Spektrální variabilita jako indikátor druhové diverzity ptáků a ornitologické hodnoty území v podrobném měřítku hodnocení

Vojtěch Šebek

Bachelor's thesis

Spectral variability as an indicator of bird species diversity and ornithological value of an area at a detailed scale

Abstract:

Bakalářská práce se zabývá predikcí druhové diverzity a ornitologické hodnoty ptáků ve Žďárských vrších za použití multispektrálních satelitních snímků Landsat. Hlavním cílem je ověřit platnost a využitelnost hypotézy o spektrální variabilitě. Tato hypotéza předpokládá, že vyšší variabilita spektrálních charakteristik snímku indikuje heterogennější prostředí, což by mělo vést k vyšší diverzitě druhů. Tuto hypotézu řešilo již mnoho studií a některé ji potvrdily, jiné vyvrátily. Velmi zde záleží na měřítku výzkumu, čemuž se věnuje rešeršní část bakalářské práce. V metodické části bakalářská práce nejprve popisuje výpočet vysvětlovaných proměnných (počet druhů, Shannonův index diverzity, ornitologická hodnota) na zkoumaných lokalitách. Následuje odvození vysvětlujících proměnných neboli prediktorů ze satelitního snímku, jimiž jsou medián a směrodatná odchylka jednotlivých spektrálních pásem a spektrálních indexů ve 150metrovém okolí zkoumaných lokalit. Vztah mezi vysvětlovanými proměnnými a jejich prediktory je analyzován pomocí zobecněného lineárního modelu. Výsledky ukázaly, že použití spektrální variability je problematické. Pouze některá spektrální pásma a indexy reagovaly dle této hypotézy, většinou v případě, kdy bylo využito blízké infračervené pásmo (v rámci indexu NDVI nebo jako samotné čtvrté spektrální pásmo). To potvrzuje jeho užitečnost, poněvadž se používá pro posouzení biodiverzity velice často. Z výsledků lze usoudit, že druhová diverzita i ornitologická hodnota ptáků ve Žďárských vrších rostla v heterogenním prostředí se zdravou hustou vegetací a proměnlivou vlhkostí. Avšak kombinace 30metrových pixelů ze snímku Landsat 5 a 7hektarových zkoumaných lokalit se neukázala jako příliš vhodná k posouzení biodiverzity nebo ornitologické hodnoty pomocí spektrální variability. Vhodné by bylo postup ověřit v jiném měřítku a v různých fenologických fázích.

Abstract:

The bachelor thesis examines the prediction of bird species diversity and ornithological value in Žďárské vrchy using Landsat multispectral satellite imagery. The primary objective is to validate the applicability and usefulness of Spectral Variability Hypothesis. This hypothesis assumes that higher variability in spectral characteristics of the image indicates more heterogenous environment which should lead to higher species diversity. The hypothesis has been explored in numerous studies and some of them confirmed it, others rejected it. It is hugely dependent on the scale of the research which is summarised in the literary research of the thesis. In the methodology section, the thesis describes the calculation of the response variables (species richness, Shannon diversity index, ornithological value) at study sites. This is followed by deriving the explanatory variables or so-called predictors from the satellite image. The median and standard deviation of each spectral band and of several indices are calculated within a 150-meter surroundings of the sites. The relationship between the response variables and their predictors is then analyzed using a generalized linear model. The results reveal that using spectral variability is problematic. Only some of the spectral bands and indices supported the hypothesis, mostly when using the near-infrared band (within the NDVI indice or the fourth spectral band alone). This confirms its utility, as it is very often used for biodiversity assessment. The results show that bird species diversity and ornithological value in Žďárské vrchy increased in heterogeneous environment with healthy dense vegetation and variable wetness. However, the combination of 30-meter pixels from Landsat 5 imagery and 7-hectare study sites did not prove to be very suitable for assessing biodiversity or ornithological value using spectral variability. It would be appropriate to verify the approach at a different scale and during various phenological stages.

Keywords

Landsat, NDVI, Shannonův index, GIS, modely druhové distribuce

Keywords

GIS, Landsat, NDVI, Shannon index, species distribution models

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 3. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 27. 5. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Petra Šímová, Ph.D.
• Reader: Vítězslav Moudrý, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme:
Geographic Information Systems and Remote Rensing in Environmental Sciences