Udoskonalona mapa prawdopodobieństwa występowania pożarów na Ziemi. Analiza spójności baz GBS, L 3 JRC oraz GFED.

Transkrypt

1 Udoskonalona mapa prawdopodobieństwa występowania pożarów na Ziemi. Analiza spójności baz GBS, L 3 JRC oraz GFED. Jędrzej Bojanowski César Carmona-Moreno* Instytut Geodezji i Kartografii Zakład Teledetekcji ul. Modzelewskiego 27, Warszawa * European Commission - Joint Research Centre Institute for Environment and Sustainability Global Environment Monitoring Unit, Ispra, Italy

2 Pożary Jeden z ważniejszych czynników wpływających na działanie ekosystemu Ziemi Wpływają na klimat, obieg węgla, zanieczyszczenie powietrza, itp.

3 Pożary Jeden z ważniejszych czynników wpływających na działanie ekosystemu Ziemi Wpływają na klimat, obieg węgla, zanieczyszczenie powietrza, itp. Dopiero w ciągu ostatnich kilku lat opracowano metody rozpoznawania obszarów pożarzysk w oparciu o zdjęcia satelitarne, czego skutkiem było powstanie kilku baz danych pożarzysk na całym świecie.

4 Pożary Jeden z ważniejszych czynników wpływających na działanie ekosystemu Ziemi Wpływają na klimat, obieg węgla, zanieczyszczenie powietrza, itp. Dopiero w ciągu ostatnich kilku lat opracowano metody rozpoznawania obszarów pożarzysk w oparciu o zdjęcia satelitarne, czego skutkiem było powstanie kilku baz danych pożarzysk na całym świecie. Celem niniejszej pracy było stworzenie najdłuższej bazy zawierającej rozkład występowania pożarów na Ziemi w ciągu ostanich dwudziestu kilku lat.

5

6

7

8

9 Wstęp Dane wejściowe I (GBS, L3JRC) Łączenie baz (GBS + L3JRC) Mapy prawdopodobieństwa (wg GBS) Dane wejściowe II (GFED) Udoskonalenia mapy prawdopodobieństw (GBS + GFED) Wnioski

10 Global Burnt Surfaces (GBS) Utworzona na podstawie dziennych obrazów NOAA-AVHRR GAC o rozdzielczości 8km 8km

11 Global Burnt Surfaces (GBS) Utworzona na podstawie dziennych obrazów NOAA-AVHRR GAC o rozdzielczości 8km 8km Klasyfikacja pożarzysk głównie na podstawie: kompozycji tygodniowych minimalnego albedo w kanałach 1 i 2 GEMI = f (kanał 1, kanał 2) Vi3t = f (kanał 2, kanał 3)

12 Global Burnt Surfaces (GBS) Utworzona na podstawie dziennych obrazów NOAA-AVHRR GAC o rozdzielczości 8km 8km Klasyfikacja pożarzysk głównie na podstawie: kompozycji tygodniowych minimalnego albedo w kanałach 1 i 2 GEMI = f (kanał 1, kanał 2) Vi3t = f (kanał 2, kanał 3) Produktem końcowym jest baza obrazów tygodniowych ( ) o rozdzielczości geometrycznej 0.5 o 0.5 o. Wartość piksela 0.5 o 0.5 o oznacza liczbę pikseli 8km 8km oznaczonych jako pożarzysko.

13 Global Burnt Surfaces (GBS) Utworzona na podstawie dziennych obrazów NOAA-AVHRR GAC o rozdzielczości 8km 8km Klasyfikacja pożarzysk głównie na podstawie: kompozycji tygodniowych minimalnego albedo w kanałach 1 i 2 GEMI = f (kanał 1, kanał 2) Vi3t = f (kanał 2, kanał 3) Produktem końcowym jest baza obrazów tygodniowych ( ) o rozdzielczości geometrycznej 0.5 o 0.5 o. Wartość piksela 0.5 o 0.5 o oznacza liczbę pikseli 8km 8km oznaczonych jako pożarzysko. Ogólnie dostępne są numeryczne mapy prawdopodobieństw wystąpienia pożaru w danym trymestrze roku.

