Ανάλυση και πρόβλεψη της ξηρασίας στη Βορειοδυτική Αφρική με χρήση προϊόντων οπτικών και μικροκυμάτων δορυφορικής τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Analysis and Predictability of Drought In Northwest Africa Using Optical and Microwave Satellite Remote Sensing Products
Michel Le Page, Mehrez Zribi
Πηγή: [[1]]
Εισαγωγή
Τα τελευταία χρόνια, πολλές επιστημονικές μελέτες έχουν αναπτύξει δείκτες βασισμένους στη δορυφορική τηλεπισκόπηση. Για τη βλάστηση, οι μετρήσεις βασίζονται κυρίως στην οπτική τηλεπισκόπηση. Πιο συγκεκριμένα, ο δείκτης NDVI, που χρησιμοποιείται συχνά στην ανάλυση της βλάστησης, συσχετίζεται έντονα με την ανάπτυξη της κάλυψης της βλάστησης. Χρησιμοποιώντας το NDVI από διάφορους τύπους οπτικών αισθητήρων (AVHRR, SPOT-VGT, MODIS κ.λπ.), έχουν προταθεί διάφορες κανονικοποιήσεις για να μελετηθούν οι ανωμαλίες και ειδικότερα η ξηρασία.O πιο δημοφιλής είναι ο δείκτης κατάστασης βλάστησης (VCI) που συγκρίνει το τρέχον NDVI με το εύρος των τιμών που παρατηρήθηκε κατά την ίδια περίοδο των προηγούμενων ετών. Για το νερό του εδάφους, διάφορες ενεργές ή παθητικές τεχνικές μικροκυμάτων προσφέρουν εκτιμήσεις για την περιεκτικότητα σε επιφανειακά ύδατα εδάφους. Χρησιμοποιείται ο Δείκτης Υδατικού Εδάφους (SWI) ο οποίος προσδιορίζει ποσοτικά την κατάσταση υγρασίας σε διάφορα βάθη στο έδαφος. Βασίζεται κυρίως στην κατακρήμνιση μέσω της διαδικασίας διείσδυσης. Η υγρασία του εδάφους είναι μια πολύ ετερογενής μεταβλητή και ποικίλλει σε μικρές κλίμακες ανάλογα με τις ιδιότητες εδάφους και το υδρογραφικό δίκτυο. Οι δορυφορικές μετρήσεις ενσωματώνονται σε σχετικές περιοχές μεγάλης κλίμακας, με την παρουσία βλάστησης προσδίδοντας πολυπλοκότητα στην ερμηνεία. Επίσης χρησιμοποιείται ο δείκτης θερμοκρασίας επιφανείας του εδάφους (LST). Η εκτίμησή του εξαρτάται από το albedo, την κάλυψη της βλάστησης και την υγρασία του εδάφους.
Περιοχή μελέτης
Η περιοχή που μελετάται βρίσκεται στην παραγωγική περιοχή της Βορειοδυτικής Αφρικής στις χώρες του Μαρόκου, της Αλγερίας και της Τυνησίας, επίσης γνωστή ως Μαγκρέμπ. Tο κλίμα της περιοχής μελέτης είναι ως επί το πλείστον μεσογειακό και ημι-άνυδρο, επηρεάζεται από διάφορα κλιματολογικά καθεστώτα: το καθεστώς της Μεσογείου, το βορειοατλαντικό καθεστώς και τέλος το καθεστώς της Σαχάρας στο νότο. Έτσι, αυτή η περιοχή χαρακτηρίζεται από ένα κλίμα με ισχυρή χωρική και χρονική μεταβλητότητα.
