Χρήση δεδομένων LiDAR και QuickBird για τη μοντελοποίηση της αποθήκευσης άνθρακα στα δένδρα που βρίσκονται εντός του αστικού ιστού του Βερολίνου
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Using Airborne LiDAR and QuickBird Data for Modelling Urban Tree Carbon Storage and Its Distribution - A Case Study of Berlin
Συγγραφείς: Johannes Schreyer, Jan Tigges, Tobia Lakes, Galina Churkina
Εισαγωγή
Οι αστικές περιοχές συμβάλλουν σημαντικά στις παγκόσμιες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (70% των παγκόσμιων τιμών). Η περαιτέρω αστικοποίηση που προβλέπεται να λάβει χώρα θα οδηγήσει σε αυξήσεις αυτού του ποσοστού. Πρόσφατες μελέτες στις Η.Π.Α. στην Ευρώπη και στην Ασία αποκαλύπτουν ότι η αποθηκευτική χωρητικότητα των δένδρων που βρίσκονται εντός του αστικού ιστού αποτελεί σημαντική δεξαμενή άνθρακα. Ωστόσο, οι έρευνες σχετικά με την ποσότητα αποθήκευσης άνθρακα στην αστική βλάστηση στερούνται ακόμη αυτοματοποιημένων μεθόδων προσέγγισης. Οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες αυξημένης χωρικής και χρονικής διακριτικής ικανότητας στην τηλεπισκόπηση και η διαθεσιμότητα δεδομένων τρισδιάστατης αερομεταφερόμενης σάρωσης με λέιζερ (ALS) είναι δυνατό να συνεισφέρουν σε ανάλογες έρευνες. Επίσης, οι πολυφασματικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης, όπως εκείνες του δορυφόρου QuickBird, καθιστούν εφικτό το λεπτομερή διαχωρισμό της βλάστησης, ακόμη και σε πυκνοκατοικημένες περιοχές, και παρέχουν σημαντικές πληροφορίες ειδικά αν συνδυαστούν με δεδομένα LiDAR. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η ανάπτυξη και η εφαρμογή μιας προσέγγισης που συνδυάζει δεδομένα LiDAR και QuickBird έτσι ώστε να αξιολογηθεί ο άνθρακας που αποθηκεύεται σε δέντρα που βρίσκονται στον αστικό ιστό του Βερολίνου και να εντοπιστούν οι διαφορές μεταξύ των τύπων αστικών δομών.
Υλικό και μεθοδολογία
Περιοχή μελέτης
Το Βερολίνο έχει έκταση περίπου 892 τ.χλμ. εκ των οποίων σχεδόν το 40% καλύπτεται από αστική βλάστηση. Η πόλη περιλαμβάνει το μεγαλύτερο αστικό δάσος στη Γερμανία (περίπου στα 290 τ.χλμ). Αυτή η μελέτη επικεντρώνεται σε μία λωρίδα μήκους 15,3 τ.χλμ. που εκτείνεται από τα βορειοανατολικά προς τα νοτιοδυτικά της πόλης και χαρακτηρίζεται από 15 διαφορετικούς δομικούς τύπους, συμπεριλαμβανομένης και της οδού (εικ. 1).
Δεδομένα και μεθοδολογία
Για το πέρας της εργασίας αυτής συνδυάστηκαν πολυφασματικά δεδομένα υψηλής ευκρίνειας QuickBird και LiDAR με δεδομένα αστικών δομών και επιτόπιων ερευνών. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν προκατασκευασμένα μοντέλα ύψους LiDAR, ψηφιακό μοντέλο επιφάνειας (DSM) και ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM). Η προσέγγιση βασίζεται σε υπάρχουσες μεθόδους εκτίμησης της αποθήκευσης του άνθρακα σε δύο κύρια βήματα. Πρώτον, οι δενδρομετρικές παράμετροι (ύψος δέντρου, πλάτος στεφάνης, ύψος βάσης κορώνας) προέρχονται από το Μοντέλο Ύψους Κορώνας (Canopy Height Model ή αλλιώς CHM). Επιπλέον, εντοπίστηκαν και υπολογίστηκαν δεδομένα από όλα τα δένδρα για να εκτιμηθεί ο συνολικός αριθμός τους και η διανομή του αποθηκευμένου άνθρακα. Για περαιτέρω πληροφορίες που αφορούν στη μεθοδολογία και στην επεξεργασία δεδομένων βλ. Schreyer et al., 2014.
Αποτελέσματα
Δενδρομετρικές παράμετροι
Για ολόκληρη τη λωρίδα εντοπίστηκαν συνολικά 76.690 δένδρα. Το μέσο ύψος τους ανέρχεται στα 8.82 και το μέσο ύψος βάσης της κορώνας στα 4.41 μ. Οι παράμετροι αυτοί χρησιμοποιήθηκαν ως εισαγόμενη πληροφορία για τον υπολογισμό της διαμέτρου του στελέχους των δέντρων. Για το σύνολο της περιοχής, η μέση διάμετρος υπολογίστηκε στα 30,69 εκ.
Διανομή αποθηκευμένου άνθρακα
Η μέση τιμή για όλα τα δένδρα ήταν στα 269,98 κιλά, με αποτέλεσμα την αποθήκευση του άνθρακα πάνω από το έδαφος να ανέρχεται στα 20.964,40 κιλά. Εντοπίστηκαν διάφορες χωρητικότητες αποθήκευσης ανάλογα τον εκάστοτε δομικό τύπο. Σε γενικές γραμμές, η αποθήκευση είναι υψηλότερη στα δέντρα των κατοικιών σε αντίθεση με τα τμήματα υπηρεσιών, εμπορικών και βιομηχανικών χρήσεων. Οι πράσινοι χώροι περιέχουν τα υψηλότερα επίπεδα. Στο τελευταίο στάδιο, πραγματοποιήθηκε αναγωγή των αποτελεσμάτων σε ολόκληρη την περιοχή του Βερολίνου (εικ. 2) με το συνολικό βάρος αποθηκευμένου άνθρακα να είναι 1.028.427 κιλά.
Συζήτηση
Η ποιότητα των αποτελεσμάτων πρέπει να αξιολογηθεί σύμφωνα με την ακρίβεια των δενδρομετρικών παραγόντων και της σύγκρισης της με δεδομένα παρόμοιων μελετών, δεδομένης της απούσίας μετρήσεων που θα επικυρώσουν άμεσα την περιεκτικότητα του άνθρακα εντός των δένδρων. Οι βασικοί περιορισμοί έγκεινται στο αστικό περιβάλλον, στις ετερογενείς κάθετες δομές και την έλλειψη μετρήσεων πεδίου.
Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης καταδεικνύουν τη χρησιμότητα μιας προσέγγισης που βασίζεται στην τηλεπισκόπηση και στην παράλληλη χρήση δασικών μεθόδων για την εκτίμηση των ποσοτήτων άνθρακα σε αστικές περιοχές. Προκειμένου να συγκριθεί ολόκληρη η αξία του άνθρακα για το σύνολο του Βερολίνου με άλλες πόλεις, πρέπει να αποκτηθούν δεδομένα LiDAR για ολόκληρη την περιοχή. Για μελλοντικές αξιολογήσεις, έχει μεγάλη σημασία η ανάπτυξη αυτοματοποιημένων μεθόδων για την ταυτοποίηση των ειδών των δέντρων με απώτερο σκοπό την παραγωγή, ειδικά σε πόλεις της κεντρικής Ευρώπης, εξισώσεων υπολογισμού της διαμέτρου των δένδρων και το ποσό του άνθρακα που αποθηκεύεται σε αυτό.
