Satelitní data v přírodovědném vzdělávání – SATDATA TÉMA: Sucho a vodní vláha očima satelitů STUPEŇ VZDĚLÁNÍ: střední školy/gymnázia ČASOVÝ ROZSAH: 45 min PRACOVNÍ POTŘEBY PRO ŽÁKY: počítač, přístup na internet, pracovní listy CÍLE AKTIVITY: • Práce a orientace v indexech vztahujících se k vlhkosti půdy a suchu • Práce a orientace v satelitních snímcích v pravých barvách • Porozumění enviromentálním problému sucha a vodní vláhy a jeho důsledkům POPIS AKTIVITY: Popíšeme podle Toma podle pracovního listu, který navrhne SHRNUTÍ PREZENTOVANÉHO TÉMATU PRO UČITELE: Výzkumy zabývající se souvislostí mezi půdní vlhkostí a povrchovou odrazivostí ukazují, že povrchová odrazivost ve viditelném i infračerveném záření se snižuje při zvyšující se vlhkosti. Pokud vlhkost půdy dosáhne určitého bodu, může její odrazivost naopak stoupat. Vliv na povrchovou odrazivost má také několika dalších faktorů: • Patří sem vlnová délka záření, fyzikální a chemické vlastnosti (barva, hrubost nebo textura půdy nebo obsah organických látek). • Dalším důležitým faktorem pro povrchovou odrazivost je vegetační pokryv povrchu. • V podmínkách střední Evropy jsou indikovanými projevy sucha především vitalita vegetačního pokryvu. Metody monitorující výskyt sucha, jeho intenzitu, časové a prostorové rozšíření lze podle principu a vybraných indikátorů dělit do dvou skupin: a) metody založené na transferu záření b) empirické modely založené na sestavování spektrálních indexů. Koncept spektrálních indexů vychází z typického spektrálního chování vegetační složky krajiny. Jejich princip Satelitní data v přírodovědném vzdělávání – SATDATA fungování spočívá v odrazivostí vegetace v blízkém a viditelném infračerveném spektru světla, kdy lze odvodit množství vody v půdě podle kvantitativních ukazatelů: • úroveň vodního stresu vegetační vlhkosti • množství listové biomasy na listovou plochu, takto lze získat nepřímý odhad o vlhkosti půdy a zejména je možné určit její hodnoty v oblastech, kde vegetační pokryv svou hustotou zakrývá povrch. Ukázka předefinovaných indexů vztahujících se k vlhkosti půdy, které najdeme s EO browser • NDMI, NDWI, NDVI (+ další, kterou lze nalézt na stránce SATDATA) • Vypočítány pro Pro družice Sentinel-2 a Landsat 8/9 • Různá pásma (bandů) ve kterých daná družice snímá povrch země → kombinace (výpočet) vybraných pásem nám poskytne výsledný index • Družice mohou snímat stejné informace ale v jinak pojmenovaných pásmech NDMI • NDMI využívá ke sledování změn obsah vody v listech. • Používá k tomu zobrazení vlhkosti pásma blízkého infračerveného záření (NIR) a pásma krátkovlnného infračerveného záření (SWIR). • Pás SWIR odráží změny obsahu vody ve vegetaci a ve struktuře houbovitého mezofylu. • Pás NIR vyžívá odrazu, jež je ovlivněn strukturou listů a obsahem sušiny listů, ale nevyužívá obsah vody. • Kombinací těchto dvou pásů se odstraní změny způsobené vnitřní strukturou listů a obsahem sušiny listů, což vede ke zjištění, kolik vody obsahuje listoví. • Pro toto zobrazení se používají pásma B8 a B11 z družice Sentinel-2 a z družice Landsat 8 pásma B5 a B6. Obrázek 1 Zemědělská pole nedaleko Greenlay v Coloradu, Spojené státy americké, zachycené satelitním snímáním v zobrazení NDMI. Satelitní data v přírodovědném vzdělávání – SATDATA NDWI • NDWI se využívá ke sledování změn, jež souvisí s obsahem vody ve vodních útvarech. Snímání funguje na principu, kdy vodní útvary absorbují světlo ve viditelném až infračerveném elektromagnetickém spektru. • NDWI využívá zelené pásmo a pásmo blízké infračervenému. Jeho nevýhodou je citlivost na zastavěné území, kdy může nadhodnocovat vodní plochy. • Často dochází ke ztotožňování NDWI a NDMI, ty ovšem pracují na jiném principu a zobrazují jiné odlišné rozdíly v obsahu vody. NDMI funguje na principu kombinace pásem SWIR a NIR a zobrazuje obsah vody v listech, zatímco NDWI funguje na principu pásem Green (zelené) a NIR, které tak zobrazují rozdíly obsahu vody ve vodních útvarech. • V EO Broswer hodnoty vyšší než 0,5 označují vodní útvary (modrá barva), hodnoty mezi 0,2 – 0 zobrazují zastavěné oblasti (bílá barva) a hodnoty mezi 0 až-0,8 značí vegetaci (odstíny zelené barvy). Pro toto zobrazení se využívají pásma B3 a B8 z družic Sentinel-2 a pásma B3 a B5 z družice Landsat 8 a Landsat 9. Obrázek 2 Zemědělská pole nedaleko Greenlay v Coloradu, Spojené státy americké, zachycené satelitním snímáním v zobrazení NDWI. NDVI • NDVI index využíván ke kvantifikaci zelené vegetace, funguje na principu normalizace rozptylu zelených listů pomocí blízkých infračervených vlnových délek. • Čím vyšší je obsah chlorofylu v rostlinách, tím více tyto rostliny absorbují viditelné světlo a buněčná struktura listů silně odráží blízké infračervené světlo. • V případě dehydratace rostliny v ní klesá množství chlorofylu, tím pádem rostlina absorbuje více zeleného světla, místo toho, aby jej odrážela. • Množství odraženého blízkého infračerveného záření a viditelného červeného záření je dosazeno do vzorce pro výpočet NDVI. • Na základě vypočtených hodnot je povrch vybarven do odpovídajících barev. Díky tomuto principu se NDVI využívá po celém světě k monitorování sucha, s tím související Satelitní data v přírodovědném vzdělávání – SATDATA předpovídání požárních zón, ale také k předpovědi zemědělské produkce. Z družic Sentinel-2 se využívají pásma B4 a B8, ze satelitů Landsat 8 a Landsat 9 pásma B4 a B5 Obrázek 3 Rozdíly v odrazu listoví stromů zdravého a nezdravého stromu při snímání NDVI, podložené výpočtem ze vzorce pro NDVI. Zdroj: EOS (2019), upraveno