Continut stiintific
Proiectul cuprinde cercetari fundamentale multidisciplinare si se incadreaza in prioritatile tematice ale cercetarilor de mediu la nivelul Romaniei - Programul National de Cercetare Dezvoltare si Inovare pentru perioada 2007-2013 cat si al Comunitatii Europene din cadrul Programului FP 7 Tematica 6 :Mediu (inclusiv Schimbarile climatice), fiind un proiect de cercetare-dezvoltare complexa care include cercetare avansata fundamental? interdisciplinara (stiinte fizice, chimice, matematice, biologice) .
Scopul esential al acestui proiect este directionat in vederea obtinerii unor rezultate stiintifice de varf, comparabile cu cele la nivel european, reflectate prin cresterea vizibilitatii si recunoasterea internationala a cercetarilor romanesti de mediu si a intensificarii colaborarilor stiintifice internationale pe proiecte de cercetare fundamentala, de frontiera si exploratorie.
Aderarea Romaniei la 1 ianuarie 2007 la Uniunea Europeana a creat noi oportunitati de a extinde cooperarea stiintifica in domeniul cercetarii mediului ambiant si a aplicatiilor spatiale in aceasta directie cu o dimensiune regionala de amploare pentru investigarea schimbarilor climatice si a efectelor incalzirii globale asupra sistemelor urbane , biodiversitatii, poluarii mediului si consecintelor iremediabile .
Aceasta situatie furnizeaza un cadru nou pentru actualele si viitoarele strategii de cercetare pentru adoptarea unor masuri ferme de protectie a mediului si in special a aerului la interfata cu Protocolurile semnate la Kyoto si Montreal. Informatia precisa asupra masurii impactelor factorilor antropogeni si climatici precum si a evenimentelor climatice extreme asupra utilizarii/acoperirii terenurilor ecosistemelor urbane este esentiala pentru estimarea schimbarilor bilantului energetic de suprafata si a emisiilor de gaze de sera nu numai la scara locala si regionala dar si la scara globala. In Romania astfel de cercetari s-au efectuat sporadic si sunt in faza de inceput, fiind imperios necesare in elucidarea schimbarilor climatice si a impactului feedbackurilor (reactiilor) acestora asupra diferitelor ecosisteme urbane.
Proiectul va investiga si monitoriza schimbarile dinamice si functionale ale ecosistemului urban -cazul test Bucuresti prin cercetari asupra impactelor locale, regionale si la nivel global ale schimbarilor de mediu, dezvoltate la nivel national sau european. Rolul multifunctional al sistemelor urbane este relevant de raspunsurile pe termen scurt sau indelungat si reactiile mediului la schimbarile rapide, avand influente negative asupra serviciilor ecologice si sociale. Prognoza modului in care sistemele urbane vor fi afectate de schimbari, determinarea modului de administrare care trebuie adoptat pentru aceste sisteme in evolutie vor contribui la stapanirea efectului de sera.
Utilizarea in cadrul proiectului a informatiei provenita de la noii senzori de teledetectie satelitara in sinergie cu observatiile biogeofizice intensive in-situ si tehnicile de modelare si simulare numerica asigura optimizarea solutiilor cercetarii evolutiei spatio-temporale a sistemelor urbane pentru elaborarea sistemelor informationale de management si suport decizional.
Schimbarile in abundenta atmosferica a gazelor de sera si aerosolilor , in radiatia solara si in proprietatile suprafetei terenurilor altereaza bilantul energetic al sistemului climatic. Aceste schimbari sunt exprimate in termeni de forcing radiativ , care se foloseste pentru a compara diminesiunile la care factorii umani si naturali dirijeaza procesele de incalzire sau racire asupra climatului global. Noi observatii si modelari ale gazelor de sera, activitatii solare, proprietatilor suprafetei terestre si aspecte legate de aerosoli vor conduce la o cunoastere superioara a estimarilor cantitative ale forcingului radiativ si contributia factorilor antropogeni (IPCC, 2007, Keller et al, 2005).
Dezvoltarea sustinuta si cresterea urbana armonioasa a municipiului Bucuresti depind de imbunatatirea cunostintelor stiintifice asupra cauzelor, cronologiei si impactelor proceselor de urbanizare, a factorilor antropogeni si climatici si a actiunilor care le dirijeaza (Mesev, 2003). Pe baza unei traditii indelungate de cercetare in domeniile teledetectiei si geografiei urbane precum si a modelarii urbane (Ben-Doret al. 2001 ), noile surse de date spatiale si tehnicile avansate de procesare de imagini ofera potentialul semnificativ de imbunatatire a analizei , intelegerii , reprezentarii si modelarii dinamicii schimbarilor spatio-temporale urbane. Sinergia noilor date si metode de investigare ofera un support informatic sigur pentru factorii de decizie de planificare urbana, economisti, ecologisti si administratorii resurselor (Gamba et al., 2003). Modelele spectrale, climatice, dinamice, ecologice urbane furnizeaza un instrument precis de a evalua schimbarile spatio-temporale ale zonelor urbane si periurbane pentru perioadele de timp trecute si viitoare si de a crea scenarii de impact si risc, facilitand managementul sustinut prin politici corespunzatoare de mediu al factorilor de decizie urbana (Warda et al. 2007 ).
Tehnici avansate de procesare digitala (Gong et al.,1990; 1992; Karathanassi et al.,2000), aplicate datelor satelitare (Karathanassi et al., 2006) sunt necesare in estimarea dimensiunii si amplitudinii efectelor poluarii si altor factori antropogeni si climatici asupra mediului urban. Modificarile de mediu se traduc la nivel micro prin modificarile de compozitie fizico -chimica si respectiv electro-optica ale trasaturilor de mediu (aer, apa, sol, vegetatie ) si implicit prin modificari ale amprentelor spectrale ale diferitelor trasaturi de mediu in diferite domenii de unda ale spectrului undelor e.m. fiind inregistrate prin niveluri de radianta diferite ale imaginii digitale in teledetectia satelitara. Datele de teledetectie satelitara furnizeaza informatii complementare tehnicilor clasice oferind date 2D si 3D in timp real pentru arii intinse privind acoperirea /utilizarea terenurilor .Tehnicile satelitare de evaluare prin modelare a impactului poluantilor si altor factori de stress antropogeni si climatici asupra diferitelor ecosisteme urbane terestre s-au fost folosite cu precadere in ultimii ani in lume .
Astfel s-au utilizat in Germania (Nowak et al.,2000), in Italia (Dell'Acqua et al.,2003; ), in Marea Britanie (Phinn et al.2002), pentru estimarea dinamicilor spatiale ale parametrilor suprafetelor zonelor urbane critice atat din punctual de vedere al schimbarilor regionale cat si globale.Convergenta dintre datele satelitare si cerintele de informatie reprezinta un aspect crucial in cercetarea de mediu urban. Dupa cum s-a indicat de catre GMES (Global Monitoring for Environment and Security) in (EU-ESA Working Paper June 2001), trebuie sa existe liniile directoare pentru a obtine informatia cea mai exacta din datele de teledetectie satelitara in scopuri de mediu, considerand ca prim pas identificarea zonelor celor mai vulnerabile sub aspectul stresului de mediu si a schimbarilor, precum si a identificarii perioadelor de timp in care se produc.
Noile metode si date de teledetectie fac ca modelele computerizate de analiza , prognoza si simulare sa fie instrumente extrem de utile pentru evaluarea schimbarilor de mediu urban si evaluarea riscurilor si a impactelor necesare in planificarea urbana. La aportul semnificativ al modelarii proceselor de mediu urban contribuie doi factori majori : imbunatatirea reprezentarii si a modelarii dinamicii urbane si cresterea volumului de informatie in forma de seturi de date spatiale multiple si a instrumentelor lor de procesare (Clarke, Parks, & Crane, 2002).
Tehnicile de teledetectie au o valoare deja recunoscuta in cartarea zonelor urbane si ca sursa de date pentru analiza si modelarea dezvoltarii urbane si a schimbarilor de acoperire/utilizare a terenurilor. Teledetectia furnizeaza seturi de date spatiale consistente care acopera arii mari de pe Terra atat cu detalii spatiale ridicate cat si cu frecventa temporala ridicata. Inca din anii 1960, teledetectia furniza serii de date-timp istorice recunoscute. Batty si Howes (2001) au subliniat importanta teledetectiei ca "vedere unica" a dinamicilor spatiale si temporale a proceselor de dezvoltare urbana si de schimbari de utilizare a terenurilor. Cu toate acestea putine studii s-au axat pe integrarea datelor de teledetectie cu datele de monitorizare bio-geofizice in-situ si datele climatice pentru evaluarea schimbarilor de mediu urban.
Procesarea si analiza imageriei satelitare se axeaza pe extractia parametrilor de decelare a zonelor construite si a dezvoltarii urbane. Interpretarea si clasificarea imaginilor cer o definire clara a zonelor urbane in raport cu cele rurale. In general, o zona urbanizata se caracterizeaza prin teren construit incluzand centrul orasului si suburbiile invecinate cu o populatie specifica care poseda o relatie socioeconomica specifica cu imprejurimile, care este foarte bine delimitata prin tehnicile de teledetectie.
In cadrul proiectului, pentru prima data in Romania va fi elaborat un sistem de modelare spectrala predictiva pentru ecosistemul urban Bucuresti, dezvoltat la diferite scari de timp (sezonale, decadale si pe perioade mai indelungate) precum si scari spatiale (regionale si locale), care va fi folosit pentru a simula scenarii integrate ale modificarilor ecosistemului urban sub actiunea factorilor antropogeni si climatici incluzand non-interventia cat si scenariile stabilizate. Acesta va furniza o baza pentru evaluarea cantitativa a impactului si riscului asupra acoperirii/utilizarii terenurilor , cu prezentarea modificarilor in situatii extreme de clima sau antropogene.
Metodele de investigare si modelele dezvoltate sunt modulare, flexibile , fiind simulative si integrate pentru a furniza instrumente de rezolvare a unor sarcini specifice in cadrul proiectului (variatie pe termen lung sau scurt, stare dinamica sau stationara, control planificat sau operational al mediului, conditii orografice si meteorologice, rezolutii spatiale si spectrale diferite) cuprinzand diferite niveluri de analiza 2D si 3D, de prognoza definite de performantele de calcul cu un ordin de marime superior celui de timp-real, incluzand modelele de tip multistrat dinamice , nivel de planificare incluzand utilizarea modelelor spatiale dinamice si un nivel de decizie suport care implica globalizarea secventiala a modelelor anterioare pentru decizii in situatii de risc.
Proiectul investigheaza si identifica aspectele stringente de cercetare stiintifica a mediului urban in Europa bazate pe informatia spatiala de teledetectie satelitara in sinergie cu masuratorile bio-geofizice de teren pentru evaluarea si monitorizarea schimbarilor si a riscului de mediu, rezultate care vor fi utilizate de factorii de decizie urbani.
Bibliografie
-IPCC 2007, Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Paris, 2007.
-C.Xiao-Ling, Z.Hong-Mei , L.Ping-Xiang , Y.Zhi-Yong , 2006, Remote sensing image-based analysis of the relationship between urban heat island and land use/cover changes, Remote Sensing of Environment 104 , 133-146
- M.E. Koukouli,_, D.S. Balisa, V. Amiridisa, S. Kazadzisa, A. Baisa,
-S. Nickovic, O. Torres, 2006, Aerosol variability over Thessaloniki using ground based remote sensing observations and the TOMS aerosol index, Atmospheric Environment 40, 5367-5378
- K.T. Warda, G.R. Johnson, 2007, Geospatial methods provide timely and comprehensive urban forest Information, Urban Forestry & Urban Greening 6 (2007) 15-22.
-P. Gamba, J.A. Benediktsson, G. Wilkinson, 2003. "Foreword to the special issue on urban remote sensing by satellite,"IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 41, n. 9, pp. 1903-1906.
-P. Gong, and P.J. Howarth, 1990. "The use of structural information for providing land cover classification accuracies at the rural urban fringe," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, vol. 56, pp. 6773.
-P. Gong, D.J. Marceau, and P.J. Howarth, 1992. "A comparison of spatial feature extraction algorithms for landuse classification with SPOT HRV data." Remote Sensingof Environment, vol. 40, pp. 137151.GUS home page, 2004.http://www.gmesurbanservices.com;
-V. Karathanassi, Ch. Iossifidis, D. Rokos, 2000. "A texture based classification method for classifying built areas according to their density," Int. J. Remote Sens., Vol. 21, n. 9,
pp. 1807-1823.
-C. C. Kontoes, V. Raptis, M. Lautner and R. Oberstadler, 2000. "The use of kernel classification techniques for land use mapping in urban areas using 5m-spatial resolution IRS-1C imagery," Int. J. Remote Sensing, Vol. 21, n. 16, pp. 31453151.
-F.P. Kressler, T.B. Bauer, K.T. Steinnocher, 2001. "Object-oriented per-parcel land use classification of very high resolution images," Proc. of the IEEE/ISPRS Joint Workshopon
Remote Sensing and Data Fusion over Urban Areas, Rome, Italy, pp. 164-167.
-S Barr and M. Barnsley, 2000. "Reducing structural clutter in land cover classifications of high spatial resolution remotely-sensed images for urban land use mapping," Computers & Geosciences, vol. 26, pp. 433-449.
-K.S. Chen, S.K. Yen, D.W Tsai, 1997. "Neural classification of SPOT imagery through integration of intensity and fractal information," Int. J. Remote Sens., vol. 18, n. 4, pp.763-783.
-K. Chen, 2002. "An approach to linking remotely sensed data and areal census data," Int. J. emote Sensing, Vol.23, n. 1, pp. 3748.
-F. Dell'Acqua, P. Gamba, 2003. "Texture-based characterization of urban environments on satellite SAR images,"IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 41,n. 11, pp. 153-159
-S. Phinn, M. Stanford, P. Scarth, 2002. "Monitoring the composition of urban environments based on the vegetation-impervious surface soil (VIS) model by subpixel analysis techniques," Int. J. Remote Sens., Vol. 23, n.20, pp. 4131-4153.
-M.A. Shaban and O. Dikshit, 2001. "Improvement of classification in urban areas by the use of textural features: the case study of Lucnow city, Uttar Opradesh," Int. J. RemoteSens., vol. 22, n. 4, pp. 565-593.
-W.L. Stefanov, M.S. Ramsey, and P.R. Christensen, K.Civerolo, M., Zalewsky, G. Sistla. 2001. Effects of Increased Vegetation on Ozone Air Quality in the New York Metropolitan Area. Albany, NY: New York State Department of Environmental Conservation.
-D.J.Nowak, K.L. Civerolo, S.T. Rao, C.J. Luley, D. E. Crane. 2000. A modeling study of the impact of urban trees on ozone. Atmospheric Environment 34:1601-1613.
-B.Jr. Stone, M.O. Rodgers. 2001. Urban Form and Thermal Efficiency: how the design of cities influence the urban heat island effect. Journal of the American Planning Association, Vol.67, No.2.pp.186-198.
-V.Mesev (Ed).2003.Remotely Sensed Cities. Taylor & Francis, London.
- D.M.O'Brien, R.M. Mitchell, 2003. Atmospheric heating due to carbonaceous aerosol in northern Australia-confidence limits based on TOMS aerosol index and sun-photometer data. Atmospheric Research 66, 1-2, 21-41.
- E. Ben-Dor, N. Levin, H. Saaroni, 2001. A spectral based recognition of the urban environment using the visible and near-infrared spectral region (0.4-1.1 mm). A case study over Tel-Aviv, Israel. International Journal of Remote Sensing 22, 2193-2218.
-K. Keller, M. Hall, S-R. Kim, D.F. Bradford, M. Oppenheimer, 2005, Avoiding dangerous anthropogenic interference with the climate system, Climatic Change, 73, 227-238.
-Batty Howes, 2001, Predicting temporal patterns in urban development from remote imagery. In Remote sensing and urban analysis J. P. Donnay, M. J. Barnsley, & P. A.Longley (Eds.), London: Taylor and Francis, 185-204.
- Clarke, K. C., Parks, B. O., & Crane, M. P., 2002. Geographic information systems and environmental modeling. New Jersey: Prentice Hall, 61-67.
