Landscape functioning assessment using Landsat multispectral remote sensing data

The main aim of the dissertation thesis was to develop method, based on the use of multispectral satellite data and the theory of dissipation, allowing the analysis of landscape functioning. The theoretical basis is Prigogine's theory of dissipation and self-organization of structures in which energy dissipation is seen as the transformation of solar energy to other forms of energy. In this process the essential role play water availability and vegetation, which is able to bind solar radiation into biomass (through photosynthesis) and by transpiration convert it effectively into latent heat. Maximum dissipation of the daily pulse of energy is considered as a major ecological function of the landscape; land cover temperature and its changes over time are indicators that determine the balance between the flow of water, energy and mass balance. The model area of northwest Bohemia and Saxony present various types of landscape - from relatively natural landscapes to that one, with an extremely high anthropogenic load. Landsat satellite images from the years 1986, 1995 and 2004 come from different periods of the season, so it was possible to analyze not only time changes, but also the behavior of vegetation in different phenological phases. Land cover, relative surface temperature, gained from Landsat..

Landscape functioning assessment using Landsat multispectral remote sensing data

The main aim of the dissertation thesis was to develop method, based on the use of multispectral satellite data and the theory of dissipation, allowing the analysis of landscape functioning. The theoretical basis is Prigogine's theory of dissipation and self-organization of structures in which energy dissipation is seen as the transformation of solar energy to other forms of energy. In this process the essential role play water availability and vegetation, which is able to bind solar radiation into biomass (through photosynthesis) and by transpiration convert it effectively into latent heat. Maximum dissipation of the daily pulse of energy is considered as a major ecological function of the landscape; land cover temperature and its changes over time are indicators that determine the balance between the flow of water, energy and mass balance. The model area of northwest Bohemia and Saxony present various types of landscape - from relatively natural landscapes to that one, with an extremely high anthropogenic load. Landsat satellite images from the years 1986, 1995 and 2004 come from different periods of the season, so it was possible to analyze not only time changes, but also the behavior of vegetation in different phenological phases. Land cover, relative surface temperature, gained from Landsat..

