התפקיד הקריטי של מערכות מידע גיאוגרפיות בניתוח שינוי החופים

שחיקה חוףית ועלייה ברמת הים הם בין האתגרים הסביבתיים הדוחקים ביותר של זמננו, לעצב מחדש את קווי החוף, תשתיות מאיימים, ופירוק קהילות ברחבי העולם.הבנת תהליכים דינמיים אלה דורש כלים אנליטיים חזקים שיכולים לשלב נתונים מגוונים על פני בקנה מידה מרחבי גדול וזמני. .GIS) פיתחו פלטפורמות הכרחיות עבור עבודה זו, המאפשרות לחוקרים, תוכניות, מדיניות וקובעי מדיניות כדי לכמת את שערי שינוי עתידיים, ולפתח שיטות ניהול נתונים אנליטיות, ולפתח את שיטות ניהול נתונים מודרניות.

הבנה של החוף Erosion באמצעות GIS Lens

התהליכים הפיזיים והמתקנים האנושיים

שחיקה החוף היא הסרת הטבעי של סימנט מן החוף על ידי גלים, זרמים, גאותות, וגביעות סערה. בעוד שחיקה מתרחשת ברציפות, קצב וחומרה מושפעים הן גורמים טבעיים והן מהתערבות אנושית. Wave Energy, אספקת זרע, גיאולוגיה החוף, ורמת הים היחסית לקבוע כל אם חוף הוא מתפתל, יציב, או מאיץ פעילויות אנושיות כגון בנייה, לעתים קרובות, חסימת מים, ובודדים, על ידי מערכות הגנה משתנה על ידי בידוד.

מקורות נתונים לניתוח Erosion

ניתוח שחיקה יעיל תלוי בנתונים עתיריים איכותיים.נתוני מפתח המשמשים ב- GIS כוללים:

  • (FLT:0היסטורי צילום אווירי ודימוי לוויין:BuildFLT) 1 Platforms כגון Landsat (מאז 1972) וחיישנים מסחריים מספקים עשרות שנים של תצפיות החוף. GIS מאפשר שיתוף פעולה ואנליזה של תמונות אלה כדי לזהות שינויים בעמדה החוף.
  • (FLT:0)LiDAR (Light Detection and Ranging): אנדרל 1 (AutoFLT:1) A Air and Earth LiDAR מייצרים מודלים גבוהים של רזולוציה גבוהה של אזור החוף, המאפשר זיהוי משופר מפורט על פני אזורי זמן שנתי או מבוסס אירועים.
  • סקרי שדה מבוססי GPS:0 (Surline:FLT:1Builds and Historical maps (למשל, גליונות T-S מסקר החוף האמריקאי) מספקים נתונים קרקעיים עבור כיבוד ואימות.
  • (FLT:0)Tide Measure and wave buoy record: ⁇ 1 , נתונים אלה נקודה מודיעים מודלים הידרודינמיקה ומסייעים לבודד שחיקה מונעת סערה ממגמות ארוכות טווח.

שיטות GIS לשינוי קו החוף

הגישה המואצת ביותר GIS להערכת שחיקה החוף היא מערכת ניתוח החוף הדיגיטלי (DSAS), הרחבה תוכנה חופשית שפותחה על ידי הסקר הגיאולוגי של US DSAS קובע את שיעור הסטטיסטיקות של שינוי על ידי יצירת transects perpendicular לבסיס מדידה ולדידת המרחק בין קווי החוף מתקופות שונות.

  • (ב) שיעור ה- End Point Rate (EPR): FLT:1 השינוי הנקי בין קו החוף הקדום והאחרונה, מחולק עד לחלוף הזמן.
  • (ב) ,0) ,Linear Regression Rate (LRR): אנדרל 1) המדרדר של קו מתאים ביותר דרך כל עמדות החוף, אשר מהווה יכולת טובה יותר מאשר EPR.
  • (FLT:0Weighted Linear Regression (WLR): FLT) 1 מתייחס למשקל גדול יותר עבור נקודות נתונים אמינות יותר, כגון סקרי GPS בעלי דיוק גבוה מול מפות היסטוריות.

פלטים אלה מדומים אז כמפות של נקודות חמות של שחיקה, ומאפשרים למנהלים לתעדף אזורים פגיעים להתערבות. GIS גם מאפשר מעבר מרחבי עם שימוש בקרקע, תשתיות ונתונים אקולוגיים להעריך השפעות כלכליות וסביבתיות.

עליית ים עם GIS Tools

המדע וסנדריו של ים העולה

משמעות גלובלית של הים עלתה בערך 21-24 ס"מ מאז 1880, עם שיעור הפחתת בעשורים האחרונים.הנהגים העיקריים הם התרחבות תרמית של מים התחממות האוקיינוס ואת ההיתוך של גליונות קרח מבוססי קרקע וקרחונים. תחזיות עתידיות, כגון אלה מן IPCC, להשתנות במידה רבה בהתאם לתרחישים ודינמיקה קרח, עם הערכות החל מ 0.3 עד 2 מטרים על ידי 2100.

« « אינטגרטיבי DEMs ו Tidal Datums

ניתוח עליית פני הים מבוסס GIS מתחיל עם מודל Digital Elevation (DEM) המייצג את הטופוגרפיה החשופה של אזור החוף.DEM חייב להיות התייחסות לדם אנכי עקבי, בדרך כלל מקומי מתכוון גבוה יותר מים (MHHW) או לרמה ים (MSL).

  • (ב) [ה]ההעברה:0]: [ה] [ה] [ה] [=לא] [=]ה'] [ה'] [ה']]]]] [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']''''[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ב'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה'[
  • (FLT:0)Bathtub Modeling:FLT:1 הגישה הפשוטה ביותר חלה על רמת מים אחידה עלייה ב- DEM וממפות את כל התאים מתחת לגבהים אלה כפי שהוצפה באופן חישובי, שיטה זו מציף במידה רבה באזורים עם קישוריות הידרולוגית מוגבלת.
  • (FLT:0) Hydroדינמית מודלing:FLT:1 יותר מודלים מתקדמים GIS-integrated (למשל, SLOSH, ADCIRC, או Delft3D) משלבים מחזורי tidal, פונדקאות סערה, גל, וקלטי מים מתוקים כדי לייצר מפות מצפות שיטפון פרוביביליסטי תחת תרחישים שונים של עלייה בים.
  • (FLT:0) ניתוח בלתי-וודאות: 1 משום של-DEMs יש שגיאות אנכיות (לעתים קרובות ±15 ס"מ ל- LiDAR) ותחזיות רמת הים נושאים מגוון רחב, GIS יכול לייצר מרווחי ביטחון, כגון מפות המציגות אזורים מוצפות תחת תרחישים נמוכים, בינוניים וגבוהים.

פלטפורמות GIS באינטרנט עבור Sea Level Rise Visualization

(ב) כמה סוכנויות פדרליות מספקות פלטפורמות GIS ידידותיות למשתמש המאפשרות מתכננים והציבור לחקור את עליית רמת הים השפעות.ה-FLT:0NOAA Sea Level Rise Viewerph1 (ראה:2coast.noaa/slrphal 3) משלב נתונים של רזולוציה גבוהה, דידות מקומיות, ורמת עלייה במספר תרחישים (1-10 רגלים) להחלפת נתונים של התחממות כדור הארץ (Freditdus)

GIS בקשות בניהול החופים

מעבר לשחיקה ורמת הים ניתוח עלייה ברמת היבשה, GIS מאפשר גישה משולבת לניהול החוף המטפלת סכנות מרובות, שימושי קרקע, וצרכים של בעלי המניות.התתת הבאה מפרטת את היישומים הקריטיים ביותר.

Mapping Shoreline שינויים במספר רב של

GIS יכול לייצר מפות שינוי קו החוף עקביות עבור מדינות שלמות, אזורים, או אתרי פרויקט בודדים.ההערכה הלאומית של Shoreline ChangephcioFLT:1 (המופעלים על ידי USGS) משתמשת ב-GIS כדי לאסוף ולתקן את נתוני החוף מלמעלה ממאה סקרים ברחבי ארה"ב האוקיינוס האטלנטי, האוקיינוס השקט, המפרץ, וחופי האגמים הגדולים, לא רק להראות שחיקה חמה, אלא גם אותות לטווח קצר של 50 מטרים, אלא גם של סערות זמן קצר לאחר מכן, כולל של סערות זמן קצר של 50 שנים של סערות.

דגם Sea Level Rise Scenarios

באמצעות רמות המים המבוססות על תרחיש המתוארות קודם לכן, GIS יכול מודל היקף הצפה תחת עתידי אקלים שונים.מודלים אלה מעודן על ידי כולל:

  • (FLT:0) קישוריות הידרולוגיות: FLT:1hil מסנן אזורים מבודדים בשקיקה נמוכה לא מחובר ישירות לאוקיינוס, לעתים קרובות באמצעות אלגוריתמים מצטברים שמקורם בניתוח שפיכות מים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מרש הגירה פוטנציאל: 1FLT:1 ממפות אזורים שבהם מלח מלח יכול להגר באדמה כמו רמות הים עולה, בהתבסס על גובה, מדרון, כיסוי קרקע - קריטי עבור שמירה על מערכות אקולוגיות יקרות אלה.

התוצאות משמשים כדי לעדכן מפות ביטוח שיטפון, עיצוב קווי חוף, ולתכנן מסלולים מתאימים לקהילות.

זיהוי אזורים Vulnerable עם מדד Vulnerability החוף (CVI)

מדד הפגיעות בחוף מסונתז מספר גורמים סיכון לציון מורכב יחיד לפי מגזר החוף. GIS מאפשר זאת על ידי עיכוב יתר של raster ושכבות וקטור עבור משתנים כגון:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (ב"ג) ⁇ (ב"ד) ⁇ "ב"ה, "הסתר" (במדבר כ"ד, כ"ד).
  • שיעור החיסוני של ה-FLT:0 (ב) ,6 ,51, מניתוח DSAS.
  • שיעור העלייה ברמת התפוצה:0Sea:FLT:1 ממגמות מדד הגאות ותחזיות IPCC.
  • (ב) ⁇ :0) ,5 ,1=התערות, כלומר גובה גל משמעותי מבורות או מזחלות.
  • טווח ה-FLT:0 ;0 ;0 ; אורכו של טיהור ממוצע משפיע על האזור שעליו פועלים תהליכי שחיקה וההריסה.
  • (ב) שימוש בפל:0) באוכלוסיית העולם ובדחיסות האוכלוסייה: FLT:1 חשיפה סוציו-אקונומית.

מפת CVI המתקבלת מדגישה את הקטעים בסיכון הגבוה ביותר, ומאפשרת למנהלי משאבים למקד השקעות בהן הם נדרשים ביותר.לדוגמה, חוף מפותח נמוך עם שיעורי שחיקה גבוהים ואוכלוסייה צפופה תקבל דירוג פגיעת "גבוה מאוד", מה שגורם להערכה באתר מפורט.

תכנון מבנים מוגנים ופתרונות המבוססים על הטבע

GIS תומך בעיצוב ובשבת של שני קשים (קירי הים, תחריטים, ירכיים) ורך (הזנה, שיקום דונן, קווי הגנה חיים) לדוגמה:

  • (FLT:0) מבנים:00 (FLT:1) GIS יכול מודל את הפוטנציאל של שחיקה מוגברת של ירידה שנגרמה על ידי groins או מטוסים, עוזר מהנדסים להתאים מבנים עם דפוסי תחבורה יבשתיים ארוכים.
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"א): "ה', ו''' (ב"ב)' (ב"ב) ,"ב"ב"ה', ו"ה') ,"ה', ו"ה', ו"ה'"ה'"ה'" (ב"ב)"ה')"ה'.
  • (FLT:0) קווי החוף: FLT:1 GIS מזהה אתרים מתאימים על ידי overlaying להביא, סליניות, מדרון, ונתונים צמחייה קיימים כדי לקבוע היכן מרשים, שוניות צדפות, או מיטות מימיות מעוות ניתן לשחזר ביעילות.

מדינות רבות בחוף דורשות כעת ניתוח חלופות מבוססות GIS לכל התערבות קו החוף גדול, ולהבטיח כי מגוון רחב של אפשרויות - כולל ללא פעולה, מבוסס טבע והיברידי - מוערכים לפני בחירת פתרון.

מחקר מקרה: החל את GIS למערכת של גדר ההפרדה הומה

שקול אי מחסום טיפוסי לאורך החוף האטלנטי של ארה"ב, כגון אלה בבנקים של צפון קרוליינה.האי חווה שחיקה כרונית מגלגל 2 מטרים בשנה, מטוהר על ידי הוריקנים שיכולים לגרום 30 מטר של נסיגה באירוע אחד.

  • עמדות חוף ממפות משנת 1850 ועד היום באמצעות גליונות T היסטוריים, תמונות אוויריות, סקרי LiDAR האחרונים ב-DSAS, חושפים כי 70% מהאי מתנפחים בקצב מספיק כדי לאיים על התפתחות קיימת בתוך 30 שנה.
  • עלייה של 0.5 עד 2.0 מטרים על ידי 2100 באמצעות תצפית רמת הים של NOAA, מראה כי הרבה מהפנים של האי יוטבע אפילו תחת תרחישים בינוניים.
  • חישוב מדד הפגיעות החוף שזוההה שתי קהילות נופש כסיכון "גבוה מאוד" בשל שילוב של שחיקה מהירה, אנרגיית גל גבוהה ותשתיות תיירותיות צפופות.
  • אסטרטגיות ניהול חלופיות מאובנות: נפח הזנה החוף הנדרש כדי להתחיל את השחיקה (התחיל ב 1 מיליון מ"ק כל 5 שנים עבור שני המגזרים הגבוהים ביותר של פרטיות), אזורי התאמת החוף החיים במשבאס בצד הקול, ואפשרויות למקם מחדש של כבישים החוף הנחשפים ביותר.

ניתוח GIS משולב זה סיפק את בסיס הראיות עבור תוכנית ניהול החוף 50 שנים כי עדיפות פתרונות מבוסס טבע באזורים פחות מפותחים, מיקוד תשתיות קריטיות, והקמת הקלות מתגלגלת עבור נסיגה עתידית.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות כוחו, ניתוח החוף מבוסס GIS עומד בפני כמה אתגרים.דיוק ורציני של DEMs נשאר גורם מגביל - אפילו הראשון-return LiDAR ב בצפיפות מוצפנים יכול להטעות את פני הקרקע האמיתית לאחר צלקות סערה. פערים נתונים זמניים, במיוחד עבור לפני 1930 קווי החוף, להציג אי ודאות בחישובים ארוכי טווח.

(ה) פתרונות מתעוררים מתייחסים למגבלות הללו:0 (Machine LearningveFLT:1 אלגוריתמים המשולבים עם GIS יכולים למלא פערים זמניים על ידי חיזוי עמדות קו החוף ההיסטורי של תמונות לוויין ומקרי אקלים.FLT:2Dynamic Adaptive DataFLT 3, אשר משפר את המודלים של אורנטודינמיקה עם עליית פני הים הופכת להיות מותנית בקנה מידה אזורי.

מסקנה: עמידות ל-Data-Driven Resilience

שחיקה חוףית ועלייה בים אינם בעיות שניתן לפתור בניתוח יחיד, והם איומים על כך שקיים פתרון סטטי.הם דורשים תכנון מותאם, מפורש מרחבי, אשר מתפתח עם נתונים חדשים ותנאים משתנים. GIS מספק את המסגרת החיונית לאבולוציה זו: מערכת לפקח, מודל, ותקשורת שינוי החוף.על ידי שילוב עשרות שנים של תצפיות היסטוריות עם תחזיות האקלים האחרונות, GIS מספק את המסגרת החיונית של סוכנויות אקולוגיות, כדי להמשיך את האחריות על ידי כוחות הביטחון של הסביבה, כדי להמשיך לפתח את האחריות הכלכלית, כמו גם את האחריות על ידי שקיפות חברתית, כמו גם את האחריות על ידי פיתוחן, ופעולות סביבתית, כמו גם את האפשרויות הכלכליות, כמו גם את השינויים הסביבתית, כמו גם את האפשרויות הקיימות, כדי להבטיח יציבות הציבור הרחב יותר, כדי להבטיח יציבות הציבור, ולקדם, ולקדם, ולקדם את השינויים הסביבתית, כמו גם את השינויים.