Uydu uzaktan algılama, sulak alanlarda karbon tutulumuna dair bilimsel kanıtlar sunmaktadır.

Karbon yutağı tahmini

Küresel karbon döngüsünde, önemli bir ekosistem türü olan sulak alan ekosistemleri, karbon döngüsündeki ve karbon bütçesindeki dinamik değişimlerin incelenmesinde çok önemli bir rol oynar ve küresel karbon dengesine önemli ölçüde katkıda bulunur. Karasal ekosistemlerdeki en önemli karbon rezervuarlarından biri olan sulak alanlar, karasal yüzeyin yalnızca yaklaşık %6'sını oluşturmasına rağmen, karasal topraklardaki toplam karbon depolamasının %10-30'unu içerir. Karbon depolamaları, atmosferdeki artan CO2'yi hafifletebilir ve küresel iklimin istikrara kavuşturulmasında ve sera etkisinin azaltılmasında hayati bir rol oynar.

Son yıllarda, iklim değişikliği ve insan faaliyetleri nedeniyle sulak alanlar önemli ölçüde küçülmüş ve normal ekosistem karbon döngüsü süreçleri de önemli değişikliklere uğramıştır. Sulak alanların karbon tutma kapasitesi ve bölgesel çevre üzerindeki etkisine ilişkin derinlemesine araştırmalar, küresel iklim değişikliği koşulları altında hassas bölgelerdeki sulak alan ekosistemlerinin karbon tutma işlevini nicelleştirmek açısından büyük önem taşımaktadır. Küresel iklim değişikliği bağlamında, sulak alan ekosistemlerinde karbon tutma ve emisyon azaltımına yönelik araştırmalar, dünya çapında giderek ortak bir ilgi konusu haline gelmiştir.

Ülkem, dünyanın en çeşitli sulak alan türlerine, en geniş alanına ve en yaygın dağılımına sahip ülkelerinden biridir. 0,65 milyar hektarlık bir alanı kapsayan bu sulak alan, dünya toplam sulak alanının %10'unu oluşturarak Asya'da birinci, dünyada ise dördüncü sırada yer almaktadır. Çok büyük bir karbon tutma potansiyeline sahip olmakla birlikte, farklı sulak alan türlerinin karbon tutma kapasitesi büyük ölçüde değişmektedir.

Dünyada en yaygın olarak bulunan sulak alan türlerinden biri olan sazlık sulak alanlar, sulak alan karbon bütçesi araştırmalarında önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışma, araştırma nesnesi olarak bir sazlık sulak alan ekosistemini ele alarak, uzaktan algılama tersine çevirme tahmini ve yer verisi desteğini birleştirerek sulak alanın biyolojik karbon tutma kapasitesini tahmin etmeyi ve analiz etmeyi amaçlamaktadır. Bu sayede, sulak alan kaynaklarının korunması ve rasyonel kullanımı ile küresel iklim değişikliğine çözüm bulunması için bilimsel bir temel sağlanmaktadır.

Teknik çözüm

teknik rota

Sulak alanlardaki karbon tutulumunun tahmininde, birincil veri kaynağı olarak çok spektrumlu yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri kullanılır ve ön işleme radyometrik ve ortorektifikasyon işlemlerini içerir. Nesne yönelimli teknikler, sazlık sulak alanlarını otomatik olarak çıkarmak ve çalışma alanındaki dağılım aralıklarını ortaya çıkarmak için kullanılır. Daha sonra, sazlık sulak alanlarındaki karbon tutulumuyla ilgili uzaktan algılama parametreleri tersine çevrilir ve tersine çevirme modeli aracılığıyla çalışma alanındaki sazlık karbon tutulumunun mekansal dağılım haritası elde edilir.

Uzaktan algılama görüntü ön işleme

Karbon yutaklarını belirlemek için çok spektrumlu uzaktan algılama görüntülerini veri kaynağı olarak kullanmadan önce, veriler üzerinde radyometrik düzeltme, radyometrik kalibrasyon, atmosferik düzeltme, ortorektifikasyon, görüntü mozaikleme ve kırpma gibi işlemlerin yapılması gerekmektedir.

• Radyasyon düzeltmesi

Radyometrik düzeltme, öncelikle sensörün kendi koşulları, atmosferik koşullar, güneşin konumu ve açısı ve bazı kaçınılmaz gürültüler gibi faktörlerden kaynaklanan, sensör tarafından elde edilen hedef ölçüm değerleri ile hedef nesnenin spektral emisyonu veya spektral parlaklığı gibi fiziksel nicelikler arasındaki farklılıkları ortadan kaldırmak için kullanılır. Radyometrik düzeltme esas olarak iki bölümden oluşur: radyometrik kalibrasyon ve atmosferik düzeltme.