Landscape functioning assessment based on radiation temperature distribution

The aim of the paper is to introduce approach of landscape functioning assessment based on the relationship of three land cover types (forest, bare ground, non-forest vegetation) and radiation temperature that is regarded as an indicator and way how the solar energy is dissipated within landscape. Land cover assessment of trans-boundary model area (Northern Bohemia and Saxony) was based on multispectral classification of Landsat TM data. Radiation temperature, qualified in relative scale was derived from the same sensor from thermal band TM6. The interpretation of processed satellite images results from theoretical background of Energy-transport-reaction model. The results demonstrate that temperature is distributed across landscape depending on the type and structure of land cover. Unless damaged, forest ecosystems are able to maintain lower temperatures and produce condensation places. By contrast, non-forest vegetation tends to fall into the category of low dissipation ability and higher temperature. More positive trends are visible in some types of permanent grass vegetation, especially wet meadows. Bare surfaces, by contrast, contribute to high temperatures, release heat and contribute to landscape warming. Hodnocení funkcí krajiny založené na rozložení radiační teploty Článek pojednává o vztahu krajinného pokryvu k radiační teplotě, kterou lze považovat za ukazatel způsobu disipace sluneční energie v krajině. Pro hodnocení fungování krajiny byla využita multispektrální družicová data Landsat TM, informace o radiační teplotě byly odvozeny z termálního kanálu TM6, a to v relativní škále. Jako modelové území byl zvolen přeshraniční region severních Čech a Saska. Diskutován je vztah disipace sluneční energie k radiační teplotě, její význam pro fungování krajiny. Vlastní interpretace teplotních snímků je založena na teoretickém základu, vycházející z Energy-transport-reaction modelu (Ripl 1995). Podle změn radiační teploty lze hodnotit změny fungování krajiny, a to nejen ve vybraném devítiletém časovém horizontu, ale rovněž v různých fázích vegetačního období. Informace o krajinném pokryvu byly získány z multispektrálních dat Landsat TM metodami řízené klasifikace (Maximum Likelihood, Fisher Linear Likelihood a ECHO klasifikátor). Byly vymezeny čtyři základní kategorie krajinného pokryvu – vodní plochy, les, nelesní vegetace a holé povrchy. Možnosti rozdělení do dalších subkategorií byly limitovány termínem pořízení snímků – detailnější klasifikační schéma lze většinou extrahovat ze snímků z pozdní fáze vegetačního období. Případná diferenciace nelesní vegetace na ornou půdu (zemědělské plodiny) a trvalé travní porosty, byla provedena na základě paralelně vizualizované RGB syntézy kanálů TM 4-5-3. Problém představoval především červencový termín 1995. V tomto období je poměrně těžké, díky téměř totožným spektrálním příznakům, odlišit některé druhy nelesní vegetace od listnatých lesních porostů. Mapy relativní radiační teploty zájmového území pro jednotlivé termíny byly vytvořeny z kumulovaného histogramu hodnot termálního kanálu TM6 ekviareální metodou. Bylo vymezeno pět teplotních tříd (každá obsahující cca 20 % pixelů), s označením plochy nejchladnější – chladné – středně teplé – teplé – nejteplejší. Při použití této metody je však nezbytné brát v úvahu, že takto definované a vypočtené třídy relativní teploty, jsou vztažené pouze k vybranému zájmovému území a budou se tedy lišit podle jednotlivých případových studií. Z celkové teplotní mapy byla pod maskou vymezena teplota pro jednotlivé kategorie vegetačního pokryvu – les, nelesní vegetaci a holé povrchy. Mezitermínové hodnocení změn teploty bylo provedeno na základě krosklasifikační maticové analýzy (modul CROSSTAB v softwaru IDRISI 15.0). Lesní ekosystémy jsou kategorií krajinného pokryvu, s vysokou disipační schopností. Znamená to, že většina dopadajícího slunečního záření je transformována do latentní složky tepla, které nepřispívá k zvyšování teploty krajiny). Jsou typem porostu, který je schopen vyrovnávat teplotní výkyvy, zadržet vyšší obsah vlhkosti a tím zajišťovat efektivní disipaci sluneční energie. Pokud nejsou ovlivněny vláhovým stresem, jsou schopny udržovat nízkou teplotu krajiny a vytvářet kondenzační místa. Nelesní vegetaci lze řadit spíše do kategorie s nízkou disipační schopností. Ve většině případů se jedná o zemědělské, suchomilné plodiny, které trpí silným vláhovým stresem a nejsou schopny efektivní disipace. Intenzita evapotranspirace na těchto plochách je velmi nízká, dominuje vlastní tepelná složka, která přispívá k vysoké teplotě krajiny. Příznivějším chováním se vyznačují některé trvalé travní porosty, zvláště vlhké louky a mokřady. Holé povrchy víceméně přispívají k vysoké teplotě krajiny. Jak však ukazují satelitní data, pozitivní vliv na teplotní obraz může mít i malé množství mrtvé biomasy. Data DPZ (Landsat – především teplotní kanál TM6) a použité základní metody jejich zpracování prokázaly, že umožňují objektivní, poměrně rychle zjistitelnou diagnózu krajiny, jež nelze se stejnou podrobností, porovnatelností a přesností získat pozemním průzkumem. I přes určité limity, představují data dálkového průzkumu Země nepostradatelný nástroj v krajinné ekologii. Ačkoli by se mohlo zdát, že řešená problematika je obecně a logicky známá, neexistuje zatím mnoho prací (Foley et al. 2003, 2005; Ripl a Hildmann 2000; Ripl 2004; Pokorný a Šíma 2006; Šíma a Pokorný 2006), které by dokumentovaly význam kategorií krajinného pokryvu a heterogenitu krajinné struktury v návaznosti na teplotu a umožňovaly tak diagnostiku jejího fungování. Data dálkového průzkumu poskytují právě ony často chybějící údaje, podklady a důkazy pro tato tvrzení. To jak je daný problém vzrůstu teploty krajiny závažný, ilustruje obraz intenzivně využívaného regionu Mostecké pánve, Poohří i Polabí. V dnešní době jsou velmi diskutovaným tématem globální změny klimatu. Ve většině případů jsou tyto změny dávány zejména do souvislosti se zvyšováním množství skleníkových plynů v atmosféře, případně albedem povrchu (CRFEC 2005, IPCC 2007, DeFries et al. 2002, Randerso n et al. 2006, Bonan 2008). Většina přístupů však zcela opomíjí význam trvalé a funkční vegetace v krajině a procesy evapotranspirace. Člověk svou činností ovlivňuje své prostředí. Především intenzifikace zemědělství a urbanizace má značný podíl na narušení energomateriálových toků. Vlivem odvodnění a vysušení krajiny, odstraněním funkční a trvalé vegetace z krajiny (nejen kácení lesů, ale rovněž úbytek remízků, rozptýlené zeleně a preferencí suchomilných plodin – obilovin), dochází k přehřívání krajiny a její degradaci, způsobenou zrychleným odnosem živin. Příkladem nemusí být desertifikované aridní a semiaridní oblasti, ale jak vyplývá z výsledků hodnocení i intenzivně využívaná oblast Polabí a Poohří. Podle prokázaných výsledků, lze navracením trvalé a funkční vegetace do krajiny, a to již na lokální úrovni, příznivě ovlivňovat teplotu a s tím spojený malý oběh vody a následně ovlivnit i klima na úrovni globální. Růst teploty v krajině by mohl být daleko účinněji kontrolován přes vodní cyklus a zapojením funkční vegetace. Větší teplotní amplitudy mají za následek růst turbulentního proudění, snížení evapotranspirace a poškozování vegetace, zvýšený odnos látek. Obnova základních ekologických funkcí, jakými je právě způsob disipace slunečního záření přes vodní cyklus, je proto možným aktivním obranným krokem proti klimatickým změnám

Landscape functioning assessment based on radiation temperature distribution

The aim of the paper is to introduce approach of landscape functioning assessment based on the relationship of three land cover types (forest, bare ground, non-forest vegetation) and radiation temperature that is regarded as an indicator and way how the solar energy is dissipated within landscape. Land cover assessment of trans-boundary model area (Northern Bohemia and Saxony) was based on multispectral classification of Landsat TM data. Radiation temperature, qualified in relative scale was derived from the same sensor from thermal band TM6. The interpretation of processed satellite images results from theoretical background of Energy-transport-reaction model, the results demonstrate that temperature is distributed across landscape depending on the type and structure of land cover. Unless damaged, forest ecosystems are able to maintain tower temperatures and produce condensation places. By contrast, non-forest vegetation tends to fall into the category of low dissipation ability and higher temperature. More positive trends are visible in some types of permanent grass vegetation, especially wet meadows. Bare surfaces, by contrast, contribute to high temperatures, release heat and contribute to landscape warming16327

Funkce lesa v oběhu vody a regionálním klimatu :volné pokračování z minulého čísla

32532

Teplota krajiny jako indikátor jejího fungování II. =Landscape Temperature as an Indicator of its Function II

303

Funkce lesa v oběhu vody a regionálním klimatu

32532

Úloha vegetace a vody v utváření klimatu I

282