Áp lực ngày càng gia tăng của đô thị phát triển trên hệ thống nước mới

Đến năm 2050, gần 70% dân số thế giới được dự đoán sống trong các thành phố, đặt sự căng thẳng to lớn lên nguồn nước địa phương.

Tại sao việc theo dõi nguồn nước không thể sử dụng vệ tinh

Các mạng giám sát mặt đất thường bị tách ra, tốn kém, và bị hạn chế trong không gian. Hình ảnh vệ tinh khắc phục những giới hạn này bằng cách cung cấp các quan điểm nhất quán, cộng hưởng của toàn bộ các vùng dẫn nước và các vùng đô thị. Các bộ cảm biến trên nền tảng như [FLT: 0], cho phép phân biệt giữa các loại đất khác nhau, phát hiện các loại nước thay đổi, đánh giá các hiệu ứng [FL:2] của môi trường sống đô thị [FL: 2] Sentinel [FL:] [FL:].T] thu thập dữ liệu trong nhiều ban nhạc, cho phép các nhà phân tích phân tích phân tích khác nhau bao gồm các loại đất đai, nhận biết được các loại thay đổi về mặt nước, và mức độ thực vật chất cần thiết cho sức khỏe.

Lợi thế chính của việc giám sát vệ tinh

  • Dữ liệu lưu trữ dài hạn: Ví dụ, về mặt đất liền, mở rộng trở lại năm 1972, cho phép phân tích xu hướng đa chiều về sự giãn nở đô thị và tác động của nó lên các hồ nước.
  • Các vệ tinh lặp đi lặp lại thăm lại cùng một khu vực mỗi vài ngày đến tuần, cho phép giám sát sự đa dạng về nguồn nước theo mùa và liên tục.
  • Hiệu quả phụ: Nhiều bộ dữ liệu vệ tinh sẵn sàng, giúp các nhà nghiên cứu và các nhà hoạch định quy mô lớn dễ truy cập.
  • Hợp nhất với GIS: các sản phẩm bị vệ tinh phân hủy có thể dễ dàng kết hợp với nhân khẩu học, địa hình và dữ liệu khí hậu để xây dựng mô hình toàn diện về ảnh hưởng đô thị hóa.

Các công nghệ tương thích cho việc phân tích nguồn nước thay đổi

Dùng đất và phân loại dưới đất

Bước đầu tiên trong hầu hết các nghiên cứu dựa trên vệ tinh là phân loại cảnh quan thành các nhóm như khu vực được xây dựng, rừng, đất nông nghiệp, đất ẩm ướt và nước mở. các nhà nghiên cứu có thể ước lượng tốc độ mà các vùng rừng xanh và các mạng lưới thần kinh có sự tiến hóa sâu sắc đã cải tiến rất nhiều, ngay cả trong môi trường đô thị đa dạng. bằng cách so sánh sự phân loại từ nhiều năm trước, các nhà nghiên cứu có thể tính toán lại tốc độ mà không gian màu xanh lá cây và xanh dương được chuyển sang bề mặt không thể tách rời.

Chỉ mục Nước khác biệt chuẩn (NDWI)

NDWI sử dụng các dải màu xanh lá cây và gần hồng ngoại để làm nổi bật các vùng nước trong khi chặn đất và các tín hiệu thực vật. Nó được sử dụng rộng rãi để vẽ sơ đồ độ lớn của hồ, hồ chứa nước và sông. NDWI có thể tiết lộ sự mất mát của ao và suối do sự phát triển rác thải hoặc thoát nước. phiên bản đã thay đổi, MNWI, sử dụng tia hồng ngoại ngắn để phân biệt nước tốt hơn với các tính năng xây dựng, là quan trọng trong các khu vực được xây dựng.

Làm nền mặt đất bất thường

Các bề mặt rộng lớn - các đường, bãi đậu xe - là chỉ thị trực tiếp của đô thị hóa. Hình ảnh vệ tinh, đặc biệt từ cảm biến độ phân giải cao như dữ liệu 30 mét , có thể được sử dụng để lấy phần trăm không bị phá hủy. Hình ảnh này tương quan chặt chẽ với lượng lớn và lượng nước bị giảm trong khu vực lọc. Các nhà thiết kế thành phố sử dụng bản đồ bề mặt để xác định những vùng quan trọng nhất trong việc quản lý nước.

Thay đổi khả năng phát hiện và phân tích giờ

Thay đổi kỹ thuật phát hiện, như sự khác biệt giữa hình ảnh, phân tích thành phần chính, và thuật toán LandTrendr, cho phép các nhà phân tích xác định chính xác khi nào và nơi nào nguồn nước được thay đổi. ví dụ, sự giảm đột ngột trong các giá trị NDWI trong thời gian 5 năm có thể báo hiệu sự cạn kiệt của một vùng đất ẩm ướt cho sự phát triển nhà đất mới.

Các chương trình và nghiên cứu về trường hợp trên thế giới

Wetland Loss ở các thành phố lớn Đông Nam Á

Tại các thành phố như Bangkok, bang Bangkok, bang Ho Chi Minh và thành phố này, sự đô thị hóa nhanh chóng đã dẫn đến sự tràn ngập những vùng đất ẩm ướt có hệ thống cung cấp sự kiểm soát tự nhiên và nạp lại nước ngầm. một cuộc nghiên cứu vào năm 2020 bằng hình ảnh Landsat từ năm 1990 đến năm 2018 cho thấy Bangkok đã mất 60% diện tích đất liền, trực tiếp liên kết với những tần số lũ lụt và giảm tải dữ liệu vệ tinh cung cấp bằng chứng cho việc tiếp nhận các chính sách cơ sở hạ tầng xanh, bao gồm việc tái thiết lại mạng lưới kênh can.

Nước ngầm bị cạn kiệt ở các vùng đô thị của Ấn Độ

Trong khu vực National Capital ở Delhi, theo dõi vệ tinh về lưu trữ nước ngầm sử dụng nhiệm vụ GRACE tiết lộ tỷ lệ cắt giảm gần 2 cm mỗi năm từ 2002 đến năm 2020, được thúc đẩy phần lớn bởi nhu cầu nước đô thị và giảm thiểu nhu cầu nạp điện từ bề mặt được xây dựng.

Hồ được thu hẹp ở Tây Hoa Kỳ

Khi các thành phố như Las Vegas và Phoenix mở rộng, xung quanh hồ thiên nhiên và hồ chứa nước đã bị suy giảm ở vùng bề mặt. hình ảnh vệ tinh từ kho lưu trữ Landsat cho thấy mực nước của hồ Mead đã giảm hơn 150 feet kể từ năm 1983, với sự tiêu thụ nước đô thị là một yếu tố quan trọng cùng với hạn hán. những dữ liệu thông báo cho các bang thông tin về các thỏa thuận nước và các mục tiêu bảo tồn.

Vượt qua những thử thách kỹ thuật và chiến dịch

Giao dịch phân giải và tương tác thư viện

Trong khi các cảm biến như MODIS cung cấp thông tin hàng ngày, độ phân giải 250 mét quá thô để thu thập các tính năng nước đô thị nhỏ. Ngược lại, vệ tinh thương mại có độ phân giải cao (v. d., WorldView-3, 0,3m) bị hạn chế bởi chi phí và chiều rộng nhỏ hơn. Một công việc phổ biến là kết hợp dữ liệu đa phân giải với các dây chuyền công nghệ có độ phân giải cao hoặc sử dụng các kỹ thuật tái tạo siêu độ phân giải.

Mây bao phủ và sự giao thoa ở mức độ cao

Vệ tinh đa dạng (SAR) như [FLT: 0] Sentinel-1 [FLT: 1], có thể thâm nhập vào mây và cung cấp các quan sát toàn bộ chiều rộng bề mặt và phát hiện sự thay đổi trong độ ẩm đất. Kết hợp dữ liệu quang học và hệ thống kết hợp qua các thuật toán cải thiện khả năng giám sát tổng thể.

