Ανίχνευση αλλαγών στη χρήση και στην κάλυψη γης και πρόβλεψη στην περιοχή Κατμαντού του Νεπάλ με τη χρήση τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ.
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Land Use and Land Cover Change Detection and Prediction in the Kathmandu District of Nepal Using Remote Sensing and GIS.
Συγγραφείς: Sonam Wangyel Wang 1, Belay Manjur Gebru 2 , Munkhnasan Lamchin 2, Rijan Bhakta Kayastha 3 and Woo-Kyun Lee 2
1 Ojeong Eco-Resilience Institute (OJERI), Division of Environmental Science and Ecological Engineering, College of Life Sciences, Korea University, Seoul 02841, Korea
2 Division of Environmental Science and Ecological Engineering, College of Life Sciences, Korea University, Seoul 02841, Korea
3 Department of Environmental Science and Engineering, Kathmandu University, Dhulikhel 6250, Nepal
Δημοσιεύθηκε: Sustainability, 11 Μαΐου 2020
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [[1]]
Λέξεις-κλειδιά: Κατμαντού, χρήσεις/καλύψεις (Χ/Κ) γης, αστικοποίηση, τηλεπισκόπηση
Εισαγωγή
Η αλλαγή του τοπίου είναι ένας από τους σημαντικότερους δείκτες για την για την κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ ανθρώπου και περιβάλλοντος. Η τηλεπισκόπηση σε συνδυασμό με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφορικής (ΓΣΠ) έχει αποδειχθεί ότι παρέχει επιστημονικά αξιόπιστα αποτελέσματα που έχουν βοηθήσει τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων και τους σχεδιαστές να προωθήσουν τη βιώσιμη ανάπτυξη, ιδίως σε ταχεία αναπτυσσόμενα αστικά περιβάλλοντα. Η ανάλυση γεωχωρικών μοντέλων που βρίσκεται στην καρδιά αυτών των τεχνικών, επιχειρεί να ανιχνεύσει πού συνέβησαν ή θα συμβούν δυνητικά οι αλλαγές. Η ανίχνευση και η πρόβλεψη των αλλαγών στις Χ/Κ γης έχει καταστεί σημαντικός παράγοντας στη μοντελοποίηση αγροτικών και αστικών σχεδίων. Γεωγραφικά, το Νεπάλ είναι μια μικρή αναπτυσσόμενη χώρα που βρίσκεται στα ανατολικά Ιμαλάϊα μεταξύ της Ινδίας και της Κίνας. Το τοπίο στο Νεπάλ αλλάζει γρήγορα λόγω της αποψίλωσης των δασών και της ταχείας αστικοποίησης. Η δασική και η παγετώδης κάλυψη έχουν μειωθεί με την αύξηση των καλλιεργειών γης και των δομημένων περιοχών. Παρόμοια ευρήματα υπογραμμίζουν τις πρωτοφανείς αλλαγές Χ/Κ γης και τα τελευταία 30 χρόνια, ιδίως στους αστικούς πυρήνες, συμπεριλαμβανομένου του Κατμαντού. Το Κατμαντού είναι το χωνευτήρι της κοινωνικοοικονομικής ανάπτυξης του Νεπάλ με πληθυσμό πάνω από 1.423.515 ανθρώπους οι οποίοι προβλέπεται να διπλασιαστούν μέχρι το 2030. Για να καλυφθεί αυτό το υπάρχον κενό, η παρούσα μελέτη επιχειρεί να ανιχνεύσει και να προβλέψει τις αλλαγές Χ/Κ γης στην περιοχή με τη χρήση τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ.
Μεθοδολογία
Τα βασικά βήματα της διαδικασίας περιλαμβάνουν: (ii) ταξινόμηση των X/K γης για το 1990 και το 2010, και (iii) πρόβλεψη της χρήσης γης και της ταξινόμησης γης το 2030 με τη χρήση του μοντέλου CA-Markov. Συλλέχθηκαν χωρικά δεδομένα και κοινωνικοοικονομικά δεδομένα για την αξιολόγηση των Χ/Κ γης. Landsat-5 Thematic Mapper (TM) και Landsat-8 Operational Land Imager (OLI) εικόνες με ανάλυση 30 m αποκτήθηκαν για τα έτη 1990 (28/01/1990: path/row: 141/41) και 2010 (01/13/2010: path/row: 141/41). Έγινε τοπογραφική διόρθωση (ATCOR3) στο ERDAS Imagine για την αφαίρεση της θολούρας, του ατμοσφαιρικού θορύβου και την επιφανειακή αντανάκλαση. Αυτές οι δύο χρονικές περίοδοι αντιστοιχούν σε βαθιές κοινωνικοπολιτικές αλλαγές στο Νεπάλ που συνδέθηκαν με αλλαγές πολιτικής, συμπεριλαμβανομένων των δικαιωμάτων γης. Άλλα γεωχωρικά δεδομένα που συλλέχθηκαν από τις υπηρεσίες της πόλης περιλαμβάνουν το ψηφιακό μοντέλο υψομέτρου (DEM) και τα δεδομένα υποδομών. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε έρευνα πεδίου για την συλλογή των κοινωνικοοικονομικών δεδομένων. Τόσο επιβλεπόμενες όσο και μη επιβλεπόμενες ταξινομήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των τύπων Χ/Κ γης. Χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση της υπερ-ομαδοποίησης, καθώς ο ακριβής αριθμός των φασματικών κλάσεων στα δεδομένα ήταν άγνωστος. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το google earth και άλλους χάρτες Χ/Κ γης, για να προσδιοριστούν επτά ομάδες Χ/Κ γης: δάση, θαμνώδεις εκτάσεις, βοσκότοποι, γεωργική γη, άγονες εκτάσεις, υδάτινα σώματα και δομημένη περιοχή. Οι υπογραφές θεωρήθηκαν ικανοποιητικές όταν η σύγχυση μεταξύ των χρήσεων γης ήταν ελάχιστη. Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση έγινε με τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας. Η επικύρωση της ακρίβειας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του πίνακα σφαλμάτων και του δείκτη kappa καθώς και με σύγκριση με εικόνες υψηλής ανάλυσης από το google earth, αλλά και με έρευνα πεδίου.
Ένα από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα εργαλεία και τεχνικές μοντελοποίησης, τον εντοπισμό και την πρόβλεψη αλλαγών στις Χ/Κ γης είναι το μοντέλο CA-Markov. Το μοντέλο αυτό ενσωματώνει τα κυψελοειδή αυτόματα (cellular automata: CA) και την αλυσίδα Markov για την πρόβλεψη της δυναμικής και των χαρακτηριστικών της αλλαγής Χ/Κ γης με την πάροδο του χρόνου. Το μοντέλο της αλυσίδας Markov ορίζει τη μετάβαση της χρήσης γης και της κάλυψης γης από μια χρονική στιγμή (t1) στην επόμενη (t2) για να προβλέψει τη μελλοντική αλλαγή σε μια χρόνο. Ποσοτικοποιήθηκε η έκταση και το μέγεθος των Χ/Κ γης, του ρυθμού αλλαγής και των τροποποιημένων πινάκων ανίχνευσης για κάθε Χ/Κ γης μεταξύ του 1990 και του 2010. Ως βάση χρησιμοποιήθηκε η εικόνα χρήσης γης και κάλυψης γης του 1990 της περιφέρειας Kathmandu (t1) ενώ ο χάρτης Χ/Κ γης του 2010 ως η μεταγενέστερη εικόνα (t2) στο μοντέλο Markov για να προκύψει ο πίνακας μετάβασης μεταξύ 1990 και 2010 για την πρόβλεψη των τύπων χρήσης γης και κάλυψης γης το 2030 [Εικόνα 1].
Αποτελέσματα
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της δοκιμής ακρίβειας ταξινόμησης, οι στατιστικές Kappa για τα έτη 1990, 2010 και 2030 ήταν 77%, 74%, 73%, αντίστοιχα. Αυτές οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι οι ακρίβειες ταξινόμησης είχαν σημαντική συμφωνία. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της εικόνας του 1990 (Σχήμα 2) δείχνουν ότι η δασική κάλυψη και η γεωργική γη κυριαρχούν στο τοπίο, με 186 km2 (42,44%) και 183 km2 (41,73%), αντίστοιχα. Η δασική κάλυψη περιορίζεται στα υψηλότερα υψόμετρα, οι γεωργικές εκμεταλλεύσεις εντοπίζονται κυρίως μεταξύ του αστικού πυρήνα και του δάσους, οι δομημένες περιοχές βρίσκονται προς το νότιο τμήμα της περιφέρειας, το οποίο είναι το πιο επίπεδο. Υπάρχει πολύ λίγη βλάστηση και γεωργικές εκμεταλλεύσεις σε αυτή την περιοχή που σημαίνει μειωμένη βιοποικιλότητα. Βοσκότοποι, θαμνώδεις εκτάσεις, υδάτινα σώματα και άγονες εκτάσεις αποτελούν τις υπόλοιπες Χ/Κ γης.
Τα ευρήματα από το έτος 2010 δείχνουν σημαντική αύξηση του δομημένου περιβάλλοντος, ακολουθούμενη από μια μικρή αύξηση των χορτολιβαδικών εκτάσεων. Οι υπόλοιπες κατηγορίες κάλυψης γης μειώθηκαν σημαντικά. Παρατηρείται μείωση των δασικών περιοχών (9,28%) και των γεωργικών εκμεταλλεύσεων (9,80%). Μεγαλύτερη μείωση παρατηρείται στις εκτάσεις με θαμνώδη βλάστηση (98%) και στο υδάτινο περιβάλλον (77%). Τέλος αυξητική τάση εμφανίζεται πέραν του δομημένου περιβάλλοντος (52,47%) και στις χορτολιβαδικές εκτάσεις (62,36%) [Εικόνα 2]. Αξίζει να σημειωθεί πως περιοχές οικισμών υπερδιπλασιάστηκαν μεταξύ του 2000 και του 2018. Η αστική περιοχή επεκτάθηκε κατά 450% μεταξύ 1970 και 2000, ενώ οι περιοχές οικισμών υπερδιπλασιάστηκαν μεταξύ του 2000 και του 2018.
Η πρόβλεψη αλλαγών Χ/Κ γης σύμφωνα με το μοντέλο CA-Markov, παρατίθεται στον χάρτη της Εικόνας 3.
Συμπεράσματα
Τα ποσοτικά στοιχεία δείχνουν ότι η περιοχή του Κατμαντού έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές στις Χ/Κ γης από το 1990. Οι δασικές και γεωργικές εκτάσεις ακολουθούμενες από το δομημένο περιβάλλον κυριάρχησαν στην κάλυψη της περιοχής μελέτης κατά την περίοδο από το 1990 έως το 2010, ενώ σημαντική ήταν η μείωση του υδάτινου στοιχείου και των εκτάσεων θαμνώδους βλάστησης. Οι προβλέψεις σύμφωνα με το μοντέλο CA-Markov, δείχνουν μείωση νερού, τροφίμων και ενέργειας και κατ’ επέκταση προβλήματα στην υγεία των οικοσυστημάτων για την περιοχή μελέτης. Η ταχεία αστικοποίηση, σε συνδυασμό με την έλλειψη κατάλληλου σχεδιασμού και την υψηλή μετανάστευση από την ύπαιθρο προς τις πόλεις, είναι η βασική κινητήρια δύναμη αυτών των αλλαγών. Ο ρυθμός αυτών των αλλαγών επιταχύνθηκε μετά το 2006, λόγω της ταχείας αστικοποίησης μετά τον εμφύλιο πόλεμο, που σε συνδυασμό με την έλλειψη αυστηρών πολιτικών έφεραν τα παραπάνω αποτελέσματα. Η αντικειμενική αξιολόγηση των αλλαγών στις Χ/Κ γης με τη χρήση των ΓΣΠ και της τηλεπισκόπησης μπορεί να παράσχει κρίσιμες πληροφορίες που μπορούν να βοηθήσουν στην εκπόνηση αναπτυξιακών σχεδίων με πιο βιώσιμο τρόπο.
