Kaukokartoitus

Kaukokartoituksella tarkoitetaan tietojen hankkimista ilmiöstä ja alueesta ilman suoraa yhteyttä siihen. Se on vaihtoehto in situ -havainnoinnille. Kaukokartoitustekniikoita käytetään monilla aloilla, kuten maantieteessä, hydrologiassa, ekologiassa, meteorologiassa, oseanografiassa, glasiologiassa, geologiassa sekä sotilaallisessa laajuudessa, älykkyydessä, kaupallisissa, taloudellisissa, suunnittelussa ja humanitaarisissa sovelluksissa.

Kaukokartoitusteknologiat voivat olla satelliitti- tai ilma-aluspohjaisia, ja niillä voidaan havaita ja luokitella maapallon järjestelmän kohteita ja ominaisuuksia leviävien signaalien (esim. sähkömagneettisen säteilyn) avulla. Lisäksi miehittämättömien ilma-alusten käyttö on yleistymässä korkean resoluution datan ansiosta, joka voidaan kerätä lyhyessä ajassa reaaliaikaista seurantaa varten. "Aktiivisella" kaukokartoitustekniikalla tarkoitetaan satelliitin tai ilma-aluksen suoraan lähettämää signaalia, joka heijastuu esineestä ja jonka anturi puolestaan havaitsee (esim. RADAR ja LiDAR), kun taas "passiivisella" kaukokartoitustekniikalla tarkoitetaan antureita, jotka pystyvät havaitsemaan esineen tai ympäröivän alueen lähettämän tai heijastaman säteilyn (esim. filmivalokuvaus, infrapuna, varauskytkentäiset laitteet ja radiometrit).

Viime aikoina kaukokartoitusta on käytetty parantamaan ymmärrystä ilmastojärjestelmästä ja sen muutoksista. Sen avulla voidaan seurata maan pintaa, valtameriä ja ilmakehää useilla alueellisilla ja ajallisilla mittakaavoilla, mikä mahdollistaa ilmastojärjestelmän havainnoinnin sekä tutkia ilmastoon liittyviä prosesseja tai pitkän ja lyhyen aikavälin ilmiöitä, kuten metsäkatoa tai El Niño -suuntauksia. Lisäksi kaukokartoitus on hyödyllistä tietojen keräämiseksi vaarallisilta alueilta (esim. tulipalojen aikana) tai vaikeapääsyisiltä alueilta (esim. läpäisemättömiltä alueilta). Erityisiä esimerkkejä kaukokartoituskäytöistä, jotka liittyvät myös ilmastonmuutokseen sopeutumista koskeviin käytäntöihin, ovat seuraavat: i) luonnonvarojen hoito, ii) esimerkiksi maankäyttöön, maansuojeluun ja maaperän hiilivarantoon liittyvien maatalouskäytäntöjen hallinta, iii) taktiset metsäpalojen torjuntatoimet reaaliaikaisissa päätöksenteon tukijärjestelmissä, iv) maanpeitteen ja sen muutosten seuranta eri ajallisissa ja alueellisissa mittakaavoissa myös katastrofin jälkeen, v) paremmin tietoon perustuva metsänhoito ja vesihuolto, vi) hiilivarantojen ja niihin liittyvän dynamiikan arviointi, vii) ilmastojärjestelmän dynamiikan simulointi, viii) ilmastoennusteiden ja meteorologisten uudelleenanalyysituotteiden parantaminen, joita käytetään laajalti ilmastonmuutosta koskevissa tutkimuksissa.

Lisäksi kaukokartoitusta voidaan käyttää varoitusten ja varautumisen parantamiseen, joten siitä on hyötyä myös katastrofiriskien hallinnassa. Satelliittiteknologiaa hyödyntäviä maantieteellisiä tietojärjestelmiä (GIS) voidaan käyttää sellaisten varhaisvaroitus- ja ennustejärjestelmien kehittämiseen, joilla vähennetään ja hallitaan ilmastoon liittyviä katastrofiriskejä (eli valmistellaan sykloni- ja tulvareittien, kuivuustapahtumien ja tulipalojen parempaa ennustamista) sekä autetaan valmistautumaan toimiin. Kaukokartoitusteknologiasta voi olla hyötyä myös katastrofin jälkeisten vahinkojen havaitsemisessa ennen katastrofia ja sen jälkeen otettujen kuvien vertailevan analyysin perusteella. Kaukokartoitusdatasta ja -tiedoista on hyötyä myös pelastustyöntekijöille.

Euroopassa ja maailmanlaajuisesti on käytössä erilaisia ohjelmia ja aloitteita, joilla edistetään etädatan käyttöä ja jakamista. Copernicus on Euroopan komission koordinoima ja hallinnoima EU:n maanseurantaohjelma. Se koostuu monimutkaisista järjestelmistä, jotka keräävät tietoja useista lähteistä: maanhavainnointisatelliitit ja in situ -anturit, kuten maa-asemat, ilmassa ja merellä olevat anturit. Copernicus käsittelee näitä tietoja ja tarjoaa käyttäjille tietoa sellaisten palvelujen kautta, jotka koskevat kuutta aihealuetta: maa, meri, ilmakehä, ilmastonmuutos, hätätilanteiden hallinta ja turvallisuus. Copernicuksen ilmastonmuutospalvelu (C3S) tarjoaa ilmastonmuutospalveluja, joilla tuetaan eurooppalaisia ilmastopolitiikkoja ja -toimia ja edistetään eurooppalaisen yhteiskunnan selviytymiskykyä ihmisen aiheuttamassa muuttuvassa ilmastossa. Maailmanlaajuiset maanhavainnointijärjestelmät (Global Earth Observation System of Systems, GEOSS) ovat koordinoituja, riippumattomia maanhavainnointi-, tieto- ja käsittelyjärjestelmiä, jotka tarjoavat julkisen ja yksityisen sektorin käyttöön tietoa. GEOSS-portaali tarjoaa keskitetyn Internet-yhteyspisteen käyttäjille, jotka etsivät data-, kuva- ja analyysiohjelmistopaketteja, jotka ovat merkityksellisiä kaikkialla maailmassa.

Kaukokartoituksella tuotetaan tietoa tai jopa päätöksenteon tukijärjestelmiä kohteena oleville käyttäjille (esim. katastrofiriskien hallintaan osallistuvat toimijat, kaupunkisuunnittelijat, maansuunnittelijat, viljelijät jne.). Loppukäyttäjien osallistuminen sidosryhminä koko tietämyksen ja tuotteiden suunnittelu- ja luomisprosessiin on olennaisen tärkeää sellaisten tuotosten tuottamiseksi, joita todella käytetään ja jotka ovat hyödyllisiä yhteistuotantomallin mukaisesti.

Kaukokartoitustekniikoita ja erityisesti satelliittikuvia on jo käytetty menestyksekkäästi monilla ilmastonmuutoksen aloilla, kuten i) maapallon lämpötilan kehityssuuntausten tutkiminen sekä valtameren pinnalla että ilmakehässä, ii) ilmaston lämpenemiseen vaikuttavien auringon säteilyn muutosten havaitseminen, iii) aerosolien, vesihöyryn pitoisuuden ja sadejärjestelmän muutosten seuranta, iv) lumen ja jääpeitteen dynamiikan tutkiminen, v) merenpinnan muutosten ja rannikoiden muutosten seuranta, vi) kasvillisuuden tilan ja muutosten seuranta, vii) vesivarojen ja kuivuudesta ja kuivista kausista johtuvien vaikutusten seuranta, viii) palotapahtumien ja palopäästöjen seuranta, ix) katastrofiriskin, kuten syklonin, tulvien ja kuivuuden, ennustaminen ja x) ilmastonmuutokseen sopeutumista koskevien päätöksentekoprosessien ohjaaminen. Kaukokartoitetun datan käyttö kehittyy nopeasti sekä käytettävissä olevien tekniikoiden että resoluution osalta, ja muiden ilmastonmuutokseen sopeutumisen kannalta merkityksellisten käyttötarkoitusten odotetaan ilmaantuvan lähitulevaisuudessa.

Kaukokartoituksen käytöstä on kuitenkin esitetty joitakin huolenaiheita. Ilmastonmuutoksen tutkiminen ja seuranta edellyttävät pitkän aikavälin havaintosarjoja, kun taas satelliittitiedot ovat usein saatavilla lyhyellä aikavälillä. Lisäksi jotkin tärinästä ja turbulenssista johtuvat vastaanotettujen kuvakehysten epävarmuustekijät ja vääristymät voivat johtua antureiden ja hakualgoritmien vääristymistä, joten satelliittihavaintojen käyttö ilmastonmuutostutkimuksissa edellyttää tällaisten rajoitusten selkeää tunnistamista. Muita mahdollisia rajoituksia ovat: i) korkeat kustannukset ilma-alusten ja miehittämättömien ilma-alusten korkean resoluution tietojen hankkimisesta; ii) joissakin tapauksissa tarvittavien teknologioiden rajallinen saatavuus kustannusten tai osaamisrajoitusten vuoksi; iii) ilma-alusten ja satelliittitietojen ajallinen keskeytyminen; Ensin mainittu voi olla erityisen kallista ja sen vuoksi käytettävissä rajalliseen määrään tutkimuksia, kun taas jälkimmäinen kerätään määrävälein satelliitin paluuajan mukaan.

Suorat maahavainnot ovat tyypillisesti rajallisia maankäytön kattavuudessa, kun taas kaukokartoitustekniikat mahdollistavat laajemman seurannan. Satelliittitiedoilla on laaja kattavuus, moniajallinen ja monispektrinen kyky, joka tarjoaa ilmastonmuutokseen liittyvää tietoa laajoille alueille. Näin voidaan parantaa ilmastojärjestelmän ymmärtämistä, tutkia ja ennustaa ilmastonmuutoksen vaikutuksia ekosysteemeihin sekä seurata toteutettujen sopeutumistoimenpiteiden tehokkuutta.

Kaukokartoitus mahdollistaa myös tietojen keräämisen vaarallisilla tai vaikeapääsyisillä alueilla ilman häiriöitä sivustolle ja tarjoaa usein päivityksiä. Tiedonhankinta on usein halvempaa ja nopeampaa kuin suora tiedonkeruu maasta. Lisäksi miehittämättömien ilma-alusten käyttö lisää joustavuutta ajan ja tilan seurannassa ja siitä, että inhimillisiä riskejä ei ole.

Satelliittikuvien hinta vaihtelee spatiaalisen resoluution mukaan. Matalan resoluution (> 10m) arkistokuvat ovat yleensä ilmaisia, kun taas hinnat nousevat 1-8 $ / km ² kulkee 5-10 metrin resoluutiosta 0,3-1 metrin resoluutioon (2019 hinnat; ks. esim. Geocento). Lentokoneilla ja miehittämättömillä ilma-aluksilla otettujen kuvien kustannukset ovat hieman korkeammat. tämä jälkimmäinen voi saavuttaa resoluutio < 0,05 m. Tietenkin hinnat nousevat, jos räätälöityjä kuvia tarvitaan. Resursseja tarvitaan myös datan käsittelyyn ja sovellusten kehittämiseen. Lisäksi kaukokartoitustietojen käyttöön tarvitaan riittävästi taitoja ja kapasiteettia.

Toteutusaika viittaa tietojen käsittelyyn ja lopullisen tietämyksen tai tuotteiden toimittamiseen. Se riippuu suuresti kaukokartoitustekniikoiden erityisestä soveltamisalasta ja käytöstä, saatavilla olevien taitojen tasosta, tarvittavien välineiden saatavuudesta ja eri sidosryhmien välisestä yhteistyöstä.

Kaukokartoitustekniikoita voidaan käyttää ilmastonmuutoksen tutkimiseen ja ilmastonmuutoksen hillitsemis- ja sopeutumistoimien määrittelyn tukemiseen sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä.