Η συμβολή των ευρωπαϊκών δορυφόρων Sentinel στη χαρτογράφηση πλημμυρών του Ελληνικού Χώρου

Transcript

1 ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΛΛΑΔΑΣ Η Χαρτογραφία σε έναν κόσμο που αλλάζει (Πρακτικά 14ου Εθνικού Συνεδρίου Χαρτογραφίας Θεσσαλονίκη, 2-4 Νοεμβρίου 2016) Η συμβολή των ευρωπαϊκών δορυφόρων Sentinel στη χαρτογράφηση πλημμυρών του Ελληνικού Χώρου Πανταζοπούλου Ζ. 1 *, Σαραντοπούλου Μ. 1, Κοκκαλά, Α. 1, Δημητράκη, Λ. 1, Σαμουήλ, Χ. 3, Βενετσάνου, Π. 1, Μουρατίδης, Α. 2 (1) Τομέας Γεωλογίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας & Υδρογεωλογίας, Τμήμα Γεωλογίας, ΑΠΘ, zpantazo@geo.auth.gr, sarantopm@geo.auth.gr, kokkalaa@geo.auth.gr, ldimitr@geo.auth.gr, pvenetsn@geo.auth.gr (2) Τομέας Φυσικής και Περιβαλλοντικής Γεωγραφίας, Τμήμα Γεωλογίας, ΑΠΘ, amourati@geo.auth.gr (3) Γεωλόγος ΑΠΘ, csamouil90@gmail.com Λέξεις κλειδιά: φυσικές καταστροφές, πλημμύρες, χαρτογράφηση, δορυφόροι Sentinel Περίληψη Η χρήση δορυφορικών δεδομένων για τη χαρτογράφηση και την εν γένει διαχείριση φυσικών και ανθρωπογενών καταστροφών από το διάστημα λαμβάνει ολοένα και μεγαλύτερη επιχειρησιακή σημασία σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι πλημμύρες αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα της συμβολής των δορυφορικών εικόνων, αναδεικνύοντας κάποια από τα πλεονεκτήματα χρησιμοποίησής τους, όπως είναι η εύκολη και δωρεάν πρόσβαση, η κάλυψη εκτεταμένων περιοχών, η υψηλή χωρική ανάλυση και η συστηματική διαθεσιμότητα. Αναφορικά με τα πλημμυρικά επεισόδια, τα οποία λαμβάνουν χώρα στην Ελλάδα, η μεγαλύτερη πρόκληση για τη δορυφορική τους χαρτογράφηση σχετίζεται με την τυπικά μικρή διάρκεια των συμβάντων (συνήθως «στιγμιαίες» ή «ξαφνικές» πλημμύρες διάρκειας λίγων ωρών). Το αποτέλεσμα είναι να μειώνεται σε μεγάλο βαθμό η πιθανότητα εύρεσης κατάλληλων, ως προς το χρόνο λήψης, δορυφορικών εικόνων, με τις οποίες να καθίσταται δυνατή η χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών. Με την εκτόξευση (το 2014 και 2015 αντίστοιχα) των δύο πρώτων ευρωπαϊκών δορυφόρων της σειράς Sentinel, οι οποίοι φέρουν τόσο οπτικούς δέκτες όσο και συστήματα ραντάρ, οι δυνατότητες συστηματικής δορυφορικής χαρτογράφησης έχουν ενισχυθεί σημαντικά.

2 Σε αυτό το πλαίσιο, σκοπός της παρούσας εργασίας είναι (α) η επικαιροποίηση/επέκταση προγενέστερης βάσης δεδομένων για πλημμύρες στην Ελλάδα και η αναζήτηση κατάλληλων δορυφορικών εικόνων, με έμφαση στην περίοδο διαθεσιμότητας των δορυφόρων Sentinel, (β) η κατασκευή χαρτών πλημμύρας με δεδομένα Sentinel στα πλαίσια επιλεγμένων περιπτωσιολογικών μελετών και (γ) η αξιολόγηση της τρέχουσας δυνατότητας χαρτογράφησης πλημμυρών, σε σύγκριση με τους προγενέστερους ευρωπαϊκούς δορυφόρους ERS και Envisat. Abstract The use of satellite data for mapping and overall managing of natural and/or anthropogenic disasters from Space is nowadays operational in many parts of the world. Floods are a characteristic example of catastrophes, where the contribution and advantages of satellite data are highlighted in terms of easy and free access, covering extensive areas, high spatial resolution and systematic availability. Regarding floods in Greece, the main challenge for satellite mapping is related to the typically short duration of flood events (usually flash-floods occurring within a few hours). As a result, the probability of finding timely satellite image acquisitions, in order to capture the flood phenomena, is highly restricted. With the launch of the first European satellites of the Sentinel family (in 2014 and 2015 accordingly), which include both radar (Sentinel-1) and optical (Sentinel-2) sensors, Europe s satellite mapping capabilities have been significantly upgraded. In this context, the purpose of this study is focused on a) updating/extending an existing flood database for Greece and looking for corresponding satellite images, with emphasis in the period that coincides with the availability of Sentinel-1/-2, b) constructing flood maps, using Sentinel data within selected case studies and c) evaluating the current flood mapping capabilities from satellite data, with respect to the previous European satellites ERS and Envisat. 1. Εισαγωγή Η χρήση δορυφορικών δεδομένων για τη χαρτογράφηση και την εν γένει διαχείριση φυσικών και ανθρωπογενών καταστροφών από το διάστημα λαμβάνει ολοένα και μεγαλύτερη επιχειρησιακή σημασία σε παγκόσμιο επίπεδο. Υπηρεσίες όπως αυτές των (i) Centre for Satellite Based Crisis Information (ZKI, ), (ii) International Charter ( (iii) Services and Applications For Emergency Response (Safer, (iv) SERTIT (Service Régional de Traitement d'image et de Télédétection, χρησιμοποιούν δορυφορικές εικόνες για την παρατήρηση της Γης (Earth Observation), παρέχοντας ουσιαστική υποστήριξη σε μεγάλης κλίμακας καταστροφές ανά την υφήλιο. Εκτός αυτών, ο αριθμός των καταστροφών σε περιφερειακό και τοπικό επίπεδο, όπου τα δορυφορικά δεδομένα θα μπορούσαν να συνεισφέρουν, ανέρχεται σε εκατοντάδες ετησίως.

