Της Βάσως Μιχοπούλου
Μέχρι το 2050, τα 2/3 του παγκόσμιου πληθυσμού θα ζήσουν σε πόλεις και κωμοπόλεις - μια σημαντική αλλαγή από το 1950, όταν τα 2/3 κατοικούσαν σε αγροτικές περιοχές. Αυτή η μετάβαση στην αστικοποίηση αποτελεί μια τεράστια ευκαιρία για λύσεις βιώσιμης ανάπτυξης μέσω δορυφόρου, που μπορούν να αποφέρουν σημαντικά οφέλη στους τελικούς χρήστες. Ειδικοί εκτιμούν πως ο τομέας των βιώσιμων πόλεων αναμένεται να αυξηθεί από την τρέχουσα αξία του, ύψους 622 δισεκατομμυρίων δολαρίων παγκοσμίως, σε $1 τρις το 2019 και σε $ 3,48 τρις μέχρι το 2026.
Σε αυτήν ακριβώς την αξιοποίηση δεδομένων δορυφόρων παρατήρησης της γης προς την κατεύθυνση της βελτίωσης της ποιότητας ζωής στις πόλεις εστιάζει ένα τμήμα της έρευνάς του το Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης και Εφαρμογών σε Αστικό και Φυσικό Περιβάλλον (http://rslab.gr), του Ινστιτούτου Υπολογιστικών Μαθηματικών του ITE (Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας), στο Ηράκλειο Κρήτης. Μέσω του πρωτοποριακού και καινοτόμου σε παγκόσμιο επίπεδο, ευρωπαϊκού έργου URBANFLUXES (http://urbanfluxes.eu/) μελετά το ενεργειακό ισοζύγιο σε αστικό περιβάλλον και κατά συνέπεια την αστική υπερθέρμανση, η οποία εμφανίζεται εντονότερη τα τελευταία χρόνια και ιδιαίτερα σε περιόδους καύσωνα. Σύμφωνα με τους ερευνητές του ΙΤΕ, η θέρμανση του αστικού χώρου είναι υψηλότερη από τη μέση υπερθέρμανση του πλανήτη, ειδικά κατά τη διάρκεια των κυμάτων θερμότητας. Και αυτό θα μπορούσε να έχει μεγάλο αντίκτυπο στην θερμική άνεση των κατοίκων και των επισκεπτών μια πόλης, καθώς και στο προσδόκιμο ζωής.
Αστική υπερθέρμανση εξαιτίας της ανθρώπινης δραστηριότητας
Η μορφολογία και τα υλικά της αστικής επιφάνειας, αλλά και οι ανθρωπογενείς εκπομπές θερμότητας (όπως η χρήση κλιματιστικών, η κυκλοφορία οχημάτων, ακόμη και ο ανθρώπινος μεταβολισμός, κ. ά), μεταβάλλουν το ενεργειακό ισοζύγιο σε τοπικό επίπεδο και οδηγούν στην υπερθέρμανση, επηρεάζοντας το κλίμα των πόλεων. Η κατανόηση του φαινομένου σε βάθος αναμένεται να οδηγήσει στις βέλτιστες επιλογές γνωστών τεχνολογιών μετρίασης των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής και σε βέλτιστη εφαρμογή μέτρων προσαρμογής σε αυτή σε επίπεδο γειτονιάς, αλλά και να υποστηρίξει δράσεις πολιτικής προστασίας για την αντιμετώπιση της θερμικής δυσφορίας και τη διαχείριση του περιβάλλοντος. "Το URBANFLUXES είναι σημαντικό, γιατί για πρώτη φορά, χάρη στις δορυφορικές εικόνες, μπορούμε να αξιολογήσουμε τις ροές θερμότητας σε μεγάλα αστικά κέντρα όπως το Λονδίνο, αλλά και σε αστικές περιοχές όπως το Ηράκλειο, σε πραγματικό χρόνο, δηλ. τη χρονική και χωρική κατανομή τους σε τοπικό επίπεδο. Μπορούμε να εντοπίσουμε με ακρίβεια τις υψηλές συγκεντρώσεις της ανθρωπογενούς θερμότητας", εξηγεί ο Δρ. Νεκτάριος Χρυσουλάκης που ηγείται του Εργαστηρίου, ο οποίος επισημαίνει τη διαφορά μεταξύ κλιματικής αλλαγής σε πλανητική κλίμακα και αλλαγής στο κλίμα μιας πόλης.
Παραδείγματα αποτελεσμάτων του έργου URBANFLUXES για την μητροπολιτική περιοχή του Λονδίνου: a) Χάρτης κάλυψης της αστικής επιφάνειας. b) Χωρική κατανομής του ρυθμού αποθήκευσης θερμότητας στον αστικό ιστό, με τις μεγαλύτερες τιμές να παρατηρούνται σε πυκνοδομημένες περιοχές με ψηλά κτίρια
Το URBANFLUXES που ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2015 και ολοκληρώθηκε πρόσφατα, συντονίστηκε από το ΙΤΕ, με εταίρους από Ην. Βασίλειο, Γερμανία, Γαλλία, Ιταλία, Ολλανδία, Ελβετία και Σουηδία. Ως περιοχές εφαρμογής, εκτός από το Ηράκλειο, επιλέχτηκαν το Λονδίνο και η Βασιλεία. Αποτελεί δε, ένα από τα τέσσερα έργα που χρηματοδοτήθηκαν σε Ευρωπαϊκό επίπεδο από το Πρόγραμμα Πλαίσιο Horizon2020 και αφορούσαν νέες ιδέες για την αξιοποίηση των δορυφορικών αποστολών. Στο πλαίσιό του χρησιμοποιήθηκαν συνδυαστικά οι παρατηρήσεις των νέων Ευρωπαϊκών δορυφόρων Copernicus Sentinels με τις μετρήσεις ενός πυκνού δικτύου μετεωρολογικών σταθμών, για την εκτίμηση των διαφόρων συνιστωσών του ενεργειακού ισοζυγίου. Δηλαδή, πώς η θερμότητα με μορφή ακτινοβολίας κατανέμεται στον αστικό ιστό, με ποιο ρυθμό αποθηκεύεται στα κτίρια, με ποια ένταση μεταφέρεται από την αστική επιφάνεια στον αέρα που βρίσκεται γύρω από τα κτίρια και τέλος, σε ποιες περιοχές εντός του αστικού ιστού οι εκπομπές θερμότητας από τις ανθρώπινες δραστηριότητες είναι υψηλές. “Στόχος μας είναι η βελτίωση του αστικού κλίματος και η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, ενώ μπορεί να υποστηριχθεί και η ενεργειακή αναβάθμιση των κτιρίων, οι αναπλάσεις ανοικτών χώρων αλλά και βιοκλιματικές μελέτες της Περιφέρειας Κρήτης και του Δήμου Ηρακλείου. Η κλιματική μεταβολή και η θερμική υποβάθμιση που παρουσιάζουν αστικές περιοχές στο μέγεθος του Ηρακλείου έχουν επιπτώσεις στην τοπική οικονομία και στην ποιότητα ζωής των πολιτών”, συμπληρώνει ο Δρ. Χρυσουλάκης.
Εφαρμογές για το κλίμα και την κλιματική αλλαγή σε τοπική και σε παγκόσμια κλίμακα
Μια μεγάλη καινοτομία του Εργαστηρίου αφορά στη δυναμική καταγραφή και ανάλυση των αστικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2 ) σε τοπικό επίπεδο. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός Ασύρματου Δικτύου Αισθητήρων και ενός Μικρομετεωρολογικού πύργου, ο οποίος φέρει, μεταξύ άλλων και σύστημα τυρβωδών ροών “Eddy Covariance” για ατμοσφαιρικές μετρήσεις. Αυτό το σύστημα, που είναι μοναδικό στην Ελλάδα σε αστικό περιβάλλον, βρίσκεται εγκατεστημένο στην οροφή ενός ψηλού κτιρίου στο κέντρο του Ηρακλείου, ώστε να φτάνει στο κατάλληλο ύψος (27 m) πάνω από το επιφανειακό οριακό στρώμα. Οι μετρήσεις του είναι αντιπροσωπευτικές μιας ευρείας περιοχής γύρω από τον αισθητήρα (αποτύπωμα) που εκτιμάται με βάση μορφομετρικές αναλύσεις της τρισδιάστατης αστικής επιφάνειας και καλύπτει σημαντικό μέρος του κέντρου της πόλης. “Το κέντρο του Ηρακλείου παρουσιάζει θετικό ισοζύγιο στην ροή CO2 καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας και του έτους, σε αντίθεση με άλλες πόλεις, όπου η απορρόφηση CO2 από την βλάστηση παρουσιάζει αρνητικό ισοζύγιο ανά περιόδους. Το πρότυπο εκπομπών στο Ηράκλειο ακολουθεί τις ανθρώπινες δραστηριότητες και καθορίζεται κυρίως από τις εκπομπές των οχημάτων”, εξηγεί ο Δρ. Σταύρος Σταγάκης, μεταδιδακτορικός ερευνητής του Εργαστηρίου.
Ποσοστιαία (20 - 90 %) αποτύπωση της περιοχής μέτρησης (source area) των εκπομπών CO2 από το σύστημα μέτρησης τυρβωδών ροών (Eddy Covariance) του ΙΤΕ στο κέντρο του Ηρακλείου για διάστημα ενός έτους. Οι μετρήσεις του συστήματος είναι διαθέσιμες σε πραγματικό χρόνο στο: http://www.rslab.gr/heraklion_eddy.html
Το Εργαστήριο διαθέτει επίσης σημαντικές υπολογιστικές εγκαταστάσεις, ενώ έχει πρόσβαση και σε υποδομές υπολογιστικού νέφους, όπως το Google Earth Engine και το Urban-TEP του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, για την ανάλυση εκτεταμένων χρονοσειρών δορυφορικών παρατηρήσεων υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας (Big Data). “Η δυναμική για global studies με αναλύσεις Big Data σε περιβάλλον cloud computing είναι σημαντική. Φανταστείτε καθημερινές δορυφορικές καταγραφές με ανάλυση 500 m x 500 m για όλη την υφήλιο για 15 χρόνια από δύο δορυφόρους και ένα μοντέλο που προσομοιώνει την ανακλώμενη ακτινοβολία σε όλες τις διευθύνσεις, για κάθε ώρα της ημέρας, από κάθε τμήμα (500 m x 500 m) της γήινης επιφάνειας, για κάθε ημέρα για τα 15 χρόνια των δορυφορικών μετρήσεων. Μέσω μιας τέτοιας ανάλυσης μπορούμε να αποτυπώσουμε τις αλλαγές και τις τάσεις σημαντικών κλιματικών παραμέτρων, όπως η λευκαύγεια της γήινης επιφάνειας, σε παγκόσμιο επίπεδο με την προαναφερθείσα χωροχρονική ανάλυση”, λέει η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Εργαστηρίου, Δρ. Ζήνα Μητράκα.
Χαρτογράφηση χερσαίων και παράκτιων θαλάσσιων οικοσυστημάτων στη Μεσόγειο και σε παγκόσμια κλίματα
Η αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας, η άνοδος της στάθμης της, καθώς και οι συχνές και εντατικές καταιγίδες, πιέζουν, ως απειλές, προκλητικά προς την κατάλληλη διαχείριση των ακτών, καθώς προβλέπεται πως μελλοντικά θα επηρεάσουν και τις ορεινές περιοχές. Μια σημαντική συνιστώσα των παράκτιων θαλάσσιων οικοσυστημάτων που συνεισφέρει σε ουσιαστικές λειτουργίες του οικοσυστήματος είναι τα λιβάδια της θάλασσας, από το ενδημικό φυτό Posidonia oceanica που εκτείνονται από την επιφάνεια έως 50 μ βάθος σε ακραίες περιπτώσεις, τα οποία σήμερα ελαττώνονται παγκοσμίως εξαιτίας των εντατικών ανθρώπινων δραστηριοτήτων και της κλιματικής αλλαγής.
a) Χαρτογράφηση των θαλάσσιων οικοτόπων στην Νότια Κρήτη ακολουθώντας την τυπολογία του δικτύου Natura 2000, όπως προέκυψε με συνδυασμένη ανάλυση δορυφορικών καταγραφών με υψηλής ποιότητας δεδομένων πεδίου. b) Αποτύπωση της παράκτιας βαθυμετρίας με χρήση δορυφορικών καταγραφών και αλγόριθμων ανάκτησης της ανακλώμενης στον πυθμένα ακτινοβολίας σε συνδυασμό με εμπειρικές μεθόδους και βαθυμετρικές παρατηρήσεις πεδίου.
Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Περιβάλλοντος έχει αναγνωρίσει ως προτεραιότητας στις περιοχές Natura 2000 την διατήρηση και ορθή διαχείριση των λιβαδιών της Posidonia oceanica. Ωστόσο, η γνώση της χωρικής κατανομής τους αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για τη διατήρηση και την αειφόρο χρήση των θαλάσσιων πόρων.
Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη του Copernicus Sentinel 2, εμφανίστηκε μια νέα προοπτική για την αναγνώριση και ακριβή χαρτογράφηση των λιβαδιών της Posidonia., καθώς τα νέα δορυφορικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για τον εντοπισμό των ορίων τους, αλλά και για άλλα παράκτια θαλάσσια ενδιαιτήματα, όπως και για την παράκτια βαθυμετρία και χρήση σε διάφορες εφαρμογές.
«Στο πλαίσιο του έργου ECOPOTENTIAL ( http://www.ecopotential-project.eu/ ), το ΙΤΕ σε συνεργασία με τον Δημοσθένη Τραγανό, διδακτορικό υπότροφο της DAAD στην Γερμανική Υπηρεσία Διαστήματος-DLR, με την χρήση του υπολογιστικού νέφους Google Earth Engine και με δεδομένα του Copernicus Sentinel 2 προχώρησε σε πρώτη αποτύπωση των λιβαδιών Posidonia oceanica της Ελλάδας, ενώ με δορυφορικά δεδομένα πολύ υψηλής διακριτικής ικανότητας υλοποίησε την χαρτογράφηση των παράκτιων θαλάσσιων οικοτόπων στην προστατευόμενη περιοχή της Σαμαριάς. Η επιτυχία είναι η χαρτογράφηση του κατώτατου ορίου σε βάθος που ξεπερνάει τα 40 μέτρα. Σημαντική είναι και προσέγγιση του υπολογισμού της παράκτιας βαθυμετρίας με την χρήση του υπολογιστικού νέφους Google Earth Engine», εξηγεί ο μεταδιδακτορικός ερευνητής του Εργαστηρίου, Δρ. Δημήτρης Πουρσανίδης.
Αξίζει να αναφερθεί πως οι επιστήμονες του Εργαστηρίου Δημήτρης Πουρσανίδης και Νεκτάριος Χρυσουλάκης προχώρησαν στην χαρτογράφηση και των καμένων εκτάσεων του καλοκαιριού στην Ανατολική Αττική και στην Κρήτη και παρουσίασαν τους χάρτες όπου αποτυπώνεται το μέγεθος της καταστροφής στις πυρόπληκτες περιοχές. Μάλιστα το ΙΤΕ μπορεί να χαρτογραφήσει με ακρίβεια τριών μέτρων τις περιοχές δρώντας επικουρικά στις επίσημες χαρτογραφήσεις έχοντας πρόσβαση σε δεδομένα μικροδορυφόρων.
