Spektrální variabilita přírodě blízkých biotopů na příkladu Libereckého kraje

David Schlindenbuch

Bachelor's thesis

Spectral variability of near-natural habitats on the example of the Liberec Region

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá aplikací hypotézy o spektrální variabilitě (SVH) na problematiku ochranářsky cenných biotopů v rámci Libereckého kraje. Rešeršní část je věnována zhodnocení současného stavu výzkumu biodiverzity pomocí dálkového průzkumu Země (DPZ), shrnuje možné silné a slabé stránky SVH a přibližuje vlastnosti několika metrik, používaných ve výzkumu spektrální variability krajiny. Ze snímků z družic Sentinel-2 byl vypočítán vegetační index NDVI, z něhož byly dále získány metriky (směrodatná odchylka NDVI a Shannonův index), popisující spektrální variabilitu Libereckého kraje ve třech různých měřítkách. Po explorační analýze Vrstvy mapování biotopů (VMB) byly stanoveny kategorie biotopů, ve kterých budou porovnány hodnoty spektrální variability. Vzájemně porovnávané kategorie jsou I) biotopy ovlivněné člověkem a nemapované oblasti II) přírodě blízké a nepřírodní biotopy a III) formační skupiny přírodě blízkých biotopů. V programu ArcGIS byly s využitím VMB vygenerovány sady náhodných bodů, prostorově rozmístěné dle porovnávaných kategorií biotopů. Do náhodných bodů byly načteny prostorově odpovídající hodnoty použitých metrik. Pomocí neparametrických testů a zobecněného lineárního modelu byly takto získané hodnoty vzájemně porovnány. Výsledky potvrdily, že existují odlišnosti v hodnotách spektrální variability v rámci testovaných kategorií. Bylo zjištěno, že mezi formačními skupinami přírodě blízkých biotopů jsou rozdíly nejvýraznější, v případě kategorie II) záleží míra odlišnosti zejména na nadmořské výšce a v kategorii I) byla určujícím faktorem použitá metrika. Škála použité metriky hrála oproti ostatním jmenovaným proměnným malou roli. Výsledky práce rozšiřují poznání v oblasti SVH a představují potenciálně slibný směr, kterým by se mohl ubírat další výzkum.

Abstract:

This bachelor thesis focuses on applying the Spectral variability hypothesis (SVH) in the field of habitat conservation in the whole area of Liberecky region. The review is dedicated to the evaluation of the current methods of estimating biodiversity with the use of remote sensing, summarizes possible pros and cons of the SVH and describes several landscape indices, used in the spectral variability research. A Normalized difference vegetation index (NDVI) for the area was calculated using Sentinel-2 images. NDVI was then used to calculate landscape indices (Standard deviation of NDVI and Shannon’s index) to quantify the spectral variability of the area of interest in three extents of moving window. Exploratory data analysis of the Habitat mapping layer served as a base for dividing habitats into categories. The selected categories are following: I) habitats strongly influenced by anthropogenic effects and unmapped areas, II) close to nature and unnatural habitats and III) habitat types within the close to nature habitats. The spectral variability values were to be tested within these categories. Afterwards, sets of random points, were generated in the ArcGIS software, with each set located in one of the selected categories. Landscape indices values were then extracted into all the randomly generated spatial points. Obtained datasets were statistically tested using nonparametric tests and a generalized linear model. The results have shown significant differences of spectral variability within all the categories tested. Most significant differences occured in the category III). Level of significance in the test results within the category II) showed a strong relation with altitude, whereas in the category I), landscape indice was the decisive variable. The scale of landscape indices played a minor role, compared to the above mentioned variables. The results of the thesis expand knowledge in the field of SVH and represent a potentially promising direction in which further research could continue.

Keywords

Sentinel-2, GIS, NDVI, Shannonův index, biotop

Keywords

Sentinel-2, GIS, NDVI, Shannon's index, habitat

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Petra Šímová, Ph.D.
• Reader: Vítězslav Moudrý, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Environmental Sciences / Applied Ecology