Αξιολόγηση της γεωργικής ξηρασίας στο Rajasthan...

Από RemoteSensing Wiki

Αξιολόγηση της γεωργικής ξηρασίας στο Rajasthan (Ινδία) χρησιμοποιώντας τον τηλεπισκοπικά εξαγόμενο δείκτη κατάστασης βλάστησης (VCI) και τυποποιημένο δείκτη κατακρημνίσεων (SPI)

Συγγραφείς: Dipanwita Dutta, Arnab Kundu, N.R. Patel, S.K. Saha, A.R. Siddiqui

[1]

Εικόνα 1: Χωρο-χρονικό (δεκαπενθήμερο) πρότυπο δείκτη κατάστασης βλάστησης για το έτος ξηρασίας (2002) και το κανονικό έτος (2003)

Εικόνα 2: Τυποποιημένος δείκτης βροχόπτωσης (SPI) για το έτος ξηρασίας (2002) και το κανονικό έτος (2003)

Εικόνα 3: Σύγκριση καλλιεργητικής απόδοσης των ετών 2002, 2003

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η γεωργική ξηρασία αποτελεί παγκόσμιο κλιματικό φαινόμενο. Αν και είναι αναπόφευκτο γεγονός, μπορεί να ελαττωθεί, αν υπάρχουν τα απαραίτητα χωρο-χρονικά δεδομένα των καλλιεργειών. Η εργασία αυτή προσπαθεί να αξιολογήσει την αποτελεσματικότητα της Τηλεπισκόπησης και των ΓΣΠ στην παρακολούθηση των χωροχρονικών αυτών δεδομένων, όπως δεδομένα NOAA-AVHRR NDVI και VCI. Τα δεδομένα εξήχθησαν μέσω του NDVI για την περιοχή Rajastan το έτος 2002, ενώ οι τιμές του VCI συγκρίθηκαν με τον Τυποποιημένο δείκτη βροχόπτωσης SPI και με τους δείκτες ανωμαλιών βροχόπτωσης RAI και ανωμαλιών απόδοσης YAI. Ο συντελεστής συσχέτισής τους ανήλθε στο r>0.75.

1.Εισαγωγή

Η γεωργική ξηρασία αποτελεί σοβαρό φαινόμενο σε χώρες, όπως η Ινδία, όπου το 68% των κατοίκων ασχολούνται με γεωργικές εργασίες. Στην Ινδία, συγκεκριμένα, η ξηρασία εμφανίζεται στα δυτικά , όπου η έλλειψη βροχόπτωσης και τα ακραία κλιματικά φαινόμενα είναι πιο έντονα. Το 2002-03 η Ινδία ήρθε αντιμέτωπη με ένα άκρως σοβαρό επεισόδιο ξηρασίας από άποψη μεγέθους και χωρικής διασποράς, επηρεάζοντας αρνητικά την γεωργική και ζωική παραγωγή. Έτσι, χρειάζεται ένα καλοσχεδιασμένο πλάνο καταπολέμησης της ξηρασίας, μέσω της χρήσης πολλών καλά διασκορπισμένων μετεωρολογικών σταθμών, αλλά επειδή κάτι τέτοιο σπάνια εφαρμόζεται, χρησιμοποιούνται δορυφορικές απεικονίσεις και εφαρμόζονται οι δείκτες NDVI και VCI (Nicholson and Farrar, 1994). Οι δύο δείκτες έχουν καλή ανάλυση και ακρίβεια, ενώ μελετούν τις ίδιες τις καλλιέργειες. Ταυτόχρονα, ο δείκτης SPI κατηγοριοποιεί την ξηρασία από σχεδόν κανονική (-0,99) έως ακραία (<-2,0). Συνεπώς, γίνεται σύγκριση μεταξύ των SPI και VCI με αποτέλεσμα να γίνει παρακολούθηση της ξηρασίας, ενώ χρησιμοποιούνται και οι RAI και ΥΑΙ για την απόκλιση της βροχόπτωσης.

