Teledetekcja

Teledetekcja odnosi się do pozyskiwania danych i informacji o zjawisku i terytorium, bez bezpośredniego kontaktu z nim. Jest to alternatywa dla obserwacji in situ. Techniki teledetekcji są stosowane w wielu dziedzinach, w tym geografii, hydrologii, ekologii, meteorologii, oceanografii, glacjologii, geologii, a także do zastosowań wojskowych, wywiadowczych, handlowych, ekonomicznych, planistycznych i humanitarnych.

Technologie teledetekcji mogą być oparte na satelitach lub statkach powietrznych i są w stanie wykrywać i klasyfikować obiekty i cechy systemu Ziemi za pomocą sygnałów propagowanych (np. promieniowania elektromagnetycznego). Ponadto wykorzystanie dronów pojawia się ze względu na dane o wysokiej rozdzielczości, które można zebrać w krótkim czasie w celu monitorowania w czasie rzeczywistym. „Aktywne” techniki teledetekcji odnoszą się do sygnału emitowanego bezpośrednio przez satelitę lub statek powietrzny, który jest odbijany przez obiekt i jest z kolei wykrywany przez czujnik (np. RADAR i LiDAR), natomiast „pasywne” teledetekcja odnosi się do czujników zdolnych do wykrywania promieniowania emitowanego lub odbijanego przez obiekt lub otaczające go obszary (np. fotografia filmowa, podczerwień, urządzenia sprzężone z ładunkiem i radiometry).

Ostatnio teledetekcja została wykorzystana do lepszego zrozumienia systemu klimatycznego i jego zmian. Umożliwia monitorowanie powierzchni Ziemi, oceanu i atmosfery w kilku skalach czasowo-przestrzennych, umożliwiając w ten sposób obserwacje systemu klimatycznego, a także badanie procesów związanych z klimatem lub zjawisk długo- i krótkoterminowych, takich jak wylesianie lub trendy El Niño. Ponadto teledetekcja jest przydatna do gromadzenia informacji i danych w obszarach niebezpiecznych (np. podczas pożarów) lub niedostępnych (np. w obszarach nieprzepuszczalnych). Konkretne przykłady zastosowań teledetekcji związanych również z praktykami w zakresie przystosowania się do zmiany klimatu obejmują: (i) zarządzanie zasobami naturalnymi, (ii) zarządzanie praktykami rolniczymi, na przykład związanymi z użytkowaniem gruntów, ochroną gruntów i zasobami węgla w glebie, (iii) taktyczne operacje gaszenia pożarów lasów w systemach wspierania decyzji w czasie rzeczywistym, (iv) monitorowanie pokrycia terenu i jego zmian w różnych skalach czasowych i przestrzennych, nawet po wystąpieniu klęski żywiołowej, (v) lepiej poinformowana gospodarka leśna i wodna, (vi) ocena zasobów węgla i związana z tym dynamika, (vii) symulacja dynamiki systemu klimatycznego, (viii) poprawa prognoz klimatycznych i produktów ponownej analizy meteorologicznej, szeroko stosowane w badaniach nad zmianą klimatu.

Ponadto teledetekcja może być wykorzystywana do poprawy ostrzegania i gotowości, a zatem jest również przydatna w zarządzaniu ryzykiem związanym z klęskami żywiołowymi. Systemy informacji geograficznej (GIS) wykorzystujące technologię satelitarną mogą być wykorzystywane do opracowywania systemów wczesnego ostrzegania i prognozowania w celu zmniejszenia ryzyka związanego z klęskami żywiołowymi i zarządzania nim (tj. przygotowania lepszego przewidywania cyklonów i ścieżek powodziowych, susz, występowania pożarów), a także do pomocy w przygotowaniu się do działań. Technologia teledetekcji może być również przydatna do wykrywania szkód po katastrofie, w oparciu o analizę porównawczą obrazów przed i po katastrofie. Dane i informacje z teledetekcji są również przydatne dla pracowników służb ratunkowych.

W Europie i na całym świecie istnieją różnorodne programy i inicjatywy mające na celu stymulowanie wykorzystywania i udostępniania danych zdalnych. Copernicus to unijny program obserwacji Ziemi koordynowany i zarządzany przez Komisję Europejską. Składa się ze złożonego zestawu systemów, które zbierają dane z wielu źródeł: satelity obserwacji Ziemi i czujniki in situ, takie jak stacje naziemne, czujniki powietrzne i morskie. Program Copernicus przetwarza te dane i dostarcza użytkownikom informacji za pośrednictwem zestawu usług obejmujących sześć obszarów tematycznych: lądem, morzem, atmosferą, zmianą klimatu, zarządzaniem kryzysowym i bezpieczeństwem. Usługa programu Copernicus w zakresie zmiany klimatu (C3S) zapewnia usługi w zakresie zmiany klimatu, które wspierają europejskie polityki i działania w dziedzinie klimatu, przyczyniając się do budowania większej odporności społeczeństwa europejskiego w zmieniającym się klimacie spowodowanym przez człowieka. Globalny System Systemów Obserwacji Ziemi (GEOSS) to zestaw skoordynowanych, niezależnych systemów obserwacji Ziemi, informacji i przetwarzania, które zapewniają dostęp do informacji sektorowi publicznemu i prywatnemu. Portal GEOSS oferuje pojedynczy punkt dostępu do internetu dla użytkowników poszukujących pakietów danych, obrazów i oprogramowania analitycznego istotnych dla wszystkich części świata.

Teledetekcja jest wykorzystywana do tworzenia systemów wsparcia wiedzy lub nawet decyzji dla docelowych użytkowników (np. praktyków zajmujących się zarządzaniem ryzykiem związanym z klęskami żywiołowymi, urbanistów, planistów gruntów, rolników itp.). Zaangażowanie użytkowników końcowych jako zainteresowanych stron w cały proces projektowania i tworzenia wiedzy i produktów ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania produktów, które są naprawdę wykorzystywane i użyteczne, zgodnie z paradygmatem koprodukcji.

Techniki teledetekcji, a w szczególności obrazy satelitarne, są już z powodzeniem stosowane w wielu dziedzinach związanych ze zmianą klimatu, takich jak: (i) badanie globalnych tendencji temperaturowych, zarówno na powierzchni oceanów, jak i w atmosferze, (ii) wykrywanie zmian promieniowania słonecznego wpływających na globalne ocieplenie, (iii) monitorowanie aerozoli, stężenia pary wodnej i zmian w reżimie opadów, (iv) badanie dynamiki wydłużania się pokrywy śnieżnej i pokrywy lodowej, (v) monitorowanie zmian poziomu morza i modyfikacji wybrzeży, (vi) monitorowanie stanu i zmian roślinności, (vii) monitorowanie zasobów wodnych i wpływu susz i okresów suchych, (viii) monitorowanie zdarzeń pożarowych i emisji pożarów, (ix) przewidywanie ryzyka klęsk żywiołowych, takich jak cyklon, powodzie i susze, (x) kierowanie procesami decyzyjnymi w zakresie przystosowania się do zmiany klimatu. Wykorzystanie danych z teledetekcji szybko ewoluuje, zarówno pod względem dostępnych technik, jak i rozdzielczości, i oczekuje się, że w przyszłości pojawią się inne zastosowania istotne dla przystosowania się do zmiany klimatu.

Pojawiły się jednak pewne obawy dotyczące stosowania teledetekcji. Badanie i monitorowanie zmian klimatu wymaga długoterminowych szeregów czasowych obserwacji, podczas gdy dane satelitarne są często dostępne w krótkim okresie. Ponadto pewne niepewności i zniekształcenia otrzymanych ramek obrazu spowodowane wibracjami i turbulencjami mogą wynikać z uprzedzeń w czujnikach i algorytmach wyszukiwania, więc wykorzystanie obserwacji satelitarnych w badaniach zmian klimatu wymaga jasnej identyfikacji takich ograniczeń. Inne możliwe ograniczenia obejmują: wysokie koszty pozyskiwania danych o wysokiej rozdzielczości dotyczących statków powietrznych i dronów; (ii) w niektórych przypadkach ograniczony dostęp do potrzebnych technologii ze względu na koszty lub ograniczenia w zakresie umiejętności; (iii) nieciągłość czasowa statków powietrznych i danych satelitarnych; podczas gdy pierwszy może być szczególnie kosztowny i w związku z tym dostępny dla ograniczonej liczby badań, drugi jest zbierany w stałych odstępach czasu w zależności od czasu powrotu satelity.

Bezpośrednie obserwacje lądowe mają zazwyczaj ograniczony zasięg przestrzenny, natomiast techniki teledetekcji umożliwiają monitorowanie na większą skalę. Dane satelitarne mają szeroki zasięg, możliwości wieloczasowe i wielospektralne, dostarczając danych i informacji związanych ze zmianą klimatu dla rozległych obszarów. Umożliwia to lepsze zrozumienie systemu klimatycznego, badanie i przewidywanie wpływu zmiany klimatu na ekosystemy oraz monitorowanie skuteczności wdrożonych środków przystosowawczych.

Teledetekcja umożliwia również gromadzenie danych w niebezpiecznych lub niedostępnych obszarach, bez zakłóceń dla witryny i zapewnia częste aktualizacje. Pozyskiwanie danych jest często tańsze i szybsze niż bezpośrednie gromadzenie danych z ziemi. Ponadto wykorzystanie dronów zwiększa elastyczność monitorowania czasu i przestrzeni oraz korzyści wynikające z braku ryzyka dla ludzi.

Cena zdjęć satelitarnych różni się w zależności od rozdzielczości przestrzennej. Obrazy archiwalne o niskiej rozdzielczości (> 10 m) są zazwyczaj bezpłatne, a cena wzrasta z 1 do 8 USD za km ² przechodząc z rozdzielczości 5-10 m do rozdzielczości 0,3-1 m (ceny z 2019 r.; zob. np. Geocento). Koszty są nieco wyższe w przypadku zdjęć wykonanych przez samoloty i drony; ten ostatni może osiągnąć rozdzielczość < 0,05 m. Oczywiście ceny rosną, jeśli wymagane są niestandardowe obrazy. Potrzebne są również zasoby do przetwarzania danych i tworzenia aplikacji. Ponadto do korzystania z danych z teledetekcji wymagane są wystarczające umiejętności i zdolności.

Czas wdrożenia odnosi się do przetwarzania danych i dostarczania ostatecznej wiedzy lub produktów. W dużej mierze zależy to od konkretnego zakresu i wykorzystania technik teledetekcji, poziomu dostępnych umiejętności, dostępności potrzebnych narzędzi oraz współpracy między różnymi zainteresowanymi stronami.

Wykorzystanie technik teledetekcji do badania zmiany klimatu i wspierania określania działań na rzecz łagodzenia zmiany klimatu i przystosowania się do niej można przeprowadzić zarówno w perspektywie krótko-, jak i długoterminowej.