Monitoring satelitarny suszy rolniczej
POLSA w 2022 roku w porozumieniu z Krajowym Ośrodkiem Wsparcia Rolnictwa, który buduje system satelitarnego monitorowania upraw rolnych, przygotowała serwis monitoringowy suszy rolniczej. Na podstawie wskaźników przygotowano mapy warunków wzrostu upraw dla roku 2022 oraz mapy oceny redukcji plonów wybranych grup upraw. Produkty monitoringu satelitarnego suszy rolniczej są istotnym źródłem danych dla wielu instytucji publicznych, a także dla samych rolników. Mogą stanowić wsparcie dla instytucji, których zadaniem jest określanie wielkości strat rolniczych spowodowanych suszą oraz trendów zjawiska suszy w Polsce w kontekście zmian klimatu.
Monitoring suszy rolniczej na skalę globalną czy regionalną może być realizowany wyłącznie za pomocą teledetekcji satelitarnej. Przygotowany serwis może stanowić kluczowe źródło danych dla różnych zastosowań. Susza, obok powodzi, jest jednym z najbardziej dotkliwych zjawisk naturalnych oddziałujących na społeczeństwo, środowisko i gospodarkę. Brak optymalnego, zastosowanego w odpowiednim czasie, nawodnienia roślinności, prowadzi do znacznego pogorszenia wegetacji, co skutkuje zmniejszeniem plonów upraw. Dzięki mapom obok stwierdzenia zmniejszenia ilości plonów będzie można skuteczniej oszacować wielkości tych zmian.
W opracowaniu map wykorzystano metodykę obliczania wskaźnika identyfikacji satelitarnej suszy rolniczej (DISS) zamieszczoną w Planie Przeciwdziałania Skutkom Suszy (PPSS) opracowanym w 2017 roku przez Państwowe Gospodarstwo Wodne Wody Polskie. Mapy przygotowane zostały dla obszaru całego kraju, a także dla każdego województwa, powiatu i gminy osobno. Wygenerowano je i zwizualizowano w formatach rastrowych TIFF oraz JPEG w układzie współrzędnych to PUWG 1992 (EPSG:2180), a najmniejszą jednostką przestrzenną mapy jest piksel o powierzchni 1 km2.
Wykorzystanie produktów jest zapewnione poprzez szybki dostęp do danych z dowolnego miejsca w Polsce poprzez ogólnodostępną elektroniczną platformę umożliwiającą przeglądanie map oraz wykonywanie standardowych analiz. Obecnie serwis dostępny jest pod linkiem:
W Narodowym Systemie Informacji Satelitarnej publikujemy na bieżąco mapy przekazywane do nas przez IGiK zgodnie ze zleceniem na opracowania map suszy rolniczej na 2023 r. Na zlecenie Polskiej Agencji Kosmicznej wykonawcą map warunków wzrostu upraw oraz map oceny redukcji plonów w roku 2022 oraz roku bieżącym jest Instytut Geodezji i Kartografii.
Miejskie wyspy ciepła
Miejska wyspa ciepła to zjawisko polegające na podwyższeniu temperatury na obszarze miasta w stosunku do terenów pozamiejskich. Do jej powstawania przyczynia się przede wszystkim nagromadzenie powierzchni z materiałów akumulujących ciepło (beton, asfalt, cegła), niewielkiego udziału terenów zielonych oraz osłabionego przewietrzania. Istnieje kilka rodzajów pomiaru tego zjawiska w zależności od wybranych parametrów i metod badawczych. Na podstawie satelitarnych zobrazowań termalnych możliwe jest porównanie temperatury powierzchni miast i terenów ich otaczających oraz przeanalizowanie zjawiska powierzchniowej miejskiej wyspy ciepła (PMWC).
Polska Agencja Kosmiczna w ramach działań w obszarze zwiększania wykorzystania danych satelitarnych i promowania ich zastosowań zleciła wykonanie analizy powierzchniowych wysp ciepła dla 2022 roku (półrocze ciepłe – kwiecień/wrzesień) oraz dla okresu referencyjnego 5 lat (2017-2021) z rozdzielczością przestrzenną 30 metrów dla Gdańska, Krakowa Łodzi, Warszawy i Wrocławia.
Podstawowym celem wykonanych analiz zróżnicowania temperatury powierzchni terenu oraz intensywności miejskiej wyspy ciepła było wstępne określenie wpływu zmian klimatu na miasta, a także zestawienie występowania zjawiska miejskiej wyspy ciepła z danymi społeczno-ekonomicznymi w kontekście usprawnienia procesów urbanizacyjnych.
Wykres 1. Wartości maksymalne intensywności PMWC (a) oraz temperatury powierzchni terenu (b) w 5-leciu 2017-2021 oraz w 2022 r. Etykiety odpowiadają datom rejestracji obrazów Landsat z maksymalnymi wartościami prezentowanych parametrów (PMWC i temperatury).Wystąpiły w danych miastach dla terenów zurbanizowanych w całym analizowanym okresie (2017-2021) i dlatego są one większe od prezentowanych na innych wykresach wartości średnich tych parametrów.
