Sahel

Cílem této webové prezentace je ukázat, jakým způsobem se za posledních 20 let (2000 - 2020) změnila poušť v oblasti Sahelu. Autor prezentace mapuje změny v oblasti zemí, které se v roce 2007 zavázali dodržovat iniciativu „The Great Green Wall for the Sahara and the Sahel Initiative (GGW)“, což je pan-Africký program se silným důrazem na zalesnění. (Leroux a kol., 2019, s. 1).

Země, které se přidaly ke GGW:
Senegal
Senegal
Mauritania
Mauritánie
Mali
Mali
Niger
Niger
Sudan
Súdán
Chad
Čad
Burkina_Faso
Burkina Faso
Djibouti
Džibuti
Eritrea
Eritrea
Nigeria
Nigérie
Etiopia
Etiopie

Metodika

Původně se autor chystal využít datové sady pro lokální změny:

  • USGS Landsat 5 Surface Reflectance Tier 2
  • USGS Landsat 7 Surface Reflectance Tier 2
  • USGS Landsat 8 Surface Reflectance Tier 2

Podobně jako WU a kol. (2020) s tím rozdílem, že by nevyužil takové množství indexů a soustředil se primárně na tzv. „Normalizovaný diferenční vegetační index“ zkráceně NDVI.

Pro globální změny by pak využil derivované datové sady:

  • Landsat 5 TM Collection 1 Tier 1 8-Day NDVI Composite
  • Landsat 7 TM Collection 1 Tier 1 8-Day NDVI Composite
  • Landsat 8 TM Collection 1 Tier 1 8-Day NDVI Composite

Tyto datové sady by pak poskytli snímky od roku 1974 do současnosti. Naneštěstí pro autora, snímků ze satelitů Landsat 5 a Landsat 7 v dané oblasti existuje velmi málo snímků .

Autor byl tedy nucen využít jiného poskytovatele datových sad. Rozhodl se pro MODIS.
Díky tomu sice přišel o 26 let snímků, naoplátku však získal vyšší dostupnost snímků a nemusel využívat více datových sad a jejich průniků.

Konkrétně šlo o tyto sady:

  • MOD13A1.006 Terra Vegetation Indices 16-Day Global 500m,
  • MOD11A2.006 Terra Land Surface Temperature and Emissivity 8-Day Global 1km,

Pro lepší mapové zpracování využil ještě datovou sadu pro definici hranic:

  • LSIB 2017: Large Scale International Boundary Polygons, Simplified

Datová sada MOD13A1.006 byla využita pro výpočet mediánu NDVI v letech 2000 a 2020. Stejného principu bylo využito i datové sady MOD11A2.006., při výpočtu mediánu teplot.

Ukázka kódu (Justin Braaten, 2019):


  var filteredImagesMedian = ee.ImageCollection.fromImages(years.map(function(y) {
    var filtered = ee.List(ee.Image(filteredTempImg.filter(ee.Filter.calendarRange(
    {
      start: y,
      field: 'year'
    }
    )).median()));
    return filtered;
  }));
        

Pohyby pouští

Při zkoumání autor objevil, že se jeho hodnota během roku mění. Tuto skutečnost následně vizualizoval v podobě videa.

Sekvence snímků NDVI od 1.ledna 2000 do 31. prosince 2020
(Frekvence snímání - 8 dní)
(Počet snímků za vteřinu - 24)

Je možné pozorovat, že NDVI je rostoucí od dubna do září, kdy maxima dosahuje na konci tohoto období. Od prosince do dubna NDVI výrazně klesá, kde minima dosahuje právě v dubnu. (WU a kol., 2020, s. 11)


Změna NDVI

Předchozí část webové prezentace sloužila spíše pro představu, jakým způsobem se během roku vyvíjí krajina. Díky velkému množství snímků použitého pro prezentaci pohybu NDVI v průběhu roku, by ale mohla čtenáři toho textu uniknout otázka daleko podstatnější. Jak se změnil NDVI od začátku měření?

Vlevo - Roční medián NDVI pro rok 2000 / Vpravo - Roční medián NDVI pro rok 2020

Na této mapě lze již pozorovat viditelné změny, čtenář však není schopen všimnout si všech podstatných. Proto byla vytvořena mapa, která zobrazuje signifikatní změny ve NDVI.

Signifikantí změny v ročním mediánu NDVI pro rok 2020 vůči roku 2000 (Δ NDVI = ±4.166×10-2)

V mapě nejsou zahrnuty veškeré změny. Byl vytvořen filtr, který zabraňuje přílišnému vizuálnímu šumu. Díky filtru je čtenář schopen vidět změny, které byli opravdu signifikantní. Velké změny jsou pozorovatelné na jihu Etiopie (oblast u národního parku Gambella), dále také na jihovýchodě země (u hranic se Somálskem). Naneštěstí je tato skutečnost poměrně nepodstatná, jelikož tato oblast nepatří přímo do oblasti GGW (Goffner, 2019, s. 2).

