Θέμα: Χωρική κατανομή των βροχοπτώσεων στο νομό Σερρών με την βοήθεια Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Πτυχιακή εργασία της Μαγδαληνής Κούγκαλης (Α.Μ.:932)

Παρουσίαση με θέμα: "Θέμα: Χωρική κατανομή των βροχοπτώσεων στο νομό Σερρών με την βοήθεια Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Πτυχιακή εργασία της Μαγδαληνής Κούγκαλης (Α.Μ.:932)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Θέμα: Χωρική κατανομή των βροχοπτώσεων στο νομό Σερρών με την βοήθεια Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Πτυχιακή εργασία της Μαγδαληνής Κούγκαλης (Α.Μ.:932) Επιβλέπων: Δρ. Φιλιππίδης Ευάγγελος Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών Κατεύθυνση: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών και Βιομηχανικών Εφαρμογών

2 Στόχος αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι η γεωγραφική κατανομή της βροχομετρικής πληροφορίας στο νομό Σερρών. Συλλέχθηκαν βροχομετρικά στοιχεία έντεκα μετεωρολογικών σταθμών που καλύπτουν μια χρονική περίοδο από το Εκτιμήθηκαν οι μέσες μηνιαίες καθώς και οι ετήσιες τιμές βροχόπτωσης. Σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα ετήσιας κύμανσης.

3 Διερευνήθηκε η σχέση υψομέτρου – ύψους βροχής που είναι της μορφής P=ah+b και εκτιμήθηκε η βροχοβαθμίδα τόσο σε μηνιαία όσο και σε ετήσια βάση. Σχεδιάστηκαν διαγράμματα της τάσης των μέσων ετήσιων τιμών βροχόπτωσης. Με την βοήθεια του Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (DEM) δημιουργήθηκαν οι βροχομετρικοί χάρτες για κάθε μήνα και για το σύνολο του έτους.

4 Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS)
Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών είναι ένα σύνολο εργαλείων για τη συλλογή, την αποθήκευση, την ανάκτηση, το μετασχηματισμό και την παρουσίαση χωρικών δεδομένων που προέρχονται από τον πραγματικό κόσμο και για ένα ορισμένο σύνολο σκοπών. Τα δεδομένα που διαχειρίζονται τα ΓΣΠ είναι οντότητες (χωρική πληροφορία). Είδος οντοτήτων: σημειακές, γραμμικές και εκτατικές οντότητες.

5 Δομές Δεδομένων Σε ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών τα χωρικά δεδομένα μπορούν να αναπαρασταθούν με δύο βασικές δομές, την διανυσματική δομή και την ψηφιδωτή δομή. Διανυσματική δομή: Αναπαράσταση των χωρικών δεδομένων με τρεις βασικούς τύπους γεωμετριών: σημεία, γραμμές, πολύγωνα. Ψηφιδωτή δομή: Όταν το χωρικό φαινόμενο είναι συνεχής μεταβλητή (π.χ. το υψόμετρο του εδάφους, η κατανομή του θορύβου) ή όταν στο ΓΣΠ θέλουμε να ενσωματώσουμε μια δορυφορική εικόνα ή μια σαρωμένη αεροφωτογραφία.

6 Εικόνα 1.Δομές δεδομένων.

7 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Ψηφιακή περιγραφή του εδάφους. Βασίζεται σε μετρήσεις σημείων. Εικόνα 2. Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους. Δύο μορφές Ψ.Μ.Ε: Τριγωνικό Δίκτυο Αναγλύφου (ΤΙΝ) και Ψηφιακό Μοντέλο Υψομέτρων (DEM).

8 Το Τριγωνικό Δίκτυο Αναγλύφου (TIN) είναι διανυσματικής μορφής, προσομοιώνουν το ανάγλυφο με στοιχειώδης τρίγωνα, όπως αυτά σχηματίζονται από τα υψομετρικά σημεία. Το Ψηφιακό Μοντέλο Υψομέτρων (DEM) είναι ψηφιδωτής μορφής, προσομοιώνουν το ανάγλυφο με τετραγωνικά εικονοστοιχεία (pixel), που έχουν ορισμένο και προεπιλεγμένο βήμα (διάσταση). Η τιμή κάθε εικονοστοιχείου υπολογίζεται από τις τιμές των υψομέτρων των γειτονικών σημείων.

9 Μεθοδολογία εργασίας Στοιχεία 11 μετεωρολογικών σταθμών.
Εικόνα 3. Γεωγραφική θέση μετεωρολογικών σταθμών. Οι σταθμοί αυτοί διαθέτουν παρατηρήσεις για 41 συνεχή χρόνια.

10 Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των μετεωρολογικών σταθμών.
Α/Α ΣΤΑΘΜΟΙ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΥΨΟΜΕΤΡΟ (m) ΛΕΚΑΝΗ ΠΟΤΑΜΟΥ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΦΟΡΕΑΣ ΜΗΚΟΣ ΠΛΑΤΟΣ 1 Αηδονοχώρι 23ο 44' 40ο 50' 212 Στρυμώνα Δ.Ε.Β.Υ.Π. 2 Νιγρίτα 23ο 30' 40ο 55' 111 3 Κερκίνη 23ο 14' 41ο 08' 50 4 Άνω Πορόϊα 23ο 02' 41ο 18' 395 5 Κάτω Ορεινή 23ο 36' 41ο 12' 745 6 Άνω Βροντού 23ο 41' 1040 7 Σιδηρόκαστρο 23ο 24' 41ο 14' 78 8 Αχλαδοχώρι 23ο 33' 41ο 20' 500 Κρουσοβίτη 9 Νέα Ζίχνη 23ο 50' 41ο 02' 280 10 Αλιστράτη 23ο 58' 41ο 04' 300 Αγγίτη 11 Σέρρες 23ο 32' 41ο 05' 34

11 Για την κατανομή της βροχής στο έτος υπολογίστηκαν οι μέσες μηνιαίες τιμές και οι ετήσιες και σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα ετήσιας κύμανσης. Στο συνολικό υετό εκτός από ποσότητες βροχής περιέχονται και ποσότητες χιονιού. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ο πίνακας με τις μέσες μηνιαίες και ετήσιες τιμές υετού.

12 Πίνακας 2. Μέσες μηνιαίες και μέσες ετήσιες τιμές υετού.
ΣΤΑΘΜΟΣ Ι Φ Μ Α Σ Ο Ν Δ ΕΤΗΣΙΕΣ Αηδονοχώρι 46,9 50,0 47,9 38,7 42,7 38,3 25,4 21,9 30,3 50,7 56,1 80,5 529,4 Νιγρίτα 42,0 39,2 40,5 34,5 43,0 39,6 27,9 33,2 29,4 41,6 53,0 56,6 480,5 Κερκίνη 28,1 32,7 28,9 35,2 46,6 43,8 27,0 32,2 26,5 39,0 49,3 44,4 433,7 Άνω Πορόϊα 55,8 63,2 56,7 53,1 66,5 57,8 42,8 46,8 41,5 62,5 76,6 80,1 703,4 Κάτω Ορεινή 58,8 57,0 51,9 50,5 66,0 58,5 48,8 39,7 44,1 49,8 59,6 73,6 658,3 Άνω Βροντού 45,7 49,6 51,2 67,8 55,3 48,3 38,2 50,8 70,2 68,8 629,3 Σιδηρόκαστρο 35,4 36,0 36,8 55,5 44,0 31,9 27,5 31,3 42,4 51,7 474,5 Αχλαδοχώρι 45,5 40,2 48,5 63,1 52,4 36,1 31,6 36,2 67,4 59,3 554,9 Νέα Ζίχνη 38,4 41,2 50,6 53,5 44,3 29,9 40,3 54,8 62,8 535,4 Αλιστράτη 60,8 60,7 58,2 53,4 61,4 59,0 48,0 37,1 52,0 73,8 80,2 679,8 Σέρρες 34,7 32,0 38,8 42,1 29,0 27,4 28,7 466,8

13 Πίνακας 3. Μέσες εποχικές τιμές υετού.
Χειμώνας Άνοιξη Καλοκαίρι Φθινόπωρο ΣΤΑΘΜΟΣ Τιμή (mm) Ποσοστό Ετήσιες (mm) Αηδονοχώρι 177,4 33,5% 129,3 24,4% 85,6 16,2% 137,1 25,9% 529,4 Νιγρίτα 137,8 28,7% 118,0 24,5% 100,7 21,0% 124,0 25,8% 480,5 Κερκίνη 105,2 24,3% 110,7 25,5% 103,0 23,7% 114,8 26,5% 433,7 Άνω Πορόϊα 199,1 28,3% 176,3 25,1% 147,4 20,9% 180,6 25,7% 703,4 Κάτω Ορεινή 189,4 28,8% 168,4 25,6% 147,0 22,3% 153,5 23,3% 658,3 Άνω Βροντού 158,3 25,2% 168,6 26,8% 143,2 22,7% 159,2 25,3% 629,3 Σιδηρόκαστρο 119,8 128,3 27,0% 103,4 21,8% 123,0 474,5 Αχλαδοχώρι 140,2 151,8 27,4% 120,1 21,6% 142,8 554,9 Νέα Ζίχνη 142,4 26,6% 139,9 26,1% 128,1 24,0% 125,0 535,4 Αλιστράτη 201,7 29,7% 173,0 25,4% 144,1 21,2% 161,0 679,8 Σέρρες 126,7 27,1% 118,8 98,5 21,1% 122,8 26,30% 466,8

14 Μετεωρολογικό σταθμός Άνω Βροντού (1040 m)
70,2 68,8 67,8 55,3 51,2 50,8 Ύψος βροχής (mm) 49,6 48,3 45,7 43,8 39,6 38,2 Διάγραμμα 1. Ετήσια κύμανση της βροχόπτωσης για τον σταθμό Άνω Βροντού για την χρονική περίοδο

15 Μετεωρολογικός σταθμός Σερρών (34 m)
55,8 Ύψος βροχής (mm) 50,0 48,0 44,1 42,1 38,8 34,7 36,2 32,0 29,0 28,7 27,4 Διάγραμμα 2. Ετήσια κύμανση της βροχόπτωσης για το σταθμό Σερρών για την χρονική περίοδο

16 Για την κατανομή της βροχόπτωσης στα διάφορα υψόμετρα σχεδιάστηκαν τα διαγράμματα υψομέτρου – ύψους βροχής. Σε κάθε διάγραμμα σχεδιάστηκε η γραμμή τάσης και προσδιορίστηκε η εξίσωση που περιγράφει τη σχέση υψομέτρου – ύψους βροχής η οποία είναι της μορφής: P=ah+ b. Όπου P είναι η μηνιαία ή ετήσια βροχόπτωση (mm). h το υψόμετρο από την επιφάνεια της θάλασσας (σε m). a εκφράζει την βροχοβαθμίδα b ύψος βροχής σε ύψος 0 m.

17 Οι εξισώσεις βροχοβαθμίδας κρίθηκαν αναγκαίες για την σχεδίαση χαρτών γεωγραφικής κατανομής της βροχόπτωσης στο νομό Σερρών με την βοήθεια Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Οι χάρτες αυτοί δείχνουν την χωρική μεταβολή της βροχόπτωσης στο νομό που για κάθε περιοχή 30 m x 30 m = 90 m2 δίνουν μια διαφορετική μέση μηνιαία και ετήσια τιμή θερμοκρασίας. Διάγραμμα 3. Σχέση υψομέτρου – ύψους βροχής για τον Ιανουάριο.

18 Εξίσωση του κάθε διαγράμματος είναι της μορφής P=ah+b.
Η βροχοβαθμίδα αντιστοιχεί με την κλίση της ευθείας που περιγράφεται από την σχέση P=ah+b, δηλαδή με την εφαπτομένη της γωνίας που σχηματίζει η εξίσωση P=ah+b με τον άξονα x που είναι ο άξονας των υψομέτρων. Υπολογίστηκαν 13 τιμές που αντιστοιχούν στο ρυθμό αύξησης της βροχόπτωσης με το υψόμετρο.