Zgodnie z przyjętą metodyką, do opracowania map temperatury powierzchni terenu oraz map intensywności powierzchniowej miejskiej wyspy ciepła wykorzystano dane termalne z satelitów Landsat-8 i Landsat-9 oraz szereg danych pomocniczych dotyczących m.in.: nieprzepuszczalności powierzchni, meteorologii, gęstości zaludnienia oraz wskaźnika kondycji roślinności NDVI, czy mapy pokrycia terenu. Do walidacji produktów wykorzystano dane z satelitów Sentinel-3 oraz danych satelitarnych Terra.
Wszystkie mapy zostaną włączone do zasobów Narodowego Systemu Informacji Satelitarnej (NSIS) w celu łatwego i szybkiego dostarczania informacji o sytuacji bieżącej w miastach na potrzeby informowania ludności cywilnej oraz zarządców miast. Więcej informacji i wyniki projektu w postaci analiz intensywności zjawiska w podziale na dzielnice miast oraz map intensywności PMWC znajdują się tutaj.
16 lutego 2023 roku odbyło się seminarium „Monitoring satelitarny dla klimatu. Miejskie wyspy ciepła.” organizowane przez Polską Agencję Kosmiczną, poświęcone wynikom analiz PMWC oraz rekomendacjom dla portalu miejskich wysp ciepła w NSIS. Zapraszamy wszystkich zainteresowanych do obejrzenia nagrania z seminarium na kanale YouTube POLSA https://www.youtube.com/@polsa-space oraz do zapoznania się z relacją z wydarzenia w tym artykule.
Mapa intensywności powierzchniowej miejskiej wyspy ciepła w 2022 roku dla Warszawy. Dostępne terminy pozyskania danych to bezchmurne zobrazowania satelitów Landsat-8 i 9.
Tekst powstał na podstawie dokumentu: Raport końcowy z realizacji umowy pn. „Monitoring satelitarny dla klimatu: miejska wyspa ciepła – pilotaż”, której wykonawcą był Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy.
Mapa pokrycia
Decyzją ESA mapa opracowana przez Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk zostanie włączona, jako nieliczna z wybranych, do zasobów nowotworzonego Copernicus Data Space Ecosystem, łączącego dane zarówno z Copernicus Open Access Hub, jak i z bazy DIAS-ów.
Opracowana przez CBK PAN metodyka, zmodyfikowana na potrzeby krajowe (S2GLC PL), jest obecnie z sukcesem wykorzystywana przez Polską Agencję Kosmiczną. Na zlecenie Agencji opracowano mapy pokrycia terenu Polski kolejno dla lat 2019, 2020, 2021 oraz 2022. Mapy, podobnie jak w przypadku mapy Europy z 2017 roku, zostały wykonane w wyniku zautomatyzowanego procesu klasyfikacji wieloczasowych scen satelitarnych Sentinel-2 (S2GLC). Satelity programu Copernicus pokrywają swoim zasięgiem obszar Europy co 5 dni i około 70 razy w ciągu roku, co pozwala wyselekcjonować wystarczającą na potrzeby mapy liczbę zdjęć, niezależnie od zachmurzenia stanowiącego największy problem zobrazowań optycznych. Dzięki inicjatywie Polskiej Agencji Kosmicznej tj. cyklicznej i regularnej obserwacji pokrycia terenu możliwa jest aktualizacja istniejących baz danych oraz detekcja zmian zachodzących w terenie, w tym monitorowanie terenów zabudowanych, infrastruktury drogowej, powierzchni obszarów leśnych, zbiorników wodnych, itd.
Zobrazowania dla lat 2019-2021 przedstawiają pokrycie terenu w rozdzielczości 10 metrów z podziałem na 10 klas, tj. tereny antropogeniczne, tereny rolne, lasy liściaste, lasy iglaste, roślinność trawiasta, wrzosowiska i zakrzaczenia, tereny bagienne, torfowiska, tereny naturalne pozbawione roślinności oraz obszary wodne. Mapa pokrycia terenu Polski 2022 również została wykonana w wyniku zautomatyzowanego procesu klasyfikacji wieloczasowych scen satelitarnych Sentinel-2. Przetworzenie bazuje na serii zdjęć zarejestrowanych w okresie wegetacyjnym (wiosna, lato, jesień – od początku kwietnia do połowy października 2022 roku), w którym występowało zachmurzenie mniejsze niż 50 procent.
Mapa Europa 2017 przedstawia stan pokrycia terenu w Europie w roku 2017 i uwzględnia 13 klas pokrycia terenu, w tym m.in. obszary rolnicze, lasy liściaste, lasy iglaste, tereny zabudowane, bagna oraz torfowiska. Mapa opracowana została na podstawie zautomatyzowanego przetwarzania wieloczasowych danych satelitarnych z Sentinel-2, z wykorzystaniem uczenia maszynowego. Do jej stworzenia wykorzystano aż 15000 zdjęć satelitarnych, uzyskano rozdzielczość mapy na poziomie 10 m oraz dokładność klasyfikacji pokrycia terenu sięgającą aż od 86% do 89% w skali Europy i 93% dla Polski.
Rezultaty projektu zostały zaimplementowane do cyklicznej obserwacji pokrycia terenu w Polsce i na zlecenie Polskiej Agencji Kosmicznej mapy pokrycia terenu 2019 – 2022 wykonane zgodnie z metodyką S2GLC PL są dostępne powszechnie i nieodpłatnie dla krajowego użytkownika.
Zostały one udostępnione w krajowym węźle infrastruktury informacji przestrzennej i w sieci naukowej Politechniki Warszawskiej CENAGIS.
GUGIK podaje, że cieszą się one dużą popularnością wśród użytkowników, co nie tylko wskazuje na zapotrzebowanie na dobrej jakości mapy pokrycia, ale również potwierdza istotę osiągniecia naukowego Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk dla upowszechnienia wykorzystania danych satelitarnych.
Mapy pokrycia terenu są powszechnie i nieodpłatnie dostępne obecnie w Geoportalu Krajowym (www.geoportal.gov.pl) prowadzonym przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii. Wszystkie mapy pokrycia terenu dotychczas udostępnione przez Polską Agencję Kosmiczną znajdują się w folderze „Dane innych instytucji”: „Polska Agencja Kosmiczna” pod nazwami „Klasyfikacja pokrycia terenu 2019”, „Klasyfikacja pokrycia terenu 2020” oraz „Klasyfikacja pokrycia terenu 2021”. Dane dostępne są poprzez standard usługi WCS lub standard usługi WMS.
Już wkrótce wszystkie opracowania związane z pokryciem terenu w Polsce oraz zmianami pokrycia terenu poczynając od 2019 roku, przygotowane na zlecenie Polskiej Agencji Kosmicznej, będą dostępne w Narodowym Systemie Informacji Satelitarnej.
Mapy porycia terenu dostępne są poprzez standard usługi WCS oraz WMS na portalu https://mapy.geoportal.gov.pl w menu „Warstwy”: folder „Dane innych instytucji”, katalog „Polska Agencja Kosmiczna”.
Mapy porycia terenu dostępne poprzez standard usługi WCS:
Mapy dostępne poprzez standard usługi WMS:
Mapa wilgotności
Polska Agencja Kosmiczna prowadzi serwis monitorujący wilgotność gleby w Polsce na obszarach rolnych w latach 2021-2022. Serwis jest przygotowany przy użyciu metod teledetekcji satelitarnej na podstawie danych radarowych z satelity Sentinel-1 i pozwala wykorzystywać dane satelitarne w pracy i życiu codziennym min. w planowaniu i gospodarowaniu uprawami oraz nawodnieniem, lokalną weryfikacją informacji o suszy rolniczej i zagrożeniach wypływających ze zmian klimatu. To także kolejny etap budowy, projektowanego przez POLSA, Narodowego Systemu Informacji Satelitarnej.
Woda to najważniejszy element środowiska determinujący klimat i jest zarazem najcenniejszym dla egzystencji człowieka zasobem naturalnym. W atmosferze krąży zaledwie 0.0001% wszystkich zasobów wody na Ziemi.
Równoważne zasoby wody są utrzymywane w przypowierzchniowej warstwie gleby, na lądach tzn. na około ¼ powierzchni planety. Udział zasobu wody z gleby w cyrkulacji wody przez atmosferę oraz jego relacja do pokrycia powierzchni planety lądami wciąż jest niezbadana. Jest to jedna z kluczowych kwestii dla globalnych badań skutków zmian klimatu. Udział wymiany wody z glebą w bilansie wodnym naszej planety ulega szybkim zmianom. Olbrzymie masy wody i powiązane z nią ilości energii napędzają cały cykl wodny całej planety. W związku z tym istotne jest by monitoring wilgotności gleby był kompleksowy, nie zaś punktowy tak jak ma to miejsce w tradycyjnych pomiarach, oraz aby obejmował swym zasięgiem obszar całego kraju. Jedynie pomiary wykonane na szeroką skalę mogą zapewnić wysokie prawdopodobieństwo prawidłowych prognoz w skali lokalnej.
Optymalne ilości wody w glebie stanowią gwarancję udanych plonów, co wiąże się z bezpieczeństwem żywnościowym w skali globalnej i regionalnej. Dzięki informacjom o wilgotności gleby, rolnik może na bieżąco ją monitorować, racjonalnie gospodarować nawodnieniem i tym samym prowadzić uprawy w sposób bardziej efektywny. Bieżąca analiza wilgotności gleby jest istotna nie tylko w kontekście braku wody, ale również jej nadmiaru.
Satelity obserwacji Ziemi nowej generacji takie jak Sentinel-1 są wyposażone w sensory umożliwiające wysokorozdzielcze pomiary radarowe o dużej rozdzielczości czasowej i zapewniają wielkopowierzchniowe pokrycie obserwacjami. Sentinel-1 dostarcza dane o wilgotności gleby w jej podpowierzchniowych warstwach (0-5 cm). Ponadto gwarantuje on długoterminową ciągłość pozyskiwania danych o tym samym, wysokim standardzie technicznym, co jest warunkiem niezbędnym do prowadzenia długofalowych analiz uwilgotnienia gleby.
Wróć
