Παρακολούθηση αποψίλωσης και υποβάθμισης των δασών του Αμαζονίου μέσω διαχρονικής ανάλυσης εικόνων Landsat

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: Monitoring deforestation and forest degradation using multi-temporal fraction images derived from Landsat sensor data in the Brazilian Amazon

Συγγραφείς: Yosio Edemir Shimabukuro, Egidio Arai, Valdete Duarte, Anderson Jorge, Erone Ghizoni dos Santos, Kaio Allan Cruz Gasparini & Andeise Cerqueira Dutra

Ηλεκτρονικός Σύνδεσμος

Εικόνα 1: (a) TM 2011(R5 G4 B3) και (b) αντίστοιχο κλάσμα εδάφους τονίζοντας με ελαφρύτερο τόνο τις περιοχές της επιλεκτικής υλοτόμησης, (c) TM 2008(R5 G4 B3) και (d) αντίστοιχο κλάσμα εδάφους τονίζοντας με ελαφρύτερο τόνο τις καμμένες περιοχές. Με κίτρινο χρώμα απεικονίζονται οι αποψιλωμένες περιοχές.

Εικόνα 2: Δορυφορική απεικόνιση καμμένων εκτάσεων και φωτογραφίες πεδίου.

Εικόνα 3: Δορυφορική απεικόνιση υποβαθμισμένων δασών εξαιτίας επιλεκτικής υλοτόμησης και φωτογραφίες πεδίου.

Εικόνα 4: Δασωμένες και μη εκτάσεις.

Πίνακας 1: Αναλυτικά οι υποβαθμισμένες και αποψιλωμένες εκτάσεις για κάθε χρόνο της μελέτης.

Εικόνα 5: Οι αποψιλωμένες εκτάσεις ανά έτος για την περίοδο μελέτης σε διαφορετικούς χρωματισμούς.

Εικόνα 6: Οι υποβαθμισμένες εκτάσεις από πυρκαγιές ανά έτος για την περίοδο μελέτης σε διαφορετικούς χρωματισμούς.

Εικόνα 7: Περιοχές που έχουν υποστεί υποβάθμιση λόγω της υλοτόμησης ταξινομημένες ανά έτος για την περίοδο μελέτης

Εικόνα 8: Ταξινομήσεις υποβαθμισμένων και αποψιλωμένων εκτάσεων (Landsat OLI & RapidEye)(Κίτρικο=αποψιλωμένες εκτάσεις, Κόκκινο=υποβαθμισμένες από υλοτόμηση, Μπλε=υποβαθμισμένες από πυρκαγιές).

Εισαγωγή

Ως αποψίλωση ορίζεται η ολοκληρωτική αλλαγή δασικών εκτάσεων με άλλες χρήσεις/καλύψεις γης, ενώ με τον όρο υποβάθμιση νοείται η επιλεκτική υλοτόμηση και οι ανεξέλεγκτες πυρκαγιές σε ανέγγιχτες δασικές εκτάσεις. Ενώ η αποψίλωση συμβάλλει αποδεδειγμένα στην αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ο ρόλος της υποβάθμισης των δασών είναι ακόμα υπό μελέτη. Η αποψίλωση των δασών είναι η δεύτερη μεγαλύτερη αιτία της αύξησης του φαινομένου του θερμοκηπίου μετά την καύση ορυκτών καυσίμων, ωστόσο στην εξίσωση δεν μπαίνει η υποβάθμιση των δασών μέσω της επιλεκτικής υλοτόμησης και των πυρκαγιών. Η υποβάθμιση αυτή αντιστοιχεί στο 40% των συνολικών εκπομπών της αποψίλωσης στο δάσος του Αμαζονίου, εξαιτίας της ριζικής αλλαγής που επιφέρει η αποψίλωση στα οικοσυστήματα (από δάσος σε άλλες χρήσεις γης). Πιο συγκεκριμένα από το 1999 μέχρι το 2010 περίπου 85.500 χλμ2 του ανατολικού Αμαζονίου υπέστησαν υποβάθμιση εξαιτίας ανεξέλεγκτων πυρκαγιών. Οι τεχνικές της τηλεπισκόπησης προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα όσον αφορά την παρακολούθηση της υποβάθμισης των δασών σε περιοχές με δύσκολη πρόσβαση. Ανάλογα με το μέγεθος, η υποβάθμιση των δασών μπορεί να παρατηρηθεί από δορυφορικούς δέκτες με μέτρια χωρική ανάλυση. Μία από τις τεχνικές επεξεργασίας της εικόνας που επιτρέπει την αναγνώριση περιοχών με έκθεση εδάφους ή αφαίρεσης της βλάστησης, λέγεται Linear Spectral Mixing Model (LSMM) και είναι αυτή η οποία χρησιμοποιείται εκτενέστερα στον Αμαζόνιο της Βραζιλίας. Κύριος σκοπός της έρευνας αυτής είναι η ανάπτυξη μίας ημι-αυτόνομης διαδικασίας, βασισμένης σε διαχρονικές εικόνες του Landsat TM και OLI (2005-2017), για την αξιολόγηση και την παρακολούθηση της αποψίλωσης και της υποβάθμισης του Βραζιλιάνικου Αμαζονίου. Επίσης η κύρια συνεισφορά της είναι ο διαχωρισμός της υποβάθμισης που προκαλείται από δραστηριότητες επιλεκτικής υλοτόμησης, με αυτήν που προκαλείται από ανεξέλεγκτες πυρκαγιές.

Περιοχή μελέτης

Η περιοχή λέγεται Mato Grosso ή αλλιώς «κιβωτός της αποψίλωσης» και καταλαμβάνει έκταση ίση περίπου με 10.000 χλμ2.

Δορυφορικές εικόνες Landsat (TM&OLI)

Για την συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 21 εικόνες χωρίς νέφη του Landsat από τα έτη 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 και 15 εικόνες του Landsat OLI από τα έτη 2013, 2014, 2015, 2016 και 2017. Επίσης επιλέχθηκαν ακόμα 2 εικόνες από το 2013 τύπου RapidEye για λόγους εκτίμησης των αποτελεσμάτων, εξαιτίας της υψηλής τους χωρικής ανάλυσης (5μ).

Μεθοδολογική προσέγγιση

Η προτεινόμενη μέθοδος εκτελέστηκε με τα εξής βήματα:

• Δημιουργία υποβάθρου προϋπάρχοντος δάσους, για την αποφυγή χαρτογράφησης περιοχών που έχουν ήδη καεί πριν το 2005.
• Δημιουργία κλασματικών εικόνων για όλες τις εικόνες που επιλέχθηκαν για την μελέτη.
• Εφαρμογή της διαδικασίας του κατακερματισμού στο σύνολο των διαχρονικών εικόνων εδάφους και σκίασης.
• Δημιουργία νέου χάρτη αποψιλωμένων εκτάσεων.
• Δημιουργία χάρτη καμένων εκτάσεων.
• Συνδυασμός των 2 χαρτών αυτών για την δημιουργία ενός νέου με 4 τάξεις: παλιά αποψίλωση, νέα, υποβαθμισμένες δασικές εκτάσεις λόγω πυρκαγιών και δασωμένες εκτάσεις.

Χαρτογράφηση νέων αποψιλωμένων εκτάσεων

Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν οι ΤΜ εικόνες από το 2005 για την δημιουργία του χάρτη-υποβάθρου με τις παλιές αποψιλωμένες εκτάσεις. Στην συνέχεια με την χρήση της ημι-αυτόματης διαδικασίας που προαναφέρθηκε κατασκευάστηκε μέσω μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης ο χάρτης των νέων αποψιλωμένων εκτάσεων μέσω της ανάλυσης των εικόνων από το 2006-2017. (Εικόνα 1)

Χαρτογράφηση υποβαθμισμένων δασικών εκτάσεων λόγω πυρκαγιών

Μετά τον προσδιορισμό των αποψιλωμένων εκτάσεων, η χαρτογράφηση των υποβαθμισμένων δασών από πυρκαγιά έγινε με τον συνδυασμό των δασωμένων εκτάσεων και των κλασματικών εικόνων σκίασης. (Εικόνα 2)

Χαρτογράφηση υποβαθμισμένων δασών εξαιτίας της επιλεκτικής υλοτόμησης

Η χαρτογράφηση των υποβαθμισμένων δασικών εκτάσεων είναι μία διαδικασία πολύ δυσκολότερη από την αντίστοιχη για τις αποψιλωμένες εκτάσεις. Ο προσδιορισμός των υποβαθμισμένων εκτάσεων εξαιτίας της υλοτόμησης είναι ακόμη πιο δύσκολος εξαιτίας των παρεμβάσεων τις οποίες επιφέρει στο τοπίο (δηλαδή δρόμους, μικρές εγκαταστάσεις κλπ). Η δυσκολία αυτή έγκειται στο γεγονός ότι οι διαστάσεις των παρεμβάσεων αυτών είναι συνήθως αρκετά μικρότερες από την χωρική ανάλυση που διατίθεται μέσω των εικόνων Landsat (30χ30μ). Για το λόγο αυτό προτείνεται μία μέθοδος ταξινόμησης σε επίπεδο φατνίου. (Εικόνα 3)

Αποτελέσματα

Στην Εικόνα 4 μπορούμε να διακρίνουμε τις δασωμένες από τις μη δασωμένες εκτάσεις.

Στον Πίνακα 1 φαίνονται αναλυτικά οι αποψιλωμένες και οι υποβαθμισμένες εκτάσεις για κάθε χρόνο της περιόδου μελέτης.

Στην Εικόνα 5 φαίνονται οι αποψιλωμένες περιοχές ταξινομημένες ανά έτος.

Στην Εικόνα 6 φαίνονται οι υποβαθμισμένες περιοχές από πυρκαγιές ταξινομημένες ανά έτος.

Στην Εικόνα 7 βλέπουμε τις περιοχές εκείνες οι οποίες έχουν υποστεί υποβάθμιση εξαιτίας της υλοτόμησης.

Στην συνέχεια (Εικόνα 8) έγιναν 2 ταξινομήσεις των αποψιλωμένων και των υποβαθμισμένων εκτάσεων χρησιμοποιώντας εικόνες Landsat OLI και RapidEye. (Με κίτρινο αποτυπώνονται οι αποψιλωμένες εκτάσεις, με κόκκινο αυτές που έχουν υποστεί υποβάθμιση από υλοτόμηση και με μπλε από πυρκαγιές)

Συμπεράσματα

Σε γενικές γραμμές τα αποτελέσματα της μελέτης συμφωνούν με αυτά προηγούμενων μελετών παρακολούθησης της αποψίλωσης και της υποβάθμισης των δασών. Πιο συγκεκριμένα, η προτεινόμενη προσέγγιση δείχνει την προοπτική που έχει όσον αφορά την διάκριση των υποβαθμισμένων δασικών εκτάσεων από πυρκαγιά και από υλοτόμηση. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τον υπολογισμό του αποτυπώματος του άνθρακα καθώς οι πυρκαγιές και η υλοτόμηση έχουν αρκετά διαφορετική επιρροή στις δασικές εκτάσεις. Τέλος η σύγκριση των εικόνων Landsat OLI και RapidEye έδειξε ότι η χωρική ανάλυση των δορυφορικών εικόνων παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην οριοθέτηση των υποβαθμισμένων εκτάσεων από υλοτόμηση.