Τροποποίηση και Ανάλυση της Κλιματικής Αλλαγής του Περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας το Σύστημα Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Πληροφοριών

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: Modification and Climate Change Analysis of surrounding Environment using Remote Sensing and Geographical Information System Συγγραφέας: Jaypalsing Kayte, Sangramsing Kayte, Suvarnsing Bhable, Raju Maher, Dr. R.R. Deshmukh Link αρχικού άρθρου: [[http:// https://www.academia.edu/26827909/Modification_and_Climate_Change_Analysis_of_surrounding_Environment_using_Remote_Sensing_and_Geographical_Information_System ]]

1. Αντικείμενο εργασίας Το αντικείμενο της συγκεκριμένης εργασίας είναι η εξέταση και η ανάλυση της κλιματικής αλλαγής του περιβάλλοντος, και η προσαρμογή σε αυτή, μέσω μεθόδων τηλεπισκόπισης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών. Τα θέματα που εξετάζονται είναι η παρακολούθηση του χιονιού- παγετώνων, η παρακολούθηση της γης, η ανίχνευση- παρακολούθηση του άνθρακα, η ατμοσφαιρική δυναμική, η επίγεια παρακολούθηση της θερμοκρασίας, η διατήρηση της βιοποικιλότητας, η παρακολούθηση των ωκεανών και των ακτών, η παρακολούθηση και ο έλεγχος της διάβρωσης, η γεωργία, η παρακολούθηση των πλημμυρών, η υγεία και οι ασθένειες, η ξηρασία και η ερημοποίηση. Το συμπέρασμα είναι ότι η κατανόηση των προβλημάτων της κλιματικής αλλαγής δεν είναι δυνατόν να εντοπιστούν και να κατανοηθούν χωρίς την συμβολή της τηλεπισκόπισης και των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών.

2. Μεθοδολογία Αρχικά αναλύεται το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής με τις αιτίες που την δημιουργούν (άνοδος θερμοκρασίας κ.λ.π) και τα προβλήματα που προκαλεί (πλημμύρες, ξηρασία) και τις άμεσες και καταστρεπτικές επιπτώσεις για τον άνθρωπο και τα οικοσυστήματα. Χρησιμοποιώντας πρόσφατες και παλαιότερες εικόνες τηλεπισκόπισης είναι δυνατός ο εντοπισμός χωροχρονικών μεταβολών των περιβαλλοντικών στοιχείων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές κατανόησης και ανάλυσης της κλιματική αλλαγής και με την χρήση των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών είναι δυνατή η μοντελοποίηση του περιβάλλοντος από τις τηλεσκοπικές μετρήσεις και πληροφορίες. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε είναι η ανάλυση του ρόλου της τηλεπισκόπισης και των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών σε συγκεκριμένα περιβαλλοντικά θέματα, τα οποία αναλύονται παρακάτω. Παρακολούθηση των αποθεμάτων σε πάγο: Η ύπαρξη παγετώνων και πάγων στα ηπειρωτικά είναι έναν σημαντικό στοιχείο στα φυσικά οικοσυστήματα της Γης και πολύ ευαίσθητο στην κλιματική αλλαγή. Το παγκόσμιο σύστημα παρακολούθησης αποθεμάτων πάγου (GLIMS) με δορυφορικές εικόνες ASTER, LANDSAT, radar, αεροφωτογραφίες υλοποιήθηκε με αυτόματους αλγόριθμους και χειρονακρικές διαδικασίες για τον ακριβή εντοπισμό της ποσότητας σε πάγο. Η λογική είναι ότι μετριούνται μικροί και μεγάλοι παγετώνες και οι μεταβολή του μεγέθους τους, και η μέτρηση ύψος χιονιού με μικροκύματα. Μέσω των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών και της τηλεπισκόπισης είναι δυνατή η πρόβλεψη διάφορων φαινομένων όπως άνοδος στάθμης θάλασσας, την υδρολογία και ατμοσφαιρικές ιδιότητες κάνοντας την κλιματική αλλαγή πιο κατανοητή και προβλέψιμη. Παρακολούθηση μεταβολών στη βλάστηση: Η βλάστηση παίζει καθοριστικό ρόλο στα οικοσυστήματα (τροφή, καταφύγιο) και συμβάλει στο κλίμα της Γης μέσω της εξατμισοδιαπνοής και την απορρόφηση του άνθρακα. Η χωροχρονική καταγραφή της μεταβολής της βλάστησης είναι απαραίτητη για την μελέτη της κλιματικής αλλαγής, και η τηλεπισκόπιση είναι η κατάλληλη μέθοδος για να εντοπιστεί. Βάση βιβλιογραφικών μελετών, μέσω ταξινόμησης και εντοπισμού μεταβολών στη βλάστηση έχει αποδειχτεί ότι η κλιματική αλλαγή επηρεάζει άμεσα την βλάστηση (αύξηση αλατότητας εδάφους, συσχέτιση ποιότητας βλάστησης με τις βροχοπτώσεις). Επίσης η βλάστηση όπως προαναφέρθηκε παίζει καθοριστικό ρόλο στον κύκλου του άνθρακα στον οποίο και βασίζεται η ζωή στη Γη. Ανίχνευση άνθρακα: Η ανίχνευση και ανάλυση του κύκλου του άνθρακα είναι μία από τις βασικότερες μεθόδους πρόληψης και πρόβλεψης της κλιματικής αλλαγής. Μέσω μετρήσεων πεδίου, δορυφορικών εικόνων, Lidar και ατμοσφαιρικών μετρήσεων αξιολογούνται με υψηλή ακρίβεια τα αποθέματα σε άνθρακα. Βάση μελετών έχει αποδειχθεί ότι σε απομακρυσμένες και απομονωμένες περιοχές τα επίπεδα του άνθρακα είναι αυξημένα σε σχέση με περιοχές με αυξημένη ανθρώπινη δραστηριότητα. Μελέτες έχουν καταφέρει να βρούνε τα επίπεδα άνθρακα σε βλάστηση έδαφος και απορρίμματα συμβάλλοντας σε εθνικές απογραφές επιπέδων άνθρακα. Οι μελέτες καταλήγουν στο ότι η χαρτογράφιση των αποθεμάτων του άνθρακα είναι βασικό εργαλείο για την παρακολούθηση και την μετρίαση της κλιματικής αλλαγής. Ατμοσφαιρική δυναμική: Οι μετεωρολογικοί δορυφόροι χρησιμοποιούνται κυρίως για την πρόβλεψη του καιρού (μετράνε ατμοσφαιρική θερμοκρασία, ανέμους, η υγρασία και η κάλυψη του νέφους), αλλά τα τελευταία χρόνια ξεκίνησαν να χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής. Συγκεκριμένα, βάση μια μελέτης, με μια σειρά εφαρμογών τηλεπισκόπισης είναι δυνατός ο εντοπισμός του διοξειδίου του αζώτου. Άλλη μελέτη χρησιμοποιώντας το φασματόμετρο Absorption Spectrometer Scanning for Atmospheric Chartography (SCIAMACHY) εντοπίζονται βασικά ατμοσφαιρικά αέρια (O3, NO2, SO2, O2, OClO, H2CO, H2O, CO, CO2, CH4 και SO4). Παρακολούθηση επίγειας θερμοκρασίας: Η επίγεια θερμοκρασία επηρεάζει την εξατμισοδιαπνοή η οποία επηρεάζει τον υδρολογικό κύκλο. Αλλαγές στην θερμοκρασία πλανήτη θα επιφέρει και μεταβολές στους ρυθμούς εξατμισοδιαπνοής. Η ακριβής εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής επιτρέπει βελτιώσεις στις προβλέψεις για τις καιρικές και κλιματικές συνθήκες, τις προβλέψεις για τις πλημμύρες και την ξηρασία, τις προβλέψεις της γεωργικής παραγωγικότητας και την αξιολόγηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ότι τα δορυφορικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της εκπομπής και της θερμοκρασίας της επιφάνειας, της ανίχνευσης θερμών σημείων, όπως δασικές πυρκαγιές ή υπόγειες πυρκαγιές άνθρακα ή ηφαιστειακή δραστηριότητα. Τα χωρικά πρότυπα μοντέλων εξατμισοδιαπνοής και βασικών υποδηλώνουν ότι η ακτινοβολία και η διαθεσιμότητα υγρασίας είναι οι παράγοντες ελέγχου της εξατμισοδιαπνοής. Διάβρωση εδάφους: Στο έδαφος κείτεται το μεγαλύτερο μέρος της ποσότητας του άνθρακα στη Γη. Ο ρυθμός αποσύνθεσης της οργανικής ύλης αυξάνεται μέσω της διάβρωσης των εδαφών, ιδιαίτερα από το νερό. Διάφορες έρευνες υπολογίζουν την διαβρωτικότητα του εδάφους. Το πρότυπο διάβρωσης προκύπτει από μετρήσεις βροχοπτώσεων και συνδυάζει τοπογραφικούς, γεωλογικούς, χερσαίους χάρτες χρήσης και δορυφορικά δεδομένα της περιοχής σε περιβάλλον GIS. Παρακολούθηση ωκεανών και ακτών: Η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας, το El Nino, η στάθμη της θάλασσας, η βιομάζα, οι βροχοπτώσεις, οι επιφανειακοί άνεμοι και το ύψος της θάλασσας σε σχέση με το γεωειδές του ωκεανού είναι σημαντικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν τις παγκόσμιες καιρικές συνθήκες. Μέσω δορυφορικών δεδομένων και χρήσης γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών είναι δυνατή η καταγραφή σημαντικών λεπτομερειών για τους ωκεανούς. Μία μελέτη ανακάλυψε μια υψηλή συσχέτιση μεταξύ της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας και της χλωροφύλλης για τον ίδιο χρόνο και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι πληροφορίες θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε σχέση με τις μελέτες για τις παγκόσμιες μεταβολές της θερμοκρασίας και το αποτέλεσμα που θα μπορούσαν να έχουν για τη συνολική αφθονία της θαλάσσιας ζωής. Μία άλλη προσέγγιση παρέχει τη δυνατότητα χρήσης τηλεπισκόπισης και GIS για την παρακολούθηση της τροχιάς της αλλαγής του νερού σε λίμνη σε σχέση με την αλλαγή του κλίματος και τις ανθρωπογενείς επιπτώσεις. Διατήρηση βιοποικιλότητας: Βάση προηγούμενων ερευνών αποδεικνύεται η συμβολή της τηλεπισκόπισης και στην εξέταση του πληθυσμού και των προτιμήσεων ενός ζωικού είδους. Προτάθηκε ότι οι προσεγγίσεις τηλεπισκόπησης μπορούν να παρέχουν στους υπεύθυνους σχεδιασμού και τους βιολόγους διατήρησης μια αποδοτική και οικονομικά αποδοτική μέθοδο για τη μελέτη και την εκτίμηση της βιοποικιλότητας. Ξηρασία- ερημοποίηση: Η ερημοποίηση είναι μείωση της βιολογικής ή οικονομικής παραγωγικότητας του εδάφους σε ξηρές περιοχές που οφείλονται στην υποβάθμιση της γης λόγω ανθρώπινων δραστηριοτήτων και κλιματικών μεταβολών. Βάση έρευνας είναι δυνατή η χρήση δορυφορικών δεδομένων για την λεπτομερή παρακολούθηση της ξηρασίας και της ερημοποίησης, την εκτίμηση των ζημιών. Η πρόοδος στην τεχνολογία της τηλεπισκόπισης και η βοήθεια των GIS σε παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, καθιστά έγκαιρη την προειδοποίηση και την γρήγορη αξιολόγηση των ζημιών τόσο της ξηρασίας όσο και των καταστροφών από πλημμύρες. Μία άλλη έρευνα εξέτασε τη νέα αριθμητική μέθοδο ανίχνευσης ξηρασίας και εκτίμησης επιπτώσεων από επιχειρησιακούς περιβαλλοντικούς δορυφόρους NOAA και διαπίστωσε ότι η ξηρασία μπορεί να ανιχνευθεί 4-6 εβδομάδες νωρίτερα από ό, τι προηγουμένως και οριοθετήθηκε με μεγαλύτερη ακρίβεια και ότι ο αντίκτυπός της στην παραγωγή σιτηρών μπορεί να διαγνωστεί πολύ πριν από τη συγκομιδή, η οποία είναι η πιο ζωτική ανάγκη παγκόσμιας επισιτιστικής ασφάλειας και εμπορίου. Υγεία και ασθένειες: Η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται κυρίως στο πλαίσιο της χαρτογράφησης ασθενειών, στην οποία καταδεικνύονται στατιστικές συσχετίσεις μεταξύ οικολογικών μεταβλητών και διαδικασιών που μπορούν να παρατηρηθούν εξ αποστάσεως (π.χ. βροχόπτωση, θερμοκρασία, βλάστηση, υγρασία κλπ.). Παρακολούθηση πλημυρών: Η αλλαγή του κλίματος αναμένεται να αυξήσει τον κίνδυνο πλημμύρας για τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, τόσο με την αύξηση της παγκόσμιας στάθμης της θάλασσας όσο και με την αύξηση των σοβαρών γεγονότων πλημμυρών στην ενδοχώρα, συνεπώς υπάρχει συνεχής επιθυμία πρόβλεψης των πλημμυρών. Έρευνα υποστήριξε ότι τα συμβατικά μέσα καταγραφής των υδρολογικών παραμέτρων μιας πλημμύρας συχνά δεν καταγράφουν ένα ακραίο γεγονός, έτσι η τηλεπισκόπιση και τα GIS αποτελούν το βασικό εργαλείο για τον καθορισμό των ζωνών πλημμύρας και την προετοιμασία χαρτών επικινδυνότητας πλημμύρας για τις ευπαθείς περιοχές. Άλλη έρευνα χρησιμοποίησε δύο εικόνες ραντάρ (SAR) ERS-1 (πριν και μετά) και βοηθητικές τοπογραφικές πληροφορίες για την ανίχνευση πλημμυρισμένων περιοχών στο αποκορύφωμά τους και αξιολόγησαν τις δυνατότητές τους με χαρτογράφηση. Μετά την επεξεργασία και την ερμηνεία, ο χάρτης των πλημμυρών αντιστοιχούσε στο 96,7% της πλημμυρισμένης περιοχής, καθιστώντας την διαδικασία κατάλληλη. Με την πρόβλεψη τέτοιον φαινομένων είναι δυνατή η προστασία καλλιεργειών η και αστικών περιοχών. Γεωργία: Η Lal (2009) υποστήριξε ότι η ποιότητα του εδάφους, η διαθεσιμότητα νερού ή το άγχος της ξηρασίας και η κλιματική αλλαγή είναι τρεις βιοφυσικοί παράγοντες που πρέπει να αντιμετωπιστούν για την επισιτιστική ασφάλεια ενόψει της κλιματικής αλλαγής. Η τηλεπισκόπιση και τα GIS έχουν βρεθεί χρήσιμα για τη χαρτογράφηση χαρακτηριστικών εδάφους, την αγρο-κλιματική αξιολόγηση, την καταλληλότητα της χρήσης γης για την παραγωγή φυτών, την διαχείριση της άρδευσης, την καλλιέργεια ακριβείας, την χαρτογράφηση των καλλιεργειών και την εκτίμηση της κατάστασης των καλλιεργειών. Τα δορυφορικά δεδομένα παρέχουν μια εκτίμηση της κατάστασης των καλλιεργειών σε πραγματικό χρόνο. Έρευνα έχει αποδείξει ότι με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών είναι χρήσιμα για τον προγραμματισμό άρδευσης καλλιεργειών, όπως επίσης για την εξέταση τοπογραφίας και της απόδοσης των καλλιεργειών.

3. Συμπεράσματα Καθώς το σύστημα της γης συνεχώς θερμαίνεται αναπόφευκτα λόγω της ανθρωπογενούς εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου, όλο και περισσότερες έρευνες επεκτείνονται στην ανακάλυψη αποτελεσματικών τρόπων απομόνωσης του CO2 από την ατμόσφαιρα ως τον μόνο τρόπο για την αποτροπή της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Ωστόσο, εν τω μεταξύ, η ανάλυση της κλιματικής αλλαγής θα συνεχίσει να επωφελείται από την πληθώρα δεδομένων που παράγονται από τα αεροσκάφη και τα διαστημικά οχήματα και τη συνεχή πρόοδο στον χώρο και την τεχνολογία των υπολογιστών, καθιστώντας έτσι την τηλεπισκόπιση και τα GIS βασικά εργαλεία στην ανίχνευση της κλιματικής αλλαγής και τα αποτελέσματά της για την ανθρώπινη επιβίωση.