Kiểm tra và làm vững chắc lẽ thật

Các chỉ số vệ tinh có độ phân tích đáng tin cậy như các dữ liệu nội bộ được sử dụng để điều chỉnh và xác định chúng. thiết lập mạng lưới giám sát dày đặc các luồng, giếng nước, và cảm biến chất lượng nước là thiết yếu nhưng thường thiếu trong các nước đang phát triển. các sáng kiến khoa học công nghệ và các cảm biến giá rẻ đang bắt đầu lấp đầy khoảng trống này, bổ sung các quan sát vệ tinh với các đo đạc địa phương.

Sự thiết kế kỹ thuật và sự hướng dẫn trong tương lai

Việc học và tự động phân loại

Những mô hình này có thể xử lý các máy tính nhỏ nhất một cách nhanh chóng, cho phép giám sát gần thời gian các hiệu ứng đô thị hóa. sự phát triển của các nền tảng máy tính đám mây như Google Earth động cơ đã tiếp cận với các phương pháp phân tích tiên tiến này.

Cảm biến hồng ngoại và nhiệt

Vệ tinh thế hệ kế tiếp [như EMIT của NASA và các dữ liệu tăng cường Sinh vật học và Địa chất học (SBG) sứ mệnh [FLT:] - sẽ cung cấp dữ liệu siêu phổ biến có thể xác định các tham số nước cụ thể (v. g., chlorophyll-a, chất hữu cơ, chất lỏng phân hủy). Các dải nhiệt độ có thể giám sát nhiệt độ bề mặt, là yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu nhiệt độ của các hiệu ứng nhiệt của việc chạy và thải ra các nhà máy điện thành thị.

Hợp nhất với các mô hình nước số và đô thị

Dữ liệu vệ tinh đang được tích hợp thành các nền tảng sinh học số mà mô phỏng động lực nước thành phố. những mô hình này kết hợp với nhau từ vệ tinh và khí quyển dự đoán với các mô hình quá trình thủy văn hóa dự đoán tương lai sẽ ảnh hưởng đến sự tồn tại của nước, nguy cơ lũ và chất lượng nước. kế hoạch hóa học có thể sử dụng những mô phỏng này để kiểm tra hiệu quả của mái nhà xanh, vỉa hè có thể được xây dựng và xây dựng nên đất liền trước khi thực hiện.

Chính sách sao chép và quản lý nước đô thị bền vững

Những hiểu biết từ hình ảnh vệ tinh trực tiếp hỗ trợ các khuôn khổ toàn cầu như Mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hiệp Quốc (SDG 6 để làm sạch nước và vệ sinh, SDG 11 cho các thành phố bền vững).

Để tối đa tác động, vệ tinh giám sát nên được kết hợp với sự quản lý mạnh mẽ. khi phát hiện sự mở rộng đô thị trong khu vực nhạy cảm nạp lại, người ra quyết định có thể hành động nhanh chóng để chuyển hướng phát triển, đầu tư vào quản lý nước bão, hoặc phục hồi lại vùng đất ẩm ướt bị suy thoái. truy cập vào các sản phẩm vệ tinh cũng trao quyền cho cộng đồng địa phương và tổ chức phi chính phủ để ủng hộ cho việc quản lý nguồn nước tốt hơn.

Kết luận

Hình ảnh vệ tinh đã chuyển từ một công cụ thí nghiệm sang một thành phần chính của việc đánh giá nguồn nước đô thị. với khả năng phát hiện sự thay đổi qua thời gian, qua các vùng và qua mây, nó cung cấp một thấu kính chưa từng có về cách đô thị hóa chu trình thủy tinh hóa. sự kết hợp dữ liệu mở, nâng cao chất lượng phân tích, và tăng cường năng lượng máy tính có nghĩa là ngay cả những thành phố bị bao bọc tiền mặt bây giờ cũng có thể tiếp cận với thông tin có thể hoạt động. khi các khu vực đô thị tiếp tục mở rộng, sự tích hợp của các quan sát từ vệ tinh với các lĩnh vực đo lường và mô hình sẽ là thiết yếu để bảo đảm nguồn nước địa phương vẫn còn tồn tại, và bền vững đến các thế hệ.