3 Οι πλημμύρες συγκαταλέγονται μεταξύ των σημαντικότερων καταστροφών, καθώς σε παγκόσμιο επίπεδο επηρεάζουν έναν πολύ μεγάλο πληθυσμό ανθρώπων, απειλώντας σοβαρά τη ζωή τους, την ιδιοκτησία αλλά και τις υποδομές εν γένει (Bell, 1999). Έτσι, τα πλημμυρικά επεισόδια αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα της συμβολής των δορυφορικών εικόνων, αναδεικνύοντας κάποια από τα πλεονεκτήματα χρησιμοποίησής τους, όπως είναι η εύκολη και δωρεάν πρόσβαση, η κάλυψη εκτεταμένων περιοχών, η υψηλή χωρική ανάλυση και η συστηματική διαθεσιμότητα. Στην Ελλάδα, έχουν γίνει προσπάθειες για τη χρονική και χωρική καταγραφή των πλημμυρών, καθώς και τη χαρτογράφηση και μελέτη τους με δορυφορικά δεδομένα (π.χ. Nikolaidou et al. 2010, Mouratidis 2011, Mouratidis et al. 2011, 2012, Diakakis et al. 2012, Nikolaidou et al. 2015, Domakinis et al. 2015). Ωστόσο, η μεγαλύτερη πρόκληση για τη δορυφορική χαρτογράφηση των πλημμυρικών επεισοδίων του Ελληνικού Χώρου σχετίζεται με την τυπικά μικρή διάρκεια των συμβάντων - συνήθως «στιγμιαίων» ή «ξαφνικών» πλημμυρών (flash-floods) - που εξελίσσονται σε χρονικό διάστημα λίγων ωρών. Το αποτέλεσμα είναι να μειώνεται σε μεγάλο βαθμό η πιθανότητα εύρεσης κατάλληλων, ως προς το χρόνο λήψης, δορυφορικών εικόνων, με τις οποίες να καθίσταται δυνατή η χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών (Mouratidis & Sarti 2013). Επίσης, ελαχιστοποιούνται οι πιθανότητες συνέργειας μεταξύ διαφορετικών τύπων δορυφορικών απεικονίσεων (βλ. π.χ. Yésou et al. 2011), καθώς η τυπική παρουσία νεφοκάλυψης κατά τη διάρκεια μιας ξαφνικής πλημμύρας συνήθως καθιστά τις εικόνες από οπτικά δορυφορικά συστήματα πρακτικά μη αξιοποιήσιμες. Με την εκτόξευση (το 2014 και 2015 αντίστοιχα) των δύο πρώτων ευρωπαϊκών δορυφόρων της σειράς Sentinel, οι οποίοι φέρουν τόσο οπτικούς δέκτες όσο και συστήματα ραντάρ, οι δυνατότητες συστηματικής δορυφορικής χαρτογράφησης έχουν ενισχυθεί σημαντικά. Πιο συγκεκριμένα, ο δορυφόρος Sentinel-1A εκτοξεύτηκε στις 03/04/14 και φέρει σύστημα ραντάρ συνθετικού ανοίγματος κεραίας (Synthetic Aperture Radar/SAR), ενώ ο Sentinel-2A εκτοξεύτηκε στις 23/06/15, φέροντας αισθητήρες που λειτουργούν στο ορατό και υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Επιπρόσθετα, ο δεύτερος δορυφόρος SAR (Sentinel-1B) βρίσκεται ήδη σε τροχιά από τις 25/4/16, ενώ αναμένεται και η εκτόξευση του Sentinel-2Β εντός του Τα δορυφορικά αυτά συστήματα παρέχουν εικόνες, oι οποίες καλύπτουν εκτάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων, με τυπική χωρική ανάλυση που κυμαίνεται μεταξύ 10m-20m. Η περίοδος επαναληψιμότητας (διαχρονική ανάλυση) για κάθε τύπο δορυφόρου είναι μεταξύ ημερών, ενώ με την εκτόξευση των δεύτερων πανομοιότυπων δορυφόρων κάθε τύπου (Sentinel-1Β και Sentinel-2Β), η διαχρονική ανάλυση πρόκειται να φτάσει στις 5 και 6 ημέρες, για οπτικά και συστήματα SAR αντίστοιχα. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της συμβολής των δορυφόρων Sentinel στη χαρτογράφηση πλημμυρών του Ελληνικού Χώρου. Σε αυτό το πλαίσιο οι επιμέρους στόχοι είναι: (α) η επικαιροποίηση/επέκταση προγενέστερης βάσης δεδομένων για πλημμύρες στην Ελλάδα και η αναζήτηση κατάλληλων δορυφορικών εικόνων, με έμφαση στην περίοδο διαθεσιμότητας των δορυφόρων Sentinel, (β) η κατασκευή χαρτών πλημμύρας με δεδομένα Sentinel στα πλαίσια επιλεγμένων περιπτωσιολογικών μελετών και

4 (γ) η αξιολόγηση της τρέχουσας δυνατότητας χαρτογράφησης πλημμυρών, σε σύγκριση με τους προγενέστερους ευρωπαϊκούς δορυφόρους ERS και Envisat. 2. Δεδομένα και μεθοδολογία 2.1 Επικαιροποίηση βάσης δεδομένων Πρώτο βήμα της παρούσας εργασίας αποτέλεσε η επικαιροποίηση υπάρχουσας βάσης δεδομένων με τα πλημμυρικά επεισόδια του Ελληνικού Χώρου από το 1992 έως και το 2011 (Mouratidis 2011, Mouratidis et al. 2011). Αρχικός στόχος δημιουργίας της ήταν η συμβολή στην αξιολόγηση και τη διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου (Mouratidis et al. 2011, 2012, Nikolaidou et al., 2015). Η επικαιροποιημένη βάση δεδομένων συμπεριλαμβάνει τα πλημμυρικά γεγονότα που σημειώθηκαν στην Ελλάδα κατά την περίοδο (Σεπτέμβριος). Πίνακας 1. Απόσπασμα της επικαιροποιημένης βάσης δεδομένων για τα πλημμυρικά επεισόδια της περιόδου Η αναζήτηση και ο εντοπισμός των πλημμυρικών γεγονότων επιτεύχθηκε κυρίως μέσω του διαδικτύου, είτε από πηγές αφιερωμένες ειδικά στην καταγραφή πλημμυρών (π.χ. ή από επιστημονικά άρθρα, καθώς και από τη διασταύρωση πηγών και αναφορών σε κάθε είδους ηλεκτρονικά δημοσιεύματα. Στον Πίνακα 1 παρατίθενται ορισμένα ενδεικτικά πλημμυρικά επεισόδια της περιόδου , με λεπτομέρειες όπως η ημερομηνία και η τοποθεσία που έλαβε χώρα το πλημμυρικό φαινόμενο, οι καταστροφές που σημειώθηκαν κατά την εκδήλωσή του, ο αριθμός θυμάτων και το κόστος. Σημειώνεται ότι η τελευταία ενημέρωση της βάσης πραγματοποιήθηκε στις 10/9/2016.

5 2.2 Αναζήτηση και ανάκτηση δορυφορικών εικόνων Sentinel Για την αναζήτηση και ανάκτηση των εικόνων Sentinel χρησιμοποιήθηκε ο ιστοχώρος «Sentinel Scientific Data Hub», που διατίθενται από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (European Space Agency/ESA). Ο δορυφόρος που χρησιμοποιήθηκε για την έρευνα ήταν καταρχήν ο Sentinel-1A, ο οποίος (εξαιτίας του ότι φέρει σύστημα SAR) παρέχει δεδομένα ανεξαρτήτως των καιρικών συνθηκών και των συνθηκών φωτισμού που επικρατούν στην επιφάνεια της γης. Επίσης, διερευνήθηκε η δυνατότητα αξιοποίησης εικόνων από τον δορυφόρο οπτικής απεικόνισης Sentinel-2A. Τα κριτήρια βάσει των οποίων έγινε η αναζήτηση των δορυφορικών εικόνων SAR για το εκάστοτε πλημμυρικό γεγονός αφορούσαν επί της ουσίας μόνο στο είδος της λήψης (IW/Interferometric Wide-Swath Mode) και στο επίπεδο επεξεργασίας των δεδομένων (GRD/Ground Range Detected γεωαναφερμένα δεδομένα). Οι εικόνες SAR που τελικά επιλέχθηκαν, αφορούν αφενός την «υγρή κατάσταση», η οποία θεωρείται η περίοδος αμέσως μετά το πλημμυρικό γεγονός και αφετέρου τη «ξηρή κατάσταση», τις φυσιολογικές δηλαδή συνθήκες είτε λίγο πριν την πλημμύρα ή κατά την ίδια περίπου εποχή του προηγούμενου ή επόμενου έτους (εφόσον οι συνθήκες ήταν και πάλι φυσιολογικές). Εικόνες Sentinel-2A που να πληρούν τα βασικά κριτήρια αναζήτησης, δηλαδή χρονική εγγύτητα λίγων ημερών από (μετά) το πλημμυρικό γεγονός και περιορισμένη νεφοκάλυψη πάνω από την περιοχή ενδιαφέροντος, δεν βρέθηκαν. Με βάση τις διαθέσιμες εικόνες, επιλέχθηκαν τα πλημμυρικά γεγονότα της περιόδου του Μαρτίου 2015 στην Κεντρική Μακεδονία προς περαιτέρω μελέτη. Για το σκοπό αυτό αξιοποιήθηκαν κυρίως δύο εικόνες SAR, στις 11/3/15 (εικόνα πλημμύρας) και 05/03/16 («στεγνή» εικόνα). 2.3 Επεξεργασία δεδομένων Επεξεργασία δορυφορικών εικόνων SAR Για τις ανάγκες της παρούσας εργασίας, εφαρμόστηκαν οι εξής επεξεργασίες στις εικόνες SAR : 1. Βαθμονόμηση (calibration) κάθε εικόνας, με τη μετατροπή των ψηφιακών τιμών (digital values/dn) κάθε εικονοστοιχείου της σε τιμές σ 0 (συντελεστής οπισθοσκέδασης/backscattering coefficient) (Rosich & Meadows, 2004), ώστε να διασφαλιστεί, πως οι τιμές από εικόνα σε εικόνα, αλλά και μεταξύ των τμημάτων της ίδιας εικόνας είναι συγκρίσιμες. 2. Εγγραφή των -πριν και μετά το πλημμυρικό επεισόδιο- εικόνων μεταξύ τους (coregistration), ώστε να επιτευχθεί η γεωγραφική και γεωμετρική τους ταύτιση σε επίπεδο εικονοστοιχείου. 3. Δημιουργία ψευδοχρωματικής απεικόνισης, με χρήση της στεγνής εικόνας αναφοράς και της εικόνας της πλημμύρας, για την αναγνώριση των πλημμυρισμένων περιοχών (Εικόνα 1).