• Radyasyon kalibrasyonu

Radyometrik kalibrasyon, alınan uzaktan algılama verilerini (tipik olarak görüntü gri tonlama değerleri) gerçek fiziksel niceliklere (ışıma değerleri, zemin yansıtıcılığı vb.) dönüştürür. Temel amacı, sensörün kendisinde bulunan hataları ortadan kaldırmak ve sensör girişinde doğru radyometrik değerleri belirlemektir. Radyometrik kalibrasyon, mutlak radyometrik kalibrasyon ve göreceli radyometrik kalibrasyon olmak üzere ikiye ayrılır.

• Atmosferik düzeltme

Atmosferik düzeltme, öncelikle atmosferik etkilerden kaynaklanan radyasyon hatalarını ortadan kaldırarak zeminin gerçek yansıtıcılığını elde etmeyi içerir. Hedefin zemin sensörü tarafından nihayetinde alınan toplam ışıma değeri, atmosferdeki aerosol saçılması ve güneş ışığı gibi faktörlerden etkilendiği için gerçek yüzey emisyon değeri değildir.

• Ortografik kalibrasyon

Ortorektifikasyon, bir görüntünün uzamsal ve geometrik bozulmalarını düzeltme, görüntü eğimini ve projeksiyon hatalarını ortadan kaldırma ve böylece çok merkezli projeksiyon düzlemi ortofotosu elde etme işlemidir.

• Görüntü mozaikleme ve kırpma

ENVI işleme yazılımı kullanılarak, çalışma alanını kapsayan aynı veri kaynağından elde edilen uzaktan algılama görüntüleri birleştirildi ve birleştirilmiş görüntüler, çalışma alanının vektör aralığına göre kırpılarak sazlık çalışma alanının görüntüsü elde edildi.

▲ Çok spektrumlu uzaktan algılama görüntülerinde sazların dağılım haritası

Araştırma Yöntemleri

Bu çalışmada, uzaktan algılama görüntülerinden sazlık sulak alanların otomatik olarak çıkarılması için ağırlıklı olarak nesne yönelimli bir yaklaşım kullanılmıştır. Sulak alanlar doğal sazlık alanlar ve yapay sazlık alanlar olarak ikiye ayrılmıştır. Uzaktan algılama görüntülerinin spektral bilgileri, çalışma alanındaki karbon yutağıyla ilgili uzaktan algılama faktörlerini tersine çevirmek için kullanılmış ve çoklu uzaktan algılama faktör parametrelerinin entegrasyonuyla kapsamlı karbon yutağı tahmin edilmiştir.

Uzaktan algılama tersine çevirme sonuçları

2022'de karbon yutağı dağılımı

Çalışma alanındaki karbon tutulumu, örneklem parselleri anket verilerine dayanarak hesaplanmıştır. Ocak, Haziran ve Eylül 2022 aylarına ait uzaktan algılama verileri seçilmiştir. Kamışlık sulak alanlarda karbon tutulumunun tersine tahminine yönelik en uygun regresyon modelini oluşturmak için, bitki örtüsü indeksleri NDVI, MSAVI, RVI, SAVI ve DVI ile örneklem parsellerindeki karbon tutulumu arasında korelasyon analizi yapılmıştır. Çalışma alanındaki farklı mevsimlerdeki aylık karbon tutulumunun mekansal dağılımı, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, uzaktan algılama tahmin modeli kullanılarak elde edilmiştir. Bu, 2022 yılındaki üç mevsimin farklı aylarındaki kamış karbon tutulumunun dağılımını yansıtmaktadır. Kamışların karbon tutulum kapasitesi mevsimsel faktörlerden önemli ölçüde etkilenmektedir; Ocak ayındaki ilkbahar mevsiminde karbon tutulum kapasitesi zayıf, neredeyse yok denecek kadar azdır; Haziran ayındaki yaz mevsiminde, kamış büyümesiyle birlikte karbon tutulum kapasitesi kademeli olarak artmaktadır; ve Eylül ayından itibaren kamışların karbon tutulum kapasitesi zayıflamaya başlamaktadır.

Bu çalışma, araştırma nesnesi olarak sazlık sulak alan ekosistemlerini kullanarak, sulak alanların karbon tutma kapasitesini tahmin etmek ve analiz etmek için saha araştırmaları ve uzaktan algılama yorumlamasını bir araya getirmektedir. Ayrıca, yerel kalkınma koşulları ve ulusal ekonomik ve sosyal kalkınmaya dayalı olarak karbon yutma potansiyelini öngörmekte ve sazlık sulak alan kaynaklarının korunması ve rasyonel kullanımı ile küresel iklim değişikliğine yönelik çözümler için bilimsel bir temel sağlamaktadır.