Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)
2019 / 1. szám
38 Hidrológiai Közlöny 2019. 99. évf. 1. sz. Radaralapú vizesélőhely-monitoring Sentinel-1 adatokkal Gulácsi András*, Kovács Ferenc* *SZTE Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, 6722 Szeged, Egyetem u. 2-6. (E-mail: guland@protonmail.com; kovacsf@geo. u-szeged. hu) Kivonat A Duna-Tisza közi szikes tavak, vizes élőhelyek rendkívül szélsőséges vízellátottságú területek, melyek érzékenyek az éghajlatváltozás által indukált szárazodással szemben, ugyanis ezek nagyrészt a lehulló csapadékból kapnak vízutánpótlást. A legtöbb passzív műholdas szenzor a felhőborítás és az alacsonyabb időfelbontás miatt nem alkalmas vizesélőhely monitoringra. Most már hozzáférünk a Sentinel-1 műholdak C-sávú szintetikus apertúra radarjának (C-SAR) felvételeihez, amelyek ingyenes, közepes térbeli felbontású (10 m), nagy időbeli felbontású (6 nap) és a felhőborítástól független adatokat szolgáltatnak. A tanulmányban a Felső-Kiskunsági tavak területén (13 000 ha) vizsgáltuk a vizes élőhely jellegét alapvetően meghatározó felszíni vízborítás változásait 2014 októberétől 2018 novemberéig. Kidolgoztunk egy módszert a vízborítás detektálására, ami a radarképek automatikus osztályozásán alapszik. Az adatok feldolgozására a Google Earth Engine felhőplatformot használtuk, amit a műholdképek és egyéb földi megfigyelési adatok feldolgozására hoztak létre. Az osztályozáshoz a wekaKMeans-nek nevezett eljárást használtuk. A verifikáció során összevetettük az eredményül kapott vízborításokat más műholdas érzékelők - Landsat 8 és Sentinel-2 - adataiból számolt, módosított normalizált differenciált vízindex (MNDWI, Modified Normalized Difference Water Index) alapján meghatározott vízborításokkal. Az MNDWI alapján történő lehatárolás küszöbértékes osztályozással történt. A küszöbértékeket vevő működési karakterisztika (Receiver Operator Characteristics, ROC) eljárás segítségével kaptuk meg. Két teljesen különböző módszerrel és hullámhossz-tartományokon (radar/wekaKmeans, MNDWI/ROC) jól egybevágó eredményeket kaptunk, közepesen magas Spearman-féle korrelációs együtthatókkal (p = 0,57-0,79). Kulcsszavak Sentinel-1, radar, Google Earth Engine, vizes élőhelyek, belvíz, Homokhátság, klaszterelemzés. Radar-based wetland monitoring with Sentinel-1 data Abstract Saline lakes and wetlands on the Danube-Tisza Interfluve have large temporal fluctuations in water supply and are vulnerable to the climate change induced aridification, since they are recharged by precipitation only. Most passive satellite sensors are unsuitable for continuous wetland monitoring because of cloud cover and low temporal resolution. Now, we have access to Sentinel-1 C-band synthetic aperture radar (C-SAR) data which are free, cloud-independent, have moderate geometric (10 m) and high temporal (6 days) resolutions. In the study, we examined surface water cover changes from October, 2014 to November, 2018 in the Felső-Kiskunság lakes region (13.000 ha). We developed a method for water cover detection that is based on automatic classification of radar data. For data processing, we used the Google Earth Engine cloud platform which is created for the processing and analysis of satellite imagery and other environmental data in planetary scale. We applied the so-called wekaKMeans clustering algorithm for our data. As verification, we compared our results with water coverage calculated from modified normalized difference water index (MNDWI) derived from Landsat 8 and Sentinel-2 surface reflectance images. We used a threshold-based binary classifier on MNDWI data. The threshold limit for water cover was found by using the Receiver Operator Characteristics (ROC) method. By using two completely distinct methods operating in distinct wavelength ranges (radar/wekaKmeans, MNDWI/ROC), we yielded good matching results with moderately high Spearman’s correlation coefficients (p = 0.57-0.79). Keywords Sentinel-1, radar, Google Earth Engine, wetlands, inland excess water, Homokhátság, cluster analysis. BEVEZETÉS Az éghajlatváltozás által indukált szárazodás a Duna-Tisza közén nagy hatással lehet az élővilág, a természetvédelem számára nagy értékkel bíró szikes tavainak, vizes élőhelyeinek szélsőséges vízellátottságára. Az elmúlt évtizedekben jellemző trendszerű folyamatok és egyre gyakoribb szélsőségek mellett a klímamodellek az aszályok növekvő gyakoriságát és erősségét prognosztizálják a Kárpát-medencében (Mezősi és társai, 2016). A hazai folyószabályozások és lecsapolások után a megmaradt vizes élőhelyek nem, vagy csak alig kapnak vízutánpótlást a folyókból, így a lehulló csapadékból táplálkozhatnak csupán. A csapadék éves eloszlásának változása, illetve különösképpen a tavaszi csapadékmennyiség szignifikáns csökkenése és a hőmérsékletemelkedéssel járó fokozottabb párolgás a nyáron negatív hatással van a vízmérlegre (Dawson és társai 2003, Erwin 2009). A tanulmány célja egy módszer kidolgozása a felszíni vízborítás minél részletesebb és minél nagyobb időfelbontású megfigyelésére a Sentinel-1 műhold C-SAR (C sávú szintetikus apertúra) radar felvételeinek segítségével. Ezzel minden eddiginél részletesebb betekintést kaphatunk a vizes élőhelyek vízborításában bekövetkező változásokba. Az így nyert vízborítási adatok segítségével képesek leszünk nyomon követni az időjárás által kiváltott, illetőleg az éghajlatváltozáshoz kötődő változásokat, ami a természetvédelmi tervezésben fontos információkat szolgáltat. Ezelőtt sajnos nem voltak elérhetők ingyenes, nagy időbeli (6 nap) és közepes (10-30 m) térbeli felbontású radarfelvételek, csupán a passzív műholdak multispektrális felvételei álltak rendelkezésünkre, amelyek kevésbé alkalmasak a monitoringra - főként a légköri zavaró hatások (aeroszol, felhőborítás, felhőárnyék) miatt -, így csupán hiányos idő
