Εξέλιξη της κατάστασης υγείας της βλάστησης του τοπίου σε ένα τροπικής παράκτιας λιμνοθάλασσας:..

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Evolution of the Landscape's Vegetation Health Condition in a Tropical Coastal Lagoon: A Remote Sensing Study in the Case of Northern Colombia

Συγγραφείς: Eva Jaramillo, Ivan Portnoy,*, Ana C Torregroza-Espinosa, Paola Larios-Giraldo

Πηγή:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050923022573

Περίληψη

Η μελέτη εστιάζεται στην ανάλυση της υγείας της βλάστησης στην παράκτια λιμνοθάλασσα Ciénaga de Mallorquín στη Βόρεια Κολομβία, χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες από την αποστολή Landsat 8 και προηγμένες τεχνικές ανάλυσης δεδομένων. Το κλειδί της μελέτης είναι ο κανονικοποιημένος δείκτης διαφοράς βλάστησης (NDVI), ο οποίος μετρά τη βιομάζα και την υγεία της βλάστησης. Τα αποτελέσματα δείχνουν μια σημαντική μείωση των τιμών NDVI μεταξύ του 2013 και του 2018, αλλά και μια φάση ανάκαμψης μεταξύ 2018 και 2022. Ωστόσο, οι τιμές NDVI του 2022 παραμένουν χαμηλότερες από εκείνες του 2013, υποδεικνύοντας την ανάγκη συνεχούς διατήρησης του οικοσυστήματος. Η μελέτη αποδεικνύει την αξία της τηλεπισκόπησης ως εργαλείο για την παρακολούθηση και τη διαχείριση αειφορικών πρακτικών σε τροπικά παράκτια οικοσυστήματα.

1. Εισαγωγή

Επικεντρώνοντας στην ανάλυση της υγείας της βλάστησης σε τροπικές παράκτιες λιμνοθάλασσες, με έμφαση στην ανάγκη για αποτελεσματική διατήρηση και διαχείριση τους γίνεται κατανοητό ότι η δυναμική αυτών των οικοσυστημάτων είναι κρίσιμη, ενώ η τηλεπισκόπηση παρέχει ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της βλάστησης και την ανίχνευση αλλαγών. Η έρευνα εστιάζει σε μια παράκτια λιμνοθάλασσα στη Βόρεια Κολομβία και αναδεικνύει τη σημασία της διατήρησης της υγείας της βλάστησης σε αυτό το περιβάλλον, παρά τις πιέσεις που ασκούνται από την ανθρώπινη δραστηριότητα και την κλιματική αλλαγή.

2. Μέθοδοι

Στην παρούσα ενότητα παρέχεται λεπτομερής περιγραφή της περιοχής και του χρονικού πλαισίου της μελέτης (υποενότητα 2.1), της συλλογής δεδομένων διαδικασία (υποτμήμα 2.2), καθώς και η ανάλυση των δεδομένων που πραγματοποιήθηκε (υποτμήμα 2.3).

2.1. Περιοχή και χρονικό πλαίσιο της μελέτης

Η Ciénaga de Mallorquín είναι η μόνη παράκτια λιμνοθάλασσα με εκβολές ποταμών στη βόρεια Κολομβία (βλ. Εικόνα 1) και παγκοσμίως σημαντική ως μέρος της περιοχής Ραμσάρ του συστήματος εκβολών του δέλτα του ποταμού Μαγδαλένα, Ciénaga Grande de Santa Marta (η δεύτερη μεγαλύτερη στην Κολομβία με 400.000 εκτάρια).

Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης

Η Ciénaga de Mallorquín αποτελεί ένα ρηχό υδάτινο σώμα με πλημμυρικές εκτάσεις, αμμώδεις περιοχές και μαγγρόβια. Η περιοχή μελέτης περικλείεται σε ένα πολύγωνο με συγκεκριμένες γεωγραφικές συντεταγμένες. Οι κοινότητες που ζουν εκεί χρησιμοποιούν τη λιμνοθάλασσα για την προμήθεια νερού, την αλιεία και τη μεταφορά. Αυτό το υδάτινο σώμα αποτελεί σημαντικό οικονομικό και τουριστικό πόρο για τους κατοίκους, που βασίζουν το εισόδημά τους σε αυτό. Ωστόσο, η μόλυνση με βαρέα μέταλλα από μια χωματερή στη γειτονιά Las Flores και η ανακατεύθυνση χειμάρρων προς τη λιμνοθάλασσα αποτελούν προβλήματα. Η περιοχή παρακολουθήθηκε για την περίοδο 2013-2022 με τον μέσο όρο των δεδομένων ανά εξάμηνο να ανακτάται για την περαιτέρω ανάλυση.

2.2. Συλλογή δεδομένων

Η μελέτη χρησιμοποίησε δορυφορικές εικόνες από το Landsat 8 Collection 2 Tier 1 TOA Reflectance dataset της NASA για να ανακτήσει δεδομένα για την περιοχή της Ciénaga de Mallorquín. Χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα Google Earth Engine, ανακτήθηκαν δεδομένα για το πρώτο και το δεύτερο εξάμηνο των ετών 2013, 2018 και 2022 με ανάλυση 20 μέτρων και απορρίφθηκαν εικόνες με περισσότερο από 50% συννεφοκάλυψη. Με βάση αυτά τα δεδομένα, υπολογίστηκε ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης (NDVI) για τις φασματικές ζώνες NIR και κόκκινη. Συνδυάζοντας τις εικόνες για κάθε εξάμηνο, παρήχθη μία ενιαία εικόνα NDVI.

2.3 Ανάλυση δεδομένων

Για την ανάλυση των δεδομένων NDVI, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό R version 4.3.0, με τον πηγαίο κώδικα να είναι διαθέσιμος στο GitHub. Μετά τη συλλογή και δημιουργία των εικόνων NDVI ανά εξάμηνο, χρησιμοποιήθηκε το πακέτο R raster για την απεικόνισή τους, με τη χρήση παλέτας από κόκκινο σε πράσινο για ευκολότερη ερμηνεία των τιμών NDVI. Το πακέτο R tiff χρησιμοποιήθηκε για την πρόσβαση στις τιμές NDVI pixel-wise. Έγινε υπολογισμός των μέσων τιμών NDVI για κάθε εικόνα και απεικονίστηκαν σε γραφική παράσταση NDVI-vs-time για περαιτέρω ανάλυση. Η σύγκριση των μέσων τιμών NDVI ανά εξάμηνο πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας δύο μετρικές. Πρώτον, χρησιμοποιήθηκε ο Δείκτης Παρόμοιας Δομής (SSIM), με τη βοήθεια του πακέτου R SpatialPack, και δεύτερον χρησιμοποιήθηκε η μέση διαφορά pixel-wise, η οποία ποσοτικοποιεί την αλλαγή μεταξύ των μέσων τιμών NDVI για κάθε περίοδο. Για την αξιολόγηση της σημαντικότητας της μέσης διαφοράς pixel-wise, εφαρμόστηκε μια διαδικασία bootstrapping.

3. Αποτελέσματα και συζήτηση

Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τις εικόνες NDVI ανά εξάμηνο, επιτρέποντας μια ποιοτική αντίθεση των μοτίβων NDVI. Παρατηρούνται διαφορές που υποδεικνύουν μείωση και αύξηση των τιμών NDVI κατά τη δεκαετή περίοδο παρατήρησης. Ωστόσο, απαιτείται μια ποσοτική ανάλυση για να μετρηθεί η έκταση αυτών των αλλαγών.

Εικόνα 2. Εικόνες NDVI ανά εξάμηνο.

Το Σχήμα 3.α παρουσιάζει το γράφημα NDVI-vs-time, επιβεβαιώνοντας τα παρατηρούμενα μοτίβα. Υπολογίστηκαν ο δείκτης SSIM και η μέση διαφορά για περίοδο 2013-II, 2018-I, 2018-II, 2022-I και 2022-II έναντι του βασικού σεναρίου του 2013-I. Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντική διαφορά μεταξύ των τιμών NDVI στην περίοδο 2022-II και του βασικού σεναρίου.

Εικόνα 3. α. Εξέλιξη των μέσων εξαμηνιαίων τιμών NDVI- β. Ιστόγραμμα του αποτελέσματος της διαδικασίας bootstrap για τη σύγκριση 2013-I έναντι 2022-II.

Πίνακας 1. Αποτελέσματα συγκρίσεων κατά ζεύγη

Αυτά τα ευρήματα είναι σημαντικά για τους υπεύθυνους λήψης των αποφάσεων, ειδικά σε περιοχές που αντιμετωπίζουν έλλειψη πόρων και είναι ευάλωτες στην κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, η προστασία των μαγκροβίων είναι σημαντική για την πρόληψη πλημμυρών και την προστασία της πόλης από καταστροφικά καιρικά φαινόμενα. Τα έργα για την προστασία της λιμνοθάλασσας έχουν άμεσα οφέλη στον τοπικό πληθυσμό, αυξάνοντας τις αποδόσεις από την αλιεία και τον τουρισμό.

4. Συμπεράσματα

Αυτή η μελέτη αξιολογεί την εξέλιξη της βιομάζας της βλάστησης στην περιοχή της Ciénaga de Mallorquín και του αστικού της περιβάλλοντος με χρήση ανάλυσης δεδομένων τηλεπισκόπησης. Οι μέσες τιμές NDVI ανά εξάμηνο μετρήθηκαν και συγκρίθηκαν για την περίοδο 2013-2022, αποκαλύπτοντας σημαντική μείωση του NDVI μεταξύ του 2013 και του 2018, ακολουθούμενη από ανάκαμψη μέχρι το 2022. Παρά την ανάκαμψη, τα επίπεδα του NDVI το 2022 παραμένουν χαμηλότερα από εκείνα του 2013. Τα προβλήματα του περιβάλλοντος στη λιμνοθάλασσα έχουν οδηγήσει σε αλλαγές με άμεσο αντίκτυπο στον κοντινό πληθυσμό. Οι αρχές εργάζονται σε έργα ανάκαμψης της λιμνοθάλασσας, που αναμένεται να ωφελήσουν τον τοπικό πληθυσμό και να προστατεύσουν την περιοχή. Μελλοντικές μελέτες πρέπει να επικεντρωθούν στην ολοκλήρωση περισσότερων περιβαλλοντικών μεταβλητών για να δημιουργηθεί μια πιο ολοκληρωμένη γνώση του περιβάλλοντος της λιμνοθάλασσας και της γύρω περιοχής.