Noc vědců: Návrat do minulosti s pomocí geoinformatiků

Anotace: Ukážeme vám, jak s námi díky soudobým technologiím geoinformačních systémů můžete cestovat časem. Zpracování různých typů dat dálkového průzkumu Země umožňuje nejen zrekonstruovat objekty zaniklé v minulosti, ale také mapovat a kvantifikovat změny v krajině. Prozkoumáme, jak pozorovat kůrovcové kalamity, vyhledávat vhodná místa pro pěstování plodin v Etiopii nebo příhodná místa pro reintrodukci koně Převalského v Mongolsku. Během naší exkurze navštívíme pomocí virtuální prohlídky i zaniklý středověký Ostrovský klášter či zaniklou obce Dolní Vltavice. Pojďte s námi vyzkoušet putování v čase do různých koutů naší planety. Připravila výzkumná skupina EO4Landscape, Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie, PřF UK.

Vedoucí výzkumné skupiny: doc. RNDr. Přemysl Štych, Ph.D.

Autoři: Mgr. Josef Laštovička, Ph.D.; Mgr. Daniel Paluba; Mgr. Jan Svoboda 

Spolupracovníci: Mgr. Tomáš Palatý; Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D.; Ing. Eva Štefanová, Ph.D.; Mgr. Natalia Kobliuk; Mgr. Pavlo Kryshenyk; RNDr. Pavel Švec, Ph.D.; Mgr. Radovan Hladký; Bc. Daniela Valchářová; Bc. Gabriela Pinlová; Bc. Samo Rusnák

Obsah:
Úvod
1. Ostrovský klášter
2. Dolní Vltavice
3. Výzkum vývoje zdravotního stavu lesa z oběžné dráh
4. Hledání potenciálních míst pro reintrodukci koně Převalského v Mongolsku
5. Soudobé problémy světa

Úvod

Geoinformační systémy nám umožňují analyzovat, spravovat a ukládat geoprostorová data. Jedním z nejvýznamnějších zdrojů dat o zemském povrchu nám v současnosti poskytují družice obíhající kolem Země. Právě monitorováním zemského povrchu se zaobírá vědní obor zvaný dálkový průzkum Země (DPZ). Samotné počátky DPZ sahají až do poloviny 19. století – k vynálezům, které umožnily létání. První letecká fotografie se připisuje G. Tournachonu (Nadar; Obrázek 1) díky fotografii Paříže z balónu z roku 1858. Poté se pro pořizovaní fotografií zemského povrchu používali například i holubi (Obrázek 2). První umělá vesmírná družice na monitorování Země, Sputnik 1 (Obrázek 3), byla vypuštěna o století později – v roce 1957, díky čemuž lidstvo objevilo obrovský potenciál tohoto typu monitorování Země a tím se započala éra vesmírného dálkového průzkumů Země. Vesmírný DPZ se dnes stále vyvíjí a umožňuje sledovat stav a změny odehrávající se nejen na Zemi, ale také na dalších objektech ve Vesmíru. Mimo družicových dat máme k dispozici i letecká data, z dronů (či UAV), případně i pozemní data pořízená na dálku.

Obrázek 1: Portrét Nadara v balónu, ze sbírky Smithsonian Institution (Zdroj: Wikipedie)

Obrázek 2: Fotografie holuba vybaveného kamerou (Zdroj: The New Yorker)

Obrázek 3: Družice Sputnik 1  (Zdroj: Wikipedie)

Pomocí získaných prostorových dat jsme schopni vizualizovat sledované území v podobě mapy. Velkým trendem současnosti pak je možnost vytvářet i 3D prostorová data pomocí aktivních senzorů DPZ, které vysílají vlastní zdroj elektromagnetického záření. Zejména pak mikrovlnná radarová (např. SRTM), případně infračervená lidarová (např. DMR 5G) data nám umožňují vytvářet i detailní modely krajiny, které uživatelům usnadňují představit si podobu pozorovaného prostředí. Výhodou skenování v mikrovlnné oblasti spektra je možnost pozorovat Zemi bez ohledu na počasí (mikrovlnné záření proniká oblačností) a ve dne i v noci, protože není závislá na slunečním světle. Nejdelší vlnové délky mikrovlnného spektra dokáží proniknout i pod některé typy povrchu, díky čemuž byly objevena stará koryta vyschnutých řek, které se nacházejí pod saharskými dunami. Kromě toho se toto spektrum využívá například na detekci sněhu a jeho tloušťky, sledování pohybů ledovců, detekci ropných skvrn a různých pohybů terénu.

Mimo jiné je možné použitím vícero snímků vytvářet i 3D modely terénu, které bývají doplněny detailními ručními nebo fotogrammetrickými modelacemi ve velmi vysoké kvalitě LOD (Level of Detail), mnohdy nerozeznatelné od skutečnosti, a to i již neexistujících území. Díky tomu můžeme tyto oblasti analyzovat, uchovávat pro další generace a také pomocí těchto technologií můžeme umožňovat lidem „cestovat v čase“. Pojďte s námi putovat v čase a objevovat možnosti soudobých geoinformačních systémů.

1. Ostrovský klášter

Naše první zastávka bude ve středověku okolo roku 1200 našeho letopočtu nedaleko za Prahou, u soutoku řek Vltavy a Sázavy. Uprostřed Vltavy před soutokem se nachází ostrov, na němž byl vztyčen v románské podobě dnes již neexistující klášter (Příloha 1). Konkrétně pak jeden z nejstarších mužských klášterů v Čechách, Klášter Stětí sv. Jana Křtitele na Ostrově u Davle (Sancti Johannis Baptistae in Insula), který byl založen benediktýnskými mnichy již okolo roku 999 za knížete Boleslava II. z rodu Přemyslovců (do roku 1137 existoval ve dřevěné podobě, kdy klášter vyhořel a následně byl přestavěn do kamenné podoby). Mimo samotný klášter se na vrcholu ostrohu mezi Sázavou a Vltavou sluní středověké město opevněné hradbami a valem (Obrázek 4). Klášter se pak vyznačoval výrobou keramické dlažby, která byla distribuována do širokého okolí. Nedávno byla neporušená dlažba vyšehradského typu, pocházející ze zdejší dílny, nalezena při rekonstrukci v rotundě sv. Václava na Malé Straně (Obrázek 5). V klášteře bylo i významné skriptorium, z něhož bylo dochováno i několik rukopisů (např. žaltář Gregorii Quattuor libri dialogorum z přelomu 11. a 12. století nebo Codex Ostroviensis z roku 1174).

Příloha 1: Virtuální ukázka středověkého města a románské fáze kláštera (Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10; data)

Obrázek 4: Kostel sv. Kiliána, Ostrovský klášter a středověké město od západu okolo roku 1200(Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10)

Obrázek 5: Nalezená dlažba vyšehradského typu na Malé straně(foto: Petr Kříž)

Posuňme se však v čase o sedm let později do roku 1278, kdy byl klášter i přilehlé město vypleněno Branibory (Obrázek 6). Po jeho vyplenění byl klášter nabídnut mnichům z cisterciáckého řádu, ti však ale odmítli. Na konci 13. století, za doby císaře Karla IV., byl klášter obnoven benediktinskými mnichy a přestavěn do vrcholně gotického slohu. Středověké město již obnoveno nikdy nebylo. Počátek 14. století je pak i naše další zastávka v čase (Příloha 2). V této podobě byl klášter dochován až do husitských válek, kdy byl klášter opět několikrát vydrancován, což vedlo k postupnému chátrání a později odchodu mnichů do Svatého Jana pod Skalou roku 1517, což představovalo úplný zánik kláštera.

