Journal Odysseus Environmental & Cultural Sustainability of the Mediterranean Region: 2 (2013): 31-40. http://www.jodysseus.gr Κωνσταντίνος Ποϊραζίδης και Αριστοτέλης Μαρτίνης, Καθηγητές Εφαρμογών Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος, ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Ζακυνθος >31 1. Εισαγωγή Η πίεση που ασκείται στους φυσικούς πόρους από τον άνθρωπο τις τελευταίες δεκαετίες, οδηγεί τα φυσικά οικοσυστήματα σε έντονη υποβάθμιση με επακόλουθες επιπτώσεις και στην ποιότητα ζωής των ανθρώπινων κοινωνιών και στην κοινωνική συνοχή. Οι παρατηρούμενες αλλαγές, δημιουργούν την επείγουσα ανάγκη για συγκέντρωση και ανάλυση κατάλληλων πληροφοριών για την ικανότητα των φυσικών πόρων να ανταπεξέλθουν στις ανάγκες και απαιτήσεις του ανθρώπου. Ο κύριος στόχος της δράσης Δ 02 ήταν η μελέτη των διαχρονικών αλλαγών κάλυψης γης σε τρία από τα Ιόνια Νησιά (Ζάκυνθος, Κεφαλονιά και Λευκάδα) για την περίοδο 1984-2011, η επίδραση αυτών των αλλαγών στη δομή και διάθρωση του Ιόνιου τοπίου και η αναζήτηση σχέσεων αλληλεπίδρασης με αλλαγές στους κοινωνικο-οικονομικούς δείκτες. Με βάση αυτή τη γνώση έγινε προσπάθεια να εκτιμηθούν οι επιπτώσεις αυτών των αλλαγών στη βιώσιμη ανάπτυξη των νησιών και η διάχυση των αποτελεσμάτων στην τοπική κοινωνία και στους λήπτες αποφάσεων. Παράλληλα, διοργανώθηκαν δύο Θερινά Σχολεία στη Ζάκυνθο, με θέμα τον Ολοκληρωμένο Περιβαλλοντικό Σχεδιασμό σε Νησιωτικό Περιβάλλον αξιοποιώντας τα αποτελέσματα αυτής της δράσης ενώ σχεδιάζεται ηλεκτρονική πλατφόρμα για τη διάχυση αυτής της πληροφορίας ευρύτερα, με στόχο την εξωτερίκευση και εκλαΐκευση των αποτελεσμάτων για εκπαίδευση των τοπικών κοινωνιών. Οι ολοκληρωμένες μελέτες θα αποτελέσουν χρήσιμα και πρωτότυπα εργαλεία για την ορθολογική και αειφόρο ανάπτυξη του νησιωτικού χώρου των Ιονίων Νήσων, αποτελώντας τη βάση για περαιτέρω έρευνα εφαρμοσμένης οικολογίας και διαχείρισης του νησιωτικού χώρου από το ΤΕΙ Ιονίων Νήσων (π.χ. εκτίμηση και αξιολόγηση της ποιότητας του νησιωτικού τοπίου και των ακτών, εκτίμηση του κινδύνου ερημοποίησης). Η Δράση 02 υλοποιήθηκε με τη συμβολή μόνιμων μελών εκπαιδευτικού προσωπικού του ΤΕΙ Ιονίων Νήσων (Κ. Ποϊραζίδης, Α. Μαρτίνης, Γ. Καρρής και Κ. Καμπάση), εκπαιδευτικό ερευνητικό προσωπικό ελληνικών και διεθνών πανεπιστημίων και ιδρυμάτων (Δ. Καλύβας, Ε. Χάρου, Σ. Πετρίδης και S. Schindler), στελέχη του Εθνικού Θαλάσσιου Πάρκου Ζακύνθου (Α. Κολοκοτσά, Δ. Κουτσούμπας, Κ. Κατσελίδης και L. Sourbes), του Φορέα Διαχείρισης Εθνικού Δρυμού Αίνου Κεφαλλονιάς (Γ. Μήτσαινας) και τέλος με στελέχη της WWF Ελλάς (Κ. Λιαρίκος, Ε. Σβορώνου και Χ. Μινώτου). Σε πολλά στάδια της δράσης βοήθησαν ερευνητές από ελληνικά ιδρύματα (Μ. Στεφούλη) και προπτυχιακοί φοιτητές (Γ. Βούτος, Γ. Αλεξανδρίδη, Γ. Κεφαλάς και Λ. Ρωξάνη-Σουζέτ).
>32 Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από το παραδοτέο 9 (χαρτογράφηση αλλαγών ) της Δράσης 02. 2. Μεθοδολογική προσέγγιση 2.1. Μελέτη των διαχρονικών αλλαγών Ο σκοπός αυτής της δράσης ήταν ο εντοπισμός, η αναλυτική ποσοτικοποιημένη περιγραφή της και των παρατηρούμενων αλλαγών των τελευταίων 30 χρόνων (περίοδος 1984-2011), καθώς και η παραγωγή θεματικών (αναλογικών και ψηφιακών) χαρτών τόσο για κάθε χρονική περίοδο όσο και με βάση τις αλλαγές στην κάλυψη γης. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ GIS) και της Τηλεπισκόπησης (Remote Sensing), τα οποία είναι τα δύο βασικά εργαλεία επεξεργασίας και ανάλυσης των δεδομένων που αφορούν τις χρήσεις και την κάλυψη γης. Δύο βασικές ενότητες παραμέτρων καθορίστηκαν και αναγνωρίστηκαν από τις δορυφορικές εικόνες α) μια λίστα κατηγοριών κάλυψης και β) γραμμικά στοιχεία όπως οι δρόμοι και οι οικισμοί/μεμονωμένα κτίσματα. Για τις ανάγκες του προγράμματος έγινε αναζήτηση δορυφορικών εικόνων Landsat στον ιστότοπο της United States Geological Survey- USGS (http://www.usgs.gov) όπου διατίθενται ή μπορούν να παραγγελθούν δωρεάν Landsat δεδομένα. Συνολικά 48 εικόνες Landsat TM 5 και ETM 7 ελήφθησαν για την περιοχή μελέτης. Η λήψη όλων των εικόνων θεωρήθηκε απαραίτητη καθώς ο εντοπισμός των στοιχείων που ενδιαφέρουν την μελέτη απαιτεί επισκόπηση εικόνων ώστε να επιλεγούν εκείνες με τα καλύτερα χαρακτηριστικά (π.χ. έλλειψη νεφοκάλυψης). Παράλληλα οι εικόνες αυτές μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμες πηγές πληροφορίας για μελλοντικά Προγράμματα του ΤΕΙ Ιονίων Νήσων. Από τις ληφθείσες εικόνες επιλεγήκαν τέσσερις οι οποίες είχαν αφενός ελάχιστη νεφοκάλυψη, είχαν μια σχεδόν δεκαετή διαφορά μεταξύ τους (έτσι ώστε να είναι διακριτές χωρικές αλλαγές) και ήταν όσο το δυνατό σε κοντινές ημερομηνίες (24/06/1984, 03/08/1990, 16/08/2000, 23/09/2011). Παράλληλα, σε κάθε νησί πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις υπαίθρου, με στόχο τον προσδιορισμό στο πεδίο διακριτών κατηγοριών κάλυψης που θα χρησιμεύσουν στον προσδιορισμό των εκπαιδευτικών συνόλων για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση των δορυφορικών εικόνων.για επισκόπηση της περιοχής σε μεγαλύτερη ανάλυση, κρίθηκε επίσης απαραίτητη η χρήση εικόνων που διατίθενται από την ιστοσελίδα του κτηματολογίου: http://gis.ktimanet.gr/wms/wmsopen/wmsserver. aspx. Για την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων και την εφαρμογή των κατάλληλων για την ανάλυση διανυσματικών τεχνικών επεξεργασίας χρησιμοποιήθηκαν τα πακέτα λογισμικού TNTmips, ENVI 4.8, ArcGIS 10.0. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν για 1) Υλοποίηση τεχνικών επεξεργασίας εικόνας (τονισμός εικόνας). 2) Ανάπτυξη / έλεγχο της εφαρμογής διαφορετικών μοντέλων και εξειδικευμένων τεχνικών επεξεργασίας 3) Παράλληλη εφαρμογή τεχνικών επεξεργασίας εικόνας και ΓΣΠ και ανταλλαγή διαφορετικού τύπου πληροφορίας, 4) Εφαρμογή διανυσματικών και ράστερ τεχνικών 5) Συνδυασμό πληροφορίας από διαφορετικές πηγές και 6) Δημιουργία θεματικών χαρτών.
Για την καταγραφή και αναγνώριση της διαχρονικής μεταβολής των γραμμικών στοιχείων (οδικό δίκτυο και περίγραμμα των οικισμών / μεμονωμένων κτιρίων), χρησιμοποιήθηκαν οι εικόνες από το Κτηματολόγιο (περιόδου λήψης 2008) και οι αεροφωτογραφίες λήψης 1996 σε ίδια κλίμακα (1:5.000). Η καταγραφή των γραμμικών στοιχείων έγινε με ψηφιοποίηση επί της οθόνης του Η/Υ. 3. Αποτελέσματα >33 3.1. στην κάλυψη γης Η αναγνώριση των μεταβολών στην κάλυψη γης, προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας τόσο συτοματοποιημένους δείκτες (π.χ. δείκτης βλάστησης NDVI και μετασχηματισμός Tasseled Cap) όσο και τα αποτελέσματα της ταξινόμησης. Για το Tasseled Cap δημιουργήθηκαν οι αντίστοιχες RGB εικόνες με την ακόλουθη αντιστοίχιση: TCBrightness=Red, TCGreeness=Green, TCWetness=Blue (σχήμα 1). Με τον τρόπο αυτό, με κόκκινο στην εικόνα φαίνονται οι γυμνές ή αστικές ή με λίγη βλάστηση εκτάσεις (π.χ. χωράφια) που ανακλούν κυρίως στον πρώτο δίαυλο (Brightness). Με πράσινο οι εκτάσεις με έντονη βλάστηση που ανακλούν στο δεύτερο δίαυλο (Greeness). Με μπλε οι εκτάσεις με εδαφική υγρασία που ανακλούν στον τρίτο δίαυλο (Wetness). 1984 1990 2000 2011 Σχήμα 1: Διαχρονική μεταβολή του δείκτη Tasseled Cap στο νησί της Ζακύνθου
>34 Η ανάλυση και χαρτογράφηση των τύπων, έγινε χρησιμοποιώντας επιβλεπόμενη ταξινόμηση με τον αλγόριθμο της μέγιστης πιθανοφάνειας και το λογισμικό ENVI. Βασικές κατηγορίες ήταν: Δασικές εκτάσεις (πευκοδάση, μακί, αριά, ελάτη, ανάλογα με το νησί μελέτης), μεταβατικές εκτάσεις, φρύγανα, ανοικτές-πετρώδεις εκτάσεις, καλλιεργημένες εκτάσεις (αμπελώνες, ελαιώνες, μη ποτιστικοί αγροί, σύνθετα αγροτικά, ανάλογα με το νησί μελέτης), αστικές περιοχές. (Πίνακας 1). Κεφαλονιά Ζάκυνθο Λευκάδα 1984 1990 2000 2011 1984 1990 2000 2011 1984 1990 2000 2011 Kαλλιεργήζιμη 39296.7 25821.9 15678.09 19447.02 17331.21 14376.06 16034.76 15211.8 10789.38 14647.05 15192.27 14397.57 Δαζική 9350.1 7962.03 6105.24 9867.15 4596.21 3510.81 5256 4664.25 3566.34 5136.57 6362.19 8315.28 Φρύγανα 11951.28 31125.15 38599.65 35005.23 6282.27 7660.71 7410.78 11792.61 0 0 0 0 Ενδιάμεζη 4717.8 3491.1 2258.19 5449.86 5060.07 6752.61 4770.81 3026.88 6597.54 5713.47 5276.61 3272.4 Πίνακας 1: Εκτάσεις των βασικών κατηγοριών τύπων κάλυψης σε εκτάρια (ha) ανά νησί και ανά χρονιά αναφοράς Η συνολική ακρίβεια ταξινόμησης για το έτος 2011, ανήλθε για Ζάκυνθο σε 84,19%, για Κεφαλονιά σε 87,28% και Λευκάδα 74,72% (συντελεστής Kappa 0,8049, 0,8368 και 0,6904, αντίστοιχα). Α. ΖΆΚΥΝΘΟΣ 1984 1990 Σχήμα 2: Διαχρονική μεταβολή της κάλυψης γης στο νησί της Ζακύνθου 2000 2011
Οι βασικές κατηγορίες κάλυψης / χρήσης γης παρουσίασαν μια μικρή αυξομείωση στη Ζάκυνθο την περίοδο 1984-2011 χωρίς ιδιαίτερες μεταβολές, αν και μια μικρή αύξηση εμφανίζεται στις ανοικτές εκτάσεις (Διάγραμμα 1). Μεηαβολή βαζικών καλύυεφν / τρήζης γης ζηη Ζάκσνθο ηην περίοδο 1984-2011 70,00% 60,00% 50,00% >35 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% ΓΕΩΡΓΙΚΕΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ ΔΑΣΙΚΕΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ ΑΝΟΙΚΤΕΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ 1984 34,32% 56,62% 5,88% 1990 37,13% 49,67% 8,04% 2001 27,92% 61,77% 9,29% 2011 33,57% 55,87% 8,61% Διάγραμμα 1. Μεταβολή βασικών καλύψεων / χρήσης γης στη Ζάκυνθο την περίοδο 1984-2011 Εντούτοις, ιδιαίτερες εσωτερικές μεταβολές παρατηρούνται ανάμεσα στις κατηγορίες και κυρίως στις δασικές εκτάσεις, με μια μεγάλη μείωση των μεταβατικών εκτάσεων (δασικές εκτάσεις ανάμεσα σε σκληροφυλλική βλάστηση και φρυγανότοποι) και σταθερή αύξηση των φρυγανικών τοπίων με σχεδόν διπλάσια έκταση το 2011 σε σχέση με το 1984 (Διάγραμμα 2). 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% Μεηαβολή ηων δαζικών εκηάζεων ζηη Εάκυνθο ηην περίοδο 1984-2011 ΠΔΤΚΟΓΑΖ ΚΛΖΡΟΦΤΛΛΗΚΖ ΒΛΑΣΖΖ ΜΔΣΑΒΑΣΗΚΔ ΔΚΣΑΔΗ ΦΡΤΓΑΝΑ 1984 2,98% 9,94% 20,93% 22,77% 1990 1,98% 9,85% 11,52% 26,32% 2001 1,68% 11,49% 16,88% 31,72% 2011 3,29% 8,50% 7,96% 36,12% Διάγραμμα 2. Μεταβολή των δασικών καλύψεων στη Ζάκυνθο την περίοδο 1984-2011 Η υποβάθμιση της βλάστησης διαχρονικά στη Ζάκυνθο, είναι εμφανής και στη μεταβολή του δείκτη βλάστησης NDVI (διάγραμμα 3), από το 1984 έως το 2001 με μια μικρή ανάκαμψη το 2011, αν και η ανάκαμψη αυτή διακόπηκε εξαιτίας της μεγάλης φωτιάς 20 ημέρες μετά τη λήψη της δορυφορικής εικόνας (6 Αυγούστου 2011) με αποτέλεσμα να έχει μειωθεί περαιτέρω ο δείκτης NDVI.
>36 180 160 140 120 100 80 60 NDVI ΖΑΚΥΝΘΟΣ Διάγραμμα 3. Διαχρονική μεταβολή του δείκτη βλάστησης NDVI στο νησί της Ζακύνθου. 40 20 0 1984 1990 2001 2011 Β. ΚΕΦΑΛΟΝΙΆ Σχήμα 3: Διαχρονι- 1984 1990 κή μεταβολή της κάλυψης γης στο νησί της Κεφαλονιάς 2000 2011 Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μεταβολής της στην Κεφαλονιά, η έκταση των δασών ελάτης και αριάς -πουρναριών διατηρείτε σχετικά σταθερά τα τελευταία 30 χρόνια, ενώ πολλές μεταβατικές εκτάσεις φαίνεται να έχουν αλλάξει κατηγορία είτε σε θαμνώνες, είτε σε φρυγανότοπους. Οι φρυγανικές εκτάσεις τριπλασιάστηκαν την περίοδο 1984 1990, έχοντας μικρές αυξομειώσεις μετά από το 1990, ενώ οι καλλιεργημένες εκτάσεις εμ-
160 140 120 100 80 60 40 20 0 NDVI ΚΕΦΑΛΟΝΙΑ 1984 1990 2001 2011 Διάγραμμα 4. Διαχρονική μεταβολή του δείκτη βλάστησης NDVI στο νησί της Κεφαλονιάς >37 1984 1990 Γ. ΛΕΥΚΆΔΑ Σχήμα 4: Διαχρονική μεταβολή της στο νησί της Λευκάδας 2000 2011 φανίζουν μια διαχρονική μείωση σε σχέση με το 1984. Οι βραχώδεις εκτάσεις δείχνουν να διατηρούνται σε σταθερή έκταση και να κυμαίνονται σε ποσοστό κοντά στο 7-10%. Παράλληλα, ο δείκτης NDVI, εμφάνισε μια πτώση τις δεκαετίες 1990 και 2000, παρουσιάζοντας σημαντική ανάκαμψη το 2011 (Διάγραμμα 4).
>38 Φωτο: Οι δύο όψεις του τοπίου της Κεφαλονιάς (Αραιοί ελαιώνες σε βραχώδεις πλαγιές πυκνά ώριμα δάση μακίας και ελάτης) Το νησί της Λευκάδας εμφανίζει πολύ μικρές αλλαγές την μελετώμενη περίοδο (1984-2011). Μια αύξηση των ελαιώνων με αντίστοιχη μείωση των φυσικών οικοσυστημάτων εντοπίστηκε την περίοδο 1984-1990 (σε ποσοστό ~10% αντίστοιχα), αλλά από τότε οι αλλαγές ανάμεσα στις κατηγορίες κάλυψης / χρήσης γης είναι πολύ μικρές. Επιπλέον περιοχές με αραιή βλάστηση που αναγνωρίστηκαν το 1984, φαίνεται ότι αναβαθμίστηκαν είτε σε ελαιώνες είτε σε σκληροφυλλική βλάστηση, κάτι που αντανακλάται και στην αύξηση των δεικτών βλάστησης, όπως του NDVI (διάγραμμα 5). Διάγραμμα 5. Μεταβολή της μέσης τιμής NDVI στο νησί της Λευκάδας την περίοδο 2984 2011 3.2. Οδικό δίκτυο και Δόμηση Συνολικά στο νησί της Ζακύνθου, το 1995 καταγράφηκαν 1.824 Km δρόμων ενώ το 2008 καταγράφηκαν 1.865 Km παρουσιάζοντας μια πολύ μικρή αύξηση. Το μεγαλύτερο ποσοστό καταλαμβάνουν κεντρικοί αγροτικοί δρόμοι, ακολουθούν οι δευτερεύοντες αγροτικοί δρόμοι, οι επαρχιακοί δρόμοι και οι κεντρικοί δρόμοι. Η δομημένη περιοχή στο νησί της Ζακύνθου καταλαμβάνει το 2008 μια έκταση 16.664,2 στρέμματα (4,1% της έκτασης του νησιού) ενώ το 1995 καταλάμβανε έκταση 15.433,8 στρέμματα (διαφορά + 7,3%). Η μεγαλύτερη έκταση (11.664,8 στρέμματα) καταλαμβάνεται από 133 μικρούς ή μεγαλύτερους οικισμούς με έκταση πάνω από 10 στρέμματα (70,09 % της συνολικής δομημένης έκτασης) με μέση έκταση 87,7 στρέμματα (τυπική απόκλιση 204,2 στρ). Ο μεγαλύτερος οικισμός ανήκει στην πόλη του Ζακύνθου που καταλαμβάνει το 2008 μια έκταση 1887 στρεμμάτων (Σχήμα 5).
>40 Αναρτημένη ανακοίνωση στο «1st Workshop on Temporal Analysis of Satellite Image Data, 23-25 Μαΐου 2012, Μύκονος που οργανώθηκε από την European Association of Remote Sensing Laboratories