HistMapR: rapid digitization of historical land-use maps in R

1. Habitat destruction and degradation represent serious threats to biodiversity, and quantification of land-use change over time is important for understanding the consequences of these changes to organisms and ecosystem service provision. 2. Comparing land use between maps from different time periods allows estimation of the magnitude of habitat change in an area. However, digitizing historical maps manually is time-consuming and analyses of change are usually carried out at small spatial extents or at low resolutions. 3. HistMapR contains a number of functions that can be used to semi-automatically digitize historical land use according to a map's colours, as defined by the RGB bands of the raster image. We test the method on different historical land-use map series and compare results to manual digitizations. 4. Digitization is fast, and agreement with manually digitized maps of around 80–90% meets common targets for image classification. We hope that the ability to quickly classify large areas of historical land use will promote the inclusion of land-use change into analyses of biodiversity, species distributions and ecosystem services

Kadmium i skånska vattendrag : en metodstudie i föroreningsmodellering

Modellering av föroreningsspridning är vanligt förekommande inom arbete med miljöfrågor. Kravet på datatillgång är dock ofta stort vid modelleringar varför behov och intresse för mer generaliserande modeller uppstår. Modeller som slår samman en rad av funktioner till ett fåtal övergripande kan då vara ett alternativ. En metod- och verktygsutveckling för spridning av kadmium i vattendrag i Skåne har genomförts. Verktyget kallas ”KadmiumKalkylatorn”. Avrinnande vatten har multiplicerats med schablonhalter baserade på markanvändningsklasser och redovisas på årsbasis för SMHI:s delavrinningsområden. I jämförelse med andra modellerade kadmiumbelastningar i regionen är värdena låga men samtidigt är de högre än uppmätta mängder. De modellerade koncentrationerna är inom samma intervall som de uppmätta koncentrationerna men är negativt korrelerade mot de uppmätta vilket troligtvis beror på schablonhalternas olika ursprung och att de är framtagna för olika syften. Mätdatas låga tidsupplösning svårgör valideringen av modellens skattningar av medelkoncentrationer vilket kan vara en indikation på att dessa möjligen inte bör användas för studier av enskilda vattendrag utan främst för belastningsberäkningar i något större områden. Relativt sett genererar KadmiumKalkylatorn ett god totalbelastning av kadmium jämfört med andra regionala föroreningsmodeller och verktyget går även att tillämpa på andra regioner och andra föroreningar.Modelling of pollutants is commonly used in research and at departments working with environmental issues. The need to use large amounts of data when modelling creates the opportunity for more generalised models with lower data demands. Aggregating functions into coarser elements is a sort of generalisation of actual features in nature. A development of a method and a modelling tool called “KadmiumKalkylatorn” has been performed to model cadmium pollution in rivers in Skåne, Sweden. The water runoff has been multiplied with cadmium standard concentrations based on membership in landuse classes. The result is based on, and reported for, watersheds and river basins defined by the Swedish Meteorological and Hydrological Institute, SMHI. Compared to other models KadmiumKalkylatorn generates smaller loads of cadmium in the region. However, compared to monitored loads the model results are high. A negative correlation exists between measured and modelled concentrations. This is probably caused by the fact that the standard concentrations used in the model have various origins and are developed for different usage. The temporal resolution of validation data results in an unsatisfying testing of the model’s efficiency. The uncertainties in standard concentrations and data for validating the cadmium concentrations in the water courses could be seen as an indication of the unappropriate use of the model for concentration estimations. It works better for calculating the cadmium loads. The KadmiumKalkylator is generating relevant results, compared to other regional pollutant models and the tool could easily be used in other regions and for other pollutants than cadmium.Populärvetenskaplig sammanfattning: Kadmium är en tungmetall som liksom andra tungmetaller finns naturligt i miljön. Genom att människan finner användning för kadmium och använder sig av produkter som har kadmium som en förorening i sig kan större mängder ansamlas på ett ställe än vad som är naturligt. Kadmium kan man finna i bilar, båtar och andra maskiners metalldelar men också i avgaserna som släpps ut när maskinerna körs på bensin eller andra fossila bränslen. Då sprids kadmiumet till luften och når sedan mark och vatten när föroreningarna faller ned mot jordytan. Människor och djur kan få i sig stora mängder kadmium genom maten och därför hamnar också stora mängder kadmium i våra avloppsreningsverk. Även om dessa renar vattnet innan det släpps ut i vattendragen så kommer vattnet innehålla högre halter av kadmium än vad som är naturligt. För att kunna göra sig en uppfattning om vad som är mycket eller lite när det gäller kadmiumutsläpp så kan man sammanställa alla kadmiumkällor man känner till som når ut i naturen, det kallas att man gör en modell. Modellen är en generalisering av de processer som påverkar hur kadmium transporteras i naturen. För att göra en enkel modell av kadmium så behövs följande data: En karta med markanvändning över det område man vill studera, en karta med avrinningsområden (gränser för åt vilket håll regnvattnet rinner för att nå vattendragen), en karta med avloppsreningsverk (och information om hur mycket vatten varje avlopps-reningsverk släpper ut) och sist en karta med kontrollpunkter så att man kan veta om modellen räknar rätt. När man har dessa kartor (som ska vara i digital form så att man kan använda dem i ett GIS-program/kartanalysprogram på en dator) så lägger man samman dem med information om hur hög kadmiumhalt de olika markanvändningsklasserna har i sitt avrinnande vatten (schablonhalter) och hur mycket vatten som rinner av från marken. Då får man ut den totala mängden kadmium som ett visst område släpper ut till sitt kustområde. Denna modellen ger en totalmängd kadmium för Skåne på 200-300 kg per år. Det kan jämföras med 100 kg per år som SLU (Sveriges Lantbruksuniversitet) har räknat ut för Skåne. Det har de gjort genom att ta de koncentrationer som de har mätt i vattendragen och använda dem för allt avrinnande vatten i området. Vid en jämförelse av enskilda avrinningsområden så ligger modellens belastningar alltså högre än de belastningar som räknats ut av SLU men samtidigt lägre än de belastningar som skattats i ett stort svenskt arbete som kallas TRK (Transport, retention, källfördelning). Detta visar att modellen ger ett relevant resultat. Vid arbete med modeller är det ofta svårt med att få fram bra data som används för att göra skattningarna. I denna modell var det de så kallade schablonhalterna som visade sig vara den svaga länken i arbetet. De var sammanförda från olika håll och därför framtagna på olika sätt. Detta gjorde att de inte förhöll sig till varandra på ett bra sätt och därför hade det varit bra om andra schablon-halter hade funnits