A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról

A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról Fassang Ágnes1, Kocsis Zsófia2, Kern Anikó1, Barcza Zoltán1, Bartholy Judit1, Pongrácz Rita1 1Eötvös

Loránd Tudományegyetem, Meteorológiai Tanszék 2Országos Meteorológiai Szolgálat

35. Meteorológiai Tudományos Napok Műhold-meteorológia 2009. november 19-20.

35. Meteorológiai Tudományos Napok

2009.11.20.

Az előadás vázlata -

-

Bevezető EUMETSAT – Szárazföldi megfigyelési csoport produktumai (LSA SAF) NOAA AVHRR Pathfinder NDVI adatok korrekciója és analízise

A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Bevezető -

-

Globális környezetváltozás, éghajlatváltozás Növényzet kölcsönhatása az éghajlattal Vegetáció globális megfigyelésének fontossága a meteorológus közösség számára Egyik mód: Műholdas távérzékelés segítségével A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

EUMETSAT – Szárazföldi megfigyelési csoport (LSA SAF)

MetOp és MSG műholdak adataiból produktumok, algoritmusok kifejlesztése - Információk a földfelszínre, és a felszín-légkör kölcsönhatásokra - Produktumok: - MSG produktumok 4 területre bontva (Észak-Afrika, DélAfrika, Dél-Amerika, Európa) érhetők el - MetOp műhold adataiból származtatott produktumok még nem érhetők el -



2009.11.20.

Földfelszín Megfigyelés Munkacsoport (LSA SAF) Sugárzási produktumok és felszínhőmérséklet - Felszínhőmérséklet (LST [oC]): MSG/SEVIRI műszer 10,8 μm és 12,0 μm-es fényességi hőmérsékletek lineáris függvényeként számolják. - Felszínre érkező rövid- és hosszúhullámú sugárzási fluxusok (DSSF, DSLF [W/m2] ): Vízszintes felületre érkező sugárzási fluxust jelentik a 0,3-4,0 μm és a 4-100 μm spektrumtartományokban - Az LST, DSSF, DSLF produktumot a csoport MetOp AVHRR adatokból is elő kívánják állítani, melyek fejlesztése napjainkban történik A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Felszín hőmérséklet (LST) 2007.09.15. 13:00 UTC.

Felhasználási terület: numerikus időjárás előrejelzés, klíma-modellezés, termény előrejelzés, hidrometeorológia, agrometeorológia.



2009.11.20.

Felszínre érkező rövidhullámú sugárzási fluxus (DSSF) napi menet

Felhasználási terület: numerikus időjárás előrejelzés, klímakutatás, termény előrejelzés, hidrológia, felszíni folyamatok megfigyelése. A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Földfelszín Megfigyelés Munkacsoport (LSA SAF) Vegetációt leíró produktumok - Növényborítottság (FVC, [0-100%]): azt adja meg, hogy az adott területrészt mekkora arányban fedi növényzet - Levél felületi index (LAI, [0 és 10 közötti érték]): azt mutatja meg, hogy egy m2 területen, hány m2 levélfelület található. Mivel a levélnek két oldala van, ezért valójában nem az összes levélfelületet, hanem annak a felét adja meg a LAI - Növényzet energia elnyelő képessége (fAPAR, [0-100%]): a fotoszintetikusan aktív sugárzásnak mekkora hányadát nyelik el az adott területen levő növényzet A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Növényborítottság (FVC) éves menet

0%

100%

Felhasználási terület: numerikus időjárás előrejelzés, klímakutatás, mezőgazdaság és erdőgazdálkodás, hidrológia, természeti katasztrófák megfigyelése, növényzet-talaj dinamikák, szárazság és tűz megfigyelése. A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Földfelszín Megfigyelés Munkacsoport (LSA SAF) A felszín-légkör kölcsönhatást leíró produktumok - Albedó (AL, [0 és 1 között]): A felszín sugárzás-visszaverő képességét jellemzi. Fontos szerepet játszik a felszín-növénylégkör rendszer energia egyensúlyának leírásában és a különböző légköri visszacsatolások terén is fontos paraméter - Hóborítottság (SC): ez a produktum fontos szerepet játszik a felszínen végbemenő fizikai folyamatok során, mivel részt vesz a felszín és a légkör közti energia és víz kicserélődési folyamatokban - Evapotranspirációs fluxus (ET, [mm/h]): a talaj és a növényzet együttes párologtatásából áll elő, így a növények lélegzése során a légkörbe juttatott vízgőzt is tartalmazza A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Albedó (AL) 2007.09.15.

Felhasználási terület: hidrometeorológia, agrometeorológia, környezeti kutatások



2009.11.20.

Hóborítottság (SC) 2009.01.03.

Felhasználási terület: hidrológia, klímakutatás, termény előrejelzés, környezeti kutatások A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Evapotranspirációs fluxus (ET) 2007.09.15. 13:00 UTC

Felhasználási terület: hidrometeorológia, numerikus időjárás előrejelzés, termény előrejelzés, környezeti kutatások A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Földfelszín Megfigyelés Munkacsoport (LSA SAF) Tűzdetektálási produktumok - Tűzdetektálás (FDM): napi térképekből áll, melyek az aktuális tüzeket mutatják, illetve a tűz aktivitás napi menetét - Növényzet égése közben felszabaduló sugárzási energia (FRP): A teljes sugárzási energia kapcsolatban áll azzal az aeroszol, illetve nyomgáz mennyiséggel, mely az égés során a légkörbe kerül. Az FDM produktum kifejezetten a tűz megfigyelésre alkalmas, míg az FRP levegőminőség előrejelzésre, valamint szén körforgalom modellezésre is használható. A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Vegetációs adatok -

-

-

NOAA AVHRR Pathfinder NDVI adatok Közeli infravörös és látható fény tartományába eső csatornák különbségének és összegének hányadosa Dimenzió nélküli szám, -1 és 1 között 8 km-es horizontális felbontású 1981 júliusától 2001 áprilisáig tart 10 napos kompozitképek A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

NOAA AVHRR Pathfinder NDVI adatok feldolgozása korábbi munkákban

Éves NDVI menetek felszíntípusok szerint (Stöckli & Vidale 2004) A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

NOAA AVHRR Pathfinder NDVI adatok feldolgozása korábbi munkákban

Az Alpok éves és évközi NDVI fluktuációja (Stöckli & Vidale 2004) A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Adatsoron végzett előmunkálatok, és korrekciók -

-

-

NDVI adatsorok zajosak - Hibás adatok manuális kiválogatása (Bartholy et al, 2005) - Földrajzi koordináta adatok pontatlansága - Téli negatív értékek szűrése - Sivatagi korrekció (űrbázisú sugárzásmérő műszerek folyamatos degradációja, több műhold méréséből származó eltérő érzékenység, eltérő megvilágítási körülmények miatt más reflektancia, sivatagok éves skálán állandó reflektanciával rendelkeznek  NDVI értékek homogenizálása Idősor korrekció alapja: - NDVI értékek növekedése nem lehet ugrásszerű - Természetes vegetációbeli változásnál hirtelen csökkenést nem követhet hirtelen növekedés - Pl: erdőirtás után folyamatos, lassú újranövekedés következik Cél: A Kárpát-medencére vonatkozó, teljes mértékben korrigált NDVI adatsor létrehozása A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Idősor korrekciók előfeladata -

Téli negatív NDVI értékek kiszűrése ECMWF MARS hóvastagság adatok segítségével

Az NDVI értékek kapcsolata a napi hóvastagság adatok maximumával hóvastagság adatok minimumával átlagával A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Havas adatok kiszűrése 0,8

ND VI

0,4 0,02 0,2

Eredeti Hókorrigált 0,01

Hóvastagság

0

Hóvastagság [m]

0,6 0,03

December

November

Október

Szeptember

Hónapok

Augusztus

Július

Június

Május

Április

Március

Február

0

Január

-0,2

Piros menet: Hóvastagság adatok - Zöld menet: Eredeti NDVI adatsor - Kék: Hókorrigált adatok -

0,04

Adott koordináta 1997-es évre vizsgált hóvastagság és NDVI értékei A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Idősor korrekciók - BISE BISE (Best Index Slope Extraction) - Viovy és társai (1992) fejlesztették ki - Lovell és társai munkájukban (2001) 10 napos kompozitképekre alkalmazta Ausztrália egy területére -



2009.11.20.

BISE korrekció - Eredmények 0,8 0,7 0,6

ND VI

0,5 0,4 0,3 Hókorrigált adatsor

0,2

BISE

0,1

December

November

Október

Szeptember

Hónapok

Augusztus

Július

Június

Május

Április

Március

Február

Január

0

Adott koordináta 1997-es évre vizsgált NDVI értékei, és az erre alkalmazott BISE korrekció a Lovell és társai által publikált cikkben szereplő bemenő paraméterekkel A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Idősor korrekciók - MVI -

MVI (Mean Value Iteration) Ma és társai (2006) fejlesztették ki Kína Észak-Nyugati részét vizsgálva



2009.11.20.

MVI korrekció -Eredmények 0,8 0,7 0,6

ND VI

0,5 0,4 0,3 Hókorrigált adatsor

0,2

MVI

0,1

December

November

Október

Szeptember

Hónapok

Augusztus

Július

Június

Május

Április

Március

Február

Január

0

Adott koordináta 1997-es évre vizsgált NDVI értékei, és az erre alkalmazott MVI korrekció a Ma és társai által publikált cikkben szereplő bemenő paraméterrel A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Jackknife módszer Bemenő korrekciós paraméterek lehetséges értékeinek vizsgálata 0,8 0,8

0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4

Sokéves átlag Perturbált menet Simított átlag Simított átlag

0,3 0,3

0,2 0,2

0,1 0,1

December December

November November

Október Október

Szeptember Szeptember

Augusztus Augusztus

Július Július

Június Június

Május Május

Április Április

Március Március

Február Február

Január

0 0

Január

-



2009.11.20.

Jackknife módszer - eredmények -

Statisztika készítése ötezer futtatásból

0,949

0,977

0,948

0,976 0,975

Korreláció

Korreláció

0,948 0,947 0,947 0,946

0,974 0,973 0,972 0,971 0,970

0,946

0,969

0,945

0,968

0

0,1

0,2

0,3

0,4

Az alfa param éter értéke

BISE korrekció alfa paraméterének vizsgálata

0

0,05

0,1

0,15

0,2

A param éter értéke

MVI korrekció paraméterének vizsgálata A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

1992-es aszály vizsgálata 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2

Hókorrigált adatsor MVI Hókorrigált adatsor BISE Hókorrigált adatsor Hókorrigált adatsor BISE MVI

0,1 0,1

December December

November November

Október Október

Szeptember Szeptember

Hónapok Hónapok

Augusztus Augusztus

Július Július

Június Június

Május Május

Április Április

Március Március

00 Február Február

-

0,7 0,7

Január Január

-

Statisztika által optimálisnak vélt beállítás nem állja meg a helyét Alkalmazkodni kell a helyi évközi sajátosságokhoz MVI paraméterének és BISE alfa paraméterének növeljük az értékét

NDVI NDVI

-

Adott koordináta 1992-es évre vizsgált NDVI értékei, értékei, és és az az erre erre alkalmazott alkalmazott BISE MVI korrekció korrekció A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Korrekciók térbeli ábrázolása

Magyarország korrigálatlan NDVI térképe 1997. januárjának második dekádjára

Magyarország Magyarország BISE MVI módszerrel módszerrel korrigált korrigált NDVI térképe 1997. januárjának második dekádjára A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Minimum, maximum, „flush” térképek Korrigálatlan

BISE korrigált

MVI korrigált

Minimum térképek Maximum térképek

„Flush” térképek A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Trendvizsgálat a korrigált adatsorral 0,8 y = 0,0041x - 7,5971 R2 = 0,6733

NDVI

0,7

0,6

0,5

0,4 1982

1984

1986

1988

1990 1992 Évek

1994

1996

1998

2000



2009.11.20.

Tenyészidőszak hosszabbodásának vizsgálata

Stöckli & Vidale 2004 A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Tenyészidőszak hosszabbodásának vizsgálata 350

36

y = 1,1754x - 2103,5 R2 = 0,0486 y = -0,0456x + 123,4 R2 = 0,0481

24

1990 1992 Évek

Tenyészidőszak kezdete Lineáris (Tenyészidőszak vége)

1994

1996

1998

2000

2000

1988

1998

150

1986

1996

1984

1994

0 1982

200

1992

4

1990

8

1988

12

y = -0,1632x + 333,74 2 250 R = 0,1101

1986

16

1984

20

300

1982

Dekádok száma

28

Tenyészidő napjainak száma

32

Tenyészidőszak vége Lineáris (Tenyészidőszak kezdete) Évek



2009.11.20.

Pinatubo vulkán kitörésének hatásvizsgálata 

20 millió tonna kéndioxid



E = -4W/m2



T = -0,3°C (Hansen, J., et al. 1996)



Kevesebb napfény hatására növények produktivitásának visszaesése  NDVI értékek visszaesése A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról


2009.11.20.

Pinatubo vulkán kitörésének hatásvizsgálata 0,7 1982-1991 1992-2000 Lineáris trend (1982-1991) Lineáris trend (1992-2000)

0,6

0,55

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

1984

0,5

1982

NDVI

0,65

Évek


Köszönöm a figyelmet!

A földfelszín és a növényzet megfigyelése műholdakról

Recommend Documents