Χωροχρονική ανάλυση και μοντελοποίηση των αλλαγών του τοπίου και οι επιδράσεις των φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων σε αυτό

Abstract

In Mediterranean islands and coastland areas, the historical interaction between anthropogenic and human processes resulted in the creation of heterogeneous landscapes, with high cultural and natural value. However, socio-economic changes, along with biophysical characteristics, have altered land use/cover, causing, in some cases, irreversible impacts on the natural environment. An integrated approach for exploring landscape transitions, as a prerequisite for sustainable management of ecosystems, consists of a) a systematic monitoring of land use/cover, b) the identification of the driving forces causing changes, and c) the future simulation of the landscape’s composition and structure. In this context, this doctoral dissertation aims to the comprehensive study of landscape changes in the Ionian Islands, through the application of contemporary geoinformatics techniques. Specifically, to map land use/cover, an object-oriented classification scheme was developed, which could directly be applied for the systematic monitoring of Mediterranean sites with similar landscapes, such as those of the Ionian Islands. To interpret landscape transitions and to identify the main driving forces of changes, global and local regression models were employed. The prediction of the future landscape composition and structure was conducted through the integration of two modeling approaches: a) the Markov chain, to estimate future land use demands, under the three different scenarios, and b) the Future Land Use Simulation model, for allocating the future land use/cover categories. The main findings indicated the highly dynamic landscape of Ionian Islands, which varied in terms of magnitude and direction within and among the islands. The application of regression models highlighted the key socio-economic factors affecting landscape processes and indicated the main biophysical characteristics of the areas where landscape changes occurred. The future simulation of land use/cover predicted that the landscape of the Ionian Islands would be following two different patterns. The first pattern refers to the expected increase of high-quality ecosystems (mainly, natural vegetation and agro-forest ecosystems), while the second refers to the degradation of natural vegetation. Anthropogenic pressures and fire events showed a significant contribution to these two expected patterns of change. In conclusion, the use of contemporary remote sensing techniques and data offers an effective means for the systematic monitoring of landscape changes, which, in turn, is critical for the evaluation of appropriate management measures. In parallel, utilizing innovative spatial analysis and geoinformatics methods for the interpretation and prediction of the landscape provides an important tool in designing sustainable management strategies, taking into account ecosystem functions and processes, as well as the growing human demand for natural resources.

Στις νησιωτικές και παράκτιες περιοχές της Μεσογείου, η μακρόχρονη αλληλεπίδραση του ανθρώπου με τη φύση έχει ως αποτέλεσμα τη σύνθεση ενός ετερογενούς τοπίου, πλούσιο σε πολιτιστικά και φυσικά στοιχεία. Όμως, οι κοινωνικοοικονομικές μεταβολές σε συνδυασμό με τα ιδιαίτερα βιοφυσικά χαρακτηριστικά των περιοχών, επιφέρουν μεταβολές στις χρήσεις/καλύψεις γης, δημιουργώντας σε πολλές περιπτώσεις, μη αναστρέψιμες βλάβες στο φυσικό περιβάλλον. Έτσι, η ολοκληρωμένη προσέγγιση του ζητήματος, μέσω α) της συστηματικής παρακολούθησης των αλλαγών χρήσεων/καλύψεων γης, β) της εύρεσης των κινητήριων δυνάμεων μεταβολής, καθώς και γ) της πρόβλεψης της σύστασης και δομής του τοπίου, κρίνεται ως προαπαιτούμενο για την βιώσιμη διαχείριση αυτών των περιοχών. Στο παραπάνω πλαίσιο, η διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ολοκληρωμένη μελέτη των μεταβολών του Μεσογειακού τοπίου των Ιονίων Νήσων, εφαρμόζοντας σύγχρονες τεχνικές γεωπληροφορικής. Συγκεκριμένα, για τη χαρτογράφηση των χρήσεων/καλύψεων γης αναπτύχθηκε ένα σχήμα αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης, το οποίο είναι άμεσα εφαρμόσιμο για τη συστηματική παρακολούθηση Μεσογειακών περιοχών, που παρουσιάζουν όμοια χαρακτηριστικά τοπίου με αυτά των Ιονίων Νήσων. Με σκοπό την ερμηνεία των μεταβολών του τοπίου, και την εύρεση των κινητήριων δυνάμεων μεταβολής, εφαρμόστηκαν ολικά και τοπικά μοντέλα παλινδρόμησης. Έπειτα, για την πρόβλεψη της μελλοντικής σύστασης και δομής του τοπίου, χρησιμοποιήθηκε ο συνδυασμός δύο μοντέλων: α) των Μαρκοβιανών αλυσίδων για την εύρεση της μελλοντικής ζήτησης των χρήσεων/καλύψεων γης, σε τρία διαφορετικά σενάρια και β) το Future Land Use Simulation Model, για τη χωροθέτηση των χρήσεων/καλύψεων γης. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων φάνηκε η υψηλή δυναμική των χρήσεων/καλύψεων γης των Ιονίων Νήσων, η οποία διαφέρει ως προς την ένταση και κατεύθυνση τόσο εντός όσο και μεταξύ των νησιών. Η εφαρμογή των μοντέλων παλινδρόμησης ανέδειξε τους βασικούς κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες που επηρεάζουν τις διαδικασίες μεταβολής του τοπίου, καθώς και τα κύρια βιοφυσικά χαρακτηριστικά των περιοχών στις οποίες συμβαίνουν αλλαγές. Στο τελευταίο τμήμα των αναλύσεων, η σύνθεση και δομή του τοπίου, προβλέφθηκε ότι μπορεί να διαμορφωθεί ανάλογα με την ένταση των ανθρωπογενών πιέσεων και των φαινομένων πυρκαγιάς, σε δύο κύρια πρότυπα. Το πρώτο αναφέρεται στην εξάπλωση των υψηλής ποιότητας οικοσυστημάτων, ενώ αντίθετα, το δεύτερο αναφέρεται στην υποβάθμιση της φυσικής βλάστησης. Συμπερασματικά, η χρήση σύγχρονων τεχνικών και δεδομένων τηλεπισκόπησης προσφέρει ένα γρήγορο και αποτελεσματικό μέσo συστηματικής παρακολούθησης της μεταβολής του τοπίου, το οποίο είναι σημαντικό για την άμεση λήψη κατάλληλων διαχειριστικών μέτρων. Παράλληλα, η αξιοποίηση καινοτόμων μεθόδων χωρικής ανάλυσης και γεωπληροφορικής για την ερμηνεία και την πρόβλεψη των μεταβολών του τοπίου (π.χ. Γεωγραφικά Σταθμισμένη Παλινδρόμηση, Future Land Use Simulation Model, κοκ) προσφέρει ένα σημαντικό εργαλείο για την προώθηση βιώσιμων στρατηγικών διαχείρισης που θα λαμβάνουν υπόψη σημαντικές λειτουργίες και διαδικασίες των οικοσυστημάτων μιας περιοχής, καθώς επίσης και την αυξανόμενη ζήτηση από τον άνθρωπο για φυσικούς πόρους.