Távérzékelés és ökológia - két külön világ?

Természetvédelem iránt elkötelezett emberekként, kutatókként örömmel látjuk, hogy az elmúlt évtizedek során világszerte robbanásszerűen növekedett a természetvédelem hatálya alá tartozó élőhelyek területe. Európában ennek az egyik legfontosabb lépése a Natura 2000 hálózat kialakítása volt, amelyet a világon eddig legnagyobb területet érintő és egyik leghatékonyabb természetvédelmi intézkedésként tart számon a szakma (Weber és Christophersen 2002). Ez az örvendetes folyamat egyre több feladatot és egyre nagyobb felelősséget ró miránk, ökológusokra, hiszen a védett területeken szükség van az élőhelyek állapotának rendszeres monitorozásra.

Natura 2000 területek esetén az élőhelyvédelmi irányelv (European Commission 1992) azt írja elő, hogy minden EU-tagország hatévente köteles felmérni a saját természetmegőrzési- és madárvédelmi területeinek természetvédelmi állapotát (conservation status). Magyarországon ezek együttesen az ország teljes területének mintegy 21%-át teszik ki. Hogy maga a felmérés milyen módszerekkel történik, azt minden tagország szakmai közössége maga dönti el, a direktíva által rögzített irányelvek mentén. A természetvédelmi állapot fogalma sokféleképpen értelmezhető, szigorú értelemben véve az irányelv szerint ez "mindazon hatásoknak az összessége, amelyek az élőhely hosszú távú elhelyezkedését, szerkezetét és funkcióit és tipikus fajainak hosszú távú fennmaradását befolyásolja" (European Commission DG Environment 2007). Az irányelv tehát előírja, hogy az élőhelyen belül vizsgálni kell a tipikus fajok jelenlétét, a növényzet szerkezetét (legyen ez a lombkorona szerkezete vagy gyepek szintezettsége) és az ember hatását a területre és az élőhelyre. A legtöbb ország, így a magyarországi rendszer is egy saját terepi mintavételezési protokollt ír elő, ahol a mintákban és almintákban fajok előfordulását, diverzitását, a foltmintázatot, a szerkezetet, az emberi befolyást és a veszélyeztető tényezőket kell felmérni. A minták kiértékelését követően a minták alapján egy nagyobb területre vonunk le következtetéseket.

Egész Európában problémaként merül fel ugyanakkor a forrás- és szakemberhiány: a nagy kiterjedésű védett területeken sok változóra kiterjedő, részletes és reprezentatív felmérést végezni hatéves ciklusban óriási feladat. Az egyik lehetséges megoldás a távérzékelés bevonása (Vanden Borre et al. 2011): sok előnye van annak, ha nagy területeket lefedő, részletes adatokat lehet automatizáltan feldolgozni és ezeket a terepi mérésekkel kalibrálva alkalmazni. Az EU 2020-as biodiverzitási stratégiája konkrét célként írja elő a Natura 2000 módszertan fejlesztését, de a távérzékelés mégsem terjedt el széles körben (Corbane et al. 2014).

Több sikeres tanulmányt publikáltak már, ahol valamilyen szenzor segítségével (műholdas optikai vagy radar adatokkal, légi képalkotó spektrométerrel vagy lézerszkennerrel), terepi adatokkal kalibrálva Natura 2000 élőhelyállapot-térkép készült. Ezek általában a távérzékelés hagyományos módszertanára támaszkodnak: veszünk nagyszámú terepi mintát egy változóról a helyi Natura monitorozási protokoll szerint, majd a távérzékelt adatainkból előállítunk egy olyan adatréteget, amelyiknek a térbeli mintázata az élőhelyállapot mintázatával a legjobban korrelál. Egészen bíztató korrelációkat értek el ilyen módon, de csaknem mindig egy "huszárvágást" alkalmazva: a terepi mintákban sok különböző változó értékének összegzésével előállt élőhelyállapot-mutató és egy vagy néhány szenzoros adattermék között teremtettek kapcsolatot (Simonson, Allen, és Coomes 2013; Mücher et al. 2013; Neumann et al. 2015).

Így tehát, bár a végső kategória (A, B vagy C) stimmelt, nem vették figyelembe az összes ezt meghatározó változót, így végső soron nem az élőhelyet érő hatások összességét térképezték.

Sokkal ritkábban alkalmazott, alternatív megközelítés, hogy megpróbálnak több távérzékelési módszer bevonásával több változót mérni, amelyek együttesen határozzák meg az élőhely állapotát. Egy modellen keresztül ezeket egymáshoz képest súlyozva és összegezve készül a térkép (Riedler et al. 2014). Ennek a megoldásnak a legfontosabb hátránya, hogy maga a modell, a különböző változók egymáshoz képesti súlyozása nehezen kalibrálható és mindig vitatható marad.

Így tehát nem csoda, ha a távérzékelés elfogadottsága terepi ökológus körökben nem különösebben magas, és tartja magát az álláspont, miszerint egy élőhely állapota olyannyira komplex, bonyolult tulajdonság, hogy soha nem is lehet valamiféle égi ketyerével megragadni.

Ezt a szakadékot szerettük volna áthidalni. Igazolni szerettük volna, hogy a Natura 2000 felmérések során van létjogosultsága a távérzékelésnek, és meg lehet teremteni a közvetlen összehasonlíthatóságot a terepi és a távérzékelt eredmények között.

A gyenge pontot, a modellt, amely az egyes változókat egymáshoz képest súlyozza, úgy erősítettük meg, hogy a meglévő legelfogadottabb Natura 2000 élőhelyállapot modellt használtunk: magát az országos Natura 2000 monitorozási útmutatót. Az volt a célunk, hogy mindazokat a változókat, amelyeket az útmutató szerint a terepen mérni kell, a távérzékelt adataink alapján egyenként számszerűsítsük, majd az útmutató szerinti súlyozással összegezve őket a terepi adatokkal összemérhető élőhelyminőség-térképet kapjunk.

Kizárólag légi lézerszkennelésre támaszkodtunk (akinek nem ismerős a fogalom, annak ezt a videót javasoljuk), de itt az akkor (2012-ben) elérhető csúcstechnológiát használtuk, ráadásul mind vegetációs periódusból (június) mind vegetációs perióduson kívüli időszakból (március) származó távérzékelt adatokat is használtunk.

 

Kutatási területünk egy szikes gyep volt Ágota-pusztán, Püspökladány mellett: a gyepekre vonatkozó útmutató szerint a természetességet, a fajsűrűséget, folt-mintázatot, a vertikális szerkezetet, az avarosodást, az eróziót, a cserjésedést, a gyomosodást, a zavaró és veszélyeztető tényezőket, az állatok nyomait és a táji környezetet kellett vizsgálnunk és az azokra kapott pontszámokat súlyozva összegeznünk. Ebből a vertikális szerkezet, az erózió és a cserjésedés még úgy-ahogy közel áll a lézerszkennelés által hagyományosan vizsgált témákhoz, a többihez viszont előzetesen egy igen részletes vegetációtérképet kellett előállítanunk. Mivel az általunk használt lézer a közeli infravörös tartományban dolgozik és minden egyes visszaverődésnél a felszín reflektanciáját is méri, gyakorlatilag rendelkezésünkre állt egy-egy tavaszi és nyári infravörös ortofotó. Az ortofotót a térbeli szerkezet különböző mutatóival kiegészítve végül is elő tudtunk állítani egy többcsatornás "pszeudoképet". Az osztályásra egy saját szoftvert fejlesztettünk, amely gépi tanulással azonosította az egyes növényzettípusok jellemző tulajdonságait. A vegetációtérképünk végül 15 társulást tudott azonosítani, ráadásul a módszer fuzzy logikával működött, így azt kaptuk eredményül, hogy az adott pixelben milyen valószínűséggel van egyik vagy másik társulás.

A tavaszi és a nyári adatok összehasonlításával a túllegeltetés vagy alullegeltetés mértékére is fény derült, amely a gyepek állapotát meghatározó legfontosabb tényezőnek bizonyult a területen.

Terepi referenciaként összesen 20 mintaterületen végeztünk teljes állapotfelmérést a Natura 2000 monitorozási útmutató szerint, ebből tíz mintán elvégeztük az egyes változók kalibrációját és tíz másikat használtunk ellenőrzésre, ez utóbbiak közül tízből nyolc mintát osztályozott helyesen az automatizált rendszer. A pontosság tehát nem tökéletes, de az eredményül kapott fél méter felbontású térkép nagy előnye, hogy lefedi a teljes repült területet. Mivel nem csak egyetlen változót térképezünk a légi szenzorunkkal, hanem a monitorozási útmutató által előírt összeset, nem csak azt tudjuk megmondani, hogy hol van jobb vagy rosszabb állapotban az élőhely, hanem azt is, hogy miért.

A legfontosabb eredmény azonban az, hogy a távérzékelés és a terepre optimalizált Natura 2000 térképezési útmutató kompatibilis egymással, így a kapott eredmények összehasonlíthatók. Ennek köszönhetően tehát megnyílt a lehetőség a távérzékelés széles körű használatára a Natura 2000 felmérések során.

A bemutatott kutatást a Remote Sensing Open Access folyóiratban publikáltuk:

Zlinszky, András; Deák, Balázs; Kania, Adam; Schroiff, Anke; Pfeifer, Norbert. 2015. "Mapping Natura 2000 Habitat Conservation Status in a Pannonic Salt Steppe with Airborne Laser Scanning." Remote Sens. 7, no. 3: 2991-3019.

A következő címen érhető el: http://www.mdpi.com/2072-4292/7/3/2991.

A kutatást a Changehabitats2 Marie Curie Industry-Academia Partnership Pathways projekt finanszírozta.

Zlinszky András

Irodalomjegyzék

Corbane, Christina, Stefan Lang, Kyle Pipkins, Samuel Alleaume, Michel Deshayes, Virginia Elena García Millán, Thomas Strasser, Jeroen Vanden Borre, Spanhove Toon és Förster Michael (2014): Remote Sensing for Mapping Natural Habitats and Their Conservation status–New Opportunities and Challenges. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. Elérhető a http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243414002451 címen (megtekintve: 2015. március 18.).

European Commission (1992): Council Directive 92/43/EEC of 21 May 1992 on the Conservation of Natural Habitats and of Wild Fauna and Flora. Official Journal of the European Union 206: 7–50.

European Commission DG Environment (2007): Interpretation Manual of European Union Habitats. Bruxelles: European Commission DG Environment.

Mücher, Caspar A., Lammert Kooistra, Marleen Vermeulen, Jeroen Vanden Borre, Birgen Haest és Rense Haveman (2013): Quantifying Structure of Natura 2000 Heathland Habitats Using Spectral Mixture Analysis and Segmentation Techniques on Hyperspectral Imagery. Ecological Indicators 33: 71–81.

Neumann, Carsten, Gabriele Weiss, Sebastian Schmidtlein, Sibylle Itzerott, Angela Lausch, Daniel Doktor és Maximilian Brell (2015): Gradient-Based Assessment of Habitat Quality for Spectral Ecosystem Monitoring. Remote Sensing 7 (3): 2871–98.

Riedler, Barbara, Lena Pernkopf, Thomas Strasser, Stefan Lang és Geoff Smith (2014): A Composite Indicator for Assessing Habitat Quality of Riparian Forests Derived from Earth Observation Data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. Elérhető a http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243414002001 címen (megtekintve: 2015. március 18).

Simonson, Willian D., Harriet D. Allen és David A. Coomes (2013): Remotely Sensed Indicators of Forest Conservation Status: Case Study from a Natura 2000 Site in Southern Portugal. Ecological Indicators 24: 636–47.

Vanden Borre, Jeroen, Desire Paelinckx, Caspar A. Mucher, Lammert Kooistra, Birgen Haest, Geert De Blust és Anne M. Schmidt (2011): Integrating Remote Sensing in Natura 2000 Habitat Monitoring: Prospects on the Way Forward. Journal for Nature Conservation 19 (2): 116–25. doi:10.1016/j.jnc.2010.07.003.

Weber, Norbert és Tim Christophersen (2002): The Influence of Non-Governmental Organisations on the Creation of Natura 2000 during the European Policy Process. Forest Policy and Economics 4 (1): 1–12.

 

Új hozzászólás

Egyszerű szöveg

  • A HTML jelölők használata nem megengedett.
  • A sorokat és bekezdéseket a rendszer automatikusan felismeri.
  • A webcímek és e-mail címek automatikusan kattintható hivatkozásokká alakulnak.
CAPTCHA
Ez a kérdés teszteli, hogy vajon ember-e a látogató, valamint megelőzi az automatikus kéretlen üzenetek beküldését.