Hankkeen nimi: Satelliittitietojen käyttö paikallisen kasvillisuuden terveyden seuraamiseksi.

Joukkue: HRSFC

Hills Road Sixth Form College   Cambridge   Yhdistynyt kuningaskunta   3 Oppilaan ikä: 16-17-vuotiaat

Miten voimme käyttää avaruudesta havaittavia värejä seurataksemme sään aiheuttamia muutoksia kasvillisuudessa Cambridgeshiren alueellamme?

Viime vuosina helleaallot ja epätavallisen kuuma kesäsää ovat lisääntyneet alueellamme, ja viime vuoden heinäkuun ennätyksellinen helleaalto [1] on huipentunut. Huomasimme, että tämä aiheutti vahinkoa paikallisille kasveille: ruoho kellastui ja puut kuihtuivat ja kuolivat [2]. Pelkäsimme, että jos suuntaus jatkuu, se voi aiheuttaa haittaa paikallisille ekosysteemeillemme. Halusimme tietää, mitä voitaisiin ymmärtää tarkemmin satelliittikuvien avulla. Aloitimme tämän hankkeen tavoitteenamme tutkia avaruudesta havaittavia kasvillisuuden malleja ja muutoksia sekä sitä, voimmeko tunnistaa niiden taustalla olevia tekijöitä.

Käytimme ESA:n Sentinel-2-satelliittien tietoja [3]. Kyseessä on satelliittipari, joka on varustettu multispektraalisella mittalaitteella (MSI), joka mittaa maapallosta heijastuvaa säteilyä 13 kaistalla. Eri aallonpituudet ilmaisevat eri pintoja, kuten vettä, pilviä, kasveja tai kaupunkialueita. Analysoimme Sentinel Hub EO Browser -selaimen [4] avulla kuvia vuosilta 2016-2022 väärävärikomposiittina ja kasvillisuusindeksinä (Normalised Difference Vegetation Index, NDVI).

Käytimme EO Browseriin sisäänrakennettua valevärikomposiittia, joka käyttää punaista, vihreää ja infrapunasäteilyä korostamaan kasvien tiheyttä ja terveyttä. Se näyttää kaupunkialueet harmaalla, tiheän kasvuston punaisella ja harvan kasvuston vihreällä [5]. Näin pystyimme tunnistamaan, missä kasvit kasvavat terveesti ja missä ne kamppailevat. Käytimme myös NDVI-suodatinta, joka erottaa kasvillisuustyypit toisistaan lehtien klorofyllin perusteella. Pienemmät arvot edustavat maata, pensaita ja nurmikkoa, kun taas korkeammat arvot edustavat metsäalueita [6]. Maataloudessa viljelykasvit, joiden NVDI-arvo on alhaisempi, ovat yleensä vähemmän terveitä.

Tuotimme erilaisia kuvia käyttäen vääräväriä ja NDVI:tä selvittääksemme, mikä värimaailma näyttäisi parhaiten kasvillisuuden muutokset ajan myötä paikallisella alueellamme. Vertailimme kuvasarjoja samanlaisina päivinä kunkin vuoden kesällä. Käytetyt päivämäärät olivat mahdollisimman lähellä toisiaan pilvisyyden vuoksi. Päätimme käyttää väärävärikuvia, joissa terve ja epäterve kasvillisuus erottui selkeämmin toisistaan.

Kuvien läpimitta on noin 20 kilometriä, mikä kattaa Cambridgen, ympäröivät kylät ja viljelysmaat. Kuvat otettiin 17.-24. elokuuta kunkin vuoden osalta. Tietoja oli saatavilla vain kuudelta vuodelta, joten emme voi tehdä täydellisiä johtopäätöksiä pelkästään näiden kuvien perusteella. Pystyimme kuitenkin tunnistamaan vuodet, jolloin kasvillisuus oli selvästi heikommassa kunnossa, mikä sopi yhteen kuumempien kesien ja erityisten helleaaltojen yleisen suuntauksen kanssa. Esimerkiksi Yhdistyneessä kuningaskunnassa koettiin kesällä 2022 kolme lyhyttä helleaaltoa, joiden huippulämpötila oli 40,3 celsiusastetta - korkein koskaan mitattu lämpötila Yhdistyneessä kuningaskunnassa [7]. Kasvillisuus näyttää satelliittikuvista näkyvästi epäterveeltä, mikä viittaa niukkaan kasvustoon. Tämä on huolestuttavaa, koska alueella on monia viljelykasveja, joita äärimmäiset sääilmiöt vahingoittavat, kuten hallitus keskusteli marraskuussa 2022 [8].

Voimme päätellä, että ilmastonmuutoksen aiheuttamalla lämpötilan nousulla on merkittävä kielteinen vaikutus kasvillisuuden ja erityisesti viljelykasvien terveyteen paikallisella alueellamme. Pelkästään tutkimuksessamme ei ole riittävästi tietoja, jotta voisimme päätellä mitään lopullisia pitkän aikavälin suuntauksia, mutta voimme kuitenkin havaita yhteyksiä korkeiden lämpötilojen ja kasvien kasvuponnistelujen välillä. Tulevissa tutkimuksissa olisi hyvä käyttää tietoja useammalta vuodelta ja verrata kasvillisuuden terveydentilaa koskevia historiallisia tietoja Met Officen säätietoihin, kuten sademäärään ja keskilämpötiloihin, jotta voitaisiin tutkia ilmastonmuutoksen ja kasvien terveyden välisiä lisäkorrelaatioita.

Mielestämme oli tärkeää jakaa havaintomme vertaistemme kanssa, jotta voimme lisätä tietoisuutta ilmastonmuutoksen vaikutuksesta paikalliseen alueeseemme. Loimme julisteen kertoaksemme muille hankkeestamme, ja se esiteltiin oppilaitoksemme ekomessuilla. Toivomme myös, että voimme tulevaisuudessa esitellä tutkimustuloksemme oppilaitoksen sanomalehdelle ja ympäristöyhdistykselle.

Viitteet:
[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/

Lataa projektijuliste PDF

ESA-poster-for-eco-fair.pdf

Tiimit luovat projektit, ja ne ottavat täyden vastuun jaetuista tiedoista.
← Kaikki hankkeet