Διερεύνηση, με χρήση νέων τεχνολογιών, των μεταβολών της δασικής κάλυψης περιοχών της ΒΔ Ελλάδας και πιθανές συνέπειές τους στις υποδομές των περιοχών αυτών

Abstract

Ήδη από την δεκαετία του ’70, η Τηλεπισκόπηση δηλαδή η μελέτη των δορυφορικών δεδομένων που αναφέρονται στην επιφάνεια της γης έχει βρει εφαρμογές στην μελέτη του περιβάλλοντος όπως η γεωπονία-δασολογία, γεωλογία, ωκεανογραφία, μετεωρολογία, αρχαιολογία κ.ά. Ειδικό βάρος έχει δοθεί στην μελέτη της βλάστησης, η οποία βρίσκεται σε σχέση αλληλεπίδρασης με το κλίμα, δηλαδή το φυσικό περιβάλλον στο οποίο ζει ο άνθρωπος. Πιο εξειδικευμένα, η μελέτη αυτή, τα τελευταία χρόνια, έχει εστιασθεί στην ανίχνευση των αλλαγών της βλάστησης λόγω της κλιματικής αλλαγής και κυρίως, της κατακόρυφης αύξησης των ανθρώπινων παρεμβάσεων (ανεξέλεγκτη υλοτόμηση, πυρκαγιές κ.ά.). Η οικονομική κρίση των τελευταίων πέντε ετών έχει δημιουργήσει αύξηση των φαινομένων λαθροϋλοτόμησης σε δασικές περιοχές είτε για εμπορία είτε για προσωπική χρήση. Στην Ελλάδα το πρόβλημα αυτό εστιάζεται στα βόρεια της χώρας, με τους λαθροϋλοτόμους να προέρχονται και από γειτονικές χώρες. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανίχνευση τέτοιων αλλαγών βλάστησης μέσω της επεξεργασίας δορυφορικών εικόνων για ένα χρονικό διάστημα δεκατεσσάρων ετών 200-2014). Ως περιοχή επελέγη η Δ. Μακεδονία, τμήμα της Ηπείρου και της Θεσσαλίας. Πρώτο στάδιο των εργασιών ήταν η δημιουργία θεματικών χαρτών της περιοχής (χάρτης κλίσεων, χάρτης προσανατολισμού κλίσεων, χάρτης κάλυψης-χρήσεων γης). Δεύτερο στάδιο ήταν η επεξεργασία, με τη βοήθεια του λογισμικού ERDAS Imagine 2010, δορυφορικών εικόνων Landsat 7 ETM+, Landsat 5TM και Landsat 8 OLI_TIRS χρονολογίας 22/8/2000, 13/8/2011 και 4/7/2014 αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε για κάθε μία εικόνα παράγωγη εικόνα του Κανονικοποιημένου Δείκτη Βλάστησης (NDVI). Ο δείκτης αυτός αποτελεί μαθηματική πράξη των φασματικών ζωνών (ΦΖ) του ορατού ερυθρού (ΟΕ) και του κοντινού υπέρυθρου (ΚΥ) και συγκεκριμένα ΦΖΚΥ-ΦΖΟΕ/ΦΖΚΥ+ΦΟΕ. Όσον αφορά τους δορυφόρους Landsat 7 ETM+ και Landsat 5TM οι φασματικές ζώνες είναι αντίστοιχα οι ΦΖ3 και ΦΖ4, ενώ για τον δορυφόρο Landsat 8 OLI οι ΦΖ4 και ΦΖ5. Έτσι, δημιουργήθηκαν τρεις εικόνες βλάστησης, μία για κάθε έτος.τη χρονική περίοδο 200-2011 και μία για την χρονική περίοδο 2011-2014. Τρίτο στάδιο εργασίας ήταν η δημιουργία εικόνων ανίχνευσης αλλαγής (Change Detection) μέσω των δύο εικόνων βλάστησης μία για τη χρονική περίοδο 200-2011 και μία για την χρονική περίοδο 2011-2014. Για το χρονικό διάστημα 2011-2014 έγινε ανίχνευση μείωσης και αύξησης βλάστησης κατά 10% ενώ για το χρονικό διάστημα 2000-2011 κατά 5% και 10% λόγω της μακράς διάρκειάς του. Οι εικόνες του τρίτου σταδίου μετετράπησαν σε εικόνες πολυγώνων με τη βοήθεια του λογισμικού ArcGis 10.0, οι οποίες μελετήθηκαν για πραγματική μείωση ή αύξηση βλάστησης. Κατόπιν, δημιουργήθηκε χάρτης πολυγώνων περιοχών αποψίλωσης, υπολογίσθηκε η έκταση των περιοχών αυτών και ο ρυθμός αποψίλωσης. Τέλος, ο χάρτης αυτός συνδυάστηκε με τους θεματικούς χάρτες με την τοποθέτηση των περιοχών επ’ αυτών και με στόχο την μελέτη του μεγέθους της αποψίλωσης περιβαλλοντικά: α) το είδος της βλάστησης που αποψιλώθηκε και β) οι πιθανές επιπτώσεις της αποψίλωσης αυτής μέσω πιθανών φυσικών καταστροφών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι την τελευταία τριετία έχουν αποψιλωθεί 3500 στρέμματα δασικής βλάστησης στις περιοχές Φλώρινας, Κοζάνης και Καστοριάς κοντά σε αστικό περιβάλλον ενώ αντίθετα, σε περιοχές απομακρυσμένες από το αστικό περιβάλλον υπάρχει αναδάσωση. Η αποψίλωση αυτή συντελέστηκε σε απότομα πρανή και σε λιθολογικούς σχηματισμούς αδιαπέρατους. Επειδή δε τα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί οι αιφνίδιες (flashfloods) πλημμύρες, σε συνδυασμό με τη μη περατότητα του λιθολογικού υποβάθρου, υπάρχει μεγάλος κίνδυνος διάβρωσης του εδάφους δημιουργώντας, λόγω της μεγάλης επιφανειακής απορροής, πλημμυρικά φαινόμενα στα πεδινά. Τέλος, επειδή η δασική βλάστηση έχει ένα ρυθμό μείωσης 1180 στρέμματα ανά έτος, καθίσταται επιτακτική η ανάγκη για άμεση λήψη μέτρων ώστε να αποφευχθούν μελλοντικές περιβαλλοντικές καταστροφές.