14 L 3 JRC Współpraca (L 3 + JRC): University of Leicester Université Catholique de Louvain Instituto de Investigacao Cientifica Tropical, Lisbon Joint Research Centre

15 L 3 JRC Współpraca (L 3 + JRC): University of Leicester Université Catholique de Louvain Instituto de Investigacao Cientifica Tropical, Lisbon Joint Research Centre Klasyfikacja dziennych obrazów SPOT-VEGETATION o rozdzielczości 1km 1km bazująca na mierzeniu odchyleń wartości współczynnika odbicia w bliskiej podczerwieni od średniej wieloletniej

16 L 3 JRC Współpraca (L 3 + JRC): University of Leicester Université Catholique de Louvain Instituto de Investigacao Cientifica Tropical, Lisbon Joint Research Centre Klasyfikacja dziennych obrazów SPOT-VEGETATION o rozdzielczości 1km 1km bazująca na mierzeniu odchyleń wartości współczynnika odbicia w bliskiej podczerwieni od średniej wieloletniej 7 lat: od 1 kwietnia 2000 do 31 marca 2007 Walidacja na podstawie 72 scen Landsat TM

17 L 3 JRC Współpraca (L 3 + JRC): University of Leicester Université Catholique de Louvain Instituto de Investigacao Cientifica Tropical, Lisbon Joint Research Centre Klasyfikacja dziennych obrazów SPOT-VEGETATION o rozdzielczości 1km 1km bazująca na mierzeniu odchyleń wartości współczynnika odbicia w bliskiej podczerwieni od średniej wieloletniej 7 lat: od 1 kwietnia 2000 do 31 marca 2007 Walidacja na podstawie 72 scen Landsat TM Baza ogólnie dostępna, zapisana w 7 plikach TIFF. Wartość piksela oznacza numer dnia juliańskiego, w którym pożarzysko zostało pierwszy raz zlokalizowane.

18 GBS i L 3 JRC GBS L 3 JRC przedział czasowy dane źrodłowe NOAA/AVHRR SPOT/VEGETATION rozdzielczość czasowa 1 tydzien 1 dzień rozdzielczość przestrzenna 8 km 1 km zalety sezonowość! szacowanie powierzchni!

19 Generalizacja GBS 8 km weekly L3JRC 1 km daily GENERALIZATION 0.5 degree monthly

20 Szereg czasowy Time series for Kazahstan Burnt area in [ km 2 ] Time Area burnt in months in GBS Area burnt in months in L3JRC Burnt area in [ km 2 ] Months Months

21 Wskaźnik podobieństwa D tgbs,t l3jrc = t gbs t l3jrc t gbs + t l3jrc, D = t średnia miesięczna powierzchnia pożarzysk { > 0 if GBS > L3JRC 0 if GBS = L3JRC < 0 if GBS < L3JRC

22 Związek wskaźnika D z szerokością geograficzną i pokryciem terenu gdzie SS factor SS total η 2 = SS factor /SS total (1) rozproszenie wyjaśnione przez czynnik łączne rozproszenie Udział zmiennych niezależnych w wyjaśnieniu zmienności wskaźnika D

23 Współczynnik korelacji rozkładów średnich miesięcznych pomiędzy GBS i L 3 JRC

24 Sezonowość na Półwyspie Iberyjskim

25 Sezonowość na Półwyspie Iberyjskim

26 Sezonowość w Europie Środkowej L3JRC GBS Burnt area in [ km 2 ] Burnt area in [ km 2 ] Months Months

27 Sezonowość na Nizinie Chińskiej L3JRC GBS Burnt area in [ km 2 ] Burnt area in [ km 2 ] Months Months

28 Prawdopodobieństwo występowania pożaru w trymestrze p where P(BSp (i,j) ) = m BSp (i,j) p=4 p=1 m BSp (i,j) P(BSp (i,j) ) prawdopodobieństwo, że pożar, który wystąpi na obszarze 0.5 o 0.5 o o współrzędnych (i,j) będzie miał miejsce w trymestrze p. BSp m (i,j) suma powierzchni pożarzysk na obszarze 0.5 o 0.5 o o współrzędnych (i, j) w trymestrach p. p=4 BSp p=1 m (i,j) łączna suma powierzchni pożarzysk zlokalizowana na obszarze 0.5 o 0.5 o o współrzędnych (i,j) w ciągu wszystkich analizowanych lat. Suma prawdopodobieństw w czterech trymestrach dla każdego obszaru 0.5 o 0.5 o równa się 100% jeśli chociaż raz zlokalizowano tam pożarzysko. W przeciwnym razie prawdopodobieństwo w dla każdego trymestru p równa się 0.

29 Mapa prawdopodobieństwa wg GBS

30 Global Fire Emissions Database (GFED) Na podstawie skanerów MODIS, TRMM-VIRS, ATSR data Produkt końcowy: dane miesięczne o dokładności 1 o 1 o Przedział czasowy: od stycznia 1997 do grudnia 2006 Dane ogólnodostępne

31 Współczynnik korelacji rozkładów średnich miesięcznych pomiędzy GBS i GFED

32 Udoskonalenie mapy prawdopodobieństw wg GBS na podstawie bazy GFED NEWp (i,j) = where { GBS GFEDp(i,j) if p <1,4>GBSp (i,j) = 0 and GFEDp (i,j) 0 GBSp (i,j) if p <1,4>GBSp (i,j) = 0 and GFEDp (i,j) 0 NEWp (i,j) nowa wartość prawdobodobieństwa wystąpienia pożaru w trymestrze p i obszarze (i, j) GBSp (i,j) prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru w trymestrze p wg GBS GBS GFEDp (i,j) prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru w trymestrze p wyznaczone w oparciu o połączone bazy GBS i GFED. (Bazy GBS i GFED zostały połączone i na podstawie nowej połączonej bazy policzone zostały mapy prawdopodobieństw.)

33 NEWp (i,j) (GBS improved with GFED)

34 GBSp (i,j) -NEWp (i,j)

35 Wnioski: L 3JRC znacząco przeszacowuje powierzchnię pożarzysk, jak również na niektórych obszarach dokonuje ich detekcji poza okresem występowania pożarów. Główną przyczyną niedokładności są prawdopodobnie błędy maski chmur i ich cieni. Szeregi czasowe GFED i GBS wykazują podobną sezonowość są wiarygodne do wyznaczania map prawdopodobieństwa Osiągnięto znaczącą poprawę w mapach prawdopodobieństw GBS, głównie w wysokich szerokościach geograficznych, gdzie baza GBS wykazuje największe niedokładności.

36 Wnioski: L 3JRC znacząco przeszacowuje powierzchnię pożarzysk, jak również na niektórych obszarach dokonuje ich detekcji poza okresem występowania pożarów. Główną przyczyną niedokładności są prawdopodobnie błędy maski chmur i ich cieni. Szeregi czasowe GFED i GBS wykazują podobną sezonowość są wiarygodne do wyznaczania map prawdopodobieństwa Osiągnięto znaczącą poprawę w mapach prawdopodobieństw GBS, głównie w wysokich szerokościach geograficznych, gdzie baza GBS wykazuje największe niedokładności. Rekomendacje: Konieczne jest dalsza analiza bazy L 3JRC. W obecnej formie nie może ona być używana automatycznie dla całego świata. Połączenie baz GBS i GFED wydaje się być możliwe. Nowy produkt obejmowałby lata i byłby najdłuższą bazą zawierającą informację o występowaniu pożarów na Ziemi w ciągu ostatniego ćwierćwiecza.

37 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!