Αλλαγή κάλυψης γης στα βουνά του Καυκάσου από το 1987 με βάση την τοπογραφική διόρθωση πολλών χρονικών σύνθετων Landsat

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425720303370

Το άρθρο αφορά την αλλαγή χρήσης γης στις ορεινές περιοχές του Καυκάσου και έχει τίτλο: Land-cover change in the Caucasus Mountains since 1987 based on the topographic correction of multi-temporal Landsat composites. Γράφτηκε από τους Johanna Buchner, He Yin, David Frantz, Tobias Kuemmerle, Elshad Askerov, Tamar Bakuradze, Benjamin Bleyhl, Nodar Elizbarashvili, Anna Komarova, Katarzyna E. Lewińska, Afag Rizayeva, Hovik Sayadyan, Bin Tan, Garegin Tepanosyan, Nugzar Zazanashvili, Volker C. Radelof το 2020. Η τοποθεσία της μελέτης επικεντρώνεται στη Γεωργία, την Αρμενία και το Αζερμπαϊτζάν, στο το νότο (Νότιος Καύκασος) και τμήματα της Ρωσικής Ομοσπονδίας στο βορά (Βόρειος Καύκασος), με συνολική έκταση 455.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Επεξεργάστηκαν 12.651 εικόνες L1T Landsat TM / ETM + / OLI από το αρχείο United States Geological Survey (USGS) που αποκτήθηκε μεταξύ 1985 και 2016, όλες οι διαθέσιμες εικόνες έχουν κάλυψη νέφους μικρότερη του 70%. Οι εικόνες επεξεργάστηκαν με το λογισμικό παρακολούθησης Framework for Operational Radiometric Correction for Environmental (FORCE). Το FORCE βασίζεται στη θεωρία μεταφοράς ακτινοβολίας και περιλαμβάνει τόσο την ατμοσφαιρική όσο και την τοπογραφική διόρθωση και ανακλαστικότητα. Όλες οι εικόνες προβάλλονταν σε Lambert Azimuthal Equal Area. Το FORCE χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό σύνθετων με βάση pixel για έξι έτη στόχους (1987, 1995, 2000, 2005, 2010, 2015, συμπεριλαμβανομένου του +/− 1 έτους για το 1995, επειδή αναμένονταν οι περισσότερες αλλαγές κατά αυτή την μεταβατική περίοδο, και +/− 2 χρόνια για τους άλλους). Επίσης αναλύθηκε η πολυετή χρονική τάση σε ορισμένες χρονολογίες, επειδή η διαθεσιμότητα εικόνων χωρίς σύννεφα από το 1987 έως το 1995 ήταν πολύ περιορισμένη για ετήσιες αναλύσεις. Ενσωματώθηκαν στην μελέτη και η φαινολογία της επιφάνειας του εδάφους στη διαδικασία σύνθεσης λαμβάνουν υπόψη τις φαινολογικές διαφορές που σχετίζονται τόσο με την κλιματική μεταβλητότητα όσο και με την τοπογραφική πολυπλοκότητα. Χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος ανάλυσης Spline of Time Series (SpliTS) για τον υπολογισμό της φαινολογίας της επιφάνειας του εδάφους. Το SpliTS προέρχεται από φαινολογικές και φυσικές παραμέτρους (π.χ. αρχή και τέλος της καλλιεργητικής περιόδου και μια χρονική σειρά ενισχυμένου δείκτη βλάστησης (EVI). Για Landsat 8 ο EVI = 2.5 * ((Band 5 – Band 4) / (Band 5 + 6 * Band 4 – 7.5 * Band 2 + 1)). Επιλέχθηκαν τα στάδια βλάστησης τα οποία είναι η έναρξη της σεζόν (SOS), η οποία είναι η χρονική στιγμή του έτος που ξεκινά η ανάπτυξη της βλάστησης, η αιχμή της σεζόν (POS), που είναι συγχρονισμός της μέγιστης αύξησης της βλάστησης και του τέλους της σεζόν (EOS), η οποία είναι ο χρόνος που συμβαίνει η γήρανση της βλάστησης. Οι καλύψεις γης ταξινομήθηκαν σε 10 κατηγορίες κάλυψης γης δηλαδή κωνοφόρα δάση, μικτά δάση, φυλλοβόλα δάση, άγονα εδάφη, καλλιεργήσιμες εκτάσεις, κατοικημένες περιοχές, υγρότοποι, νερό και χιόνι και πάγος. Για να ληφθούν εκπαιδευτικά δείγματα για όλες τις τάξεις, ψηφιοποιήθηκαν πολύγωνα σε περιοχές που ήταν ομοιογενείς και σταθερές με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με εικόνες ανάλυσης στο Google Earth, επιτόπιες επισκέψεις και το Climate Engine. Τα κωνοφόρα και φυλλοβόλα δάση καλύπτουν μεγάλο μέρος της περιοχής μελέτης. Χρησιμοποιήθηκαν το πακέτο R ′ C5.0 ′ για όλες τις ταξινομήσεις. Το ′ C5.0 ′ είναι ένας ταξινομητής δέντρων αποφάσεων που αποτελείται από μια συλλογή ταξινομημένων δέντρων που μπορεί να λείπουν και να διατηρήθηκαν pixel με τιμές που λείπουν στα εποχιακά σύνθετα χρησιμοποιώντας τιμές από τις υπάρχουσες φασματικές-χρονικές μετρήσεις. Για την εκτίμηση αλλαγής καλλιεργήσιμης γης, διατηρήθηκαν δύο κατηγορίες, «καλλιεργήσιμες εκτάσεις» και «μη καλλιεργήσιμο έδαφος». Για την αξιολόγηση των δασικών αλλαγών, συγκεντρώθηκαν τα δάση κωνοφόρων, μικτών και φυλλοβόλων σε «δάσος» και οι υπόλοιπες τάξεις σε «μη δάσος». Εφαρμόστηκε μια σύγκριση μετά την ταξινόμηση με βάση τους χάρτες ταξινόμησης για τις 5 βασικές χρονικές περιόδους (1987, 1995, 2000, 2005και 2010) Δεν πραγματοποιήθηκαν ταξινομήσεις αλλαγών απευθείας, επειδή οι αλλαγές ήταν γενικά σπάνιες, καθιστώντας ανέφικτο να συλλεχθούν επαρκή δείγματα εκπαίδευσης για καθένα από αυτά. Σαν αποτέλεσμα της μελέτης η συνολική έκταση των καλλιεργήσιμων εκτάσεων μειώθηκε και στις τέσσερις χώρες με βάση το 1987 Ο Βόρειος Καύκασος είχε το λιγότερο ποσό της απώλειας καλλιεργήσιμων εκτάσεων (-6%). Η Γεωργία είχε τη μεγαλύτερη απώλεια καλλιεργήσιμων εκτάσεων (−31%). Η Αρμενία είχε υψηλή απώλεια καλλιεργήσιμων εκτάσεων το 2000 (−17%), ακολουθούμενη από μια άμεση αύξηση το 2005. Η Αρμενία ήταν η μόνη χώρα όπου αυξήθηκε η καλλιεργήσιμη έκτασή της κατά 2% το 2010 σε σύγκριση με το 1987. Το Αζερμπαϊτζάν είχε απώλεια καλλιεργήσιμων εκτάσεων από το 1987 έως το 2005 (−30%), με αύξηση το 2010 και πάλι μειώθηκε το 2015. Η απώλεια οφείλεται κυρίως στη μετατροπή των καλλιεργήσιμων εκτάσεων σε βοσκοτόπους και περιστασιακά λόγω της μετατροπής σε δάσος. Η αύξηση των καλλιεργήσιμων εκτάσεων οφειλόταν κυρίως στη μετατροπή των λιβαδιών σε καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Ο Βόρειος Καύκασος είχε τη μεγαλύτερη έκταση σταθερών καλλιεργήσιμων εκτάσεων το 39% της συνολικής καλλιεργήσιμης έκτασης καλλιεργήθηκε συνεχώς από το 1987 έως το 2015. Αντίθετα, στη Γεωργία, την Αρμενία και το Αζερμπαϊτζάν, μόνο το 7%, το 9% και το 10% αντίστοιχα της συνολικής έκτασης καλλιεργήθηκε αδιάλειπτα έως το 2015. Βρέθηκαν πολύ λιγότερες αλλαγές δασών από τις αλλαγές των καλλιεργήσιμων εκτάσεων. Συνολικά, τα δάση αυξήθηκαν κατά την περίοδο μελέτης. Η μεγαλύτερη δασική αύξηση σημειώθηκε κατά μήκος των δασικών άκρων και των εγκαταλελειμμένων καλλιεργήσιμων εκτάσεων και ήταν λόγω της μετατροπής των άγονων, βοσκοτόπων και καλλιεργήσιμων εκτάσεων σε δάσος. Η δασική έκταση αυξήθηκε στον Βόρειο Καύκασο (6%), την Αρμενία (8%), και τη Γεωργία (6%) από το 1987 έως το 2015 και μόνο το Αζερμπαϊτζάν γνώρισε μείωση σε σύγκριση με το 1987 (−4%). Το υψηλότερο ποσοστό απώλειας δασών (-6%) σημειώθηκαν στο Αζερμπαϊτζάν από το 2000 έως το 2005.