Wykorzystanie znormalizowanego różnicowego wskaźnika wegetacji ndvi do oceny tempa zarastania zbiorników przybrzeżnych na przykładzie Jeziora Gardno

Kamil Mironik,

Artur Młodzik,

Roman Cieśliński

Abstrakt

Using the normalized differential index of vegetation NDVI to evaluate the rate of coastal reservoirs overgrowth on the example of Lake Gardno

Abstract: The aim of the study was to estimate the rate and extent of overgrowth of a water reservoir on the example of Lake Gardno, based on the normalized index of vegetation NDVI. In the assessment of the changes taking place in individual summer seasons within the lake basin a thorough analysis was made based on satellite imagery  performed for the years 2000–2014. The main assumption was to develop an appropriate method to determine the extent of expansion of water vegetation on the example of the selected lake. Preliminary results were compiled with monthly average air temperatures and monthly mean precipitation totals, then a detailed analysis was performed to demonstrate the relationships between the effective overgrowth and local meteorological conditions. The observed changes in the ever-growing litoral zone allowed us to suppose that Lake Gardno is going to disappear.

Keywords: overgrowth, NDVI index, coastal lake, vegetation, correlation, expansion

Zarys treści: Rozwój roślinności wodnej w strefie litoralnej znacząco zmienia charakter bezpośredniego otoczenia jeziora. Jednakże, na proces zanikania ma wpływ nie tylko bujna sukcesja roślinności, ale także dostawa materiału dennego wprowadzanego poprzez cieki zasilające.  Celem pracy jest oszacowanie tempa i wielkości zarastania zbiorników przymorskich na przykładzie jeziora Gardno, w oparciu o znormalizowany indeks wegetacji NDVI. W ocenie zachodzących zmian, postępujących w poszczególnych sezonach letnich w obrębie niecki jeziornej, posłużono się dokładną analizą na podstawie zdjęć satelitarnych wykonywanych w latach 2000–2014. Głównym założeniem było opracowanie odpowiedniej metody pozwalającej określić zasięg ekspansji roślinności wodnej w jeziorze. Wstępne wyniki zestawiono z wartościami średniej miesięcznej temperatury powietrza oraz średnich miesięcznych sum opadów atmosferycznych pochodzących ze stacji zlokalizowanej w Łebie. Następnie wykonano szczegółową analizę mającą na celu wykazanie zależności między efektywnym zarastaniem a oddziaływaniem lokalnych warunków meteorologicznych takich jak temperatura powietrza czy warunki pluwialne. Zaobserwowane zmiany stale powiększającej się strefy litoralnej pozwalają wskazać postępujący proces zanikania jeziora Gardno. Oszacowano, iż w ciągu roku roślinność porastająca brzegi jeziora Gardno ulega zwiększeniu o około 0,5 ha, jednakże przyrost charakteryzuje się raz większym, raz mniejszym stopniem podczas każdego sezonu wegetacyjnego.

Słowa kluczowe: zarastanie, indeks NDVI, jezioro przymorskie, wegetacja, korelacja, ekspansja
References

Balicki H., 1980, Szkic hydrograficzny zlewni jeziora Gardno, Wiadomości IMGW, 4, 8–10.

Bresciani M., Stroppiana D., Fila G., Montagna M., Giardino C., 2009, Monitoring reed vegetation in environmentally sensitive areas in Italy, Rivista Italiana di Terelirevamento, 41 (2), 125–137.

Carlson T.N., Ripley D.A., 1997, On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index, Remote sensing of Environment, 62 (3), 241–252.

Chen J., Jönsson P., Tamura M., Gu Z., Matsushita B., Eklundh L., 2004, A simple method for reconstructing a high-quality NDVI time-series data set based on the Savitzky–Golay filter, Remote sensing of Environment, 91 (3), 332–344.

Choiński A. Ptak M., Strzelczak A., 2014, Present-day evolution of coastal lakes based on the example of Jamno and Bukowo (the Southern Baltic coast), Oceanological and Hydrobiological Studies, 43 (2), 178–184.