Obrázek 6: Drancování Braniborů okolo Davle v roce 1278(Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10)

Příloha 2: Virtuální ukázka středověkého kláštera v gotické fázi s možností přesunutí v čase do románského období pro porovnání (Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10; data)

V dnešní době se na území klášteřiště nacházejí pouze poodhalené zbytky připomínající zaniklé italské město Pompeii (Příloha 3 a 4). Naopak v oblasti středověkého města byly dochovány pouze zahloubené sklepy původních budov či prohloubenina středověkého obranného valu města, celá oblast je dnes zalesněna. O tomto centru středověké vzdělanosti se dozvídáme především z kronik, vizuální podoba kláštera a okolí byla dochována pouze v Altmanově panoramatu, které bylo pořízeno až v roce 1640, kdy už byl klášter podruhé vypleněn během husitských válek, což představovalo jeho konec a z honosných staveb se postupně staly ruiny. Archeologové z Regionálního muzea Jílové u Prahy se společně s geoinformatiky z katedry aplikované geoinformatiky a kartografie spojili, aby vytvořili detailní rekonstrukci pomocí nejmodernějších technologií. Využito bylo laserové letecké skenování a radarová data vytvářející detailní digitální model území včetně širokého okolí. Terén byl na základě starých dochovaných map (Stabilní katastr nebo II. vojenské mapování) modifikován do období před zatopením vodní nádrží Vrané před rokem 1935. K samotnému vytvoření bylo užito i vizualizací archeologů (např. od Františka Stehlíka a Jana Heřmana) nebo dochované literatury (doc. Miroslava Richtera). Dnešní technologie nám umožňují vytvářet i vizualizace v různých ročních obdobích (Obrázek 7), případně i rekonstruovat různé historické události (Obrázek 6). Část práce byla zaměřena i na interiéry gotické podoby staveb, které byly rekonstruovány na základě obdobných dochovaných staveb, např. klášter v Milevsku nebo v Jindřichově Hradci, případě na základě dochovaných artefaktů, nalezených zejména během archeologických průzkumů ve 20. století pod vedením doc. Miroslava Richtera a prof. Petra Sommera. Nalezené dochované artefakty jsou dnes uloženy v Lapidáriu Národního muzea v Holešovicích, případně v Regionálním muzeu Jílové u Prahy. Jeden z dochovaných artefaktů – dlaždice vyšehradského typu byla naskenována pomocí laserového skeneru. Následně bylo mračno bodů vyinterpolováno do modelové podoby (Příloha 5). Z modelu dlaždice byla sestavena podlaha, která byla implementována do modelu interiéru arkádového ochozu okolo rajské zahrady (Obrázek 8), tedy do tzv. kvadratury.

Příloha 3: Lokalita bývalého Ostrovského kláštera na leteckých snímcích (Zdroj: Mapy.cz; data)

Příloha 4: Lokalita bývalého Ostrovského kláštera na mapě (Zdroj: Mapy.cz; data)

Příloha 5: 3D model naskenované dlaždice vyšehradského typu (Zdroj: Brůha et al. 2020; data)

Obrázek 7: Zima u Davle ve 14. století(Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10)

Obrázek 8: Implementace naskenované dlaždice do 3D modelu v podobě podlahy kvadratury(Zdroj: Brůha et al. 2020; vyrenderováno v softwaru Lumion 10)

2. Dolní Vltavice

Na několika málo příkladech jsme si ukázali, jak lze využít moderní 3D geoinformační technologie k rekonstrukci zcela změněné středověké krajiny, v různých ročních obdobích i v různých historických souvislostech. Pojďme se však posunout dále, naší další zastávkou je dnes již zaniklá obec Dolní Vltavice. Tato obec (dnes část obce Černá v Pošumaví) byla v roce 1952 až 1959 zatopena Lipnem, tedy největší přehradní nádrží v Česku s rozlohou 48,7 km2 (Příloha 6, 7 a 8). Původní obyvatelstvo Dolní Vltavice bylo po druhé světové válce odsunuto či vystěhováno a většina domů obce byla srovnána se zemí. Nejvyšší budovou tehdejší obce byl kostel, který byl těsně po zatopení Lipnem odstřelen. Pod dnešní hladinou se nachází celé náměstí, v jeho okolí pak i kostel, škola, pošta a mnoho rodinných domů. V dnešní době se na území v okolí přehrady nachází pouze zbytek původní osady a nově přistavěné domy či rekreační střediska. V Dolní Vltavici se nachází i přívoz a lokalita je často vyhledávána k rekreacím českými i zahraničními turisty.