19 Εξισώσεις υψομέτρου – ύψους βροχής
Πίνακας 4. Εξισώσεις υψομέτρου - ύψους βροχής. Εξισώσεις υψομέτρου – ύψους βροχής Μήνας Εξίσωση Ιανουάριος Φεβρουάριος P = 0,0152h+38,247 P = 0,0154h+40,857 Μάρτιος Απρίλιος Μάιος P = 0,0166h +38,899 P = 0,0174h+37,993 P = 0,0241h+47,378 Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος P = 0,0171h+43,683 P = 0,0222h+29,68 P = 0,0127h+29,089 Σεπτέμβριος Οκτώβριος Νοέμβριος P = 0,014h+29,008 P = 0,0087h+43,632 P = 0,0198h+53,276 Δεκέμβριος P = 0,0175h+58,934 Ετησίως P = 0,2009h+490,51

20 Η βροχοβαθμίδα σε όλα τα διαγράμματα είναι θετική.
Ο ρυθμός αύξησης της βροχόπτωσης αλλάζει που στα διαγράμματα απεικονίζεται με την κλίση της ευθείας P=ah+b. Μέγιστη μηνιαία τιμή βροχοβαθμίδας τον Μάιο (0,0241). Βάση της εξίσωσης υψομέτρου-ύψους βροχής προκύπτει ότι η βροχόπτωση στο επίπεδο της θάλασσας για τον Μάιο ισούται με 47,3 mm και αυξάνει κατά 2,41 mm ανά 100 m. Ελάχιστη μηνιαία τιμή βροχοβαθμίδας τον Οκτώβριο (0,0087).

21 Διακύμανση της ετήσιας βροχόπτωσης για την περίοδο 1967-2008 και γραμμική τάση
Η μέση ετήσια βροχόπτωσης για την χρονική περίοδο παρατήρησης του κάθε σταθμού. Ύψος βροχής (mm) Διάγραμμα 4. Γραφική απεικόνιση της γραμμικής τάσης της βροχόπτωσης στο βροχομετρικό σταθμό της Κερκίνης για την χρονική περίοδο Έτη

22 Μεθοδολογία εργασίας στο ArcGIS
Όριο του νομού Σερρών. Οι εξισώσεις συσχέτισης υψομέτρου - ύψους βροχής. Το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DEM) του νομού Σερρών σε μορφή ASTER.

23 Για την απεικόνιση της υψομετρικής πληροφορίας χρησιμοποιήσαμε το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DEM) του νομού σε μορφή ASTER. Το ASTER GDEM καλύπτει εδαφικές επιφάνειες μεταξύ 83ο βόρεια και 83ο νότια και αποτελείται από τμήματα των 1ο x 1ο . Έχει ανάλυση 30 m και η ακρίβεια του είναι 20 m για κάθετα και 30 m για οριζόντια δεδομένα. Επειδή ο νομός Σερρών καλύπτονταν πλήρως από 5 γειτονικά κομμάτια GDEM, έπρεπε να τα συνθέσουμε σε ένα μέσα στο ArcGIS. Η σύνθεση έγινε με την μέθοδο του μωσαϊκού.

24 Εικόνα 4. Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους.

25 Δημιουργία μηνιαίων και ετήσιου Raster βροχοπτώσεων
Η δημιουργία των Raster βροχοπτώσεων έγινε μέσα στο ArcMap μέσα από την εργαλειοθήκη Spatial Analyst Raster Calculator. Τα Raster δημιουργήθηκαν σύμφωνα με τις εξισώσεις υψομέτρου – ύψους βροχής (P=ah+b), τις τιμές δηλαδή του πίνακα 4.4. Παράδειγμα δημιουργίας Raster για τον μήνα Ιανουάριο: Η εξίσωση υψομέτρου – ύψους βροχής για τον μήνα Ιανουαρίου είναι της μορφής: P= 0,0152h+38,247.

26 Για την δημιουργία του μηνιαίου Raster για τον μήνα Ιανουάριο αρχικά φορτώσαμε το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DEM). Μέσα από την εργαλειοθήκη Spatial Analyst Raster Calculator δημιουργήσαμε το Raster με τον εξής τρόπο: Εικόνα 5. Raster Calculator.

27 Αφού δημιουργήσαμε το Raster του Ιανουαρίου προσθέσαμε και τα όρια του νομού Σερρών και το αποτέλεσμα που πήραμε φαίνεται παρακάτω. Εικόνα 6. Raster Ιανουαρίου.

28 Δημιουργία βροχομετρικών χαρτών
Και οι 13 χάρτες έγιναν σε πλάγιο προσανατολισμό (Landscape). Σε κάθε χάρτη προσθέσαμε και δύο χάρακες που δημιουργούν ένα σύστημα αναφοράς για την περιοχή εμφάνισης του χάρτη. Το υπόμνημα του κάθε βροχομετρικού χάρτη και το πεδίο τιμών του κάθε χάρτη είναι διαφορετικό ανάλογα με τις ανάγκες που έχει ο χάρτης για να απεικονισθεί όσο το δυνατόν καλύτερα η βροχομετρική πληροφορία.

29 Εικόνα 6. Επιλογή υπομνήματος για τον βροχομετρικό χάρτη Ιανουαρίου.
Η προσθήκη των τίτλων του χάρτη καθώς και κάποιον επεξηγηματικών κειμένων έγινε μέσα από την εργαλειοθήκη Drawing.

30 Για να είναι ο χάρτης περισσότερο ενημερωτικός δημιουργήσαμε και έναν κάνναβο με συντεταγμένες.
Προσθέσαμε ένα σύμβολο με τον δείκτη του βορρά. Προσθέσαμε και ένα σύμβολο κλίμακας. Τα όρια του νομού Σερρών για να απεικονισθεί καλύτερα η βροχομετρική πληροφορία.

31 Εικόνα 7. Βροχομετρικός χάρτης Ιανουαρίου.

32 Εξαγωγή στατιστικών στοιχείων
Η εξαγωγή των στατιστικών στοιχείων έγινε μέσα από την καρτέλα Spatial Analyst Zonal Statistics. Τα στοιχεία αυτά μέσω του λογισμικού Excel διαμορφώθηκαν σε πίνακες. Το αποτέλεσμα είναι 13 πίνακες με τα στατιστικά στοιχεία του κάθε μήνα και του έτους.

33 Παράδειγμα εξαγωγής στατιστικών στοιχείων για τον μήνα Ιανουάριο.
Από την καρτέλα Spatial Analyst πηγαίνουμε στο Zonal Statistics.

34 Συμπεράσματα Οι μέσες μηνιαίες τιμές κυμαίνονται από 21,9 mm τον Αύγουστο στο σταθμό Αηδονοχώρι και φθάνουν μέχρι 80,5 mm του ίδιου του σταθμού. Οι μέσες ετήσιες τιμές βροχόπτωσης για την χρονική περίοδο είναι μεγαλύτερες των 400 mm για το σύνολο των βροχομετρικών σταθμών και κυμαίνονται από 433,7 mm που είναι η ελάχιστη τιμή και φθάνουν τα 703,4 mm. Το μέγιστο μέσο ετήσιο ύψος βροχής σημειώνεται στον σταθμό Άνω Πορόϊων και το ελάχιστο στον σταθμό Κερκίνης. Αν και οι γεωγραφικές θέσεις αυτόν των σταθμών βρίσκονται σε μικρή απόσταση, τα βροχομετρικά χαρακτηριστικά τους είναι εντελώς διαφορετικά. Γεγονός για το οποίο ευθύνεται είναι τα γεωγραφικά τους υψόμετρα που εμφανίζουν μια διαφορά της τάξης των 344 m.

35 Παρατηρείται μια ισοκατανομή της εποχικής και της ετήσιας βροχόπτωσης στο έτος για όλους τους σταθμούς του νομού. Για τους περισσότερους σταθμούς τα μέγιστα της βροχόπτωσης σημειώνονται σε χειμερινούς μήνες και τα ελάχιστα κατά τους θερινούς. Η σχέση υψομέτρου – ύψους βροχής είναι θετική για όλους τους μήνες του έτους. Στις ορεινές περιοχές σημειώνονται μεγαλύτερα ύψη βροχής ενώ στις πεδινές η βροχόπτωση σημειώνει χαμηλότερες τιμές.

36 Η γεωγραφική κατανομή της βροχόπτωσης δεν είναι ομοιόμορφη.
Οι βροχομετρικοί χάρτες μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι υπάρχει άμεση εξάρτηση της κατανομής της βροχόπτωσης με τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του αναγλύφου. Στο βόρειο και ανατολικό τμήμα βρίσκονται οι σταθμοί που σημειώνουν υψηλότερες τιμές. Στο κεντρικό και δυτικό τμήμα του νομού οι σταθμοί που εμφανίζουν χαμηλότερες τιμές.