Choiński A., 2007, Limnologia fizyczna Polski, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań.

Choiński A., 2014, Przykłady zaniku jezior w Polsce i ich przyczyny [w:] R. Cieśliński. K. Jereczek-Korzeniewska (red.), Problemy badań wody w XX i XXI wieku, Wyd. UG, Gdańsk, 66–81. 

Choiński A., Kaniecki A., 2003, Plan ochrony Słowińskiego Parku Narodowego, Poznań (maszynopis). Choiński A., Ptak M., 2008, Zanikanie jezior w Wielkopolsce na tle Polski, Roczniki Gleboznawcze, 59 (2), 25–31.

Choiński A., Ptak M., 2013, Zmiany powierzchni i batymetrii wybranych jezior Pojezierza Pomorskiego, Prace Geograficzne, 133, 61–76.

Cieśliński R., 2011, Geograficzne uwarunkowania zmienności hydrochemicznej jezior wybrzeża południowego Bałtyku, Wyd. UG, Gdańsk.

Chlost I., 2010, Kartograficzny zapis zmian sieci wodnej Niziny Gardneńsko-Łebskiej w okresie XIX i XX wieku [w:] A. Kaniecki, A. Baczyńska (red.), Zmiany stosunków wodnych w czasach historycznych, Studia i Prace z Geografii i Geologii, 9, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 17–31.

DeFries R.S., Townshend J.R.G., 1994, NDVI-derived land cover classifications at a global scale, International Journal of Remote Sensing, 15 (17), 3567–3586.

Głowienka E., Michałowska K., 2007, Możliwość monitorowania zmian środowiska z użyciem narzędzi GIS na przykładzie Słowińskiego Parku Narodowego, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 17, 241–249.

Grandke M., 2009, Zmiany powierzchni jezior Breńskie i Białe-Miałkie (Pojezierze Sławskie) w latach 1778–2008, Studia Limnologica et Telmatologica, 3 (1), 3–24.

Hargrove W.W., Stoms D.M., 2000, Potential NDVI as a baseline for monitoring ecosystem functioning, International Journal of Remote Sensing, 21 (2), 401–407.

Hildebrandt-Radke I., 1999, Bilans transportu eolicznego na plaży mierzei Gardnieńsko-Łebskiej, [w:] K. Borówka, Z. Młynarczyk, A. Wojciechowski (red.), Ewolucja geosystemów nadmorskich południowego Bałtyku, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań-Szczecin, 79–86.

http://fotoraporty.pl/oferta/teledetekcja/ndvi/ (dostęp: 17.09.2018).

https://earthexplorer.usgs.gov/ (baza danych) (dostęp: 17.09.2018).

https://en.tutiempo.net/climate/poland.html (dostęp: 12.12.2017).

Jańczak J., 1997, Atlas jezior Polski. Jeziora zlewni rzek Przymorza i dorzecza dolnej Wisły, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.

Kiage L, Walker N., 2009, Using NDVI from MODIS to monitor duckweed bloom in lake Maracaibo: Venezuela, Water Resources Management, 6, 1125–1135.

Kondracki J., 2000, Geografia regionalna Polski, PWN, Warszawa.

Kosiński K., Hoffmann-Niedek A., 2008, Klasyfikacja obiektowa użytków zielonych z wykorzystaniem wieloletnich zmian NDVI i filtracji kierunkowych obrazu satelitarnego, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 18, 273–282.

Kosiński K., Kozłowska T., 2003, Zastosowanie wskaźnika NDVI i filtracji kierunkowej do rozpoznawania użytków zielonych oraz analizy zmian siedlisk i zbiorowisk łąkowych, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 13, 387–395.

Kosiński K., Kozłowska T., Kwiecień R., Ziaja W., 2004, Zastosowanie wskaźnika NDVI do wyróżniania łąk o różnym poziomie użytkowania i uwilgotnienia, Woda – Środowisko – Obszary wiejskie, 4 (1), 201–218.

Kowalczyk V., 1993, Zróżnicowanie zarastania jezior w zlewniach w obrębie wydzielonych pojezierzy, MS, Instytut Geografii UAM, Poznań.

Kozłowska T., Kosiński K., Kwiecień R., Ziaja W., 2004, Zastosowanie wskaźnika NDVI do wyróżniania łąk o różnym poziomie użytkowania i uwilgotnienia, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie, 4, 201–218.

Krąż P., Piasecki A., 2015, Zmiany misy jeziora Bobięcińskiego Wielkiego z wykorzystaniem narzędzi GIS, Współczesne problemy i kierunki badawcze w geografii, 3, 197–206.

Kunz M., Nienartowicz A., 2007, Zmienność przestrzenna NDVI i wskaźników tekstury Zaborskiego Parku Krajobrazowego w zależności od gospodarczego oddziaływania człowieka, Teledetekcja Środowiska, 37, 51–60.

Liira J., Feldman T., Maemets H., Peterson U., 2010, Two decades of macrophyte expansion on the shores of a large shallow northern temperate lake – A retrospective series of satellite images, Aquatic Botany, 93, 207–215.

Marynowska W.C., 2018, Analysis and visualisation of lake disappearance process in Iława Lakeland Landscape Park, Quaestiones Geographicae, 37(1), 115–124.

Miszalski J., 1973, Współczesne procesy eoliczne na Pobrzeżu Słowińskim. Studium Fotointerpretacyjne, Dokumentacja Geograficzna Instytutu Geografii PAN, 1–182.

Mitsch W.J., Day Jr. J.W., 2006, Restoration of wetlands in the Mississippi–Ohio–Missouri (MOM) River Basin: Experience and needed research, Ecological Engineering, 26 (1), 55–69.

Nowacka A., Ptak M., 2007, Zmiany powierzchni jezior na Pojezierzu Wielkopolsko-Kujawskim w XX w., Badania Fizjograficzne nad Polską Zachodnią, Seria A – Geografia Fizyczna, 58, 149–157.

Papastergiadou E.S., Retalis A., Apostolakis A., Georgiadis Th., 2008, Environmental monitoring of spatio-temporal changes using remote sensing and GIS in a Mediterranean wetland of Northern Greece, Water Resources Management, 22 (5), 579–594.

Pettorelli N., Vik J. O., Mysterud A., Gaillard J. M., Tucker C. J., Stenseth N. C., 2005, Using the satellite-derived NDVI to assess ecological responses to environmental change, Trends in Ecology & Evolution, 20 (9), 503–510.

Piasecki A., 2013, Zmiany powierzchni jezior Pojezierza Dobrzyńskiego w świetle materiałów kartograficznych, Prace Geograficzne, 132, 39–57.

Piotrowska H. (red.), 1997, Przyroda Słowińskiego Parku Narodowego, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań-Gdańsk.

Ptak M., 2013a, Zmiany powierzchni i batymetrii wybranych jezior pojezierza pomorskiego, Prace Geograficzne, 133, 61–76.

Ptak M., 2013b, Lake evolution in the Żnin region in the years 1912–1960 (central Poland), Quaestiones Geographicae, 32 (1), 21–26.

Rouse J.W., 1978, Monitoring the vernal advancement and retrogradation (green wave effect) of natural vegetation, Remote Sensing Center, Texas University.

Schechtl A., 1984, Plan urządzenia gospodarstwa leśnego na okres 1.01.1983 do 31.12.1992, Słowiński Park Narodowy, I: część ogólna planu, Mscr., BULIGL oddział w Szczecinku.

Tobolski K., Mocek A., Dzięciołowski W., 1997, Gleby Słowińskiego Parku Narodowego w świetle historii roślinności i podłoża, Domini, Bydgoszcz– Poznań.

Walawender J., 2009, Wykorzystanie danych satelitarnych Landsat i technik GIS w badaniach warunków termicznych miasta (na przykładzie aglomeracji krakowskiej), Prace Geograficzne, 122, 81–98.

Czasopismo ukazuje się w sposób ciągły on-line

Pierwotną wersją czasopisma jest wersja elektroniczna publikowana w internecie