Tytuł projektu: Wykorzystanie danych satelitarnych do monitorowania stanu roślinności w naszej okolicy

Zespół: HRSFC

Hills Road Sixth Form College   Cambridge   Wielka Brytania   3 Wiek ucznia: 16-17 lat

W jaki sposób możemy wykorzystać kolory obserwowane z kosmosu do monitorowania zmian roślinności spowodowanych warunkami pogodowymi w naszym regionie Cambridgeshire?

W ostatnich latach w naszym regionie nastąpił wzrost liczby fal upałów i niezwykle gorącej pogody w okresie letnim, czego kulminacją była zeszłoroczna rekordowa lipcowa fala upałów [1]. Zauważyliśmy, że spowodowało to szkody dla lokalnej roślinności, a trawa żółkła, a drzewa więdły i umierały [2]. Obawialiśmy się, że jeśli ten trend się utrzyma, może to doprowadzić do uszkodzenia naszych lokalnych ekosystemów. Chcieliśmy dowiedzieć się, co można dokładniej zrozumieć za pomocą zdjęć satelitarnych. Rozpoczęliśmy ten projekt w celu zbadania wzorców i zmian w roślinności obserwowanych z kosmosu oraz tego, czy możemy zidentyfikować jakiekolwiek czynniki stojące za tymi zmianami.

Wykorzystaliśmy dane z satelitów Sentinel-2 ESA [3]. Jest to para satelitów wyposażonych w instrument wielospektralny (MSI), który mierzy promieniowanie odbijane przez Ziemię w 13 pasmach. Różne długości fal wskazują na różne powierzchnie, takie jak woda, chmury, rośliny lub obszary miejskie. Korzystając z przeglądarki Sentinel Hub EO Browser [4], przeanalizowaliśmy obrazy z lat 2016-2022, w kompozycie fałszywych kolorów oraz w znormalizowanym wskaźniku różnicy wegetacji (NDVI).

Wykorzystaliśmy kompozyt fałszywych kolorów wbudowany w przeglądarkę EO Browser, który wykorzystuje promieniowanie czerwone, zielone i podczerwone do podkreślenia gęstości i stanu roślin. Pokazuje obszary miejskie w kolorze szarym, gęsty wzrost roślin w kolorze czerwonym i rzadki wzrost roślin w kolorze zielonym [5]. Pozwoliło nam to zidentyfikować, gdzie rośliny rosną zdrowo, a gdzie mają trudności. Wykorzystaliśmy również filtr NDVI, który rozróżnia typy roślinności na podstawie zawartości chlorofilu w liściach. Niższe wartości reprezentują ziemię, krzewy i użytki zielone, podczas gdy wyższe wartości reprezentują obszary zalesione [6]. W rolnictwie uprawy o niższym NVDI są generalnie mniej zdrowe.

Stworzyliśmy szereg obrazów przy użyciu fałszywych kolorów i NDVI, aby ustalić, który schemat kolorów najlepiej pokaże zmiany roślinności w czasie na naszym lokalnym obszarze. Porównaliśmy zestawy obrazów z podobnych dat w lecie każdego roku. Daty były jak najbardziej zbliżone do siebie, z uwzględnieniem zachmurzenia. Zdecydowaliśmy się użyć obrazów w fałszywych kolorach, które pokazywały wyraźniejszy kontrast między zdrową i niezdrową roślinnością.

Obrazy mają około 20 km szerokości, wystarczająco dużo, aby objąć Cambridge, okoliczne wioski i pola uprawne. Zdjęcia wykonano między 17 a 24 sierpnia każdego roku. Dostępne były dane tylko z sześciu lat, więc nie możemy wyciągnąć żadnych pełnych wniosków na podstawie samych zdjęć. Udało nam się jednak zidentyfikować lata, w których roślinność była wyraźnie mniej zdrowa, co było zgodne z ogólnym trendem w kierunku cieplejszych lat i szczególnych fal upałów. Na przykład Wielka Brytania doświadczyła 3 krótkich fal upałów latem 2022 r., ze szczytową zarejestrowaną temperaturą 40,3 stopnia Celsjusza - najwyższą w historii Wielkiej Brytanii [7]. Roślinność na zdjęciach satelitarnych wyraźnie wygląda na niezdrową, co wskazuje na rzadki wzrost roślin. Jest to niepokojące, ponieważ na tym obszarze znajduje się wiele upraw, które są narażone na ekstremalne zjawiska pogodowe, o czym mówił rząd w listopadzie 2022 r. [8].

Możemy wywnioskować, że wzrost temperatury spowodowany zmianami klimatu ma znaczący negatywny wpływ na zdrowie roślinności, w szczególności upraw, na naszym lokalnym obszarze. Samo nasze badanie nie zawiera wystarczającej ilości danych, aby stwierdzić jakiekolwiek ostateczne długoterminowe trendy, jednak możemy dostrzec powiązania między wysokimi temperaturami a roślinami mającymi trudności ze wzrostem. W przyszłych badaniach dobrze byłoby wykorzystać dane z większej liczby lat; i porównać historyczny stan roślinności z danymi pogodowymi z Met Office, takimi jak opady deszczu i średnie temperatury, aby zbadać dalsze korelacje między zmianami klimatu a zdrowiem roślin.

Pomyśleliśmy, że ważne jest, aby podzielić się naszymi odkryciami z rówieśnikami w celu podniesienia świadomości na temat wpływu zmian klimatycznych na nasz lokalny obszar. Stworzyliśmy plakat, aby poinformować innych o naszym projekcie, który został zaprezentowany na naszych uczelnianych targach ekologicznych. Mamy również nadzieję, że w przyszłości przedstawimy nasze odkrycia w uczelnianej gazecie i Towarzystwie Ochrony Środowiska.

Referencje:
[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/

Pobierz plakat projektu PDF

ESA-poster-for-eco-fair.pdf

Projekty tworzone są przez zespoły i to one biorą pełną odpowiedzialność za udostępniane dane.
← Wszystkie projekty