Παρακολούθηση υγρότοπου με τη χρήση τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών

Abstract

The objective of this research was to identify a set of suitable indicators for monitoring spatial and temporal changes in the pattern of a Greek wetland using satellite images and by exploring the scale dependence of 50 structural landscape metrics which quantify the area, density, edges, shape, contagion, interspersion and connectivity of the wetland ecological units. Temporal changes were captured by calculating the landscape metrics using Landsat 5 and 7 data for the years of 1984, 1992 and 2001. Principal Component Analysis showed that changes in time are evident not only in area change but also in patch, edge and shape distribution as well as in contagion and interspersion. Spatial changes were captured for one focal ecological unit (riparian forest), by calculating the landscape metrics in a model of 45 images, which was developed by aggregating Landsat 7, SPOT5 and IKONOS images and ranging from 4 to 450 meters. Based on 684 semivariograms, that were plotted using the spectral values of a representative sample of the wetland ecological units extracted from the three above original images, the characteristic scales of the wetland spatial pattern were identified to be 32 and 90 m. Scalograms and sensitivity analysis, over different range scales of the image model, including the range of the two characteristic scales, showed that few landscape metrics are predictable and less sensitive to pixel size change; this happens in different range of scales for the different landscape metric categories. Overall, this research revealed the necessity to select indicators for monitoring spatial and temporal changes of the spatial pattern considering: i) their ability to reflect the full volume of the changes in the wetland spatial pattern (i.e. patch distribution, shape, contagion), and ii) the range of scales over which they are predictable and less sensitive to pixel size and consequently comparable.

Στόχος της παρούσας έρευνας ήταν η επιλογή κατάλληλων δεικτών για την παρακολούθηση χωρικών και χρονικών αλλαγών της χωρικής διάρθρωσης των οικολογικών μονάδων ενός ελληνικού υγροτόπου με τη χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης, διερευνώντας τη συμπεριφορά 50 δεικτών τοπίων οι οποίοι ποσοτικοποιούν την έκταση, την πυκνότητα, τα όρια, το σχήμα, τη γειτνίαση και διασπορά και τη συνδετικότητα της χωρική διάρθρωσης των υγροτοπικών οικολογικών μονάδων στην περιοχή μελέτης. Οι χρονικές αλλαγές εκτιμήθηκαν μέσω των δεικτών τοπίου που υπολογίσθηκαν από δεδομένα Landsat 5 και 7 για τα έτη 1984, 1992 και 2001. Η Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA) έδειξε ότι οι χρονικές αλλαγές εκφράζονται όχι μόνο μέσω της συνολικής αλλαγής της έκτασης αλλά και μέσω της κατανομής της έκτασης και του σχήματος των χωροψηφίδων των οικολογικών μονάδων καθώς και του βαθμού γειτνίασης. Οι χωρικές αλλαγές εκτιμήθηκαν μόνο για την κεντρική οικολογική μονάδα (παρόχθιο δάσος) της περιοχής μελέτης, μέσω των δεικτών τοπίου που υπολογίστηκαν από τις 45 ταξινομημένες εικόνες του μοντέλου εικόνων που δημιουργήθηκε με διαδοχική αναγωγή των Landsat 7, SPOT5 και IKONOS, χωρικού εύρους από 4 έως 450 μέτρα. Τα διαγράμματα κλίμακας και η εκτίμηση της ευαισθησίας στο μέγεθος του εικονοστοιχείου, σε διαφορετικά χωρικά εύρη; συμπεριλαμβανομένου και του εύρους των δύο χαρακτηριστικών κλιμάκων, έδειξαν ότι λίγοι δείκτες τοπίου είναι προβλέψιμοι και λιγότερο ευαίσθητοι κατά την αλλαγή της χωρικής κλίμακας. Αυτό συμβαίνει σε διαφορετικά χωρικά εύρη για τις διαφορετικές κατηγορίες των δεικτών τοπίου. Συνολικά, από την έρευνα διαπιστώνεται η ανάγκη να επιλέγονται δείκτες για την παρακολούθηση χωρικών και χρονικών αλλαγών της χωρικής διάρθρωσης του υγροτόπου, λαμβάνοντας υπόψη: i) τη δυνατότητα οι επιλεγμένοι δείκτες τοπίου να αντικατοπτρίζουν το σύνολο των αλλαγών της χωρικής διάρθρωσης του υγροτόπου (π.χ. κατανομή χωροψηφίδων, σχήμα, γειτνίαση), και ii) το εύρος κλίμακας εντός του οποίου οι δείκτες τοπίου είναι προβλέψιμοι και λιγότερο ευαίσθητοι στην αλλαγή του μεγέθους του εικονοστοιχεία και συνεπώς συγκρίσιμοι.