6 Εικόνα 1. Σύνθεση ψευδοχρωματικής εικόνας SAR (R, G, B: 11/03/15, 11/03/15, 05/03/16), στην οποία οριοθετούνται οι τέσσερεις περιοχές ενδιαφέροντος. Με μπλε χρώμα εμφανίζονται οι πλημμυρισμένες περιοχές στις 11/03/15, ενώ με κίτρινο απεικονίζονται περιοχές με ιδιαίτερα αυξημένη υγρασία και αυξημένη πιθανότητα να ήταν πλημμυρισμένες σε προγενέστερο χρόνο Επεξεργασία γεωχωρικών δεδομένων σε περιβάλλον GIS Στην παρούσα εργασία έγινε η χρήση του Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) ArcGIS, το οποίο αποτελεί ένα εύχρηστο εργαλείο διαχείρισης και απόδοσης των γεωγραφικών δεδομένων, με τελικό στόχο την απεικόνιση των πλημμυρισμένων περιοχών των Νομών Κιλκίς, Θεσσαλονίκης, Σερρών και Καβάλας-Δράμας στις 11/3/2015. Μετά την αναγνώριση των πλημμυρισμένων περιοχών με τη χρήση των δορυφορικών εικόνων SAR, τόσο οι εικόνες SAR όσο και άλλα συμπληρωματικά γεωχωρικά δεδομένα εισήχθησαν σε περιβάλλον GIS για περαιτέρω ανάλυση. Το τελικό προϊόν το οποίο προέκυψε έπειτα από τη σύνθεση των δεδομένων αυτών, είναι οι χάρτες απεικόνισης των πλημμυρισμένων περιοχών. Αρχικά ήταν απαραίτητη η εισαγωγή των εικόνων SAR με τις περιοχές ενδιαφέροντος στο περιβάλλον GIS. Οι εικόνες αυτές αποτέλεσαν τη βάση για να πραγματοποιηθεί η ψηφιοποίηση των πλημμυρισμένων περιοχών. Ως υπόβαθρο για το τελικό χαρτογραφικό προϊόν χρησιμοποιήθηκαν εικόνες από το Google Earth, λόγω βέλτιστης χωρικής ανάλυσης και με της εγγύτητας με την οποία αποδίδουν την πραγματικότητα. Πιο συγκεκριμένα, δεδομένα εισαγωγής για τη σύνθεση των χαρτών αποτέλεσαν το υδρογραφικό δίκτυο, οι προϋπάρχουσες υδάτινες επιφάνειες (όπως λίμνες) οι οικισμοί, καθώς και όρια νομών και σύνορα κρατών. Τα δεδομένα αυτά είναι σημαντικά για την περαιτέρω ανάλυση του πλημμυρικού φαινομένου, καθώς με την απεικόνισή τους στο χάρτη, διαφαίνεται τόσο η πιθανή επίδραση του φαινομένου σε παρακείμενους οικισμούς όσο και η συμβολή των ποταμών για την εμφάνιση της πλημμύρας.

7 Το αποτέλεσμα που προέκυψε, έπειτα από τη σύνθεση των παραπάνω επιμέρους παραμέτρων στο περιβάλλον GIS, είναι τέσσερις χάρτες, οι οποίοι αντιστοιχούν στις περιοχές μελέτης των πλημμυρικών φαινομένων (Εικόνα 1) για την περίοδο ενδιαφέροντος. Με κατάλληλους χρωματισμούς έγινε η απόδοση των πλημμυρισμένων περιοχών, έτσι ώστε να είναι ευδιάκριτος ο διαχωρισμός τους τόσο από τις ξηρές περιοχές όσο και από τις προϋπάρχουσες υδάτινες επιφάνειες. Αυτές οι τέσσερεις διαφορετικές περιπτώσεις παρουσιάζονται στη συνέχεια, ως διακριτές περιπτωσιολογικές μελέτες. 3. Περιπτωσιολογικές μελέτες 4.1 Περιοχή μελέτης 1 (Ν. Κιλκίς) Οι λίμνες Αρτζάν Αματόβου βρίσκονται κοντά στο χωριό Βαφιοχώρι του Νομού Κιλκίς. Οι λίμνες τροφοδοτούνταν με νερό κατά την περίοδο των πλημμυρών του Αξιού ποταμού. Κατά την δεκαετία του 1930 ξεκίνησαν οι εργασίες αποξήρανσης των δυο λιμνών. Στην περιοχή κατασκευάστηκε ταμιευτήρας, ο ρόλος του οποίου είναι διπλός. Κατά την χειμερινή περίοδο λειτουργεί ως αντιπλημμυρικό έργο, ενώ τους καλοκαιρινούς μήνες ως αρδευτικό σύστημα 1. Από τις πλημμυρισμένες περιοχές του Μαρτίου 2015, έτσι όπως αποτυπώθηκαν στις εικόνες SAR, φαίνεται πως μεγάλο τμήμα των δύο πρώην λιμνών είναι καλυμμένο με νερό (Χάρτης 1). Επίσης, στην ψευδοχρωματική εικόνα SAR (Εικόνα 1), παρατηρούνται εκτεταμένες περιοχές με αυξημένη υγρασία (κίτρινο χρώμα), τόσο γύρω από την περιοχή ενδιαφέροντος όσο και κατά μήκος του Αξιού. Δεδομένου ότι τα δεδομένα SAR («υγρή κατάσταση») ελήφθησαν λίγες ημέρες μετά το κυρίως πλημμυρικό επεισόδιο, είναι πολύ πιθανό μεγάλο τμήμα των κίτρινων αυτών περιοχών να επηρεάστηκε σε μεγάλο βαθμό από την πλημμύρα. 1 Πηγή: aspros.gr/tag/αρτζάν-αματόβου/

8 Χάρτης 1. Πλημμυρισμένες περιοχές στο Ν. Κιλκίς στις 11/03/ Περιοχή μελέτης 2 (Ν. Θεσσαλονίκης) Στην περίπτωση του Νομού Θεσσαλονίκης, το ενδιαφέρον εστιάζεται στην περιοχή βόρεια της λίμνης Βόλβης. Εκεί, κοντά στα χωριά Λίμνη και Μαυρούδα, βρίσκονταν οι λίμνες Λάντζα και Μαυρούδα αντίστοιχα, οι οποίες αποξηράνθηκαν στο τέλος της δεκαετίας του 1950 (1958) 2, ενώ κάποιες προσπάθειες και σχέδια ανασύστασης έλαβαν χώρα 3, χωρίς ωστόσο να υλοποιηθούν οριστικά. Στην προκειμένη περίπτωση του Μαρτίου 2015 (Χάρτης 2), στις θέσεις των αποξηραμένων λιμνών Λάντζα και Μαυρούδα εντοπίζεται η ύπαρξη νερού. Το φαινόμενο είναι τόσο μεγάλης έκτασης, που δίνει την εντύπωση ότι οι λίμνες έχουν όντως ανασυσταθεί

9 Χάρτης 2. Πλημμυρισμένες περιοχές στο Ν. Θεσσαλονίκης στις 11/03/ Περιοχή μελέτης 3 (Ν. Σερρών) Κατά τον 19 ο αιώνα η λίμνη των Σερρών ή αλλιώς λίμνη Αχινού εκτεινόταν από την περιοχή της Αμφίπολης ως και το χωριό Κάτω Καμήλα. Η ονομασία Αχινός προέρχεται από την ρίζα αχ- που σημαίνει ύδωρ. Ο λόγος που την ονόμασαν Αχινό κρύβεται στις συνεχείς πλημμύρες του Στρυμόνα στην πεδιάδα των Σερρών. Με το πέρας του χρόνου η λίμνη περιορίζεται δυτικότερα έξω από το χωρίο Ανθή, στο οποίο είναι ευδιακριτά ακόμη και σήμερα σημάδια της. Η δεκαετία του 1930 αποτελεί την αρχή των αποστραγγιστικών έργων της λίμνης. Το 1932 κατασκευάστηκε φράγμα κοντά στο χωριό Λιθότοπο, το οποίο αποτέλεσε τον πρώτο φραγμό της ροής του νερού του ποταμού και την αρχή της δημιουργίας της λίμνης Κερκίνης ως τεχνητό ταμιευτήρα

10 Στις μεγάλες πλημμύρες ο Στρυμόνας κατέκλυζε όλο τον κάμπο των Σερρών με αποτέλεσμα να συνδέει την λίμνη Κερκινίτιδα (Μπούτκοβου) με την λίμνη του Αχινού. Μέχρι την αποξήρανση της λίμνης Αχινού, κατά την δεκαετία του 1930, οι δυο λίμνες ταυτίζονταν. Η Κερκινίτιδα λειτουργεί ως αντιπλημμυρικό έργο και αποθηκευτική τεχνητή λίμνη με στόχο την συγκράτηση των νερών του Στρυμόνα, την ρύθμιση της ροής των υδάτων του ποταμού στην θάλασσα καθώς και το δίκτυο άρδευσης της πεδιάδας. Στην περίπτωση της εν λόγω ξαφνικής πλημμύρας στο Νομό Σερρών στις 10 Μαρτίου 2015, τα πρώτα δορυφορικά δεδομένα SAR ελήφθησαν 24 ώρες μετά το πλημμυρικό γεγονός. Το πλημμυρικό γεγονός είναι αποτέλεσμα της έντονης βροχόπτωσης στην ευρύτερη περιοχή που οδήγησε στην άνοδο του επιπέδου της στάθμης της λίμνης Κερκίνης. H ακτίνα επίδρασης του πλημμυρικού γεγονότος εκτιμήθηκε στα 50 km 2, ενώ το κόστος καταστροφής ανήλθε στα Κατά αντιστοιχία με τις δύο πρώτες περιπτωσιολογικές μελέτες, και σε αυτήν την περίπτωση η ιδιαίτερα εκτεταμένη πλημμυρισμένη περιοχή που χαρτογραφήθηκε με τη βοήθεια εικόνων SAR (Χάρτης 3) ανήκει ως επί το πλείστον σε χώρο αποξηραμένης λίμνης. Χάρτης 3. Πλημμυρισμένες περιοχές στο Ν. Σερρών στις 11/03/15.

11 4.4 Περιοχή μελέτης 4 (Ν. Καβάλας-Ν. Δράμας) Η περίπτωση αυτή αναφέρεται στο πλημμυρικό γεγονός που σημειώθηκε στα Τενάγη των Φιλίππων (Εικόνα 2), λόγω της έντονης βροχόπτωσης από τις 6 έως τις 7 Μαρτίου Τα Τενάγη Φιλίππων συνιστούν έναν μοναδικό και ιδιαίτερο τυρφώνα σε παγκόσμια κλίμακα, με βάθος μεγαλύτερο από 190m. Σήμερα αποτελούν εύφορη καλλιεργήσιμη γη, που προήλθε από την αποξήρανση μιας προϋπάρχουσας ελώδους έκτασης κατά τη δεκαετία του Σύμφωνα με τα δεδομένα SAR και τον τελικό χάρτη (Χάρτης 4), η πλημμυρισμένη περιοχή καταλαμβάνει σημαντικό τμήμα του Νομού Καβάλας, καθώς και ένα μικρό μέρος του Νομού Δράμας. Τονίζεται ωστόσο, ότι τα δεδομένα έχουν ληφθεί τέσσερεις με πέντε ημέρες μετά το επεισόδιο και ως εκ τούτου μεγάλο μέρος του νερού έχει ήδη αποστραγγιστεί. Εικόνα 2. Τμήμα των πλημμυρισμένων Τεναγών, ανατολικά του Παλαιοχωρίου. Άποψη από την Ελευθερούπολη Καβάλας στις 10/03/15 (Πηγή: 5

12 Χάρτης 4. Πλημμυρισμένες περιοχές στους Νομούς Καβάλας και Δράμας στις 11/03/ Αξιολόγηση δορυφόρων Sentinel Καθώς η αναζήτηση κατάλληλων εικόνων Sentinel-2 δεν απέδωσε, όπως ήταν εξαρχής και το πιθανότερο, η αξιολόγηση των δορυφορικών εικόνων εστιάστηκε στα δεδομένα SAR της αποστολής Sentinel-1 και στη σύγκριση με τα αντίστοιχα δεδομένα των προγενέστερων ευρωπαϊκών δορυφόρων ERS και Envisat. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση του πλήθους των διαθέσιμων εικόνων Sentinel, ενώ για τις ανάγκες σύγκρισης επιλέχθηκε η περιοχή στην οποία αναφέρεται η αντίστοιχη ανάλυση των Mouratidis and Sarti (2013) για τους δορυφόρους ERS και Envisat. Η εν λόγω περιοχή κεντροθετείται από τις συντεταγμένες 40 ο Ν, 23 ο Ε και καταλαμβάνει έκταση 10 km x 10 km στο κέντρο της Μυγδονίας λεκάνης. Κατά την εποχή των δορυφόρων ERS και Envisat, η περιοχή χαρακτηριζόταν από μέτριας έως υψηλής προτεραιότητας στον προγραμματισμό για τη συστηματική της παρακολούθηση από το διάστημα.

13 Θεωρητικά, με βάση τη διαχρονική επανάληψη του Sentinel-1A, θα πρέπει να υπάρχουν περίπου δύο εικόνες (μία ανερχόμενης και μία κατερχόμενης τροχιάς) ανά δώδεκα ημέρες, συνεπώς: 365/12*2 = 60 περίπου εικόνες ανά έτος, με πιθανότητα: (60/365)*100 = 16% να υπάρχει εικόνα μέσα στο 24ωρο που ενδιαφέρει. Για τη συγκεκριμένη περιοχή, παρουσιάζεται στον πίνακα 2 το πλήθος των πραγματικά διαθέσιμων δορυφορικών εικόνων του Sentinel-1Α ανά περίοδο ενός έτους, καθώς και η πιθανότητα διαθεσιμότητας εικόνων του πλημμυρικού επεισοδίου μέσα στο ίδιο 24ωρο της κορύφωσής του. Έτος Sentinel-1Α Πιθανότητα (%) 1/10/2014 έως 30/09/ ,5 1/10/2015 έως 30/09/ ,15 Πίνακας 2. Πραγματικός αριθμός διαθέσιμων εικόνων Sentinel-1Α (ανεξαρτήτως γεωμετρίας λήψης) ανά έτος και πιθανότητα εύρεσης δεδομένων εντός του 24ώρου της εκδήλωσης της πλημμύρας εντός της θεωρούμενης περιοχής. Αντίστοιχα, το θεωρητικό σενάριο εντοπισμού δορυφορικής εικόνας Sentinel-1Α με τα ίδια χαρακτηριστικά (μόνο ανερχόμενης ή μόνο κατερχόμενης τροχιάς) είναι: 365/12 = 30 περίπου εικόνες ανά έτος, με πιθανότητα: (30/365)*100 = 8% να υπάρχει εικόνα μέσα στο 24ωρο που ενδιαφέρει. Στην πραγματικότητα, για την επιλεχθείσα περιοχή, οι διαθέσιμες εικόνες και η αντίστοιχη πιθανότητα εντοπισμού δορυφορικής εικόνας Sentinel-1Α ανά τροχιά παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Έτος 1/10/2014 έως 30/09/2015 Ανερχόμενη τροχιά Sentinel-1Α Πιθανότητα (%) Κατερχόμενη τροχιά Ανερχόμενη τροχιά Κατερχόμενη τροχιά ,4 1/10/2015 έως 30/09/ ,5 6,5 Πίνακας 3. Πραγματικός αριθμός διαθέσιμων εικόνων Sentinel-1Α ανά έτος και τροχιά και πιθανότητα εύρεσης δεδομένων εντός του 24ώρου της εκδήλωσης της πλημμύρας εντός της θεωρούμενης περιοχής.

14 Αναφορικά με τη θεωρητική, αλλά και πρακτική βελτίωση των δυνατοτήτων παρακολούθησης των πλημμυρικών φαινομένων, αλλά και της Γης εν γένει, που επιφέρει η οικογένεια δορυφόρων Sentinel-1, αυτή θα πρέπει να αναζητηθεί σε σύγκριση με τους προγενέστερους ευρωπαϊκούς δορυφόρους ERS και Envisat (Πίνακας 4). Εκτός από τη διαχρονική ανάλυση, η οποία αντικατοπτρίζεται από την πιθανότητα εύρεσης κατάλληλης εικόνας SAR, σημαντικό στοιχείο, το οποίο κρίνεται ότι θα πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τη σύγκριση, είναι και η διακριτική ικανότητα (χωρική ανάλυση) των παρεχόμενων εικόνων. Δορυφόρος/όργανο Πιθανότητα (%) (θεωρητικό σενάριο) Πιθανότητα (%) (ρεαλιστικό σενάριο) Χωρική ανάλυση (m) Sentinel-1Α&Β 33 (εν αναμονή των δεδομένων Sentinel- 1B) 20 Sentinel-1Α 16 14,5 20 Envisat/ASAR (IM) 5,8 2,9 30 Envisat/ASAR (WSM) 15 14,9 150 ERS-1 + ERS-2 11,6 5,5 30 ERS-2 5,8 4,3 30 ERS-1 5,8 4,3 30 Πίνακας 4. Συγκριτική παρουσίαση της πιθανότητας εύρεσης διαθέσιμης εικόνας SAR Sentinel-1 εντός 24ώρου, σε σχέση με τους προγενέστερους Ευρωπαϊκούς δορυφόρους. Τα δεδομένα για τους δορυφόρους ERS και Envisat βασίζονται στη μελέτη των Mouratidis and Sarti (2013). 5. Συζήτηση-συμπεράσματα Στην παρούσα εργασία έλαβε χώρα μία προσπάθεια αξιολόγησης, σε θεωρητικό και πρακτικό επίπεδο, της συνεισφοράς των Ευρωπαϊκών δορυφόρων της σειράς Sentinel και συγκεκριμένα των Sentinel-1 και Sentinel-2, στη χαρτογράφηση πλημμυρών στην Ελλάδα. Από την διασταύρωση των στοιχείων της επικαιροποιημένης βάσης δεδομένων για τα πλημμυρικά επεισόδια του Ελληνικού Χώρου με τη διαθεσιμότητα των εικόνων Sentinel-1 και Sentinel-2, προέκυψε η μικρή έως ελάχιστη συνεισφορά της δεύτερης ομάδας δεδομένων. Το γεγονός αυτό οφείλεται, στο ότι το είδος των πλημμυρών που συμβαίνουν στην Ελλάδα είναι κυρίως ξαφνικές πλημμύρες, με αποτέλεσμα τα δορυφορικά δεδομένα του ορατού και υπέρυθρου τμήματος του φάσματος πρακτικά να αχρηστεύονται, εξαιτίας της ύπαρξης νεφοκάλυψης. Καθώς τα εν λόγω πλημμυρικά γεγονότα εξελίσσονται εντός

