การสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมให้หลักฐานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำ

การประมาณการแหล่งดูดซับคาร์บอน

ในวัฏจักรคาร์บอนระดับโลก ระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำเป็นระบบนิเวศที่สำคัญประเภทหนึ่ง ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกในวัฏจักรคาร์บอนและงบประมาณคาร์บอน โดยมีส่วนสำคัญต่อสมดุลคาร์บอนโลก พื้นที่ชุ่มน้ำเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญที่สุดแห่งหนึ่งในระบบนิเวศบนบก แม้จะมีพื้นที่เพียงประมาณ 6% ของพื้นผิวโลก แต่ก็มีคาร์บอนสะสมอยู่ในดินถึง 10%–30% การกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำสามารถช่วยลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการรักษาสภาพภูมิอากาศโลกให้คงที่และลดผลกระทบจากภาวะเรือนกระจก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและกิจกรรมของมนุษย์ พื้นที่ชุ่มน้ำได้ลดลงอย่างมาก และกระบวนการหมุนเวียนคาร์บอนในระบบนิเวศตามปกติก็เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเช่นกัน การวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับศักยภาพในการกักเก็บคาร์บอนของพื้นที่ชุ่มน้ำและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับภูมิภาคจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประเมินฟังก์ชันการกักเก็บคาร์บอนของระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำในพื้นที่อ่อนไหวภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก ท่ามกลางบริบทของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก การวิจัยเกี่ยวกับการกักเก็บคาร์บอนและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำจึงค่อยๆ กลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางทั่วโลก

ประเทศของฉันเป็นหนึ่งในประเทศที่มีประเภทของพื้นที่ชุ่มน้ำหลากหลายที่สุด มีพื้นที่มากที่สุด และกระจายตัวกว้างที่สุดในโลก ครอบคลุมพื้นที่ 0.65 พันล้านเฮกตาร์ คิดเป็น 10% ของพื้นที่ชุ่มน้ำทั้งหมดของโลก อยู่ในอันดับแรกของเอเชียและอันดับสี่ของโลก มีศักยภาพในการกักเก็บคาร์บอนมหาศาล แต่ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนของพื้นที่ชุ่มน้ำแต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างมาก

พื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกเป็นหนึ่งในประเภทพื้นที่ชุ่มน้ำที่แพร่หลายที่สุดในโลก และมีบทบาทสำคัญในการวิจัยงบประมาณคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำ บทความนี้ใช้ระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกเป็นวัตถุวิจัย และใช้การผสมผสานระหว่างการประมาณค่าแบบผกผันจากข้อมูลการสำรวจระยะไกลและการใช้ข้อมูลภาคพื้นดินเพื่อประเมินและวิเคราะห์ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนทางชีวภาพของพื้นที่ชุ่มน้ำ ซึ่งเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการอนุรักษ์และการใช้ทรัพยากรพื้นที่ชุ่มน้ำอย่างมีเหตุผล และเพื่อแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก

โซลูชันทางเทคนิค

เส้นทางเทคนิค

ในการประเมินการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำ ข้อมูลหลักมาจากภาพถ่ายดาวเทียมความละเอียดสูงแบบหลายสเปกตรัม โดยมีการประมวลผลเบื้องต้น ได้แก่ การปรับค่ารังสีและการปรับแก้ภาพให้เป็นภาพฉายตั้งฉาก ใช้วิธีการเชิงวัตถุในการแยกพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกโดยอัตโนมัติ เพื่อแสดงขอบเขตการกระจายตัวของพื้นที่ชุ่มน้ำเหล่านั้นในพื้นที่ศึกษา จากนั้นจึงทำการผกผันพารามิเตอร์การสำรวจระยะไกลที่เกี่ยวข้องกับการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกก และได้แผนที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกในพื้นที่ศึกษาผ่านแบบจำลองการผกผันนี้

การประมวลผลภาพจากระบบตรวจวัดระยะไกล

ก่อนที่จะใช้ภาพถ่ายดาวเทียมหลายสเปกตรัมเป็นแหล่งข้อมูลในการประเมินแหล่งกักเก็บคาร์บอน จำเป็นต้องดำเนินการต่างๆ เช่น การแก้ไขค่ารังสี การปรับเทียบค่ารังสี การแก้ไขค่าบรรยากาศ การปรับแก้ภาพให้เป็นภาพฉายตั้งฉาก การต่อภาพ และการตัดแต่งภาพ

• การแก้ไขรังสี

การแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนทางรังสีส่วนใหญ่ใช้เพื่อขจัดความแตกต่างระหว่างค่าการวัดเป้าหมายที่ได้จากเซ็นเซอร์กับปริมาณทางกายภาพ เช่น ค่าการแผ่รังสีสเปกตรัมหรือค่าความสว่างสเปกตรัมของเป้าหมาย ซึ่งเกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพของเซ็นเซอร์เอง สภาพบรรยากาศ ตำแหน่งและมุมของดวงอาทิตย์ และสัญญาณรบกวนที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ การแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนทางรังสีประกอบด้วยสองส่วนหลักๆ คือ การสอบเทียบค่าความคลาดเคลื่อนทางรังสีและการแก้ไขค่าความคลาดเคลื่อนทางบรรยากาศ

• การสอบเทียบรังสี

การสอบเทียบค่ารังสีจะแปลงข้อมูลการสำรวจระยะไกลที่ได้รับ ซึ่งโดยทั่วไปคือค่าระดับสีเทาของภาพ ให้เป็นปริมาณทางกายภาพที่แท้จริง (เช่น ค่าความสว่าง ค่าการสะท้อนแสงของพื้นดิน เป็นต้น) จุดประสงค์หลักคือเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในตัวเซ็นเซอร์เอง และกำหนดค่ารังสีที่แม่นยำ ณ จุดรับข้อมูลของเซ็นเซอร์ การสอบเทียบค่ารังสีแบ่งออกเป็น การสอบเทียบค่ารังสีแบบสัมบูรณ์ และการสอบเทียบค่ารังสีแบบสัมพัทธ์

• การแก้ไขบรรยากาศ

การแก้ไขความคลาดเคลื่อนจากบรรยากาศนั้นเกี่ยวข้องกับการขจัดข้อผิดพลาดของการแผ่รังสีที่เกิดจากอิทธิพลของบรรยากาศ เพื่อให้ได้ค่าการสะท้อนแสงที่แท้จริงของพื้นดิน ค่าความสว่างรวมของเป้าหมายที่เซ็นเซอร์ภาคพื้นดินได้รับในท้ายที่สุดนั้นไม่ใช่ค่าการแผ่รังสีที่แท้จริงของพื้นผิว เนื่องจากได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น การกระเจิงของละอองลอยในบรรยากาศและแสงแดด

• การปรับเทียบภาพฉายตั้งฉาก

การปรับแก้ภาพให้ตรงตามระนาบฉาย (Orthorectification) คือกระบวนการแก้ไขความบิดเบี้ยวเชิงพื้นที่และเชิงเรขาคณิตของภาพ ขจัดความเอียงของภาพและข้อผิดพลาดในการฉายภาพ และสร้างภาพฉายระนาบฉายหลายจุดศูนย์กลาง (multi-center projection plane orthophoto) ขึ้นมา

• การต่อภาพและการตัดแต่งภาพ

โดยใช้ซอฟต์แวร์ประมวลผล ENVI ภาพถ่ายดาวเทียมจากแหล่งข้อมูลเดียวกันที่ครอบคลุมพื้นที่ศึกษาถูกนำมาต่อกัน และภาพที่ต่อกันแล้วถูกตัดแต่งตามช่วงเวกเตอร์ของพื้นที่ศึกษาเพื่อให้ได้ภาพของพื้นที่ศึกษาพืชกก

▲ แผนที่แสดงการกระจายตัวของต้นกกในภาพถ่ายดาวเทียมหลายสเปกตรัม

วิธีการวิจัย

ในการศึกษาครั้งนี้ วิธีการเชิงวัตถุเป็นหลักถูกนำมาใช้เพื่อแยกพื้นที่ชุ่มน้ำกกออกจากภาพถ่ายดาวเทียมโดยอัตโนมัติ พื้นที่ชุ่มน้ำถูกแบ่งออกเป็นพื้นที่กกธรรมชาติและพื้นที่กกที่ปลูกขึ้นเอง ข้อมูลสเปกตรัมของภาพถ่ายดาวเทียมถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ปัจจัยทางภูมิสารสนเทศที่เกี่ยวข้องกับการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ศึกษา และประมาณการการกักเก็บคาร์บอนโดยรวมโดยการบูรณาการพารามิเตอร์ปัจจัยทางภูมิสารสนเทศหลายตัว

ผลลัพธ์การผกผันการสำรวจระยะไกล

การกระจายตัวของแหล่งกักเก็บคาร์บอนในปี 2022

การกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ศึกษาคำนวณจากข้อมูลการสำรวจแปลงตัวอย่าง โดยเลือกใช้ข้อมูลการสำรวจระยะไกลจากเดือนมกราคม มิถุนายน และกันยายน ปี 2022 ทำการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างดัชนีพืชพรรณ NDVI, MSAVI, RVI, SAVI และ DVI กับการกักเก็บคาร์บอนในแปลงตัวอย่าง เพื่อสร้างแบบจำลองการถดถอยที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมาณค่าการกักเก็บคาร์บอนในพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกก การกระจายตัวเชิงพื้นที่ของการกักเก็บคาร์บอนรายเดือนในพื้นที่ศึกษาในช่วงฤดูกาลต่างๆ ได้รับจากการใช้แบบจำลองการประมาณค่าจากการสำรวจระยะไกล ดังแสดงในรูปด้านบน ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการกระจายตัวของการกักเก็บคาร์บอนของต้นกกในแต่ละเดือนของสามฤดูกาลในปี 2022 ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนของต้นกกได้รับผลกระทบอย่างมากจากปัจจัยตามฤดูกาล ในช่วงฤดูใบไม้ผลิในเดือนมกราคม ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนอ่อนแอ แทบไม่มีเลย ในช่วงฤดูร้อนในเดือนมิถุนายน ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามการเจริญเติบโตของต้นกก และตั้งแต่เดือนกันยายนเป็นต้นไป ความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนของต้นกกเริ่มอ่อนแอลง

งานวิจัยนี้ใช้ระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกเป็นวัตถุวิจัย โดยใช้การสำรวจภาคสนามและการตีความข้อมูลจากดาวเทียมเพื่อประเมินและวิเคราะห์ศักยภาพในการกักเก็บคาร์บอนของพื้นที่ชุ่มน้ำ นอกจากนี้ยังคาดการณ์ศักยภาพในการดูดซับคาร์บอนโดยพิจารณาจากสภาพการพัฒนาในท้องถิ่นและการพัฒนาทางเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ เพื่อเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการอนุรักษ์และการใช้ประโยชน์ทรัพยากรพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีต้นกกอย่างมีเหตุผล และเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก