Ανάλυση υποχώρησης παγετώνων στο πλαίσιο των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής σε δύο παγετώνες της λεκάνης mana των κεντρικών Ιμαλαϊων

Από RemoteSensing Wiki

Ανάλυση υποχώρησης παγετώνων στο πλαίσιο των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής σε δύο παγετώνες της λεκάνης mana των κεντρικών Ιμαλαϊων

Πρωτότυπος τίτλος: Glacier retreat analysis in the context of climate change impact over the Satopanth (SPG) and Bhagirathi-Kharak (BKG) glaciers in the Mana basin of the Central Himalaya, India: A geospatial approach

Συγγραφείς: AshaThapliyala, SanjeevKimothib, Ajay KumarTaloorc, Mahendra Pratap SinghBishta , PankajMehtad, Girish ChandraKothyarie a* Uttarakhand Space Application Centre, (USAC) Dehradun, Uttarakhand 248001, India b*Division of Research & Innovation, UIT, Uttaranchal University, Premnagar, Dehradun, Uttarakhand 248007, India c*Department of Remote Sensing and GIS, University of Jammu, Jammu 180006, India d*Department of Environmental Sciences, Central University of Jammu, Bagla (Raya-Suchani), Samba 184143 J&K, India e*Institute of Seismological Research, Gandhinagar, Gujarat 382007, India

Δημοσιεύθηκε: Geosystems and Geoenvironment, Φεβρουάριος 2023

Σύνδεσμος πρότυπου κειμένου: [1]

Λέξεις-Κλειδιά: Υποχώρηση παγετώνα, ταχύτητα χιονιού/πάγου, SAR, κλιματική αλλαγή, Ιμαλάια Ινδία

Εικόνα 1: Παγετώνες SPG και BKG

Εικόνα 2: Μεταβλητότητα στις περιοχές κάλυψης χιονιού (SCA) σε διάστημα 20 χρόνων (2001 – 2020)

Πίνακας 1: Τάσεις θερμοκρασίας μέσα σε 4 χρόνια (2010,2011,2012,2013) και για τις πέντε διαφορετικές ζώνες

Εικόνα 3: (a-b) Επιτόπιες φωτογραφίες επαλήθευσης του παγετώνα που δείχνουν τα αποτυπώματα που υποχωρούν χρησιμοποιώντας φωτογραφίες πεδίου και (c) δορυφορικά δεδομένα Recoursat-2, LISS-IV που δείχνουν το συγκεκριμένο σημείο σε δεδομένα τηλεπισκόπησης

Αντικείμενο Εφαρμογής

Αυτή η μελέτη διερευνά τη δυναμική των παγετώνων Satopanth (SPG) και Bhagirathi-Kharak (BKG) της λεκάνης Mana στην περιοχή των Κεντρικών Ιμαλαίων της Ινδίας σε συνδυασμό με το σενάριο της κλιματικής αλλαγής. Ακόμη στοχεύει στο να εντοπίσεις τις κοινές μετατοπίσεις σε περιοχές παγετώνων για την παρατήρηση χρονικών και εποχιακών αλλαγών στα παγετωνικά τοπία και να αξιολογήσει την ταχύτητα του πάγου και το όριο στο οποίο αυτός λιώνει. Τέλος, ελήφθησαν και οι γραμμικές τάσεις του προϊόντος MOD11A2 Land Surface Temperature (LST) για να αναλυθεί η μεταβλητότητα της θερμοκρασίας από το 2001 έως το 2020.

Εισαγωγή

Οι παγετώνες των Ιμαλαίων είναι επιρρεπείς στην κλιματική αλλαγή και θεωρούνται σημαντικοί για την επιβίωση της ζωής στην περιοχή. Η υπερθέρμανση του πλανήτη οδηγεί σε υποχωρήσεις παγετώνων επηρεάζοντας τη συμπεριφορά τους ενώ παράλληλα το λιώσιμο των πάγων τροφοδοτεί τους μεγάλους ποταμούς και έτσι διατηρεί έναν τεράστιο πληθυσμό που ζει στις πεδιάδες Ινδό-Γάγγης. Για την ποσοτική προβολή της υποχώρησης και της ακριβής έκτασης του παγετώνα είναι πολύ σημαντική η υδρολογία και η ισορροπία μάζας. Βέβαια τα ψηλά λοφώδη εδάφη και οι ακραίες καιρικές συνθήκες στα Ιμαλάια τα καθιστούν αρκετά απρόσιτα και ως εκ τούτου οδηγούν σε έλλειψη δεδομένων εδάφους. Ένα άλλο σημαντικό πρόβλημα είναι η διάκριση του καλυμμένου με συντρίμμια παγετώνα από τους καθαρούς παγετώνες που είναι πάντα μια πρόκληση για την ακριβή χαρτογράφηση των παγετώνων. Σήμερα, τα προηγμένα δορυφορικά δεδομένα μας επιτρέπουν να παρακολουθούμε την έκταση των μεγαλύτερων παγετώνων στις ψηλές ορεινές περιοχές με τις εφαρμογές των τεχνικών Τηλεπισκόπησης. Δορυφορικά σύνολα δεδομένων όπως σειρές δεδομένων Landsat, αεροφωτογραφίες, CORONA, σειρά δορυφόρων Indian Remote Sensing (IRS), και Advanced Space Bored Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), χρησιμοποιούνται σε διάφορες μελέτες που πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή.

Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται αφορά τους παγετώνες Satopanth (SPG) και Bhagirathi-Kharak (BKG) στην ανώτερη περιοχή της λεκάνης Mana οι οποίοι βρίσκονται ανάμεσα στα γεωγραφικά πλάτη 30°48′ και 59,84” έως 30°46′ και 28,22” βορειοδυτικά του Ουταρανχάλ καλύπτοντας μια έκταση 222.045 τ.χλμ, με το υψόμετρο της επιφάνειας να κυμαίνεται από 3200 έως 6160μ. Η συνολική έκταση τoυ SPG είναι 2 τ.χλμ ανατολικά-δυτικά και καλύπτει μήκος 16,40 χλμ, ενώ το BKG έχει μήκος 18,10 χλμ και το λιωμένο νερό από τους παγετώνες χωρίζεται από την κορυφογραμμή Balakun στη λεκάνη Alaknanda. Η διαθεσιμότητα γλυκού νερού στη λίμνη Satopanth οφείλεται στον SPG παγετώνα και καλύπτει συνολική έκταση 50,46 τ.χλμ. Η περιοχή μελέτης έχει χωριστεί σε πέντε υψομετρικές ζώνες, η Ζώνη-1 βρίσκεται μεταξύ 3200–3580 μέτρα πάνω από την στάθμη της θάλασσας , ενώ η Ζώνη-2 καλύπτει την περιοχή μεταξύ 3580–4163 μέτρα πάνω από την στάθμη της θάλασσας και θεωρείται περιοχή τερματισμού. Η Ζώνη-3 βρίσκεται μεταξύ 4060–4675 μέτρα πάνω από την στάθμη της θάλασσας και επηρεάζεται κυρίως από την εποχική χιονοκάλυψη, ενώ η Ζώνη-4 καλύπτει την περιοχή μεταξύ 4554 και 5163 μέτρα πάνω από την στάθμη της θάλασσας. Η Ζώνη-5 βρίσκεται πάνω από τα 5163 μέτρα πάνω από την στάθμη της θάλασσας.

Μεθοδολογία

1.Δορυφορικά δεδομένα

• Προϊόντα MODIS Land Surface temperature (LST)

Το MODIS (Φασματοραδιόμετρο Απεικόνισης Μέτριας Ανάλυσης) είναι ένα σημαντικό όργανο στο δορυφόρο Terra. Το προϊόν LST και Emissivity (E) 8-ημερών παρέχει μέση ανάλυση 8 ημερών ανά pixel LST και E με χωρική ανάλυση 1000 μ. Αυτές οι πηγές δεδομένων έχουν επικυρωθεί για τη θερμοκρασία του εδάφους και τη θερμοκρασία της επιφάνειας του χιονιού. Το λογισμικό MODIS Conversion Toolkit (MCT) in Environment for Visualizing Images (ENVI) χρησιμοποιήθηκε για την εκ νέου προβολή της αρχικής ημιτονοειδούς εικόνας στο σύστημα προβολής World Geodetic System (WGS) 1984, Universal Transverse Mercator (UTM) Zone 44N. Η ανάλυση της χωρικής κατανομής της τάσης θερμοκρασίας πραγματοποιείται σε εποχιακή βάση χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους για τις πέντε υψομετρικές ζώνες. Μετά την επαναπροβολή, εξήχθη η εικόνα LST της περιοχής μελέτης και στη συνέχεια εφαρμόστηκε ο αποτελεσματικός τύπος βαθμονόμησης LST = SDS (data inuint16) * 0,02 (1) για την εκτίμηση της θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου.

• Προϊόν MODIS Snow Cover (SCA)

Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της έκτασης της χιονοκάλυψης στην περιοχή μελέτης με την βοήθεια της προσέγγισης Normalized Difference Snow Index (NDSI). Οι κατηγορίες λήφθηκαν την περίοδο 2000-2020 για να εξεταστεί η Περιοχή Χιονόκάλυψης (SCA). Η προσέγγιση NDSI χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη των διαφορετικών φασματικών υπογραφών χιονιού χρησιμοποιώντας τις ζώνες μήκους κύματος με βάση το υπέρυθρο βραχέων κυμάτων (SWIR) με βάση το πράσινο (0,545–0,565 μm) και το εγγύς υπέρυθρο (1,628–1,652 μm) για να προκύψει το NDSI χρησιμοποιώντας την ακόλουθη σχέση: NDSI = Green – SWIR/ GREEN + SWIR (2)

• Δεδομένα Sentinel – 1A

Τα δεδομένα Sentinel-1A για διάστημα 12 ημερών ελήφθησαν από τον ιστότοπο της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) για το έτος 2017 και χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της ταχύτητας ροής παγετώνα-πάγου. Εφαρμόστηκε η χωρική ανάλυση ASTER DEM 30μ για γεωκωδικοποίηση και συν-καταχώριση. Ολόκληρη η επεξεργασία εκτελέστηκε σε λογισμικό Sentinel Application Platform (SNAP).

2.Συλλογή δεδομένων πεδίου

Οι επιτόπιες έρευνες πραγματοποιήθηκαν για την επικύρωση της θέσης του ρύγχους και για την επιβεβαίωση των αποτυπωμάτων υποχώρησης του παγετώνα. Τα σημεία ελέγχου εδάφους GSP συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας την συσκευή GPS-N72. Η επιτόπια μελέτη διεξήχθη στη θέση μεταξύ γεωγραφικού πλάτους 30°43′47″ έως 30°43′28″ Β και γεωγραφικού μήκους 79°11′53″ έως 79°29′30″ Α με το υψόμετρο να καταγράφεται από 3807 έως 3834μ και μέση ακρίβεια 7,6μ. Κατά τη διάρκεια της επιτόπιας έρευνας, καταγράφηκαν επίσης φωτογραφικά στοιχεία από το έδαφος για το ρύγχος του παγετώνα.

Αποτελέσματα

1.Χωρική μεταβλητότητα των κλιματικών μεταβλητών (LST και SCA) στη λεκάνη

Στην εικόνα 2 φαίνεται η μεταβλητότητα στις περιοχές κάλυψης χιονιού (SCA) σε διάστημα 20 χρόνων (2001 – 2020).Για να εκτιμηθεί η ετήσια διακύμανση του LST και ο αντίκτυπός της στη διακύμανση της χιονοκάλυψης στην περιοχή μελέτης μεταξύ υψομέτρων 3000–7000μ πάνω από τη στάθμη της θάλασσας η λεκάνη έχει κατηγοριοποιηθεί σε πέντε ζώνες. Το μέσο μηνιαίο LST υπολογίστηκε από τα διαθέσιμα δορυφορικά δεδομένα για κάθε ζώνη. Στην παρούσα μελέτη, ο μέσος όρος LST έχει υπολογιστεί για δύο εποχές, πρώτα την περίοδο κατάλυσης (Ιανουάριος-Απρίλιος) όταν υπάρχει κάλυψη χιονιού στην επιφάνεια και τη δεύτερη περίοδος χωρίς χιόνι. Και στις πέντε ζώνες, διαπιστώθηκε αυξητική τάση της θερμοκρασίας κατά την περίοδο κατάλυσης και η επίδρασή της καταγράφηκε και παρουσιάστηκε ως πτωτική τάση της χιονοκάλυψης κατά τους ίδιους μήνες. Η γραμμική τάση στα γραφήματα έχει δειχθεί από το προϊόν θερμοκρασίας επιφάνειας γης MOD11A2. Τα αποτελέσματα δείχνουν την πιθανή επίδραση της αυξημένης θερμοκρασίας στη χιονοκάλυψη, ιδιαίτερα στις ορεινές περιοχές με χαμηλό υψόμετρο. Οι χάρτες που προέρχονται από το MODIS LST υποδηλώνουν ότι η θερμοκρασία αυξάνεται σταδιακά στις χαμηλότερες Ζώνες 2 και 3 κατά τη διάρκεια του Ιανουαρίου για την περίοδο 2004 έως 2015 και παρόμοιες αυξητικές τάσεις παρατηρούνται για τους άλλους μήνες που μελετήθηκαν (Φεβρουάριος έως Απρίλιος) κατά τη διάρκεια των ετών 2001, 2002, 2004, 2009, 2016 και 2020). Το διάγραμμα του Πίνακα 1 προέκυψε από το Εργαλείο Αξιολόγησης Εδάφους και Νερού (SWAT) που προέκυψε από τη θερμοκρασία του αέρα και έδειξε επίσης τις αυξητικές τάσεις της θερμοκρασίας για τους μελετηθέντες μήνες Απρίλιο έως Αύγουστο κατά την περίοδο 2010–2013. Η χιονοκάλυψη εξακολουθεί να υπάρχει στις χαμηλότερες περιοχές (Ζώνες 2-3) καθώς η βροχόπτωση επιταχύνεται συνεχώς ο σχηματισμός και η εξάχνωση του χιονιού.

2.Ανάλυση ταχύτητας χιονιού

Προκειμένου να κατανοήσουμε την υποχώρηση του παγετώνα και τη βασική κίνηση του προσδιορίσαμε την εξέλιξη της ταχύτητας του παγετώνα και το στάδιο της οριακής λίμνης στους παγετώνες SPG και BKG της λεκάνης Alaknanda, κατά τις μεταβάσεις χειμώνα-άνοιξη-καλοκαίρι. Οι χάρτες επιφανειακής ταχύτητας της περιοχής μελέτης δημιουργήθηκαν από εικόνες Sentinal-1A για τις διαφορετικές εποχές κατά τη διάρκεια του έτους 2017. Δημιουργήθηκαν 4 προφίλ για την εκτίμηση των χαρτών ταχύτητας της επιφάνειας του παγετώνα με τα αποτελέσματα να δείχνουν ότι η ταχύτητα ροής του πάγου του παγετώνα είναι 0,117 md−1 τον Ιανουάριο του 2007, 0,146 md−1 τον Μάρτιο-Απρίλιο, 0,108 md−1 τον Αύγουστο και 0,165 md−1 τους μήνες Σεπτέμβριο-Οκτώβριο. Η μέγιστη μετατόπιση στην ταχύτητα του χιονιού βρίσκεται στις περιοχές της υψηλότερης κλίσης και η μέγιστη ταχύτητα είναι 0,165 md−1 σε μια υψηλότερη ζώνη συσσώρευσης και η ελάχιστη ταχύτητα είναι 0,038 md−1 προς το ρύγχος παρατηρείται.