Změnu spojitelnou s výstavbou GWW lze pozorovat například v Senegalu na severu země u hranic s Mauretánií, kudy zeď dle akčního plánu prochází (Goffner, 2019, s.2).

Zajímavostí je, že do roku 2015 v Senegalu bylo právě díky projektu “Velká Zelená Zeď” celkově obnoveno 27 tis. hektarů (ha = 10 000 m2) země.
(Wu a kol., 2020, s. 13)


Změna teploty

Stejně jako v předchozí sekci práce jsou i zde dvě mapy. První mapou je porovnání - v tomto případě teploty - mezi roky 2020 a 2000.

Vlevo - Roční medián teplot pro rok 2000 / Vpravo - Roční medián teplot pro rok 2020

Poté následuje mapa s projekcí signifikantních změn

Signifikantí změny v ročním mediánu teplot pro rok 2020 vůči roku 2000 (ΔLST = ±1.72×10-2)

V první mapě došlo ke znovuvyužití funkce pro vytvoření mediánu za kalendářní rok. Konkrétně v tomto případě se jedná o medián teplot v roce 2000 a 2020.

Na mapě lze pozorovat velkou oblast, kde se teplota snížila, což odporuje starší studii od Hulme a kol. (2000), kteří při předpovídání vývoje klimatu daným oblastem přisuzovali oteplení okolo 1°C.

Podobné výsledky má i novější studie, např.: Ilori a kol. (2020), kde se na historických trendech ukazuje, že průměrná roční teplota roste a růst nadále bude.

Sám autor této webové prezentace přisuzuje rozpor buď chybě v programu, nebo by dle jeho názoru mohl být rok 2020 chladnější než je medián v delším časovém horizontu než je 1 rok. Autor textu považuje za vhodné příště využít pro měření změny mediánu teplot delší časový úsek (např. 5 let)


Korelace mezi NDVI a teplotou

V předchozích částech webové prezentace byly zkoumány změny v NDVI a změny v teplotě. Poslední část bude věnována propojení předchozích poznatků. Dle zjištění Sanzové a kol. (2021) existuje mezi změnou NDVI a teploty silná korelace. Což i s připuštěním technické či statistické chyby lze pozorovat i v následující mapě.

Porovnání změny teploty (vlevo) a NDVI (vpravo) pro rok 2020 vůči roku 2000

Závislosti lze pozorovat v pásu okolo jižních hranic Senegalu, Mali, Burkina Faso a Nigérie, kde se teplota zvyšovala a NDVI se snižoval. Opačný případ pak lze pozorovat již na dříve zmiňované území Etiopie (oblast u národního parku Gambella, u hranic se Somálskem).


Zdroje

  • LEROUX, Louise, Agnès BÉGUÉ, Danny LO SEEN, Audrey JOLIVOT a Francois KAYITAKIRE. Driving forces of recent vegetation changes in the Sahel: Lessons learned from regional and local level analyses. Remote Sensing of Environment [online]. 2017, 191, 38-54 [cit. 2021-4-24]. ISSN 00344257. Dostupné z: doi:10.1016/j.rse.2017.01.014

  • GOFFNER, Deborah, Hanna SINARE a Line J. GORDON. The Great Green Wall for the Sahara and the Sahel Initiative as an opportunity to enhance resilience in Sahelian landscapes and livelihoods. Regional Environmental Change [online]. 2019, 19(5), 1417-1428 [cit. 2021-4-24]. ISSN 1436-3798. Dostupné z: doi:10.1007/s10113-019-01481-z

  • WU, Shupu, Xin GAO, Jiaqiang LEI, Na ZHOU a Yongdong WANG. Spatial and Temporal Changes in the Normalized Difference Vegetation Index and Their Driving Factors in the Desert/Grassland Biome Transition Zone of the Sahel Region of Africa. Remote Sensing [online]. 2020, 12(24)
    [cit. 2021-4-24]. ISSN 2072-4292. Dostupné z: doi:10.3390/rs12244119

  • SANZ, Ernesto, Antonio SAA-REQUEJO, Carlos H. DÍAZ-AMBRONA, et al. Normalized Difference Vegetation Index Temporal Responses to Temperature and Precipitation in Arid Rangelands. Remote Sensing [online]. 2021, 13(5) [cit. 2021-4-24]. ISSN 2072-4292. Dostupné z: doi:10.3390/rs13050840

  • HULME, M, R DOHERTY, T NGARA, M NEW a D LISTER. African climate change: 1900-2100. Climate Research [online]. 2001, 17, 145-168 [cit. 2021-4-26]. ISSN 0936-577X. Dostupné z: doi:10.3354/cr017145

  • ILORI, Oluwaseun W. a Vincent O. AJAYI. Change Detection and Trend Analysis of Future Temperature and Rainfall over West Africa. Earth Systems and Environment [online]. 2020, 4(3), 493-512 [cit. 2021-4-26]. ISSN 2509-9426. Dostupné z: doi:10.1007/s41748-020-00174-6