15 λίγων ωρών, η ύπαρξη κατάλληλων (χωρίς νεφοκάλυψη) εικόνων Sentinel-2 αρκετές ημέρες μετά δεν εξυπηρετεί της ανάγκες χαρτογράφησης των φαινομένων. Συνεπώς τα πλεονεκτήματα που φέρουν οι δορυφόροι Sentinel-2 σε σχέση με προγενέστερους (καλύτερη διαχρονική χωρική, φασματική και ραδιομετρική ανάλυση κατά περίπτωση), έχουν σχετικά μικρή ή αμελητέα επίδραση για τη μελέτη των περισσότερων πλημμυρών του Ελληνικού Χώρου. Αντίθετα, οι εικόνες SAR συνιστούν αξιόπιστη επιλογή, τουλάχιστον όσον αφορά στο γεγονός, ότι η διαθεσιμότητά τους είναι ανεξάρτητη των καιρικών συνθηκών. Ως προς τη διαχρονική τους ανάλυση, παρά τις σαφείς βελτιώσεις που επιφέρουν οι δορυφόροι της σειράς Sentinel-1, η περίπτωση χαρτογράφησης των ξαφνικών πλημμυρών εξακολουθεί να είναι προβληματική. Αυτό τονίζεται ιδιαίτερα και στις τέσσερεις περιπτωσιολογικές μελέτες της παρούσας εργασίας, όπου η ευνοϊκή τοπογραφία αποξηραμένων λιμνών κατέστησε δυνατή τη συγκέντρωση και παραμονή σημαντικού μέρους των υδάτων της πλημμύρας για διάστημα τουλάχιστον λίγων ημερών, με αποτέλεσμα να μπορούν να καταγραφούν στις εικόνες SAR. Σε διαφορετική περίπτωση, οι περισσότερες πλημμύρες πιθανώς δεν θα είχαν καταγραφεί καθόλου ή τουλάχιστον δεν θα είχαν καταγραφεί τόσο έντονα. Σε κάθε περίπτωση, όπως προκύπτει από τη στατιστική ανάλυση των διαθέσιμων δεδομένων, η σειρά Sentinel-1 παρέχει συνδυασμό διαχρονικής και χωρικής ανάλυσης άνευ προηγουμένου (αλλά και επιπλέον χαρακτηριστικά, όπως η διπλή πόλωση). Τα χαρακτηριστικά αυτά την καθιστούν την πιο αξιόπιστη λύση, στην προσπάθεια χαρτογράφησης γρήγορα εξελισσόμενων φαινομένων στην επιφάνεια της Γης. Εν αναμονή της διάθεσης των εικόνων και του δορυφόρου Sentinel-1B - πιθανότατα εντός λίγων εβδομάδων - και με βάση το γεγονός, ότι τις περισσότερες φορές (εκτός των περιπτώσεων ύπαρξης γειτονικών ορεινών όγκων) τόσο οι ανερχόμενες όσο και οι κατερχόμενες τροχιές εξυπηρετούν εξίσου, το θεωρητικό σενάριο που δίνει πάνω από 30% πιθανότητες στην διαθεσιμότητα εικόνας SAR εντός 24ώρου αναμένεται να δώσει νέα ώθηση στη χαρτογράφηση των ξαφνικών πλημμυρών του Ελληνικού Χώρου. Bιβλιογραφία Bell, F. G., Geological Hazards. Their assessment, avoidance and mitigation, E & FN SPON, London. Diakakis M., Mavroulis S., Deligiannakis G., Floods in Greece, a statistical and spatial approach, Natural Hazards, 62 (2), Domakinis C., Oikonomidis D., Voudouris K., Astaras T., Using Geographic Information Systems (GIS) and remote sensing to map flood extent and to assess flood hazard in Erythropotamos river basin (Evros, Greece), Proceedings of the 10 th International Congress of the Hellenic Geographical Society, October 2014, Thessaloniki, Greece, Mouratidis A., Sarti F., Flash-Flood Monitoring and Damage Assessment with SAR Data: Issues and Future Challenges for Earth Observation from Space Sustained by

16 Case Studies from the Balkans and Eastern Europe. In: J. M. Krisp et al. (eds.), Earth Observation of Global Changes (EOGC), Lecture Notes in Geoinformation and Cartography, Springer, Berlin, Mouratidis, A., Doxani, G., Nikolaidou, M., Lampiri, M., Sarti, F., Tsakiri-Strati, M., Contribution of Earth observation data and GIS to mapping and managing flood events in Greece, IGARSS 2012, July 2012, Munich, Germany (poster presentation). Mouratidis, A., Nikolaidou, M., Doxani, G., Lampiri, M., Sarti, F., Tsakiri-Strati, M., Flood studies in Greece using Earth Observation data and Geographical Information Systems, Geological Remote Sensing Group (GRSG) Annual General Meeting 2011, 7-9 December 2011, ESA/ESRIN, Frascati, Italy. Mouratidis, A. (2011). Contribution of earth observation data and geographical information systems to mapping and managing flood events in Greece, Final Report of research project funded by the John S. Latsis Public Benefit Foundation, 37 p. Nikolaidou, M., Mouratidis, A., Doxani, G., Oikonomidis, D., Tsakiri-Strati, M., Sarti, F., An on-line flood database for Greece supported by Earth Observation data and GIS, Proceedings of the 10 th International Congress of the Hellenic Geographical Society, October 2014, Thessaloniki, Greece, Nikolaidou, M., Mouratidis, A., Oikonomidis, D., Astaras, T., Mapping the catastrophic October 2006 flood events in Thessaloniki and Halkidiki with Envisat/ASAR data, Proceedings of the 9 th Pan-Hellenic Geographical Conference, 4-6 November 2010, Athens, Rosich B., Meadows P., Absolute calibration of ASAR Level 1 products, ESA/ESRIN, ENVI-CLVL-EOPG-TN , Issue 1, Revision 5. Yésou, H., Sarti, F., Tholey, N., Mouratidis, A., Clandillon, S., Synergy of Sentinel 1 and 2 for emergency flood mapping and the monitoring of large inland water bodies based on a 10-year experience with active and passive remote sensing from space, EGU General Assembly 2011, Vienna, Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU