Hidrológiai Közlöny 2003 (83. évfolyam)

XLIV. Hidrobiológus Napok: "Ritkán vizsgált és különleges vizek" Tihany, 2002. október 2-4.

136 IIIDKOI.tXilAI KO/.I.ONY 2003. 83. íiVIv Távérzékelés a Balaton vízminőségének felmérésében Sváb Emese

1, Andrew Tyler

2, Tom Preston

3, Antal Kristófé, Présing Mátyás

5 'Eötvös Loránd Tudományegyetem, Térképtudományi Tanszék, Budapest 2Department of Environmental Science, University of Stirling, Stirling, UK 3Isotope Biochemistry Laboratory, Scottish Universities Environmental Research Centre, Glasgow, UK 4Fejér Megyei Növény- és Talajvédelmi Szolgálat, Velence 5Magyar Tudományos Akadémia Balatoni Limnológiai Kutatóintézet, Tihany Kivonal: A vi/, minősége befolyásolja fényvisszavető-képességéi - e/ért alkalmasak a műholdfelvételek tematikus térképek készítésére - ám az összefüggés e két ténye/ö közöli nem egyértelmű l^indsat I'M, ill ETM+ felvételek használata a Balaton vízminőségének felmérésében igen összetett feladat A vízben szinte mindig magas a lebegőanyag koncentrációja, amely elfedi az a-klorotill tartalmat, li/ért összetett statisztikai módszerek szükségesek a műholdképek elemzésére, melyeket előzetesen ismert tulajdonságú vizek fényvisszaverés-vizsgálatával kell tesztelni. Az. igy kialakított eljárás segítségével elkészüli a Balaton lebegőanyag-, ill a-klorolill térképe 2000 szeptember 1 l-re vonatkozóan A módszer kiletjcszthetönok bizonyult az. 1994 július 25-én készült kép elemzésére is, és segítségével a jövőben készítendő műholdképek értékelése hasonlóképpen megoldható lesz Kulcsszavak: távérzékelés, vízminőség, spektrometria, a-klorotill, Balaton Bevezetés A természetes vizek fényvisszaverő képességét elsősorban azok lebegőanyag-, klorofill- és oldott szerves szén tartalma határozza meg (Gille 1992) Ezért alkalmas a műholdak által - több hullámhossztartományban - készített kép a vízminőség ellenőrzésére, a vizsgálandó vízfelület minden képi pontjára vonatkozóan így olyan áttekintő képet kaphatunk a fitoplankton biomassza tér- és időbeli eloszlásáról, amely a legjobban szervezett hagyományos mintavételi technikával sem lehetséges (George 1997). Az egyes hullámhossztartományokban a műhold rögzíti a Földről - ebben az esetben a Balatonról - visszavert sugárzást. Az intenzitásértékek azonban nem hozhatók közvetlen összefüggésbe a felvételezésükkori vízminőséggel. Ezért a képek kiértékelése a hagyományos módszerekkel nyert terepi alapadatokra támaszkodva kifinomult matematikai, statisztikai módszerek alkalmazásával történik Olyan összefüggésrendszer kialakítását tűztük ki célul, amely segítségével megrajzolható a Balaton egy adott időpontra vonatkozó lebegőanyag-, ill. a-klorofill térképe. Megvizsgáltuk, hogy a kialakított módszer alkalmas-e korábban (pl. 1994. július 25.) készült felvételek értékelésére is. Megállapítottuk, hogy az eljárás kiterjeszthető a jövőben, a Balatont ábrázoló műholdképek elemzésére, valamint alkalmazható más, hasonlóan magas lebegőanyag-tartalommal rendelkező víztestek esetében is. Munkánk során a Landsat műholdcsalád TM és ETM+ jelü szenzorai által rögzített képek hat csatornáját használtuk fel, melyek a látható fény-, a közeli és a közép infravörös tartományt fedik le. A két érzékelő között az általunk vizsgált hullámhosszokon nincs különbség. A térbeli felbontás minden csatomán névlegesen 30x30 méter A ma kereskedelmi forgalomban levő jobb terepi felbontású képek nem rendelkeznek megfelelő spektrális felbontással (QuickBírd, Ikonos), a sok csatornával bíró érzékelők pedig 0,5 - I km-nél is nagyobb felbontással dolgoznak (MERIS, MODrS) Történt már próbálkozás a vízminőség meghatározására műholdképek alapján a Balatonon, de pl. a-klorofill esetében a képpontokat 10 ng/l-enkénti csoportokba sorolták be (Gitclson és mtsai 1989. 1990. 1993. Szabó <K- Szilágyi 1984). Akkor a hidrooptikat modell megalkotása volt a cél, de a kutatások 1990-ben, sajnos leálltak. Mivel a Balaton vizében szinte mindig magas a lebegőanyag-koncentráció (Herodek és rntsai 1988), ezért más tavakra kidolgozott módszerek a Balaton elemzésére alkalmatlanok A szakirodalom szerint a ma rendelkezésre álló műholdképek alapján nem lehetséges az olyan vízminőségi jellemzők szétválasztása, mint a lebegőanyag-tartalom és az a-klorofill koncentráció, különösen eutróf vizek esetében (Dekker 1995) Anyag és módszerek A részletes vízminőségi térképsorozat kialakításához három fő lépés vezetett. Az elsőben kísérletekkel igazoltuk, hogy a választott módszenei eredményt érhetünk el. A második lépés a terepi alapadatok gyűjtése és elemzésük, a harmadik pedig a képek elemzése és az eredmények tematikus térképeken való megjelenítése volt Először azt vizsgáltuk meg, hogy a különböző - általunk előállított - Balaton-vizek milyen fényvtsszaverési tulajdonságokkal bírnak. Kis medencében ismert mennyiségű lebegőanyagot, ill. algatenyészetet hígítottunk fel Balaton-vízben, és terep spektrométer segítségével rögzítettük a reflektancia változásait. Megerősíthettük, hogy a medence vizéhez adott egyre növekvő mennyiségű lebegőanyag (szárított, majd porrá őrölt fenéküledék) fokozatosan növelte a viz fényvisszaverő-képességét, különösen 500-680 nm között. Egy másik kísérletsorozatban a vízvirágzások idején nagy tömegben előforduló három kékalgafaj, az Aphanizomenon issatchenkoi, az Anabaena aphaizomenoides és a Cylindrospermopsis raciborskii, valamint egy tesztalgaként általánosan alkalmazott zöldalga, a Selenastrum capricomutum fény-visszaverését vizsgáltuk. Megállapítottuk, hogy lebegőanyag-mentes vízben sem lenne lehetséges e négy fajt egymástól csupán a fénymenetük alapján megkülönböztetni, még ha spektrálisan olyan finom felbontású eszköz állna is rendelkezésre, mint a terepi spekrométer 433 sávja 300 és 1000 nm között (/. ábra). (Bár a S. capricornutum reflektanciája eltérést mutatott 680 nm körül.) A. issatchenkoi [227 fig/1] A. aphamzomenoides [222 pgfl] capricomutum [ 192 pg/l] C. raciborskii fi 54 ttg/lj I. ábra. A négy algafaj fényvtsszaverési tulajdonságai 300-1000 nm között