Αποτελέσματα
Συσχέτιση και αυτοσυσχέτιση δεικτών ξηρασίας Η συσχέτιση μεταξύ του NDVI και του SWI είναι γενικά υψηλή, αλλά εξασθενεί κατά τους χειμερινούς μήνες. Επιπλέον, οι συσχετισμοί είναι σχεδόν μηδενικοί ή ακόμη και σημαντικά αρνητικοί στις πιο δασωμένες περιοχές της βορειοανατολικής Αλγερίας και της Βόρειας Τυνησίας. Οι περιορισμένοι συσχετισμοί κατά τους μήνες Δεκέμβριο και Ιανουάριο μπορούν να εξηγηθούν από την περιορισμένη ακρίβεια των δορυφορικών προϊόντων SWI σε δασικές περιοχές, όπου κυριαρχεί η επίδραση της βλάστησης στα σήματα μικροκυμάτων. Η αρνητική συσχέτιση μεταξύ NDVI και LST εξηγείται από τη μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας λόγω της υψηλότερης εξατμοδιαπνοής της βλάστησης σε γεωργικές περιοχές. Αποκαλύφθηκε μια ισχυρή σχέση μεταξύ της μεταβλητής SWI της υγρασίας εδάφους και του NDVI που ανακτήθηκε ένα μήνα αργότερα. Όπως αναμενόταν, οι συσχετισμοί μειώνονται με μεγαλύτερη καθυστέρηση, αλλά η αυτό-συσχέτιση μπορεί να είναι υψηλή μετά από τέσσερις μήνες. Βάσει αυτής της ανάλυσης, των συμπεριφορών των διαφόρων μεταβλητών και της συσχέτισης τους, φαίνεται επαρκής η χρησιμοποίηση των δύο μεταβλητών NDVI και SWI για μελλοντικές μελέτες σχετικά με τη χαρτογράφηση της ξηρασίας. Χαρτογράφηση της έντασης ξηρασίας Η κατάσταση "πλησίον φυσιολογικού" είναι η συνηθέστερη κατάσταση (51,3%).Η μετρίως ξηρή κατάσταση σημειώθηκε σε όλες τις περιοχές που μελετήθηκαν, αλλά με περισσότερα περιστατικά στις ημι-άνυδρες περιοχές του Μαρόκου και της Τυνησίας. Πολύ ξηρές καταστάσεις συνέβησαν κυρίως στο Μαρόκο και την κεντρική Αλγερία, αλλά είναι λιγότερο συχνές. Ανάλυση πρόβλεψης χρησιμοποιώντας αναλογικό έλεγχο Προτείνεται μια ανάλυση της κατάστασης βασισμένη σε έναν αλγόριθμο ομοιότητας που χρησιμοποιεί στατιστικά στοιχεία για τον προσδιορισμό των προηγούμενων περιόδων, των οποίων η συμπεριφορά συγκρίνεται στενά με την τρέχουσα. (Εικ.1)
Συμπεράσματα
Προτείνεται μια ανάλυση των φαινομένων ξηρασίας στη Βορειοδυτική Αφρική χρησιμοποιώντας δορυφορικά προϊόντα χρονοσειρών πολλαπλών αισθητήρων. Στην πραγματικότητα, παρά τους ορισμένους περιορισμούς που συνδέονται με το μήκος μέτρησης και τη συχνότητα, οι δορυφορικοί δείκτες θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα χρήσιμο εργαλείο, συμπληρωματικό προς τους παραδοσιακούς δείκτες που βασίζονται κυρίως στις στατιστικές των βροχοπτώσεων, για την ανάλυση των καταστάσεων ξηρασίας. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στις περιοχές όπου το δίκτυο μετρητών βροχής είναι αραιές. Εξετάζονται τρεις μεταβλητές, NDVI, SWI και LST. Μια πολύ ισχυρή ετήσια συσχέτιση παρατηρείται μεταξύ του NDVI και του SWI για όλες σχεδόν τις περιοχές που εξετάζονται στην περιοχή μελέτης. Αυτή η συσχέτιση μειώνεται για τις δασικές εκτάσεις, για τις οποίες οι δορυφορικές μετρήσεις για την εκτίμηση της υγρασίας του εδάφους δεν είναι αρκετά ακριβείς, και στις νότιες περιοχές με πολύ διασκορπισμένη βλάστηση και περιορισμένη γεωργία. Η μηνιαία ανάλυση δείχνει περισσότερο ή λιγότερο την ίδια συμπεριφορά