Příloha 6: Dolní Vltavice na mapě II. vojenského mapování vytvořené v letech 1836 až 1852 (Zdroj: Mapy.cz; data)

Příloha 7: Dolní Vltavice na mapě dnes (Zdroj: Mapy.cz; data)

Příloha 8: Dolní Vltavice na leteckých snímcích dnes (Zdroj: Mapy.cz; data)

K detailní rekonstrukci zaniklého území bylo využito vlastnoručně vytvořeného digitálního modelu terénu. Konkrétně byla naskenována mapa III. vojenského mapování v měřítku 1 : 25 000 vytvořená mezi roky 1869 až 1885, která již obsahovala vrstevnice. Mapě byl přiřazen koordinační systém (mapa byla georeferencována) a následně byly vrstevnice převedeny do vektorové podoby (proces vektorizace). Historické vrstevnice byly propojeny se soudobými vrstevnicemi. Terén byl překryt starým leteckým snímkem před zatopením přehradou. Následně bylo provedeno šetření z katastrálních map (například Stabilní katastr) a starých leteckých snímků z 50. let 20. století, z nichž byly zjištěny polohy jednotlivých domů. Na základě kroniky, starých fotografií, pohlednic a výpovědí místních obyvatel byl vytvořen detailní model, který byl texturován podle dochovaných fotografií. Model byl vizualizován pomocí videí (Příloha 9), fotografií (Obrázek 9) nebo interaktivních 3D aplikací (Příloha 10).

Příloha 9: Videoukázka rekonstrukce Dolní Vltavice (Zdroj: Dolní Vltavice žije; data)

Obrázek 9: Rekonstrukce Dolní Vltavice (Zdroj: Dolní Vltavice žije)

Příloha 10: 3D model Dolní Vltavice (Zdroj: Dolní Vltavice žije; data)

3. Výzkum vývoje zdravotního stavu lesa z oběžné dráhy

Naší další zastávkou budou lesní ekosystémy střední Evropy, které byly v posledních dekádách pod silným tlakem nejrůznějších disturbancí. Primárním účelem lesa ve střední Evropě je produkce dřeva. V menší míře, ale pořád svým způsobem nenahraditelným, mají lesy účel ekologický a rekreační. Podrobné poznání a analýzy procesů probíhajících v lesních ekosystémech mohou mít velký význam pro hospodářství, krajinu i zdraví nás všech. Lesy zároveň díky své rozloze a variabilitě v čase představují ideální objekt zkoumání prostřednictvím družicových snímků.

Jak již bylo řečeno, DPZ umožňuje získávání informací o objektu nebo jevu na Zemi bez přímého fyzického kontaktu s ním. Na základě této definice můžeme naše oko zařadit též mezi nástroje dálkového průzkumu. Lidské oko je však citlivé pouze na velmi úzký pás elektromagnetického záření – na oblast viditelného záření (cca 400 až 700 nm), zatímco současné vesmírné družice DPZ umožňují snímání například v infračerveném (700 až 3500 nm), termálním (3500 až 15000 nm), mikrovlnném (1 mm až 1 m) a dalších spektrech (Obrázek 10). Na různých vlnových délkách pak jednotlivé předměty odrážejí odlišné množství elektromagnetického záření (Obrázek 11). Z toho plyne, že pomocí těchto senzorů, snímajících i mimo viditelnou část spektra, mohou výzkumníci odhalit i to, co může být lidskému oku běžně neviditelné. V prvních zastaveních jsme se zaobírali tvorbou terénu pomocí aktivních senzorů DPZ (v infračervené části spektra v podobě lidarů, případně v mikrovlnné části spektra v podobě radarů), nyní si tedy představíme druhou skupinu senzorů, tedy tzv. pasivních senzorů snímající odražené záření, jehož původcem je naše nejbližší hvězda, Slunce.

Obrázek 10: Elektromagnetické spektrum (Zdroj: Cyberphysics)

Obrázek 11: Křivky spektrální odrazivosti pro vodu, vegetaci a půdu (Zdroj: SEOS)

Takováto data, poskytující obraz z více částí spektra, označujeme za multispektrální. Právě infračerveného spektra je využíváno pro sledování zdravotního stavu vegetace – pro zdravou vegetaci je charakteristická vysoká odrazivost v délkách infračerveného pásma, naopak nízká odrazivost v červeném viditelném spektru. V případě poškozené vegetace se tyto hodnoty mění, což nám umožňuje sledovat změny. Infračervenou část spektra lze mimo jiné využít i při monitorování oblačnosti, při detekci sněhu a ledu, dále pak tepelné infračervené záření umožňuje sledování teploty mořské vody i zemského povrchu, znečištění vodních ploch, dále je nápomocná při studiu vzduchových hmot a oblačnosti.

Družicový snímek v infračerveném pásmu může být vizualizován například ve stupních šedi, kde světlé budou ty objekty, které infračervené záření dobře odrážejí a tmavé objekty naopak ty, které záření pohlcují. Efektivnější je ale zobrazit infračervené pásmo dohromady s jinými pásmy pomocí tzv. barevné syntézy (Obrázek 12). Obvykle při barevné syntéze dochází k zobrazení kombinace 3 pásem najednou (pomocí RGB modelu). Modré pásmo je vizualizováno ve stupních modré, zelené pásmo ve stupních zelené a červené ve stupních červené. Tímto způsobem jsou například vizualizován obraz na monitorech vašich počítačů. Místo červeného pásma (eventuálně jiného pásma) může být jako červená vizualizováno i jiné pásmo, třeba pásmo pořízené v infračervené části spektra. Uživatel snímku si potom díky takovým obrázkům může představit jaké by to bylo, kdyby místo červené jako červenou vnímal infračervenou. Takové „nepravé“ snímky lze užít ke zvýraznění konkrétního prvku na Zemi (Obrázek 12).

Obrázek 12: Satelitní snímek Landsat 8 řeky Old River v Austrálii zobrazená v tzv. nepravých barvách (Zdroj: EROS USGS)

Výhodou je i územní rozsah snímání – lokální, regionální i globální. Jelikož družice obíhá kolem Země vždy na stejné oběžné dráze, po nějaké době se vrátí na stejné místo a my můžeme získat vždy nová data pro téměř každý bod na Zemi za přesně daný časový interval (temporální rozlišení). Z některých družic to je například každých 16 dní (Landsat 8; ukázka dat v příloze 11), 5 dní (Sentinel-2), každý den (MODIS) nebo u některých meteorologických družic dokonce každých 18 minut (METEOSAT 8). Je nutno zmínit, že mise Landsat byla až do nedávna jedinou kontinuální misí. Poskytovala tak pravidelně snímky ve vysokém rozlišení již od roku 1972 (Obrázek 13), díky tomu můžeme cestovat do historie naší planety za posledních 48 let. Momentálně ale byla mise přerušena kvůli poruše. Doufejme však, že nám již brzy nabídne mise Landsat 9 návaznost na předešlé družicové snímání. S časovým rozlišením přímo souvisí i další vlastnost, a to prostorové rozlišení, tedy jaký detail je schopná družice rozlišit z daného záběru (Obrázek 14). Družice MODIS má prostorové rozlišení některých pásem 250 m, Sentinel-2 pak 10 m a u WorldView-4 dokonce 31 cm. Je však důležité si uvědomit, že prostorové rozlišení klesá s rostoucím časovým rozlišením (Obrázek 15).

Příloha 11: Timelapse kůrovcových kalamit na Šumavě na snímcích od roku 1984 (Zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Obrázek 13: Mise Landsat (Zdroj: USGS 2019)

Obrázek 14: Porovnání prostorového rozlišení různých typů dat DPZ (Zdroj: Lathrop 2015)

Obrázek 15: Prostorové rozlišení dat v geoinformatice a DPZ v závislosti na temporálním rozlišení (Zdroj: Jensen 2007: Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective)

Na následujícím obrázku 16 je syntéza v nepravých barvách vizualizována pro detekci zdravých a poškozených lesů. Konkrétně bylo místo červeného pásma použito pásmo středního infračerveného záření, které je vegetací pohlcováno zejména díky obsahu vody v těle rostliny, keře či stromu. Naopak povrchy bez vegetace nebo s odumřelou vegetací se v tomto pásmu zdají být světlé, takové objekty jsou tedy na těchto snímcích červenější než jiné (v tomto případě růžovofialové). Horní snímek je z roku 2016 a níže z roku 2018. Během těchto dvou let došlo v nasnímané lokalitě ke kůrovcové kalamitě a růžovofialové plochy jsou lesy poškozené kůrovcem. Schopnost vymezit lesy poškozené kůrovcem je efektivní cestou při vyhodnocování ekonomických škod, případně je i vhodné pro rychlé nalezení napadených míst.

Obrázek 16: Kůrovcová kalamita v Jeseníkách mezi roky 2016 a 2018 (Zdroj: Štych et al. 2019)

Na obrázku 17 jsou opět vidět barevné syntézy družicových snímků, kde místo červeného pásma bylo opět použito pásmo střední infračervené části spektra. Vyobrazena byla severní část Libereckého kraje v letech 1992 a 2011. Během tohoto období došlo k řadě míst k velkému ztmavnutí. Konkrétně se jedná o obnovu lesa v místech, kde byl les před rokem 1992 silně poškozen imisemi (např. kyselými dešti) a po ústupu těžkého průmyslu se začal u krajiny vracet její původní vzhled. Hustější vegetace odráží méně záření střední infračervené délky a díky tomu jsou tato místa tmavší s převládajícím jiným odstínem barvy.

Obrázek 17: Obnova lesa v Jizerských horách po kyselých deštích mezi roky 1992 a 2011 (Zdroj: Štych et al. 2019)

Množství odraženého záření na daných vlnových délkách (respektive jakou má barvu) je pak zaznamenáno číslem (jak jinak pohybujeme se v informatice; číslo pak označujeme jako Digital Number). Pokud objekt odráží všechno záření, které na něj dopadne, má hodnotu odrazivosti pro všechna pásma rovnou hodnotě 1,00, tmavá tělesa mají naopak ve veškerých pásmech hodnotu blízkou 0,00. Neexistuje těleso (alespoň na zemském povrchu takové těleso běžné není), které by odráželo veškeré záření, nebo naopak veškeré záření pohlcovalo. Odrazivost reálných objektů se tak pohybuje od 0,00-1,00 a pro každé pásmo může být jiná.

Tato schopnost družicových snímků může být využívána nejrůznějšími způsoby. Obvyklým způsobem je výpočet spektrálních indexů (vhodných pro pozorování zdravotního stavu vegetace – tedy lze užít vegetační indexy, případně půdní indexy nebo vodní indexy) nebo tvorby klasifikací (pomocí předem nadefinovaných parametrů dojde pomocí algoritmu k odlišení různých typů povrchu na základě vlastností spektrální odrazivosti objektů na Zemi; výsledkem je tematická mapa). Pro výpočet spektrálních indexů se obvykle využijí hodnoty odrazivosti dvou nebo více pásem, dosadí se do poměrových nebo ortogonálních vzorců a získá se tak nové číslo, které odráží stav zkoumaného povrchu. Jedná se tedy o výstupnou vrstvu, pomocí které můžeme zohlednit informace z více pásem najednou.

Krásným příkladem je index NDVI (Normalized Diference Vegetation Index). Tento index využívá vlastností vegetace v červené a infračervené části spektra. Zatímco červené záření je vegetací pohlcováno, tak blízké infračervené je vegetací odráženo. NDVI tak představuje normalizovaný rozdíl infračerveného a červeného pásma. Objekty s hodnotou indexu blízké 1, tak odráží větší část infračerveného záření a jen minimum červeného (jedná se např. o zdravé listnaté lesy). Objekty s hodnotami NDVI blízkými 0 naopak odráží zhruba stejné množství červené jako infračervené (tyto hodnoty jsou typické pro vodu).

Na obrázku 18 je vidět srovnání hodnot několika vybraných vegetačních indexů v průběhu času pro vybranou lesní lokalitu v Nízkých Tatrách (na obrázku lze vidět i stav vegetace pomocí fotografie a vývoj kalamity pomocí leteckých snímků a její postupná obnova). Z grafu je možné vyčíst, jak se indexy v průběhu času měnily. Jednotlivé piktogramy představují konkrétní vegetační index, kdy na ose y jsou vidět hodnoty vypočtených indexů a na ose x datum, kdy byly hodnoty naměřeny z dat Landsat. Pro zvýšení přehlednosti jsou jednotlivá měření spojená liniemi. V listopadu 2004 se přehnal přes Nízké Tatry orkán Alžběta, který na lokalitě vyvrátil řadu stromů. V grafu je tato událost vizualizována horizontální oranžovou čarou. Jak je vidět hodnoty všech indexů po této události dramaticky poklesly. Došlo tedy ke snížení živé zelené biomasy, konkrétně k úmrtí stromů, kterým odumřely jehlice. Následující hodnoty grafu znázorňují postupné zotavování lokality. Podobným způsobem lze odhalit i lokality poškozené kůrovcem. Metody mají potenciál zejména při hledání lokalit, kde hrozí expanze kůrovce. Kůrovec má totiž v oblibě lokality, kde jsou stromy odhalené a oslabené, například právě kvůli polomům po větrné kalamitě či jiné disturbanci.

Obrázek 18: Vývoj vegetačních indexů pro lokalitu s větrnou kalamitou v Nízkých Tatrách mezi roky 1992 a 2015, pozorováno pomocí dat mise Landsat (Zdroj: Hladký et al. 2020)

4. Hledání potenciálních míst pro reintrodukci koně Převalského v Mongolsku

Naším dalším zastavením bude východní Asie, opět v posledních několika dekádách, konkrétně pak Mongolsko s jeho překrásnou panenskou přírodou. Mongolsko je z geografického hlediska krajinou mnoha tváří. Většina území je pokryta náhorní plošinou. Jihovýchod země je pak typický pro vysoká pohoří (např. Východní Sajan nebo Mongolský Altaj) a naopak jih země reprezentuje zejména poušť Gobi. Ani v těchto končinách se nelze ubránit pokroku a lidské civilizaci, kde hlavním centrem je Ulánbátar s přibližně 1 400 000 obyvateli. Co je však nutné podotknout, že mnoho obyvatel se v této zemi v minulosti živilo a stále živí pastevectvím a zemědělstvím. To postupně způsobilo úbytek volně žijících zvířat v přírodě. Zejména pak koně Převalského (Equus ferus przewalskii), pro něhož bývalo zejména západní Mongolsko domovinou. Nutno podotknout, že Mongolsko je jednou ze zemí zahraniční rozvojové spolupráce Česka, což vyplynulo zejména ze společných vztahů během minulých politických režimů ve 20. století. V současné době dochází ke spolupráci Mongolska s naší pražskou zoo, která se pyšní postupnými odchovy a návraty téměř vyhynutého posledního druhu divokého koně na naší planetě (koně Převalského) do volné přírody. Díky postupným návratům je v Mongolsku nyní na 500 koní ve volné přírodě, přibližně polovina pak v Gobi B. Pro samotný návrat je však nutné velmi detailně pozorované lokality analyzovat. I k tomu je možné využívat metody dálkového průzkumu Země. V rámci spolupráce katedry aplikované geoinformatiky a kartografie se Zoo Praha byly vytvořeny mapy land cover v letech 2017–2019 (ukázku jedné z map je možné vidět na obrázku 19), mapy byly vytvořeny studenty v rámci předmětu Aplikace GIS v sociální a fyzické geografii. Výstupy byly vygenerovány z dat Sentinel-2 s 10 m prostorovým rozlišením pomocí cloud based platformy Google Earth Engine (GEE). Právě cloud based technologie umožňují rychlý přístup k velkému množství dat v čase a zároveň jejich velmi rychlé a efektivní zpracování pomocí skriptovacího rozhraní v Python nebo JavaScript. Zároveň byly v prostředí GEE vytvořeny detailní fyzicko-geografické analýzy území, na obrázku 20 je možné vidět ukázky úhrnů srážek pro vybranou potenciální lokalitu pro reintrodukci koně Převalského z dat CHIRPS. Případně jsou na obrázku 21 vidět vývoje teplot povrchu z dat MODIS. V současné době se i nadále rozvíjí spolupráce a probíhá hledání a testování nových vhodných míst.

Obrázek 19: Krajinný pokryv východního cípu Mongolska – potenciální nové lokality pro reintrodukci koně Převalského (Zdroj: Google Earth Engine – Platform; Pinlová, Rusnák a Valchářová 2020; data: ESA Copernicus Mission Sentinel-2 L2A)

Obrázek 20: Vývoj úhrnů srážek v potenciální nové lokalitě pro reintrodukci koně Převalského (zdroj: Google Earth Engine – Platform; Pinlová, Rusnák a Valchářová 2020; data: CHIRPS Pentad)

Obrázek 21: Vývoj teplot povrchu v potenciální nové lokalitě pro reintrodukci koně Převalského (zdroj: Google Earth Engine – Platform; Pinlová, Rusnák a Valchářová 2020; data: NASA MODIS Nadir BRDF-Adjusted Reflectance Daily 1km)

5. Soudobé problémy světa

Naše poslední toulky budou směřovat do různých krajů a koutů naší planety, které trápí problémy globálního charakteru. Jedním z problémů je i počet obyvatel na Zemi, který se stále více blíží osmi miliardám (Obrázek 22). S tím také souvisí i vzrůstající zástavba (Příloha 12), těžba (Příloha 13, Příloha 14) či zvyšující se znečištěné ovzduší. To vše pak způsobuje jev, který označujeme za globální oteplování. Dopadem těchto procesů může být například ubývání ledovců (Příloha 15). Dalším výrazným globálním problémem jsou i sucha, případně vysychání vodních ploch (Příloha 16). Právě velmi výrazná sucha jsou značným problémem posledních let, mimo jiné mají vliv např. na již zmíněné šíření kůrovcových kalamit v lesích střední Evropy, případně i na jiné nežádoucí procesy. V poslední době se snaží katedra aplikované geoinformatiky a kartografie společně s geology z Přírodovědecké fakulty a experty České geologické společnosti zapojit do boje s těmito nešvary v Etiopii, která v posledních letech trpí značnými nedostatky vláhy (Příloha 17). Pomocí DPZ a podrobnému geologickému mapování je snahou nalézt vhodná místa pro zemědělství, aby bylo možné dosáhnout co nejvyšších možných výnosů a zamezilo se tak problémům s nedostatkem potravy. Snahou je vytvářet podrobné analýzy pomocí klasifikací a vegetačních či půdních indexů, a následně z nich vyhledávat potenciální nová místa pro pěstování konkrétních plodin.

Obrázek 22: Světová populace podle regionů podle odhadů k roku 2100; 1950 až 2100 (Zdroj: Our World in Data)

Příloha 12: Rozrůstání města – Las Vegas, Nevada, USA (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Příloha 13: Těžba v oblasti Bíliny (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Příloha 14: Pozorování vývoje rozsahu těžby lesů v Brazílii (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Příloha 15: Timelapse vývoje zalednění v Kanadě od roku 1984 (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Příloha 16: Timelapse vývoje stavu Aralského jezera od roku 1984 (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)

Příloha 17: Timelapse vývoje vegetačního krytu v Etiopii od roku 1984 (zdroj: Google Earth Engine – Timelapse)