Zastosowanie danych satelitarnych MODIS do modelowania stanu zdrowotnego sadów

Choroby upraw sadowniczych rozwijają się w określonych warunkach pogodowych. Wyznaczanie terminów stosowania oprysków jest ściśle powiązane z sytuacją meteorologiczną na danym obszarze. Przedmiot badań to infekcja grzybem Venturia inaequalis, która stanowi najbardziej powszechną chorobę sadów głównie jabłoniowych. Istotne dla sadowników jest wykrycie momentu, w którym warunki stają się sprzyjające do wysiewu zarodników tego grzyba, by móc zastosować środki chemiczne. Od wielu lat podstawowym kryterium jego wyznaczania jest tabela Mills’a. Określa ona stopień zagrożenia na podstawie zależności pomiędzy temperaturą powietrza a długością zwilżenia liści. Informacje takiego typu są możliwe do pozyskania bazując na danych satelitarnych MODIS. Dane te charakteryzują się wysoką rozdzielczością czasową oraz spektralną. Model bazujący na takich danych może być innowacyjny dla sadownictwa w Polsce gdyż brak jest tu przestrzennego i kompleksowego systemu informującego o pojawiających się zagrożeniach. Niskorozdzielcze obrazy satelitarne, które są podstawą planowanej pracy zwiększają zarówno zasięg, precyzję jak i obiektywność pomiarów. Celem pracy jest modelowanie zagrożenia dla stanu zdrowotnego sadów poprzez infekcję grzybem Venturia inaequalis (tzw. parch jabłoni), wynikające z warunków pogodowych, na podstawie obrazów satelitarnych MODIS z dodatkowym uwzględnieniem danych o pokryciu terenu. W pracy wykorzystano algorytmy pozwalające na obliczenie zawartości wody w powietrzu (W) oraz temperatury powierzchni gruntu (LST) na podstawie obrazów MODIS (Sobrino i in., 2003). Uzyskane wartości skorelowano z temperaturą powietrza oraz wilgotnością bezwzględną, pomierzonymi w tym samym czasie przez naziemne stacje meteorologiczne. Uzyskano współczynnik determinacji na poziomie R2=0,59 w odniesieniu do temperatury i 0,67 dla wilgotności powietrza, jednak tylko dla terenów pokrytych zieloną roślinnością. Metoda regresji liniowej pozwoliła na obliczenie temperatury i wilgotności powietrza bezpośrednio z danych MODIS, dla wszystkich pikseli o wartości wskaźnika NDVI powyżej 0,4 w skali całego kraju. Na podstawie źródeł publikowanych oraz osobistego wywiadu wśród sadowników z regionu grójeckiego opracowano tabelę zależności ryzyka wystąpienia infekcji chorobą od temperatury powietrza i wilgotności względnej, czyli od dwóch parametrów możliwych do obliczenia z obrazów MODIS. Uzyskano dwie metody – dla okresów sprzyjających infekcji oraz gdy warunki pogodowe hamują rozwój patogenu. Końcowym efektem jest model umożliwiający obliczenie analizowanych parametrów oraz indeksu symulującego zagrożenie, gotowy do operacyjnego zaimplementowania. Apple scab, the most common orchard disease, develops in certain weather conditions. Application of pesticides can cause contamination of soils and waters. Therefore the information system, which will inform farmers about the need of spraying at the real time is very needed. In Poland there is no comprehensive management system for informing about the emerging fruit threats. Information for that issues are possible to obtain based on satellite data such MODIS. That images are characterized by high time resolution (up to 2 per day) and spectral (from visible light to thermal). Low-resolution multispectral data are not applicable in the analysis of symptoms or disease, however, allows to analyze the conditions under which it is developing. The study of meteorological parameters do not require large-scale studies, what is more, some degree of generalization is indicated. In apple scab prediction models relative humidity and air temperature are one of the main factors taking into account. This research is an attempt to extract such information directly from the MODIS data. It focused on finding the method based only from remotely acquired data to show spatial distribution of contagion risk. Research Institute of Pomology and Floriculture in Skierniewice released data for the period of May and June 2010 from seven meteorological ground station. Data were collected in a continuous manner, with an accuracy of 30 minutes or 1 hour. MODIS images were fitted with them with 15 or 30 min accuracy. Water Vapor and Land Surface Temperature were calculated using Sobrino at al., (2003) methods. Computed parameters were correlated with relative humidity and air temperature from ground measurements. Only for areas with NDVI higher than 0,4 and with homogenous type of land use statistics demonstrate strong relationship. New algorithms for humidity and temperature from MODIS images were tested and implemented for that kind of areas. Calculated parameters were used in elaboration of new apple scab prediction model. The result maps can inform growers about the degree of risk of the factors threatening the cultivation. Elaborated model were tested in near real time in Space Research Centre (CBK PAN) and then validated using Welte algorithm data for May and June 2014.