Βιοφυσική χαρτογράφηση της Κύπρου απο δεδομένα MODIS και οι εφαρμογές της

Abstract

Στη παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματοποιείται η βιοφυσική χαρτογράφηση της Κύπρου από το καταγραφικό σύστημα MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), που παρουσιάζει υψηλή φασματική, ραδιομετρική και χρονική διακριτική ικανότητα. Οι φασματικές καταγραφές του MODIS χρησιμοποιούνται από την ΝΑSA και την USGS για την σύνθεση παράγωγων δεδομένων όπως η θερμοκρασία και ο δείκτης βλάστησης. Τα δεδομένα αυτά συνθέτουν καταγραφές που αντιστοιχούν σε προκαθορισμένες ώρες της ημέρας (01:30, 10:30, 13:30, 22:30), ενώ ομαδοποιούνται (μεταξύ άλλων πχ εβδομαδιαίες) σε μέσες μηνιαίες εκτιμήσεις.

Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε κατάτμηση της Κύπρου σε χωρικές ζώνες που παρουσιάζουν διαφορετική ετήσια χωροχρονική μεταβολή των μέσων μηνιαίων τιμών για το έτος 2010 ως προς: 1) την θερμοκρασία ημέρας και νύχτας (LST day/night) 2) την ημερήσια διακύμανση της θερμοκρασίας (Diurnal) και 3) τους δύο δείκτες βλάστησης, (NDVI, EVI). Οι ζώνες διαφοροποιούνται ως προς την εποχική μεταβολή της θερμοκρασίας και της βλάστησης σε συνάρτηση με τις καλύψεις/χρήσης γης και την τοποθέτηση τους στο γεωμορφολογικό και γεωγραφικό περιβάλλον.

Οι τεχνικές που ακολουθήθηκαν για την επίτευξη του στόχου αυτού περιλαμβάνουν αρχικά την φωτοερμηνεία των εικόνων που αντιστοιχούν στις μέσες μηνιαίες εκτιμήσεις των βιοφυσικών δεικτών της θερμοκρασίας και της βλάστησης. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της κανονικοποιημένης ανάλυσης κυρίων συνιστωσών για να εφαρμοσθεί ένα φιλτράρισμα στα δεδομένα, πριν τον προσδιορισμό χωρικών υποσυνόλων με διαφοροποιημένη εποχική βιοφυσική υπογραφή με την τεχνική της μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Τα χωρικά υποσύνολα ή ζώνες για κάθε βιοφυσικό δείκτη αξιολογήθηκαν με βάση την χωρική τους κατανομή και το κέντρο βάρους (μέση μηνιαία εκτίμηση για κάθε μήνα του έτους 2010) των εικονοστοιχείων που ανήκουν σε κάθε ζώνη. Επιπλέον οι ζώνες αυτές συγκρίνονται με δεδομένα καλύψεων γης (Corine) και υψομετρικές πληροφορίες (SRTM 3) προκειμένου να ερμηνευτούν οι μεταβολές με βάση το φυσικό περιβάλλον και τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες.

Η μελέτη των ζωνών κατέδειξε διαφοροποιήσεις ως προς τις βιοφυσικές υπογραφές, υποδεικνύοντας χωροχρονικές μεταβολές σε συγκριμένες ζώνες που συσχετίζονται με τις καλύψεις και χρήσεις γης και συνέβαλε στην άντληση πληροφοριών σχετικά με το χρόνο εμφάνισης των δύο κύριων αλλαγών των εποχών (θερμήψυχρή περίοδο και αντιστρόφως).

Ενδεικτικά αναφέρεται: • Το δασικό οικοσύστημα της περιοχής Τροόδους για παράδειγμα, συμβάλει στην αύξηση της πυκνότητας της βλάστησης κατά τους καλοκαιρινούς μήνες και στη διατήρηση χαμηλότερων θερμοκρασιών. • Στην περιοχή της Μεσαορίας, όπου οι γεωργικές δραστηριότητες περιορίζονται εκεί όπου υπάρχει άρδευση, η πυκνότητα της βλάστησης ελαχιστοποιείται κατά τους μήνες του καλοκαιριού και παρατηρούνται υψηλές θερμοκρασίες ημέρας σε αντιστοιχία με χαμηλές θερμοκρασίες νύχτας. • Ενώ όσον αφορά τις ημερήσιες διακυμάνσεις Diurnal κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού η περιοχή του Τροόδους εμφανίζει μέχρι και 100C χαμηλότερες τιμές εύρους σε σύγκριση με την περιοχή της Μεσαορίας. • Τέλος, εντοπίστηκαν περιοχές του ευρύτερου αστικού συγκροτήματος της Λευκωσίας που παρουσιάζουν φαινόμενο αστικής θερμονησίδας, με τη ημερήσια διακύμανση Diurnal να είναι μέχρι και 60C χαμηλότερη κατά τους μήνες του καλοκαιριού.

Οι χωρικές και χρονικές συγκρίσεις των συνθηκών της βλάστησης και της θερμοκρασίας που προκύπτουν από την επεξεργασία των δορυφορικών βιοφυσικών δεδομένων, συμβάλουν στην ανίχνευση των αλλαγών στη χρήση γης, στην αξιολόγηση της πυκνότητας φυτοκάλυψης, στη μελέτη των διαδικασιών της εξατμοδιαπνοής και της απερήμωσης, στη διάκριση και προγραμματισμό των καλλιεργειών, στην ερμηνεία του φαινομένου της αστικής θερμονησίδας, ενώ με βάση την βιβλιογραφία συμβάλουν στην πρόβλεψη σεισμών και σε πληθώρα άλλων εφαρμογών (γεωθερμία, ηφαιστειολογία, δασοκομία).

Απώτερος στόχος είναι τα αποτελέσματα της χαρτογράφησης αυτής να διαχυθούν στους κρατικούς φορείς της Κύπρου ούτως ώστε να ληφθούν υπόψη για τη χωροθέτηση – εγκατάσταση χρήσεων και δραστηριοτήτων (καλλιέργειες, επέκταση σχεδίων πόλεων, χωροθέτηση τουριστικών εγκαταστάσεων κ.α.), που θα οδηγήσουν στον καλύτερο περιβαλλοντικό χωροταξικό σχεδιασμό, τον σχεδιασμό προγραμμάτων αποκατάστασης και στρατηγικών έγκαιρης πρόληψης, συμβάλλοντας παράλληλα και στη βελτίωση των βιοφυσικών υπογραφών. Οι κύριοι περιορισμοί της έρευνας έχουν σχέση με το μέγεθος του εικονοστοιχείου, το στοιχειώδες μέσο χρονικό διάστημα (μήνας, ενώ υπάρχουν δεδομένα σε εβδομαδιαία και ημερήσια βάση) και το εύρος της χρονικής περιόδου (1 έτος, ενώ η διαθεσιμότητα δεδομένων ξεκινά από το 2000 έως σήμερα). Αυτό σημαίνει ότι στο άμεσο μέλλον η διαθεσιμότητα βιοφυσικών δεδομένων με υποπενταπλάσια έως και υποδεκαπλάσια χωρική διακριτική ικανότητα θα επιτρέψει τη χαρτογράφηση ενοτήτων με διαφορετική βιοφυσική υπογραφή που θα έχουν πολύ μικρότερη επιφανειακή εξάπλωση. Επιπροσθέτως η αύξηση του εύρους της χρονικής περιόδου μελέτης θα επιτρέψει την αναγνώριση διαφοροποιήσεων που έχουν σχέση με την επερχόμενη κλιματική αλλαγή. Ενώ η θεώρηση μικρότερου μέσου χρονικού διαστήματος θα επιτρέψει τον ακριβέστερο προσδιορισμό χρονικά της μετάβασης των εποχών. Βέβαια οι τρεις προτεινόμενες βελτιώσεις- αναθεωρήσεις θα αυξήσουν τον όγκο των δεδομένων και το χρονικό διάστημα επεξεργασίας.