3.Ανάλυση αποτυπώματος υποχώρησης παγετώνα

Τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά δημιουργήθηκαν με σημαντικά στοιχεία πεδίου και δορυφορικά δεδομένα. Για την οριοθέτηση της ιστορικής έκτασης του παγετώνα χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα CORONA KH4A (21-10-1968) καθώς και δορυφορικές εικόνες δύο χρονικών πλαισίων Resourcesat-2 (LISS-IV) των (30-10-2013) και (27-10-2017) του SPG και του BKG. Η επιτόπια επαλήθευση των αποτυπωμάτων του παγετώνα που υποχωρεί προσδιορίστηκε επίσης μέσω φωτογραφιών κάμερας της περιοχής μελέτης που τραβήχτηκαν κατά την επίσκεψη πεδίου το έτος 2016. Το μέτωπο του SPG υποχώρησε γρηγορότερα από το BKG, λόγω των ποτάμιων δράσεων του ρέματος Bandhara και της συμβολής του με το λιωμένο νερό των παγετώνων. Όπως παρατηρήθηκε στο πεδίο και μέσω δορυφορικών δεδομένων, το ποσοστό ύφεσης του SPG είναι υψηλότερο από το BKG που συγκρίνεται με το ρύγχος του SPG και του παγετώνα BKG το έτος 1968 και είναι σαφώς ορατό στα δεδομένα CORONA. Διαπιστώθηκε ότι το τέρμα SPG και BKG απέχει πολύ από την προηγούμενη θέση τους και ο ποταμός Alaknanda αποχετεύεται μέσω της κοιλάδας των αποπαγετώνων. Ο προσδιορισμός της θέσης του ρύγχους (τρέχουσα και προηγούμενη) υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τεχνικές τηλεπισκόπησης και GIS εξάγοντας το υψόμετρο από το σημείο GPS. Οι κύριες γεωμορφές που υπάρχουν σε αυτή την περιοχή είναι παγετώδους προέλευσης, ενώ ορισμένες από τις γεωμορφές δομικών χαρακτηριστικών εδάφους ποτάμιας προέλευσης εκτίθενται στην επιφάνεια. Όπως αξιολογήθηκε η έκταση των SPG και BKG υπολογίστηκε σε 14,18 τ.χλμ. και 19,05 τ.χλμ. αντίστοιχα, κατά το έτος 1968 που παρουσιάζει σημαντική ύφεση σε σύγκριση με τα δεδομένα του έτους 2017 και η συνολική μείωση του μήκους των SPG και BKG βρέθηκε να είναι 2,43 χλμ. και 0,85 χλμ. αντίστοιχα. Η συνολική αλλαγή στο SPG υποχωρεί κατά 23,5μ με μέση υποχώρηση 8,45 μ/έτος, ενώ η θέση του ρύγχους BKG παρατηρείται ότι είναι 18,2 μ με μέση υποχώρηση 4,0 μ/έτος. Το αποτέλεσμα δείχνει ότι η μετατόπιση στη θέση του ρύγχους του παγετώνα SPG και BKG κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ήταν στη συνέχεια στην υψηλή δεξιά θέση του SPG λόγω της ποτάμιας δράσης του ρεύματος Bandhara που ενώνει το κανάλι λιωμένου νερού του παγετώνα (Nainwal et al., 2008).

Συμπεράσματα

Τα ίχνη υποχώρησης του παγετώνα και οι επικίνδυνες ζώνες προσδιορίζονται στο πλαίσιο των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στην κεντρική περιοχή των Ιμαλαίων. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους που προέρχεται από το MOD11A2 και ο αντίκτυπός της στη διακύμανση της κάλυψης του χιονιού κατά την περίοδο 2000-2020 δείχνει σημαντική τάση θέρμανσης, καθώς και σημαντική αρνητική τάση στην περιοχή κάλυψης χιονιού κατά τη διάρκεια αυτών των εποχών, η οποία επίσης εντοπίστηκε κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Η χρονική διακύμανση των κλιματικών παραμέτρων (δηλαδή της θερμοκρασίας) στη λεκάνη έχει δείξει αυξημένες τάσεις και υπάρχει πιθανός αντίκτυπος σε χιονισμένες περιοχές στην περιοχή υψομέτρου 3200–5600 μ πάνω από τη στάθμη της θάλασσας. Τέτοιες συνθήκες με μεγάλες κλιματικές διακυμάνσεις αυξάνουν τον σοβαρό κίνδυνο χιονοστιβάδων, την ένταση των πλημμυρών και άλλα περιβαλλοντικά προβλήματα στην περιοχή με χαμηλό υψόμετρο.