Změny české krajiny okem družic

Současná tvář české krajiny je poznamenána mnoha historickými událostmi, které se na našem území odehrály. Měnící se politické režimy či odlišné ekonomické systémy se specifickými způsoby zapsaly do struktury krajiny. Ve studiích proměn jejího využívání dnes hrají významnou roli technologie dálkového průzkumu Země.

Díky dálkovému průzkumu Země (DPZ) nejsme odkázáni pouze na terénní průzkum, jako tomu bylo v minulosti. Stále významnější část informací o podobě a stavu zemského povrchu zprostředkovávají distanční senzory umístěné na družicích, letadlech či dronech. Pro rychlé a přesné vyhodnocení získaných dat slouží geoinformační systémy (GIS), které umožňují data analyzovat, vytvořit výslednou mapu či pomocí internetu sdílet výsledky výzkumu.

Jedná se o jednu z nejrychleji se rozvíjejících vědních oblastí, jež umožňuje efektivní sledování změn povrchu naší planety. Dnes už vědci mohou volně užívat snímky pořízené družicí předchozí den, a to ve velmi vysokém prostorovém rozlišení. Postupem času byly vyvinuty bohaté archivy těchto dat umožňující zkoumat vývoj krajiny.

Co oči nevidí

V dnešní době kolem naší planety krouží stovky družic. Obrovská výhoda těchto metod tkví v tom, že získáváme stejný typ informace pro celou planetu (globálně), a také v tom, že máme možnost spatřit jevy, které nejsme schopni vlastními smysly zaznamenat, protože senzory umějí přijímat informace i v jiných částech elektromagnetického spektra než lidské oko, např. z oblasti infračerveného či mikrovlnného záření. Právě taková data umožňují přesně a efektivně detekovat stav a změny v krajině od lokální po globální úroveň. Snímky pořízené v infračervené části spektra mohou například zobrazovat informace o vlhkosti či teplotě zemského povrchu, mikrovlnná část spektra nám umožňuje snímat výškovou členitost a pohyby terénu. Dalším kladem družicových dat je jejich perioda snímání: pro každé místo na planetě máme každých 4–5 dní k dispozici volně dostupný snímek v prostorovém rozlišení 10 metrů.

Kromě sběru se intenzivně řeší i zpracování (analýzy) a následná distribuce dat a z nich vytvořených tematických map. Nejdůležitější informační zdroje o životním prostředí se propojují pomocí velkokapacitních infrastruktur prostorových dat, tzv. Spatial Data Infrastructure (SDI), které dodávají uživatelům data v požadované podobě a přesně v čase, kdy tato data potřebují, např. při řešení havarijního stavu v čase živelné katastrofy. Systematickým rozvojem datových infrastruktur se zaobírá evropský program Copernicus. Tento projekt patří vůbec k nejvýznamnějším evropským programovým iniciativám v oblasti poskytování dat. Služby Copernicus jsou založeny na kombinaci družicových dat s pozemními měřeními a poskytují srozumitelné výsledné informace ve formě map, datových sad, reportingů apod. Získané informace jsou volně dostupné a slouží především pro monitoring a pro rozhodovací sféru v širokém spektru oborů.

Člověk mění ráz krajiny

Pomocí dálkového průzkumu Země můžeme zkoumat nejen současný stav krajiny, ale také sledovat dlouhodobé změny a vysvětlovat důsledky nejrůznějších událostí. Nejvýrazněji se na podobě naší krajiny podepsal vývoj po 2. světové válce, především extenzivní industrializace a kolektivizace zemědělství. Ta byla doprovázena masivním scelováním polí a odstraňováním ekologicky i esteticky cenných krajinných prvků, vesměs lineárních či bodových – mokřadů, mezí, remízků, břehových porostů, polních cest, rozptýlené zeleně, stromořadí, osamocených stromů atd. Výsledkem byl výrazný nárůst velikosti polí, pokles délky rozhraní v krajině a zjednodušení krajinné mikrostruktury.

To bylo sice pozitivní pro výkonnost českého zemědělství (využití mechanizace), ale z dlouhodobého hlediska to mělo řadu negativních dopadů.¹⁾ Vzrostlo riziko eroze půdy, zrychlil se odtok vody z krajiny, poklesla biodiverzita, omezily se přirozené regulační vazby v ekosystému a snížila se estetická hodnota krajiny.²⁾ 

Využití metod a dat dálkového průzkumu Země ve spojení s dalšími geografickými informacemi a daty nám umožňuje v krajině prostorově lokalizovat tyto změny a dopady, vysvětlovat současný stav krajiny, případně predikovat možná východiska do budoucnosti. Na obr. 1 můžeme vidět současnou podobu krajiny přeshraniční oblasti Moravy a Rakouska pomocí snímku družice Sentinel-2 a porovnat heterogenitu zemědělských ploch u nás a v Rakousku, kde byla zachována tradiční vyšší míra členitosti.

Porovnání členitosti zemědělských ploch v Česku a Rakousku v roce 2018.Zdroj: Program Copernicus (ESA), data družice Sentinel-2, vlastní zpracování, 2019

Společenská změna koncem roku 1989 postupně umožnila opětovné fungování tržních mechanismů v ekonomice. Vlivem změn životního stylu, zvýšením mobility či restrukturalizace hospodářství dochází k dynamickému rozvoji jádrových oblastí sídel a s tím spojený překotný růst zastavěných a dopravních ploch. Po roce 1990 se přenáší tlak na krajinu do příměstských zón, kde dochází k procesům suburbanizace (Vesmír 89, 440, 2010/7). Tento proces představuje na mnoha místech velký problém, protože jak rezidenční, tak komerční zástavba se dostává do širokého okolí měst. Nejvíce je tento jev patrný v okolí Prahy, kde nová zástavba expanduje do okolí města s koncentrací podél hlavních silničních a železničních koridorů (obr. 2).

Zábor zemědělské půdy v Praze a okolí v období 1989–2006.Zdroj: Urban Atlas, vlastní zpracování, 2019.

Vlivem suburbanizace se četné vesnice v blízkosti hranic velkých měst postupně změnily na rozlehlá satelitní střediska, která pohltila stovky hektarů zemědělské půdy. Významný úbytek orné půdy v důsledku rychlého, mnohdy špatně regulovaného rozvoje aglomerací může mít v budoucnu neblahé následky na naši potravinovou soběstačnost, protože se v mnoha případech zastavuje a nenávratně ničí nejúrodnější orná půda – jedno z našich nejcennějších přírodních bohatství. Dále dochází k rostoucí fragmentaci zbytků volné krajiny nově vznikající zástavbou a komunikacemi do menších izolovaných „ostrovů“, což snižuje biodiverzitu a zhoršuje možnosti pohybu a šíření živočichů a rostlin. Větší zastoupení zastavěných, tj. zpevněných a nepropustných povrchů také mění hydrologické poměry – zrychluje se odtok vody z krajiny, což na jednu stranu přispívá ke zvětšení rizika povodní, na druhou stranu snižuje průtoky v obdobích sucha. Rozrůstání zástavby mění i klima, a to jak lokálně rozšiřováním „tepelných ostrovů“ měst, tak globálně snižováním fixace uhlíku v půdě, a tak posilováním klimatické změny.³⁾

Právě družice dokážou odhalit, kde a jak rychle expandují města. Tyto informace pak slouží jako podklad pro rozhodovací procesy v oblasti územního plánování. Jejich efektivní využití hraje významnou roli při ztlumení negativních důsledků s cílem zajistit udržitelný rozvoj měst. Sledování procesu suburbanizace a jejích důsledků se zefektivnilo hlavně po zpřístupnění volně dostupných družicových dat a nad nimi vytvořených databází.

S negativními procesy se můžeme střetnout i v lesích. Větrné a kůrovcové kalamity dlouhodobě devastují lesní ekosystémy na mnoha místech Česka. Šíření kůrovce zintenzivňuje časté a dlouhotrvající epizody sucha; vliv mají též klimatické změny přinášející růst teploty. Teplé a suché počasí umožňuje kůrovci rychlejší vývoj s rojením až třikrát ročně, je-li abnormálně teplé a suché léto. Družicové snímky dokážou nejen detekovat zvyšující se rozsah odlesnění, ale také určit zdravotní stav vegetace v jednotlivých fázích kalamity (intenzitu napadení a obnovu vegetace).

V tomto ohledu se využívají multispektrální vlastnosti družicových dat. Pro zdravou vegetaci je charakteristická vysoká odrazivost ve vlnových délkách infračerveného pásma. Této vlastnosti se v obecné rovině hojně využívá, jelikož jakákoliv změna v této části elektromagnetického spektra ukazuje na změnu fyziologického či zdravotního stavu vegetace. Vysoký informační potenciál družicových dat lze doložit barevnou syntézou jejich jednotlivých spektrálních pásem. Pokud za některou složku RGB kompozitu dosadíme snímek pořízený mimo viditelnou část spektra, dostaneme snímek v tzv. nepravých barvách. Na obr. 3 je vidět razantní zvýšení rozsahu poškozených lesů vlivem kůrovcové kalamity v Jeseníkách v období 2016–2018. V tomto obrázku bylo místo červené složky kompozitu vloženo spektrální pásmo ze střední infračervené části elektromagnetického spektra pořízené družicí Sentinel-2. Poškozené lesní plochy se zobrazují v hnědofialové barvě.

Ukázka vývoje kůrovcové kalamity v Jeseníkách v okolí obce Zlaté Hory v období 2016–2018 na snímku Sentinel-2 zobrazeného v nepravých barvách (červená složka byla nahrazena signálem ze střední infračervené oblasti). Lesy poškozené kůrovcem jsou zobrazeny jako hnědofialové.Zdroj: Program Copernicus (ESA), data družice Sentinel-2, vlastní zpracování, 2019.

Zmrtvýchvstání Jizerských hor

Ekonomicko-společenská změna po roce 1990 ale přinesla do vývoje naší krajiny též četná pozitiva. Z hlavních společenských hybných sil nutno uvést lepší a důraznější ekologickou politiku státu, včetně celkového zlepšování environmentálního myšlení občanů. Obr. 4 dokumentuje obnovu krajinného krytu a s tím spojený znatelný růst rozlohy lesů v Jizerských horách po roce 1990. Tento obrázek byl vytvořen na podkladě archivních dat družice Landsat. Družicové snímky z let 1992 a 2011 jsou zobrazeny v nepravých barvách pro účely zvýraznění vegetační či nevegetační složky v krajině. Fialově zbarvená místa jsou lokality bez výrazného zastoupení vegetace. Naproti tomu světle zelená barva signalizuje vyšší zastoupení vegetační složky, např. na zemědělských plochách (travní porosty či zemědělské porosty). Lesy se zobrazují na tomto kompozitu povětšinou tmavě zelenou barvou. Z obrázku je patrné silné poškození lesů v roce 1992 a jejich následná rychlá obnova v důsledku razantního snížení průmyslových exhalací a řízeného zalesňování.

Obnova zalesnění v oblasti imisemi poškozených Jizerských hor mezi roky 1992 a 2011. Nepravé barvy zvýrazňují zastoupení vegetace: fialově jsou zobrazena místa s minimem vegetace, světle zeleně travní porosty, osázená pole apod., tmavě zeleně lesy.Zdroj: USGS, data družice Landsat, vlastní zpracování, 2019.

V podobě krajiny se odráží široká škála společenských a přírodních vlivů. V posledních desetiletích se podařilo stav naší krajiny v mnoha ohledech zlepšit, hlavně co se týče zvýšení rozsahu trvalých travních porostů na zemědělské půdě s nízkou produkční schopností a růstu lesních ploch. V periferních oblastech se intenzita lidských aktivit snižuje, dlouhodobě zde roste podíl lesních ploch a trvalých travních porostů. Na druhou stranu krajina čelí obrovskému tlaku v rozvojových jádrech našeho státu, kde výrazně roste rozloha zástavby na úkor mnohdy vysoce kvalitní orné půdy. Na krajinu též působí klimatické změny, které mají vliv na fyziologický stav vegetace. Četné větrné a kůrovcové kalamity výrazným způsobem ovlivnily zdravotní stav lesů a na mnoha místech si lesy vyžádaly zvýšenou péči s návratem k přirozenější druhové skladbě.

Stav a změny krajiny je nutno systematicky monitorovat a příčiny změn vyhodnocovat komplexně z environmentálního i hospodářského hlediska. Pro tyto účely jsou metody dálkového průzkumu Země a GIS neocenitelnými pomocníky.