2.Περιοχή μελέτης

Το Rajastan βρίσκεται στη Β-Δ Ινδία και αποτελεί την μεγαλύτερη σε έκταση επαρχία της χώρας. Η οροσειρά Aravalli παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος, καθώς συγκρατεί στην ανατολική του πλευρά τους μουσώνες που καταφθάνουν από την Αραβία. Έτσι, το μισό Rajastan χαρακτηρίζεται ως υγρό και το άλλο μισό ως ξηρό, καθώς στο υγρό τμήμα συγκεντρώνεται η πλειονότητα των βροχοπτώσεων.

3.Υλικά και μέθοδοι

Ο κυριότερος δείκτης που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία είναι ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης NDVI, οποίος βασίζεται στο γεγονός ότι η χλωροφύλλη ανακλά πολύ έντονα στο εγγύς υπέρυθρο (NIR), ενώ ταυτόχρονα απορροφά μεγάλο μέρος της κόκκινης ακτινοβολίας (VIS). Ο δείκτης υπολογίζεται από την εξίσωση (1) και παίρνει τιμές από -1 έως 1 (Son et al., 2012).

NDVI= (NIR-VIS)/(NIR+VIS) (1)

Επειδή, όμως, ο NDVI δεν λαμβάνει υπόψη τον ατμοσφαιρικό θόρυβο, χρησιμοποιείται ο δείκτης VCI βασιζόμενος σε δεδομένα του NOAA-AVHRR για τα έτη 1984-2003. Ο VCI είναι διορθωμένος από ηφαιστειακά αερολύματα, νεφοκάλυψη και υπολειπόμενη υποβάθμιση αισθητήρα αποδίδοντας αξιόπιστα αποτελέσματα παρακολούθησης της ξηρασίας.

3.1. Δείκτης Κατάστασης Βλάστησης (VCI)

Ο δείκτης VCI υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση 2.

VCI=(NDVIj-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)*100 (2)

Όπου, NDVImax, NDVImin είναι οι μέγιστες και ελάχιστες τιμές κάθε pixel του κάθε μήνα και j είναι ο δείκτης του εξεταζόμενου μήνα. Τα αποτελέσματα του VCI ταξινομούνται σε κλίμακα όπου από 50-100% έχουμε κανονικές τιμές, 35-50% ξηρασία και <35% ακραία ξηρασία (Kogan, 1995).

3.2. Τυποποιημένος δείκτης βροχόπτωσης (SPI)

Ο δείκτης SPI υπολογίζεται σύμφωνα με τη σχέση 3 (Εικόνα 4), όπου α >0 η παράμετρος σχήματος, β>0 η παράμετρος κλίμακας, χ η ποσότητα βροχόπτωσης και Γ(α) η συνάρτηση γάμα.

Εικόνα 4: Σχέση 3

3.3. Απόδοση ανωμαλίας καλλιέργειας

Οι ανωμαλίες καλλιέργειας (YAI) υπολογίζονται για τα έτη 1983-2004 από την εξίσωση 4, όπου Υ η απόδοση καλλιέργειας, μ η μακράς διάρκειας μέση απόδοση και σ η τυπική απόκλιση.

YAI=(Υ-μ)/σ (4)

3.4. Δείκτης ανωμαλίας βροχόπτωσης (RAI)

Οι ανωμαλίες βροχόπτωσης (RAI) υπολογίζονται για τα έτη 1983-2004 από την εξίσωση 5, όπου R η βροχόπτωση, μ η μακράς διάρκειας μέση βροχόπτωση και σ η τυπική απόκλιση.

RAI=(R-μ)/σ (5)

4.Αποτελέσματα και συζήτηση

4.1. NDVI και παρακολούθηση ξηρασίας

Ο δείκτης NDVI χρησιμοποιήθηκε για τις περιόδους Ιουλίου-Σεπτεμβρίου των ετών 2002, 2003 με σκοπό να εξεταστεί η υγεία των καλλιεργειών και η χωρική τους μεταβλητότητα. Ο NDVI στις δυτικές (πιο ξηρές) περιοχές είναι μικρότερος σε σχέση με τα ανατολικά, το οποίο επαληθεύεται και με τον VCI αργότερα.

4.2. Παρακολούθηση ξηρασίας μέσω του VCI

Όπως φαίνεται στην Εικόνα 1, το έτος 2002 υπήρξε ακραίο φαινόμενο ξηρασίας, κυρίως στο δυτικό Rajastan (χρονικό βήμα 15ήμερο). Το 2003 εμφανίστηκε μικρότερο ξέσπασμα ξηρασίας, με επίκεντρο κυρίως τα δυτικά.

4.3. Παρακολούθηση ξηρασίας μέσω SPI

Ο SPI χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό της επίπτωσης της μετεωρολογικής ξηρασίας, την ένταση και τη χωρική και χρονική κατανομή της. Επίσης, συγκρίθηκε με τα αποτελέσματα του VCI (Εικόνα 2).

4.4. VCI και SPI στο δεύτερο Ιουλιανό και πρώτο Αυγουστιάτικο δεκαπενθήμερο

Η μέση τιμή του VCI είναι <50% για ξηρό έτος, ενώ πολλές περιοχές έχουν <35%, το οποίο υποδεικνύει ακραία ξηρασία. Οι τιμές του SPI είναι και αυτές αρκετά μικρές για την ίδια χρονική περίοδο, ανάμεσα στις τιμές -1 και -2 που υποδηλώνουν ακραία φαινόμενα ξηρασίας. Οι δύο δείκτες, λοιπόν, δείχνουν να συμφωνούν.

4.5. Δεκαπενθήμερο πρότυπο του VCI και του SPI

Για να ελεγχθεί η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων των δύο δεικτών, πρέπει να γίνει συσχέτιση των τιμών του ξηρού έτους 2002 με το υγρό έτος 2003 και να ελεγχθεί η διαφορά του κάθε δείκτη στα δύο αυτά έτη.

4.6. Δείκτης ανωμαλίας βροχόπτωσης (RAI)

Ο δείκτης RAI έδωσε αποτελέσματα ξηρασίας το 2003 και κανονικού έτους το 2003. Συμφωνεί, δηλαδή, με τον VCI.

4.7. VCI και απόδοση σημαντικών βροχοκαλλιεργειών

Η απόδοση καλλιέργειας το έτος 2002 ήταν σημαντικά μικρότερη από αυτή του 2003 και μάλιστα για πληθώρα διαφορετικών καλλιεργειών (Εικόνα 3).

4.8. VCI και δείκτης Ανωμαλιών απόδοσης (YAI)

O Δείκτης YAI υπολογίστηκε για το έτος 2002 και 2003 και υπολογίστηκε ότι για το 2002 οι τιμές ήταν αρνητικές και για το 2003 θετικές. Άρα, και αυτός ο δείκτης συμφωνεί με τα αποτελέσματα του VCI.

5. Συμπεράσματα

Η εργασία αυτή αναγνώρισε τη χωροχρονική έκταση της γεωργικής ξηρασίας μέσω της σύγκρισης των αποτελεσμάτων μεταξύ του δείκτη VCI, ο οποίος προκύπτει από τον NDVI, και των δεικτών SPI, RAI και YAI. Τα αποτελέσματα ήταν αξιόπιστα, καθώς όλοι οι δείκτες συμφωνούσαν με υψηλό βαθμό συσχέτισης.

Αναφορές

Kogan, F.N., 1995. Application of vegetation index and brightness temperature for drought detection. Adv. Space Res. 15, 91–100.

Nicholson, S.E., Farrar, T.J., 1994. The influence of soil type on the relationships between NDVI, rainfall, and soil moisture in semiarid Botswana: I. NDVI response to rainfall. Remote Sens. Environ. 50, 107–120.

Son, N.T., Chen, C.F., Chen, C.R., Chang, L.Y., Minh, V.Q., 2012. Monitoring agricultural drought in the Lower Mekong Basin using MODIS NDVI and land surface temperature data. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf. 18, 417–427.