Sentinel-2 palydovinių nuotraukų panaudojimo galimybės Baltijos jūros priekrantės dugno kartografavimui

Europos sąjungos Tarybos direktyvos 92/43/EEB įpareigota, Lietuva įsteigė talasaloginį draustinį ir Baltijos jūros rifus priskyrė NATURA 2000 saugomoms teritorijoms, todėl Lietuva įsipareigojo palaikyti arba atstatyti gerą Europos buveinių būklę, jai priklausančioje Baltijos jūros akvatorijoje. Infralitoralės riedulynas ir biogeninis rifas apima teritoriją apytiksliai nuo Karklės iki Palangos (apie 68 km ruožą). Dominuoja kietas substratas ir rieduliai išsidėstę hidrodinamiškai aktyviose bangų veikiamose dugno vietose. Priekrantės rifai pasižymi didžiausia biologine įvairove, kurią nulemia, didelis deguonies kiekis ir dėl Kuršių marių prietakos kintančios temperatūros ir druskingumo vanduo (Olenin, 1997). Šio darbo tikslas nustatyti Sentinel-2 palydovo nuotraukų panaudojimo galimybes, Baltijos jūros priekrantės rifo kartografavimui. Tyrimo objektas – priekrantės zona ties Olando kepurės skardžiu. Tyrimo medžiaga: tais pačiais 2021 metais 5 mėnesių laikotarpyje (nuo gegužės iki rugsėjo) surinkti duomenys: nardymo metu gauta vaizdinė medžiaga, drono nuotrauka, šoninio dugno skenavimo sonaro duomenys ir trys Sentinel-2 palydovo nuotraukos (apvelingo metu, įprastu ramiu metu ir prasidedant apvelingui). Analizuoti rezultatus padėjo tiriamo laikotarpio LR Hidrometeorologijos tarnybos duomenys, literatūros šaltiniai. Atlikus literatūros analizę, tyrimui pasirinktas populiariausias NDWI (normalizuoto vandens skirtumo indeksas) tai vandens masės pokyčių indeksas skirtas tirti vandens telkinius ir plačiai taikomas povandeniniams tyrimams. 8 Iš palydovinių nuotraukų gauti NDWI indekso reikšmių rezultatai buvo lyginami su esama situacija, tyrimas dalintas į dvi pagrindines dalis: lyginant sekliąją priekrantės zoną (iki 1 m izobatos), remiantis dronu, ir gilesnę (1-10 m izobatos), remiantis sonaro duomenimis. Tyrimo rezultatai rodo, kad liepos mėn. (apvelingo metu) darytos nuotraukos NDWI indekso reikšmės buvo pačios didžiausios ir statistiškai reikšmingai skyrėsi nuo kitų mėnesių. Todėl buvo padaryta išvadą, kad dugno tyrimams Baltijos jūros priekrantėje šiltuoju metų laiku, apvelingas yra svarbi ir būtina sąlyga. Tačiau išbandžius skirtingus statistinės analizės metodus, keletą kartų keičiant vertinamų gardelių reikšmes ir tikslinant variacinę eilutę, nepavyko rasti statistiškai reikšmingo skirtumo ar ryšio tarp NDWI indekso reikšmių ir dronu užiksuotų akmenynų Baltijos jūros priekrantės seklioje zonoje (iki 1 m izobatos), todėl buvo gauta išvada, kad Sentinel – 2 palydovo nuotraukos, su pritaikytu NDWI indeksu, Baltijos jūros priekrantės (iki 1 m gylio) dugno kartografavimui nėra tinkamos. Geriausi rezultatai gauti tiriant gilesnę priekrantės zoną, Sentinel- 2 palydovo nuotraukos su pritaikytu NDWI indeksu, tiksliai atvaizdavo nuo 1 iki 3,5 m izobatos esančių akmenynų pasiskirstymą, ir šis atvaizdavimas statistiškai reikšmingai skyrėsi nuo kitų zonų. Tokiu atveju NDWI reikšmių vidurkis buvo vidutiniškai 0,13 (kai reikšmės varijuoja nuo -0,07 iki 0,76) didesnis nei smėlio juostų vidurkis. Šiuo tyrimu gauti rezultatai galėtų ne tik padėti stebėti rifo užimamo ploto pokyčius priekrantės zonoje bet ir prognozuoti rifo perspektyvas klimato pokyčių fone ir taip prisidėti prie bendros rifų saugojimo ir stebėjimo programos.

Obliged by the Council of the European Union Directive 92/43 / EEC, Lithuania established a thalassological reserve and classified the Baltic Sea reefs as NATURA 2000 protected areas, therefore Lithuania undertook to maintain or restore the good condition of European habitats in its Baltic Sea area. The infralittoral boulder and the biogenic reef cover the area from approximately Karklė to Palanga (approximately 68 km). The solid substrate and boulders are dominated by hydrodynamically active wave-affected bottom locations. Coastal reefs are characterized by the highest biodiversity due to the high oxygen content and the changing temperature and salinity of the Curonian Lagoon (Olenin, 1997). This work aims to determine the possibilities of using Sentinel-2 satellite images for mapping the Baltic Sea reefs. The object of the research is the coastal zone at the cliff of the Dutch cap. Study material: data collected during the 5 months (May-September) in the same year 2021: dive imagery, drone photograph, side-scan sonar data, and three Sentinel-2 satellite imagery ). The data of the Hydrometeorological Service of the Republic of Lithuania and literature sources helped to analyze the results. After analysis of the literature, the most popular NDWI (Normalized Water Difference Index), the water mass change index, was selected for the study of water bodies and is widely used for underwater research. The results of the NDWI index values obtained from the satellite images were compared with the current situation, the study was divided into two main parts: comparing the shallow coastal zone (up to 1 m isobaths) based on the drone and the deeper (1-10 m isobath) based on sonar data. The results of the study show that NDWI index values were the highest in the image which was taken in July 2006 and those values differed statistically significantly from the following months. Therefore, it was concluded that upwelling is an important and necessary condition for bottom surveys on the Baltic coast during the warm season. However, after testing different methods of statistical analysis, changing the values of the assessed grids several times, and adjusting the variation range, no statistically significant difference or correlation was found between the NDWI index values and the reef rocks which were captured by drone in the shallow coastal zone of the Baltic Sea (up to 1 m isobath). So this means that Sentinel - 2 satellite images with adapted NDWI index is not suitable for bottom mapping of the Baltic Sea coast (up to 1 m depth). The best results were obtained when studying the deeper coastal zone, the images of the Sentinel-2 satellite with the adapted NDWI index accurately depicted the distribution of reef rocks from 1 to 3.5 m isobaths, and this rendering was statistically significantly different from other zones. In this case, the mean of the NDWI values was on average 0.13 (with values ranging from -0.07 to 0.76) higher than the mean of the sand bands. The results of this study could not only help to monitor the changes in the reef area in the coastal zone but also predict the prospects of the reef against climate change and thus contribute to the overall reef conservation and monitoring program.