Χαρτογράφηση επιδεκτικότητας και επικινδυνότητας δημιουργίας πάγου και παγετού σε τεχνικά έργα και φυτοκαλυμμένες επιφάνειες πρανών

Abstract

Το φαινόμενο της επικράτησης παγετού και του σχηματισμού πάγου αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο ακόμα και σε μεσογειακές περιοχές όπως η Ελλάδα. Η αποτελεσματική πρόβλεψη του κινδύνου συντελεί στην έγκαιρη λήψη μέτρων πρόληψης και το σωστό σχεδιασμό έργων υποδομής. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, επιχειρείται η χαρτογράφηση του παγετού και πάγου με τον συνδυασμό δεδομένων δορυφορικών MODIS, γεωχωρικών, μετεωρολογικών και καταγραφών ζημιών από παγετό σε καλλιεργούμενες εκτάσεις από τον Ελληνικό Οργανισμό Γεωργικών Ασφαλίσεων. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, έλαβε υπόψη την συχνότητα εμφάνισης παγετού και πάγου, καθώς και την συσχέτιση των τοπογραφικών, φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων με τον υφιστάμενο κίνδυνο. Η περιοχή μελέτης καλύπτει τμήματα της Ηπείρου, Δυτικής και Κεντρικής Μακεδονίας και αποτελείται από 514 δημοτικά διαμερίσματα. Χαρακτηρίζεται από έντονες εναλλαγές ανάγλυφου, ενώ οι κλιματικές της συνθήκες παρουσιάζουν μία αντίστοιχη μεταβλητότητα. Δημιουργήθηκε ένα μοντέλο επικινδυνότητας λόγω παγετού και πάγου σε δύο εκδοχές ανάλογα τη φύση των αρχικών δεδομένων: στατικό και δυναμικό μοντέλο. Οι παράγοντες που ελήφθησαν υπόψη στην στατική εκδοχή του μοντέλου είναι το υψόμετρο, η κλίση και ο προσανατολισμός των πρανών, ο τύπος του ανάγλυφου, το υδρογραφικό δίκτυο και η χρήση και κάλυψη γης. Οι παράγοντες αυτοί συνδυάστηκαν μεταξύ τους με κατάλληλα βάρη ανάλογα με τον βαθμό επιρροής τους στον κίνδυνο και έπειτα από δοκιμές επιλέχθηκε η καλύτερη συσχέτιση και κατηγοριοποίηση παραγόντων. Στην δυναμική εκδοχή του μοντέλου συμπεριλήφθησαν επιπλέον παράγοντες που σχετίζονται με τις χρήσεις γης και την βλάστηση, οι οποίοι παρουσιάζουν σημαντική διαφοροποίηση με το χρόνο. Σαν χρονικό διάστημα εφαρμογής του δυναμικού μοντέλου επιλέχθηκε το διάστημα 26 Φεβρουαρίου έως 05 Μαρτίου 2006. Κατά την περίοδο αυτή είχαν καταγραφεί ζημιές από παγετό σε 108 από τα 514 συνολικά δημοτικά διαμερίσματα της περιοχής μελέτης. Μέσω της παραπάνω διαδικασίας, δημιουργήθηκαν χάρτες επιδεκτικότητας του κινδύνου παγετού και πάγου για το κάθε μοντέλο χωριστά, οι οποίοι διαχωρίζουν την περιοχή μελέτης σε 5 ζώνες επικινδυνότητας. Οι χάρτες αυτοί αξιολογήθηκαν σε σύγκριση τον χάρτη συχνότητας παγετού που προήλθε από δορυφορικά δεδομένα επιφανειακής θερμοκρασίας από τον MODIS. Για τη δημιουργία του χάρτη συχνότητας παγετού επεξεργάστηκαν 640 εικόνες επιφανειακής θερμοκρασίας. Από τη σύγκριση του χάρτη επιδεκτικότητας στον κίνδυνο δημιουργίας πάγου και παγετού που δημιουργήθηκε από τα μοντέλα επικινδυνότητας με τον χάρτη συχνότητας παγετού από δορυφορικά δεδομένα διαπιστώθηκε υψηλή ταύτιση των αποτελεσμάτων σε ποσοστό 91,12% για το στατικό και 81,83% για το δυναμικό μοντέλο. Περαιτέρω, εφαρμόστηκαν τα μοντέλα επικινδυνότητας: α) στην Εγνατία Οδό και β) στις γεωργικές καλλιέργειες της περιοχής ενδιαφέροντος. Σύμφωνα με το χάρτη επικινδυνότητας παγετού και πάγου της Εγνατίας οδού, 4,35 km του δρόμου στην περιοχή του Μετσόβου βρίσκονται σε ζώνη πολύ υψηλού και 76,63 km σε ζώνη υψηλού κινδύνου στην περιοχή της Κοζάνης και των Γρεβενών. Ο διαχωρισμός της Εγνατίας οδού σε ζώνες επικινδυνότητας αξιολογήθηκε σε σύγκριση με τον χάρτη συχνότητας παγετού από δορυφορικά δεδομένα και η ταύτιση των δεδομένων ήταν υψηλή σε ποσοστό 93,78%. Επίσης, βρέθηκε καλή συσχέτιση μεταξύ των αποτελεσμάτων του μοντέλου και μίας μελέτης υπέρυθρης θερμογραφίας που έχει υλοποιηθεί σε ένα τμήμα της Εγνατίας οδού. Τέλος, το μοντέλο κινδύνου παγετού και πάγου εφαρμόστηκε στις γεωργικές καλλιέργειες της περιοχής ενδιαφέροντος. Ο χάρτης επικινδυνότητας που δημιουργήθηκε, ιδίως από το δυναμικό μοντέλο, είχε πολύ ικανοποιητική ταύτιση των περιοχών υψηλού και πολύ υψηλού κινδύνου με τις καταγραφές ζημιών από τον ΕΛ.Γ.Α. κατά το χρονικό διάστημα εφαρμογής του δυναμικού μοντέλου (26.02-05.03 του 2006). Μέρος των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας παρουσιάστηκαν στο Ευρωπαικό Συνέδρειο Γεωεπιστημών – European Geosciences Union που διοργανώθηκε στις 27.02.2014 – 02.05.2014 στην Βιέννη, Αυστρία. Το άρθρο και το πόστερ της συμμετοχής παρουσιάζονται στο Παράρτημα ΙΙΙ.

Frost risk is a critical hazard even in a Mediterranean country such as Greece, due to rough landscape. The effective prediction of frost hazard contributes significantly to the undertaking of early prevention measures and designing purposes. The mapping of frost hazard is attempted through the combination of satellite data, geomatics, meteorological data and frost damage reports in agricultural lands by the Greek Organization of Agricultural Insurances. The methodology is focused on the study of frost frequency and the estimation of the correlation of frost and topographic, vegetation and anthropogenic factors. The study site is located in NW Greece, on Ipeiros, West and Central Macedonia and it consists of 514 submunicipalities. It is characterized by topography with high variability and climate with corresponding diversity. The present work is focused on the selection of the critical frost factors and the study of their influence to the hazard. A frost hazard model is developed in two versions depending on the nature of factors assigned: static and dynamic model. The static model considered the following factors: elevation, slope, aspect, curvature, distance from water and land use. Each factor was assigned a different weight factor depending on its contribution to the hazard. The additional factors that were included in the dynamic model concerned land use and vegetation, which have a significant variability with time. The period of time for which the dynamic model was applied is between 26 of February and 5 March 2006. During this period severe damage in agriculture was recorded in 108 of the total of 514 submunicipalities of the study area. Frost hazard maps were created which categorized the study area in 5 hazard zones. The hazard maps were evaluated by comparing them with the frost frequency maps which were compiled by landsurface temperature data by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). In total 640 landsurface temperature images were processed for the creation of the frost frequency map. The comparison of the maps showed a high correlation by 91,12% for the static and 81,83% for the dynamic model. The frost models were then applied on: a) the Egnatia motorway and b) the agricultural regions of the study area. According to the frost frequency model results, a stretch of 4,35 km was classified as very a high frost hazard zone, near the town of Metsovo. Also 67,63 km in total of the road are in a high frost risk region, mainly close to the towns of Kozani and Grevena. The classification of the motorway in danger zones was in high correlation with the results of the frost frequency map produced by satellite data (93,76%). Also, the results of the frost hazard model were in good correspondence with an infrared thermography study that was conducted in a part of Egnatia motorway. Finally, the frost risk model was applied on agricultural areas and the frost hazard map that was created, especially by the dynamic model, had a high correlation with the areas where damages from frost were reported by the Greek Organization of Agricultural Insurances during the period of 26.02.06-05.03.06. Part of the results of this study have been presented in the European Geosciences Union General Assembly that was held in Vienna, Austria from 27 April until 02 May 2014. The abstract and the poster of the participation are presented in Appendix III.