δηλαδή, η προσαρμογή στην ξηρασία)
Ο βαθμός έκθεσης στην ξηρασία ΕΕ, υπολογίστηκε από τoν τυπικό δείκτη βροχόπτωσης, Standard Precipitation Index, SPI, οποίος είναι ευρέως αποδεκτός για την εκτίμηση της πιθανότητας βροχόπτωσης σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Ο SPI υπολογίζεται από τη διαφορά της βροχόπτωσης από τη μέση τιμή για μια ορισμένη χρονική περίοδο διαιρώντας με την τυπική απόκλιση.
Η οικολογική ευαισθησία υπολογίστηκε από τη μαθηματική σχέση: ES = SA * RC όπου:
SA = συντελεστής ευαισθησίας της σχετικής υγρασίας του εδάφους προς την βροχόπτωση και
RC = ο ρυθμός μεταβολής της σχετικής εδαφικής υγρασίας.
Η οικολογική προσαρμοστικότητα υπολογίστηκε από τα δορυφορικά δεδομένα του δέκτη MODIS – NDVI από τα οποία προκύπτουν πληροφορίες για μεταβολές στην ανάπτυξη της βλάστησης Ο δείκτης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) χρησιμοποιείται ευρέως για την διαπίστωση των αλλαγών στη βλάστηση. Χρησιμοποιήθηκε η μαθηματική σχέση: EA = VG * GP όπου:
VG = σταθερότητα της ανάπτυξης της βλάστησης και
GP = σταθερότητα του βαθμού πράσινης βλάστησης
Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν σύνθετοι χάρτες του βαθμού οικολογικής έκθεσης, οικολογικής ευαισθησίας και οικολογικής προσαρμοστικότητας και έγινε ταξινόμηση της οικολογικής τρωτότητας ως: σοβαρή (serious), υψηλή (high), μέτρια (moderate), χαμηλή (low) ή κανονική (normal) (Εικόνα 2).
Συμπεράσματα
Οι περιοχές με σοβαρή και υψηλή τρωτότητα εντοπίστηκαν βορειοανατολικά και βορειοδυτικά. Το 28% των περιοχών με μέτριο βαθμό τρωτότητας εντοπίστηκε στο κέντρο της υπό μελέτη περιοχής, ενώ το 40% των περιοχών με χαμηλή και κανονική τρωτότητα εμφανίστηκαν στις νότιες περιοχές. Η μέθοδος εκτίμησης που προτείνεται στην παρούσα εργασία, μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες περιοχές προσαρμόζοντας τους παράγοντες που σχετίζονται με τις απαιτούμενες μεταβλητές.