Since the 70s, Remote Sensing i.e. the study of satellite data refer to the surface of the earth has found applications in the study of the environment such as agriculture-forestry, geology, oceanography, meteorology, archaeology, etc. Special emphasis is given to the study of vegetation, which is interacting with the climate, the physical environment in which the human beings live. More specifically, this study, in recent years, has focused on the detection of changes in vegetation due to climate change and mainly the sharp increase of human interventions (uncontrolled logging, fires etc.). The economic crisis of the past five years has created increasing phenomenon of illegal logging in woodlands, either for wood trading or for personal use. In Greece, the problem is focused in the north of the country; the illegal loggers mostly originate from neighbouring countries. The aim of this study is to detect these changes of vegetation through satellite image processing over a period of fourteen years (2000-2014). Western Macedonia, part of Epirus and part of Thessaly were chosen as the area of study. First stage of work was the creation of thematic maps of the area such as slope map, slope aspect map, land cover-land use map etc.. Second stage was the processing using the software ERDAS Imagine 2010, of satellite images Landsat 7 ETM +, Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI_TIRS acquired in 22.08.2010, 13.08.2011, and 07.04.2014 respectively. Specifically, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) images were created for each scene. This index is a mathematical calculation of the spectral bands (B) of the visible red (R) and near infrared (NR) wavelengths namely BNR-BR/BNR+BR. Regarding the satellites Landsat 7 ETM + and Landsat 5 TM, the spectral bands needed for the calculation of NDVI are B3 and B4 respectively, while the satellite Landsat 8 OLI the bands B4 and B5. Thus, three NDVI images were derived, one for each year. Third stage of work was the creation of two change detection images, one for the period 2000-2011 and one for the period 2011-2014. For the period 2011 to 2014, vegetation reduction and increase was detected by 10%, and for the period 2000- 2011 by 5% and 10% due to its long duration. Product images of stage three were reclassified and then, converted to polygon raster images using the software ArcGis 10.0. These polygon images were studied for the accuracy of the resulted vegetation changes. Then, a polygon vector map was created comprising the areas of deforestation, the extent of which was estimated as well as the rate of deforestation. Finally, this polygon vector map has been overlaid on the thematic maps of the area in order to study the magnitude of environmental deforestation: a) the vegetation type that has been and b) the possible affects of the specific deforestation through potential natural disaster. The results showed that in the last three years, woodland deforestation of 350 ha has taken place in the areas of Florina, Kozani, and Kastoria, near urban environment while in regions remote from the urban environment reforestation has taken place. This deforestation has taken place on steep slopes and in impermeable lithologic formations. Since flashflooding has increased in recent years and the bedrock is impermeable, there is a high risk of soil erosion due to the high surface water runoff and consequent flooding in the lowlands. The fact that the reduction of forest vegetation has a rate of 118 ha per year yields for an immediate action to prevent future environmental disasters.