Google Earth Engine ile Türkiye’deki Yangınlara Yönelik Sentinel 2A Görüntüleri ile NDVI-NBR Analizi / Anlık Yangınların ve Yangınlar Sonucu Hava Sıcaklığının Takip Edilmesi
Türkiye doğal güzellikler bakımından adete bir cenneti andırırken maalesef doğal afetlere çok açık bir ülke. Günlerce süren yangınlar, yaşanan sel felaketleri ve beklenmeyen depremler maddi ve manevi olarak ne yazıkki bazen geçici bazen ise kalıcı hasarlara sebep oluyor. Halk olarak hepimiz çok üzülüyor olay anında elimizden gelen ne varsa sorumluluğu üstlenmek istiyoruz. Bu hafta yangın haberleri ile birlikte kendime sürekli peki ben ne yapabilirim sorusunu sordum ve sonunda Google Earth Engine platformunu kullanarak yangınlar üzerinden haritalama ve ısı değişimini gözlemleyebileceğim çalışmalar yapmaya karar verdim. Bu yazıda sizlere NBR (Normalized Burn Index), NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) nedir nasıl kullanılır ve ne işe yarar bunlardan bahsedeceğim. Umarım sizler için faydalı, ilgi çekici ve yeni fikirler oluşturan bir yazı olur.
Doğada yanma olayının gerçekleşmesi için 3 temel unsura ihtiyaç vardır. Bunlar ısı, oksijen ve yanıcı maddedir. Burada yanıcı maddeden kasıt her zaman benzin, yağ gibi yanıcılığı yüksek şeylerle sınırlı değildir. Ateşin başlamasına etken olabilecek çalı çırpı, kurumuş yaprak ve dallar, yüksek nem oranı, cam ve plastiklerde yanıcı madde olarak düşünülebilir. Bir kıvılcım ile başlayan yanma olayı yakın zamandada yaşadığımız gibi ortama bağlı olarak çok çabuk büyüyebilir ve rüzgarın etkisiyle farklı alanlarda etkinliğini artırabilir. Burada yangının ortama bağlı olarak değişkenlik göstermesinin sebebi Türkiye’de farklı bölgelerde farklı bitki türlerinin yayılım göstermesi ve bazı alanların yangın konusunda ‘hassas bölge‘ olarak adlandırılmasıdır. Ülkemiz coğrafyasında en yaygın dağılışı meşe ağacı göstermektedir bunu takiben ise kızılçam, karaçam, kayın ve sarıçam gelmektedir. Bu ağaç türlerinde tutuşmaya en müsait olan tür Kızılçam’dır. Bölge bazlı bakıldığında Akdeniz, Ege ve Marmara bölgesinde kızılçam ağacının varlığının fazlaca olduğunu düşünürsek bu bölgeler Türkiye için hassas bölge kategorisindedir ve sıklıkla orman yangınlarına rastlanmaktadır. Güzel haber bizler dünyada henüz var olmamışken kızılçam ağaçları dünyada vardı ve genetikleri yangınlara karşı evrimsel bir süreç geçirdi. Bu sebeple yangınlarda kızılçam ağacı tamamen yanmıyor ve yere düşen kozalakların içindeki tohumlar toprakla temas etmesiyle yeşillenme ve yeniden büyüme süreci başlıyor. Ancak yangın esnasında bozulan ekolojik denge, hayvan çeşitliliği ve hayatını acı şekilde kaybeden büyük-küçük canlıların yaşamı yeniden kazanılamıyor…
Bu sebeple unutmamalıyız ki yangınlar sadece ülkeyi ilgilendiren maddi ve manevi kayıplara sebep olmazlar. Sık gerçekleşen ve günlerce süren yangınlar iklimsel bozulmaları ve küresel ısınmayı etkilemekte ve gelecek nesillere yaşanması zor bir dünya inşa etmektedir. Yalnızca kendi canımızdan sorumlu olmadığımızı, günümüzde ve gelecekte yeryüzündeki bitki, hayvan ve insan topluluklarının hepsinin yaşamından sorumlu olduğumuzun bilincini kavramalıyız. Çünkü bu düşünceyi bizler bugün özümseyemezsek gelecek nesillere aktaramayız ve geleceğimizi ellerimizle yok ederiz.
Yangınlar ile Değişen Isı Haritası
NBR ve NDVI analizine geçmeden yangınların ülkemizdeki ısıyı nasıl değiştirdiğine bir bakalım. TimeLapse MODIS uydusunun LST_Day_1km bandı kullanılarak, 2021-07-25 / 2021-08-02 tarihlerini kapsayacak şekilde hazırlandı. Bazı günlerde yeterli data olmadığı için görüntüler kaysa bile özellikle bu tarihler arasında Akdeniz ve Marmara Bölgesindeki ısı artışı gözle görülmektedir.
İlk görüntü 25/07/2021 son görüntü ise 02/08/2021 tarihine aittir. Özellikle Akdeniz bölgesinin 28/07/21 Manavgat yangınları başlangıcıyla nasıl ısındığını gözlemleyebilirsiniz.
/* Öncelikle kullanacağımız görüntü koleksiyonunu indirelim sonrasında görüntü üzerinden ilgilendiğimiz bantı seçelim.
*/
var image = ee.ImageCollection('MODIS/006/MOD11A1')
.filter(ee.Filter.date('2021-07-25', '2021-08-05'))
var temperature_band = image.select('LST_Day_1km');
/*
Görselleştirme parametrelerimizi ayarlayalım ve renk paletini tanımlayalım.
*/
var TemperatureVis = {
crs: 'EPSG:3857',
framesPerSecond: 0.5,
region: roi,
min: 13000.0,
max: 16500.0,
bands: ['LST_Day_1km'],
palette: [
'040274', '040281', '0502a3', '0502b8', '0502ce', '0502e6',
'0602ff', '235cb1', '307ef3', '269db1', '30c8e2', '32d3ef',
'3be285', '3ff38f', '86e26f', '3ae237', 'b5e22e', 'd6e21f',
'fff705', 'ffd611', 'ffb613', 'ff8b13', 'ff6e08', 'ff500d',
'ff0000', 'de0101', 'c21301', 'a71001', '911003'
],
dimensions: 512,
/*
Map.setCenter ile kod çalıştığında haritada yakın olarak gözlemlemek istediğimiz bölge koordinatını belirleyelim ve daha sonra katman olarak ekleyelim.
*/
Map.setCenter(35.336, 38.873, 6);
Map.addLayer(
temperature_band, TemperatureVis,
'Arazi Yüzey Sıcaklığı');
/*
Son olarak TimeLapse oluşturalım.
*/
print(ui.Thumbnail(temperature_band,TemperatureVis));
print(temperature_band.getVideoThumbURL(TemperatureVis));
Türkiye’de Anlık Yangın Takibi
Görüntüler NASA’nın FIRM(Fire Information for Resource Management System) veri seti kullanılarak hazırlandı. 2021-07-27 / 2021-08-06 tarihleri arasında Türkiye’de gerçekleşen yangınları içermektedir.
İlgilenenler şu sayfalara gözatabilir :
- https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/
- https://earthdata.nasa.gov/earth-observation-data/near-real-time/firms/c6-mcd14dl
Belirtilen tarihler arasında Türkiye’de gerçekleşen yangınlara gif formatında bakalım.
NOT: İlgilenen arkadaşlar çalışma kodları için iletişime geçmekten lütfen çekinmeyin.
Sentinel 2A Görüntüleri ile NDVI ve NBR Hesabı
Öncelikle sırasıyla NDVI ve NBR nedir neden kullanılır bunları inceleyelim.
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) Normalleştirilmiş Bitki Örtüsü Fark İndeksi
Uydu görüntülerinin farklı bantlar aracılığıyla yeryüzü yansımalarından oluştuğundan bahsetmiştik. Bu yansımaların farklı boyutta ve farklı bantlarda tutulması yeryüzü ile ilgili çeşitli analizler yapılmasına olanak tanır. NDVI bir bakıma bitkilerin yaşamlarını daha net görmemizi sağlayan bir analizdir. Peki bitkilerin yaşamı nedir? Hepimizin bildiği gibi bitkiler beslenme ve canlılığını korumak için fotosentez yaparlar. Fotosentez araçlarının en önemlisi ise güneş enerjisidir. Fotosentez sırasında güneş ışığını emen bitkiler yakın kızılötesi (NIR) bandında daha parlak görünür. Böylelikle NDVI analizi ile bitkilerin bir nevi canlılığı ölçülür. NDVI hesaplandığında [-1,1] aralığında değer alır, bitkiler ne kadar sağlıklı ise ( ne kadar fazla yeşil yaprağı varsa) NDVI değeri o kadar 1’e yakın olur. Aksi şekilde yaprağı az olan ya da sağlıklı fotosentez yapmayan bitkilerin aldığı değerde -1’e yakın olur.
Yangın çalışmasında NDVI hesaplaması ve görselleştirmesi yapmamının nedeni yangın öncesi ve sonrasında toprak canlılığını gözlemleyebilmek için. Normalde bu analiz ekili-dikili arazi tespitinde, bitki sağlığı ve verimliliğin ölçülmesinde ya da çok çeşitli amaçlar için kullanılabilir.
NBR (Normalized Burn Ratio) Normalleştirilmiş Yangın Oranı
Normalleştirilmiş yangın oranı NDVI hesabı gibi bir mantığa sahiptir. Amaç yangın öncesi ve yangın sonrasında bu oranı hesaplayarak yanan alanları ve yanma şiddetini tespit etmektir (yanmamış- orta şiddetli yanma – şiddetli yanma gibi). Bu tespit için yangın sonrası alan NBR değerinden yangın öncesi alan NBR değeri çıkarılarak dNBR değeri bulunabilir. Peki bu hesap ne işe yarar? Güncel yangınlardan sonra gördük ki her yangına ve her alana karadan müdahale yeterli olmayabiliyor. Yangın sonrasında uydu görüntüleri aracılığıyla bu alanların uzaktan konumu belirlenebilir ve toplam yanan alan, yanma şiddeti ve farklı hasar tespitleri gerçekleştirilebilir.
Henüz bu alanda yeterli düzeyde bilgiye sahip olmadığım için yaptığım çalışmalar temel düzeyde ve kendimi geliştirmeye yöneliktir. Bu alanda çalışmak isteyen kişilerle bilgi alışverişi yapmaktan mutluluk duyarım.
Bu çalışmada alan olarak Akdeniz Bölgesini kullandım. Öncelikle tüm bölgenin yangın öncesi ve sonrası NDVI değerlerini hesapladım sonra ise aynı şekilde bölgenin NBR değerlerini hesapladım.
Akdeniz Bölgesi Yangın Öncesi NDVI Görüntüsü
Nispeten Yangın Azaldıktan Sonra Akdeniz Bölgesi NDVI Görüntüsü
Yangın öncesi ve sonrasında Özellikle kıyı şerdine yakın yerlere dikkat edelim.
Görüntüler arasındaki farkı daha net görebilmek adına Oymapınar barajı ve çevresini gözlemleyerek devam edelim. Bildiğiniz üzere Manavgat yangınında en çok yanan bölgelerden birisi Oymapınar barajı çevresi.
Yangın Öncesi Akdeniz Bölgesi NBR Görüntüsü
Nispeten Yangın Azaldıktan Sonra Akdeniz Bölgesi NBR Görüntüsü
Aynı konum üzerinden yanma öncesi NBR görüntüsünü inceleyelim.
Oymapınar barajı ve çevresinin yanma sonrası NBR değerinin artmasıyla yanma şiddetini gözlemliyoruz.
Bu ve benzeri projeler muhakkak farklı analizler, tespitler için kullanılabilir ve farklı alanlar için geliştirilebilir. Google Earth Engine Platformu kendini geliştirmeye ve yaratıcı bilime çok uygun bir alan. Umarım çalışma ilginizi çekmiştir ve yazılar açıklayıcı olmuştur. Kodlar ve her türlü soru, sorun, yapıcı eleştirileriniz için bana ulaşabilirsiniz.
İyi Çalışmalar Dilerim,
Bir Sonraki Yazıda Görüşmek Dileğiyle 🙂
Çalışmada Yararlanılan Makaleler: