Časopriestorová dynamika fenológie v Strednej Ázii s využitím metód diaľkového preiskumu Zeme

Mgr. Bc. Roman Bohovic, Ph.D.

Disertační práce

The Spatial and Temporal Dynamics of Remotely-sensed Vegetation Phenology in Cenral Asia

Abstract:

This work deals with the utilization of satellite data for monitoring vegetation dynamics in Central Asia region. It tests and subsequently applies one of the investigated methods for vegetation monitoring by land surface phenology. The detailed scrutiny and testing of several available methods led to the choice of GIMMS NDVI data from 1981 to 2011, processed with Timesat software, while filtering the NDVI time series by asymmetric Gauss function and setting the relative threshold for the start of season on 25% of seasonal vegetation increase. These were applied to generate a set of nine phenological indices determinant of the spatiotemporal variability of vegetation in Central Asia, as well as a specific trend analysis. The spatial variability of investigated region comprises three basic aspects: north-southern latitudinal gradient, east-western altitude gradient and the availability of water in terms of precipitation and proximity of rivers and irrigation network. The majority of Central Asia regions displayed an increase in phenology indices related to the vegetation volume and biomass, which correlates with a decrease in vegetation out of the growing season. This trend was not followed in the driest regions, especially in Turkmenistan and Uzbekistan, which might indicate an advancing desertification. The comparison of several homogeneous subregions showed many similarities among areas strongly influenced by agriculture, which proves a significant anthropogenic influence on regional phenology in the sense of attenuating variability of phenology of specific ecosystems. One of the major contributions of this work is the calculation and further evaluation of specific phenology indices for the longest period of 30 years, as well as the introduction of novel aspects in vegetation dynamics encompassed in the complex of land surface phenology. This way of remote sensing data management proved suitable for the description of vegetation dynamics in very dry regions with minor vegetation, as well as in semi-deserts and steppe, however, it was not appropriate in desert areas. Though land surface phenology has, by its nature, some drawbacks in comparison to ground phenology, yet, it appears as a promising interdisciplinary extension to conventional phenology.

Abstract:

Dizertačná práca sa zaoberá využitím satelitných dát pre monitoring vegetácie v regióne Strednej Ázie. Testuje a napokon aplikuje jeden z prístupov k sledovaniu vegetácie a jej časopriestorovej dynamiky, tzv. fenológiu zemského povrchu. Výsledkom metodickej časti a testovania je použitie dátovej sady GIMMS NDVI pre obdobie 1981 – 2011, využitie softwaru Timesat, filtrovanie časovej rady NDVI asymetrickou Gaussovou funkciou a voľba relatívneho prahu na úrovni 25% sezónneho prírastku pre stanovenie začiatku vegetačnej sezóny. Následne bola vypočítaná a spracovaná sada deviatich fenologických indexov charakteristických pre popis časopriestorovej variability vegetácie v Strednej Ázie vrátane analýzy trendu. V priestorovej variabilite regiónu dominujú tri základné charakteristiky: severojužná pásmová zonalita, východno-západná výšková zonalita a dostupnosť vody, nielen v podobe zrážok, ale aj vzdialenosti od veľkých vodných tokov a zavlažovaných oblastí. V regióne sa štatisticky nevýznamne objavuje trend skoršieho začiatku vegetačnej sezóny. Na veľkých častiach Strednej Ázie bol identifikovaný nárast fenologických indexov popisujúcich výšku vegetácie a objem biomasy, ktorý je zároveň spojený s poklesom vegetácie mimo vegetačnej sezóny. Neplatí to však pre najsuchšie oblasti predovšetkým v Turkmenistane a Uzbekistane, čo môže byť znakom postupujúcej dezertifikácie. Porovnanie homogénnych subregiónov ukázalo, že najviac podobností majú oblasti silne ovplyvňované poľnohospodárstvom, z čoho možno usudzovať na významný antropogénny vplyv na fenológiu v regionálnom rozsahu v zmysle znižovania variability fenologických prejavov jednotlivých ekosystémov. Prínosom práce je výpočet a vyhodnotenie stanovených indexov pre doposiaľ najdlhšie obdobie 30 rokov, ako aj analýza nových aspektov vegetačnej dynamiky vo forme komplexnej fenológie zemského povrchu. Tento prístup diaľkového prieskumu Zeme sa osvedčil vhodným aj pre popis dynamiky vegetácie vo veľmi suchých oblastiach s minimálnou vegetáciou, v polopúšťach a stepiach, mimo oblasti úplne bez vegetácie. Hoci sa fenológia zemského povrchu svojou povahou DPZ odlišuje od pozemnej fenológie, javí sa ako perspektívne medziodborové rozšírenie štúdia fenológie vegetácie.

Klíčová slova

fenológia, vegetačná dynamika, fenológia zemského povrchu, Stredná Ázia, začiatok vegetačnej sezóny, NDVI, diaľkový prieskum Zeme, phenology, vegetation dynamics, land surphace phenology, Central Asia, start of the season, remote sensing

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 9. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 11. 2016
• Vedoucí: prof. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc.
• Oponent: doc. Ing. Lena Halounová, CSc., Mgr. Jan Písek, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Geografie (čtyřleté) / Kartografie, geoinformatika a dálkový průzkum Země