Ανάπτυξη μοντέλου ικανότητας απόκρισης βλάστησης μετά από πυρκαγιά σε ορεινό οικοσύστημα με χρήση GIS και τηλεπισκόπισης
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος:
Development of post-fire vegetation response-ability model in grassland mountainous ecosystem using GIS and remote sensing
Συγγραφείς:
Adagbasa, E. G., Adelabu, S. A., & Okello, T. W.
Πηγή:
Adagbasa, E. G., Adelabu, S. A., & Okello, T. W. Development of post-fire vegetation response-ability model in grassland mountainous ecosystem using GIS and remote sensing. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol.164, June 2020, pp.173–183. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924271620301039
Περιγραφή αντικειμένου
Το ορεινό λιβαδικό οικοσύστημα στο Εθνικό Πάρκο Golden Gate (Νότια Αφρική) έχει οικολογική αντοχή μετά τη φωτιά. Ωστόσο, η σύνθεση και η δομή των ειδών βλάστησης μπορεί να αλλάξει όταν το οικοσύστημα έχει συνεχώς ανεξέλεγκτες πυρκαγιές. Αυτή η μελέτη ανέπτυξε ένα μοντέλο ικανότητας απόκρισης βλάστησης ενσωματώνοντας περιβαλλοντικούς παράγοντες (υψόμετρο, όψη, βροχόπτωση, θερμοκρασία επιφάνειας γης, έδαφος και πυκνότητα πυρκαγιάς), προσαρμοστικές στρατηγικές (μήνες ανθοφορίας, απαιτήσεις νερού, αναπροσανατολισμός / σπόροι) και οικολογική κατάσταση (αύξηση ή μείωση) για το πάρκο. Ο δείκτης ανάκτησης βλάστησης που προήλθε από τον δείκτη βλάστησης (NDVI) πριν και μετά την πυρκαγιά, χρησιμοποιήθηκε με ανάλυση συσχέτισης και παλινδρόμησης για την επαλήθευση του μοντέλου. Πρόσφατες μελέτες υπογραμμίζουν τη σημασία της τηλεπισκόπησης και του GIS στην ανάλυση της δυναμικής ανάκτησης της βλάστησης μετά τη φωτιά χρησιμοποιώντας τη σοβαρότητα της φωτιάς και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες (Adagbasa et al., 2018a; Rodrigues et al., 2014; Viana-Soto et al., 2017) . Επιπλέον, υπήρξε μεγάλη επιτυχία στην αξιολόγηση της σοβαρότητας της πυρκαγιάς με χρήση τηλεπισκόπησης με τρόπο αποδοτικό τόσο χρονικά και οικονομικά, με μοντελοποίηση της φασματικής απόκρισης της αναγεννημένης καμένης βλάστησης στον βαθμό σοβαρότητας του εγκαύματος.
Περιοχή μελέτης
Η μελέτη διεξήχθη στο Εθνικό Πάρκο Golden Gate Highlands, που βρίσκεται στο Free State της Νότιας Αφρικής.Το πάρκο καλύπτει έκταση 340 km2 και βρίσκεται στο Rooiberge της Ανατολικής Ελεύθερης Πολιτείας στους πρόποδες των βουνών Maloti. Η υψηλότερη κορυφή του πάρκου είναι 2.829 μ. (9.281 πόδια) πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Το πάρκο βιώνει ένα ξηρό, ηλιόλουστο κλίμα από τον Ιούνιο έως τον Αύγουστο με ντους, χαλάζι και καταιγίδες μεταξύ Οκτωβρίου και Απριλίου και χιόνι το χειμώνα. Το πάρκο έχει σχετικά υψηλές ετήσιες βροχοπτώσεις 800 mm (31 in) με πάνω από 60 είδη χόρτου.
Μεθοδολογία
Δεδομένα πεδίου
Είκοσι οικόπεδα 20 m × 20 m δημιουργήθηκαν σε μια κατηγορία πέντε σοβαρότητας πυρκαγιάς, κάνοντας συνολικά 100 οικόπεδα χρησιμοποιώντας στρωματοποιημένη τυχαία δειγματοληψία (Adagbasa et al., 2018b). Τα δείγματα βλάστησης στις περιοχές συλλέχθηκαν δύο φορές. Πρώτον, τον Οκτώβριο του 2017, στο τέλος της περιόδου πυρκαγιάςκαι δεύτερη επίσκεψη πραγματοποιήθηκε τον Απρίλιο του 2018 πριν από την έναρξη της επόμενης σεζόν πυρκαγιάς όταν η βλάστηση είχε αναπτυχθεί πλήρως. Πέντε οικόπεδα 1 m × 1 m τοποθετήθηκαν σε κάθε οικόπεδο 20 m × 20 m. Μέσα σε κάθε υποπεριοχή, ήταν ένα άλλο 10 cm × 10 cm ένθετο οικόπεδο. Ο αριθμός των ειδών σε κάθε ένθετο οικόπεδο μετρήθηκε και προστέθηκε για να προσδιοριστεί η αφθονία των ειδών για το οικόπεδο. Οι συντεταγμένες του Global Positioning System (GPS) καταγράφηκαν στο κέντρο του οικοπέδου (McPhearson et al., 2010). Τα συλλεχθέντα δείγματα βλάστησης μεταφέρθηκαν σε ένα ερμπάριο για αναγνώριση.
Μοντέλο ικανότητας απόκρισης βλάστησης
Το μοντέλο που αναπτύχθηκε για την αξιολόγηση της απόκρισης της βλάστησης μετά την πυρκαγιά καθορίστηκε από την ενσωμάτωση επιλεγμένων περιβαλλοντικών παραγόντων και προσαρμοσμένης στρατηγικής βλάστησης. Το μοντέλο συνοψίστηκε με ένα ολοκληρωμένο σύστημα της διαδικασίας αξιολόγησης στην Εικ. 2.
Περιβαλλοντικοί παράγοντες
Τα δεδομένα βροχόπτωσης λήφθηκαν από το σύνολο δεδομένων υπερύθρων βροχοπτώσεων της ομάδας κινδύνων κλίματος των σταθμών.Το σύνολο δεδομένων διαμορφώνεται σε διαδικασίες που ενσωματώνουν και συνδυάζουν δορυφορικές πληροφορίες από αραιά μετρημένες τοποθεσίες και εκτιμήσεις υετού των δεδομένων σταθμών από το 1981 έως σήμερα (Funk et al., 2015). Η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους αποκτήθηκε από προηγούμενη μελέτη, η οποία χρησιμοποίησε τη θερμική ζώνη των ίδιων μηνών μετά τη φωτιά από τις εικόνες Landsat 8 OLI (Adagbasa et al., 2018a) Δείγματα εδάφους μεταφέρθηκαν σε εργαστήριο για τον προσδιορισμό των μεγεθών των σωματιδίων του εδάφους (Gee and Or, 2002).
Επαλήθευση
Οι συσχετίσεις Pearson και οι αναλύσεις παλινδρόμησης εφαρμόστηκαν στο δείκτη αποκατάστασης βλάστησης για επαλήθευση του μοντέλου. Οι Lin et al. (2005), πρώτο χρησιμοποίησαν τον δείκτη αποκατάστασης βλάστησης στην έρευνά τους για να προσδιορίσει την αποκατάσταση της βλάστησης μετά τον σεισμό στην Κεντρική Ταϊβάν. Ο δείκτης ανάκτησης βλάστησης μπορεί να εκφράζεται με :
VRI = ((NDVΙ1 - -NDVI2) / (NDVI1 - - NDVI0)) * 100
όπου NDVI0 είναι ο δείκτης κάλυψης βλάστησης πριν από την πυρκαγιά, NDVI1 είναι ο δείκτης κάλυψης βλάστησης αμέσως μετά την πυρκαγιά, και NDVI2 είναι ο δείκτης κάλυψης βλάστησης για μια καθορισμένη περίοδο μετά την πυρκαγιά.
Αποτελέσματα-Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ανάμεσα στις περιβαλλοντικές μεταβλητές, το υψόμετρο και η πυρκαγιά ήταν οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρέασαν την ανταπόκριση της βλάστησης ακολουθούμενες από το έδαφος, την όψη, τις βροχοπτώσεις και τη θερμοκρασία της επιφάνειας της γης. Σχεδόν το ήμισυ (48%) του πάρκου είχε υψηλή ικανότητα απόκρισης βλάστησης, 43% μεσαία και 9% χαμηλή. Από την άλλη πλευρά, ο δείκτης ανάκτησης της βλάστησης έδειξε το 34% του πάρκου ανέκαμψε πλήρως σε συνθήκες όπως πριν από τη φωτιά, ενώ το 61% και το 5% ανέκαμψε στο μεγαλύτερο βαθμό και ελαφρώς αντίστοιχα. Υπήρχε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της ικανότητας απόκρισης της βλάστησης και του δείκτη ανάκτησης της βλάστησης. Η ανάλυση παλινδρόμησης έδειξε μια καλή σχέση μεταξύ της ικανότητας απόκρισης της βλάστησης και του δείκτη ανάκτησης της βλάστησης(R = 0,91) με συντελεστή προσδιορισμού 83,34%. Το μοντέλο μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλα οικοσυστήματα με διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και στρατηγικές προσαρμογής στη βλάστηση. Περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε να ενσωματώσει το μοντέλο με το ποσοστό απώλειας εδάφους λόγω διάβρωσης για να βελτιώσει την ακρίβεια και να αναπτύξει ένα πιο ισχυρό μοντέλο για μελέτες οικολογικής ευπάθειας.
