Název projektu: Využití satelitních dat ke sledování stavu vegetace v naší oblasti

Tým: HRSFC

Hills Road Sixth Form College   Cambridge   Spojené království   3 Věk studenta: 16-17 let

Jak můžeme využít barvy pozorovatelné z vesmíru ke sledování změn vegetace způsobených počasím v naší oblasti Cambridgeshire?

V posledních letech se v naší oblasti zvýšil počet vln veder a neobvykle horkého počasí v létě, což vyvrcholilo loňskou rekordní červencovou vlnou veder [1]. Všimli jsme si, že to mělo za následek poškození místních rostlin, kdy tráva žloutla a stromy vadly a odumíraly [2]. Obávali jsme se, že pokud by tento trend pokračoval, mohlo by to vést k poškození našich místních ekosystémů. Chtěli jsme zjistit, co by se dalo dále zjistit pomocí satelitních snímků. Tento projekt jsme zahájili s cílem prozkoumat zákonitosti a změny vegetace pozorovatelné z vesmíru a zjistit, zda za nimi stojí nějaké faktory.

Použili jsme data ze satelitů ESA Sentinel-2 [3]. Jedná se o dvojici družic vybavených multispektrálním přístrojem (MSI), který měří záření odražené od Země ve 13 pásmech. Různé vlnové délky indikují různé povrchy, jako je voda, mraky, rostliny nebo městské oblasti. Pomocí prohlížeče Sentinel Hub EO Browser [4] jsme analyzovali snímky z let 2016 až 2022, a to ve složené falešné barvě a v normalizovaném rozdílovém vegetačním indexu (NDVI).

Použili jsme falešnou barevnou kompozici zabudovanou do prohlížeče EO Browser, která využívá červené, zelené a infračervené záření ke zvýraznění hustoty a zdravotního stavu rostlin. Zobrazuje městské oblasti šedou barvou, hustý porost rostlin červenou barvou a řídký porost rostlin zelenou barvou [5]. To nám umožnilo určit, kde rostliny rostou zdravě a kde mají problémy. Použili jsme také filtr NDVI, který rozlišuje typy vegetace pomocí chlorofylu v jejich listech. Nižší hodnoty představují půdu, keře a travnaté plochy, zatímco vyšší hodnoty představují zalesněné oblasti [6]. V zemědělství jsou plodiny s nižší hodnotou NVDI obecně méně zdravé.

Vytvořili jsme řadu snímků s použitím falešných barev a NDVI, abychom zjistili, které barevné schéma nejlépe zobrazí změny vegetace v průběhu času v naší místní oblasti. Srovnávali jsme soubory snímků v podobných termínech v létě každého roku. Použitá data byla co nejblíže u sebe, přičemž jsme pracovali s oblačností. Rozhodli jsme se použít falešně barevné snímky, na kterých byl zřetelnější kontrast mezi zdravou a nezdravou vegetací.

Snímky mají průměr ~20 km, což je dostatečná šířka, aby pokryla Cambridge, okolní vesnice a zemědělskou půdu. Snímky byly pořízeny mezi 17. a 24. srpnem každého roku. K dispozici bylo pouze šest let dat, takže pouze z těchto snímků nemůžeme vyvozovat žádné úplné závěry. Byli jsme však schopni identifikovat roky, kdy byla vegetace viditelně méně zdravá, což souviselo s obecným trendem k teplejším létům a obzvláště vlnám veder. Například v létě roku 2022 zažila Velká Británie tři krátké vlny veder, přičemž nejvyšší zaznamenaná teplota dosáhla 40,3 °C, což je nejvyšší teplota v historii Spojeného království [7]. Ze satelitních snímků se vegetace viditelně jeví jako nezdravá, což naznačuje řídký růst rostlin. To je znepokojivé, protože v oblasti se nachází mnoho plodin, které jsou poškozovány extrémními výkyvy počasí, jak o tom v listopadu 2022 jednala vláda [8].

Z toho můžeme usuzovat, že zvýšení teploty způsobené změnou klimatu má v naší oblasti významný negativní dopad na zdraví vegetace, zejména plodin. Naše šetření samo o sobě neobsahuje dostatek údajů, abychom mohli vyvodit nějaké definitivní dlouhodobé trendy, nicméně můžeme vidět souvislosti mezi vysokými teplotami a rostlinami, které mají problémy s růstem. V budoucích šetřeních by bylo dobré použít údaje z více let; a porovnat historický zdravotní stav vegetace s údaji o počasí z meteorologického úřadu, jako jsou srážky a průměrné teploty, a prozkoumat tak další souvislosti mezi změnou klimatu a zdravotním stavem rostlin.

Považovali jsme za důležité podělit se o svá zjištění se svými vrstevníky, abychom zvýšili povědomí o dopadu změny klimatu na naši oblast. Vytvořili jsme plakát, abychom ostatní informovali o našem projektu, který jsme prezentovali na ekologickém veletrhu naší školy. Doufáme také, že v budoucnu představíme naše zjištění v univerzitních novinách a v ekologickém spolku.

Odkazy:
[1] https://www.bbc.co.uk/news/uk-england-cambridgeshire-62239990
[2] https://www.cambridgeindependent.co.uk/news/shocking-before-and-after-pictures-show-impact-of-driest-sum-9268984/
[3] https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2
[4] https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser
[5] https://earthobservatory.nasa.gov/features/FalseColor/page6.php
[6] https://eos.com/make-an-analysis/ndvi/
[7] https://www.metoffice.gov.uk/binaries/content/assets/metofficegovuk/pdf/weather/learn-about/uk-past-events/interesting/2022/2022_03_july_heatwave_v1.pdf
[8] https://committees.parliament.uk/committee/62/environmental-audit-committee/news/174264/to-what-extent-are-global-environmental-changes-affecting-our-food-security/

Stáhnout plakát projektu PDF

ESA-poster-for-eco-fair.pdf

Projekty vytvářejí týmy a přebírají plnou odpovědnost za sdílená data.
← Všechny projekty