Távérzékelésen alapuló
Erdőállapot Monitoring Rendszer

Bevezetés

Az Erdészeti Tudományos Intézetben 2016-tól fejlesztett Távérzékelésen alapuló Erdőállapot Monitoring Rendszer (TEMRE) műholdfelvételekből készült térképeken vizsgálja Magyarország erdeinek egészségi állapotát (Somogyi és mtsai, 2018). A közepes terepi felbontású MODIS (250x250 m) és Sentinel-3 (300x300 m) műholdkép idősorozatokból vegetációs indexet számítunk, mely alkalmas a hazai erdők fotoszintetikus aktivitásának becslésére, ami az egészségi állapottal van összefüggésben.

Ha az erdőt negatív hatás, bolygatás éri, akkor az aktivitás, illetve azzal összefüggésben a vegetációs index értéke is lecsökken. Ilyen hatás lehet egy abiotikus (élettelen tényező által kiváltott) kár (pl. aszály, erdőtűz, hótörés), vagy biotikus, azaz élő szervezetek által okozott (pl. rovarrágás, gombafertőzés) károsítás, de kárláncolat is, melyben mindkét típus hatásai összeadódnak.

A TEMRE alkalmas a nagyterületű erdőkárok megfigyelésére és kiterjedésük nyomon követésére, de csak korlátozottan alkalmazható a kiváltó okok felderítésére. A térképeken észlelt változásokat előidéző konkrét okok meghatározása csak földi megfigyelésekkel kiegészítve történhet.

MODIS és Sentinel-3 műholdképek

A monitoring rendszer két különböző műhold képeiből képzett vegetációs indexeket jeleníti meg. Az első a NASA Terra műholdjára szerelt MODIS műszer, melynek terepi felbontása 250x250 m, időbeli felbontása 1-2 nap és 36 csatornán készít felvételeket, 2000-től kezdődően napjainkig. Azonban a Terra műhold élettartamának közelgő vége miatt szükségessé vált a MODIS adatok kiváltása az Európai Űrügynökség (ESA) Sentinel-3 műholdjainak hasonló, szintén közepes felbontású felvételeivel. A Sentinel-3 (S-3) A és B ikerműholdak 2016-ban és 2018-ban kezdték meg működésüket. A műholdak öt műszerrel vannak felszerelve, melyek célja tengeri és szárazföldi környezetben mért felszíni hőmérséklet és színváltozásokon alapuló klímamonitorozás. Az öt műszer közül vegetációs monitoringra leginkább az OLCI felel meg. Az 1270 km széles pásztával érzékelő műholdak terepi felbontása 300x300 m (közepes), időbeli felbontása pedig 1-2 nap.

Vegetációs index

Az erdőállapot leírására a standardizált normalizált vegetációs indexet használjuk, mely a MODIS esetében az elmúlt 22 év átlagához, a Sentinel-3 esetében pedig az elmúlt 5 év átlagához viszonyítva jellemzi az erdők aktuális fotoszintetikus aktivitásának mértékét egy normális, egészséges állapothoz képest. Számítása az alábbi képlettel történik:

NDVI Z=(NDVI-NDVI_átlag)/NDVI_szórás

A NDVI Z aktuális értéke a kiválasztott dátumot jellemzi, az átlag az elmúlt 22 év átlaga és a szórás ennek az időszaknak az értéke. A mérőszám negatív értékei bolygatásra, illetve károsodásra, a pozitívok jó egészségi állapotra, regenerálódásra utalhatnak. Jelentős visszaesést mutató, akár már károk kialakulását jelző helyzeteknek tekintjük azokat, ahol az NDVI Z értéke -1 alatti.

Az NDVI Z térképek mindkét műhold esetén csak az erdőterületekre jelennek meg.

Monitoring működése

A monitoring rendszerben önálló fejlesztésű R programok futnak, melyek a képek letöltését, tájolását, maszkolását, az NDVI és standardizált NDVI képzését automatikusan végzik. Az elkészült képek a geoszerver alkalmazáson keresztül kerülnek megjelenítésre a weblapon.

Az erdőállapot térképek a két műhold esetén eltérő időszakokra (MODIS esetén 10, a Sentinel-3 esetén pedig 14 db) érhetőek el a vegetációs időszakon belül.

Segédtérképek

Az erdőállapot értékelését néhány további betölthető réteg segíti. A monitoring rendszer lehetőséget ad a legfontosabb 10 fafaj megjelenítésére minden egyes pixelben (bükk, kocsánytalan tölgy, kocsányos tölgy, akác, csertölgy, erdei fenyő, feketefenyő, gyertyán, hazai nyár, nemes nyár). Továbbá rendelkezésre állnak termőhelyi térképek is, melyek szintén segítséget nyújthatnak a képek kiértékeléséhez (erdészeti klímaosztály, tengerszint feletti magasság, kitettség, lejtés, talajvíz mélység, hidrológia, termőréteg vastagság, talaj fizikai féleség).