Monitorowanie zakwitu alg w Odrze

Wykonawcy:  mgr Marcin Kluczek, dr Maciej Bartold (Centrum Teledetekcji)
e-mail: marcin.kluczek@igik.edu.pl, maciej.bartold@igik.edu.pl

Na przełomie lipca i sierpnia doszło do ogromnego zanieczyszczenia w Odrze. Nastąpiło masowe śnięcie ryb. Ogłoszono poważną katastrofę ekologiczną. Skutkiem zaburzenia środowiska w ekosystemie rzecznym było pojawienie się niebezpiecznego zjawiska zakwitu wody. Jako pierwsi tematem śledzenia z poziomu satelitów zakwitu glonów w Odrze zajęli się niemieccy naukowcy z Instytutu Ekologii Wód i Rybołówstwa Śródlądowego Leibniza (IGB). We współpracy z Brockmann Consult opracowali oni mapy zmian zawartości chlorofilu-α w rzece.

Przygotowany przez zespół Centrum Teledetekcji nowy algorytm pozwala na automatyczne wykrywanie czasowo - przestrzennych zmian zakwitu wody nie tylko w rzece, ale również we wszelkich wodach powierzchniowych. Algorytm dostarcza nowe opracowania co 5 lub 10 dni w zależności od występowania zachmurzenia nad badanym obszarem. Zasada jego działania oparta jest na wykorzystaniu danych z misji Copernicus Sentinel-2 przy jednoczesnym wykrywaniu aktualnego zasięgu wód powierzchniowych oraz monitorowaniu zmian satelitarnego wskaźnika zawartości chlorofilu NDCI (ang. Normalized Difference Chlorophyll Index) w badanych obszarach.

Obecny w algach barwnik roślinny chlorofil-α jest czuły na padające światło słoneczne w zakresie spektralnym tzw. krawędzi czerwieni (ang. red-edge). Zamontowane na pokładzie satelitów Sentinel-2A i 2B sensory multispektralne pozwalają na wykrycie zmian barwnika zaznaczające się w bardzo wąskich zakresach spektralnych promieniowania słonecznego. Oparty na matematycznej kombinacji odbicia światła w ww. zakresach promieniowania satelitarny wskaźnik NCDI informuje o zawartości chlorofilu w roślinności.

Szerokość koryta rzeki Odry waha się w zależności od odcinka od 100 do 300 m. Pozwoliło to na efektywne monitorowanie stanu wód z wykorzystaniem zobrazowań Sentinel-2 o rozdzielczości przestrzennej 10 m. Dane te posłużyły do wyliczenia w chmurze obliczeniowej Google Earth Engine mediany wskaźnika NDCI z dziesięciu dni. W celu analizy aktualnego zasięgu wód powierzchniowych wykonano maskowanie automatycznie progując wartości obliczonego wskaźnika Sentinel Water Mask (SWM). Dzięki temu na obrazach satelitarnych wyłączono z analizy ostrogi regulacyjne.

Rycina ilustrująca zakwit alg na Odrze w okresie 11-20 sierpnia, oraz obniżenie zawartości chlorofilu wykazane spadkiem wartości wskaźnika NDCI w okresie 21-30 sierpnia br. Zamieszczone poniżej wizualizacje przedstawiają czasowo-przestrzenne występowanie zakwitu alg na odcinku Odry niedaleko Krosna Odrzańskiego. W dniach 21–31 lipca stężenie utrzymywało się na średnim poziomie. W kolejnym okresie (11–20 sierpnia) odnotowano nagły wzrost stężenia zawartości chlorofilu. Dziesięć dni później (21–30 sierpnia) zakwit glonów przesunął się dalej w dół rzeki, a zawartość chlorofilu na odcinku w pobliżu Krosna Odrzańskiego spadła.

Zaawansowane techniki teledetekcyjne oparte na wykorzystaniu danych z nowoczesnych satelitów optycznych Sentinel-2 programu obserwacji Ziemi Copernicus wykazują potencjał w monitorowaniu tempa zanieczyszczenia wód, jak również mogą stanowić nieocenione wsparcie w jak najszybszym zapobieganiu takim zagrożeniom.

Więcej o monitorowaniu skażenia Odry w miesięczniku Geodeta nr 9 (328) na stronie gazety pod linkiem.