Projekty Climate Detectives na lata 2023-2024


Tytuł projektu: Bioróżnorodność dzięki danym satelitarnym? Możliwe badanie

Liceo Cantone   Pomigliano D'arco   Włochy

Pytanie badawcze

Łączenie obserwacji Ziemi z danymi o wysokiej różnorodności biologicznej - możliwe badanie?

Podsumowanie projektu

W ramach tego projektu studenci analizują obrazy wielospektralne w celu mapowania powierzchni ziemi "obszaru Regi Lagni", rozległego obszaru (równego około 1300 km2), w szczególności nasze badania dotyczą miasta Pomigliano d'Arco przeciętego korytem rzeki/kanałem "Santo Spirito", który wznosi się na lewo od strumienia Regi Lagni w sercu doliny Kampanii. Obszary te charakteryzują się obecnością ciemnych, głębokich, dobrze przepuszczalnych, łatwo urabialnych gleb wulkanicznych Rysunek 1
Gleby wapienne mają średnią lub umiarkowanie drobną teksturę, z umiarkowanym drenażem i lustrem wody, które może również stać się bardzo powierzchowne w porze wilgotnej. Poprzez zmianę koloru studenci monitorują zmiany bioróżnorodności, które są związane ze środowiskiem i klimatem naszego terytorium. Badanie zostało przeprowadzone poprzez porównanie obserwowanych obrazów wielospektralnych z rzeczywistą roślinnością występującą na jednym z najważniejszych miejskich terenów zielonych o nazwie "Parco delle acque". Porównanie pokazuje zmianę bioróżnorodności, w szczególności poprzez zmianę odcieni zieleni w odniesieniu do obrazu i zdjęć z ostatnich lat w tym samym okresie. Studenci uważają, że monitorowanie kolorów obszarów jest niezbędne do identyfikacji problemów związanych ze zmianami klimatu i monitorowania zmian w bioróżnorodności danego terytorium

Główne wyniki i wnioski

Łączenie obserwacji Ziemi z danymi o wysokiej różnorodności biologicznej - możliwe badanie?

Studenci rozpoczęli badanie od pobrania i przeanalizowania obrazów wielospektralnych odnoszących się do przedziału czasowego od grudnia 2022 r. do grudnia 2023 r. Analizę przeprowadzono zbierając dane na temat trendu krzywej odbicia roślinności, która jest regulowana przy różnych długościach fal przez zawartość i rodzaj pigmentów liści, wewnętrzną strukturę liścia i zawartość wody. Studenci zaobserwowali zmianę koloru elementów, które określają charakterystyczne zachowanie roślinności w pasmach widzialnych (absorbują w kolorze niebieskim i czerwonym oraz odbijają w kolorze zielonym) oraz w bliskiej i średniej podczerwieni. Jak pokazano na rysunku 2, znormalizowany wskaźnik różnicy wegetacji (NDVI) zmieniający się od 18 marca 2023 r. do 14 lutego 2024 r., zmienia się liczba zielonych pikseli. Studenci obliczają wartość współczynnika odbicia według następującego wzoru NDVI =NIR-Red/NIR+Red Jest to miara stanu zdrowia roślinności oparta na tym, jak rośliny odbijają światło o określonych długościach fal. Zakres wartości NDVI wynosi od -1 do 1. Ujemne wartości NDVI (wartości zbliżone do -1) odpowiadają wodzie. Wartości bliskie zeru (od -0,1 do 0,1) zazwyczaj odpowiadają jałowym obszarom skał, piasku lub śniegu. Niskie, dodatnie wartości reprezentują krzewy i użytki zielone (około 0,2 do 0,4), podczas gdy wysokie wartości wskazują na umiarkowane i tropikalne lasy deszczowe (wartości zbliżone do 1). Im wyższa wartość, tym większy wigor roślinności. Rysunek 3. Podsumowując, studenci zaobserwowali zmienność NDVI i odcieni zieleni na tym samym obszarze badawczym, co wskazuje na zmianę gatunków roślin. .

Rysunek 2: badanie przeprowadzone przez studentów na NDVI a tego samego obszaru w różnych okresach roku
Rysunek 3: Zmiana współczynnika odbicia dla tego samego obszaru zainteresowania

Co dalej? Działania, które pomogą zmienić sytuację i zmniejszyć problem

Dzięki temu badaniu uczniowie zrozumieli znaczenie monitorowania różnorodności biologicznej na naszym terytorium i podkreślili rolę w utrzymaniu usług ekosystemowych, takich jak produkcja czystej wody i żywności; regulacja i adaptacja do zmian klimatu; wspieranie cykli składników odżywczych, utrzymanie zdrowia i wiele innych korzyści społecznych i kulturowych. Wykorzystując aktywność eksperymentalną, uczniowie opracowują konkretny projekt, w którym dane satelitarne są skorelowane z rzeczywistymi danymi uzyskanymi w laboratorium naszej szkoły. Pomysł polega na stworzeniu protokołu laboratoryjnego do oceny ochrony i zabezpieczenia naszego zielonego obszaru miejskiego "Parco delle Acque". Specyficzne zachowanie dla każdego z następujących czynników: pigmenty liści, chlorofil, który stanowi około 65% pigmentów, pigmenty i naskórek docierający do miąższu i mezofilu mogą dostarczyć bezpośrednich informacji o stanie, który jest mniej lub bardziej rozwinięty w zależności od stanu zdrowia rośliny, konkretnej odmiany i gatunku oraz korelacji z satelitą. Badanie przeprowadzono za pomocą czynności eksperymentalnej znanej jako chromatografia: z liścia uzyskuje się 10 krążków o znanej średnicy (odpowiadających około 0,5 g zmielonej masy) i oblicza się ich całkowitą powierzchnię oraz świeżą masę. Następnie dyski umieszcza się w uprzednio schłodzonym moździerzu i po dodaniu ciekłego azotu lub kryształów kwarcu, materiał jest redukowany do bardzo drobnego proszku za pomocą tłuczka. Na koniec naszego rozdzielania zaobserwujemy następującą sytuację Identyfikacja związku może być dokonana na podstawie przebytej odległości związanej z tym frontem, tj. obliczając wartość RF. RF = odległość początkowego pasma / odległość początkowego frontu Ocena zostanie przeprowadzona z ekstrakcją pigmentów liści i chlorofilu i skorelowana z danymi z obrazu wielospektralnego. Rysunek 4

Inne treści:

Climate-Detectives-Busiello-R-23-242.pdf

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