Copernicus – Monitorowanie Ziemi z przestrzeni kosmicznej i z lądu

Europa jest jednym z najbardziej intensywnie użytkowanych obszarów lądowych na świecie o najwyższym stopniu fragmentacji krajobrazu spowodowanej budową osiedli i infrastruktury, takiej jak autostrady i linie kolejowe. Sposób, w jaki użytkujemy grunty ma znaczący wpływ na środowisko – gatunki, ekosystemy i siedliska. Europejskie zasoby gruntów znajdują się również pod silniejszą presją ze względu na skutki zmian klimatu, w tym coraz częstsze ekstremalne zjawiska pogodowe, pożary lasów, susze i powodzie.

Od fragmentarycznych zdjęć lotniczych do obrazów w wysokiej rozdzielczości

Organy krajowe europejskich państw przez długi czas gromadziły informacje na temat pokrycia terenu i użytkowania gruntów na szczeblu lokalnym, regionalnym lub krajowym. Ponieważ w drugiej połowie XX wieku popyt na zasoby gruntów i konkurencja w tym zakresie rosły, stało się jasne, że lepsze i szersze zrozumienie powiązań między użytkowaniem gruntów i jego skutkami było kluczowe dla zapewnienia lepszej ochrony zasobów gruntów i gleb. W tym celu w połowie lat 80. XX wieku UE wraz z krajowymi organami podjęła decyzję o uruchomieniu skoordynowanej obserwacji i monitorowania pokrycia terenu i użytkowania gruntów na terenie Unii.

W 1985 r. państwa członkowskie UE rozpoczęły realizację programu Corine (koordynacji informacji o środowisku), w ramach którego podjęły pierwsze wspólne starania w zakresie odwzorowania na mapie pokrycia terenu i użytkowania gruntów w Europie. W tym początkowym okresie eksperci ds. gospodarowania gruntami bazowali na połączeniu pomiarów naziemnych i zdjęć lotniczych uzupełnianych przez często kosztowne obrazy o niskiej rozdzielczości pochodzące z jedynie kilku satelitów. Ponieważ dane były fragmentaryczne, trudno było uzyskać porównywalny ogólnoeuropejski obraz zagrożeń dla zasobów gruntów w Europie. Pierwsze mapowanie zakończono po 10 latach.

Na niebie i na ziemi

Ideę programu Copernicus opracowano w późnych latach 90.([1]), a w 2014 r. umieszczono pierwszego satelitę na orbicie. Program realizowany przez Komisję Europejską w ścisłej współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną jest wspierany przez państwa członkowskie oraz różne organizacje i agencje europejskie. Program Copernicus działa w sześciu obszarach tematycznych obejmujących: atmosferę, środowisko morskie, zmiany klimatu, bezpieczeństwo, zarządzanie kryzysowe i obszary lądowe .

Obecnie dwa z siedmiu satelitów programu Copernicus umieszczone na orbicie – Sentinels 2A i 2B – przeznaczone są specjalnie do monitorowania obszarów lądowych. Co 5 dni dostarczają obrazy o wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej, których zasięg obejmuje cały obszar EEA-39 ([2]) i tereny poza tym obszarem, a także wspierają proces monitorowania rolnictwa, leśnictwa, wód przybrzeżnych i śródlądowych oraz użytkowania gruntów i zmian pokrycia terenu . Dostarczają nawet dane biofizyczne dotyczące np. poziomu chlorofilu i zawartości wody w liściach.

Te dwa satelity wspierane są przez dane gromadzone podczas ponad 100 misji wspomagających (zarówno komercyjnych, jak i publicznych) oraz przez dane pochodzące z dużej liczby stacji naziemnych i czujników. Obecnie, dzięki programowi Copernicus, szczegółowe i dokładne odwzorowanie zasobów gruntów w Europie zajmuje jedynie rok.

Monitorowanie obszarów lądowych w ramach programu Copernicus

EEA zarządza ogólnoeuropejskimi i lokalnymi komponentami usługi programu Copernicus w zakresie monitorowania obszarów lądowych. W praktyce EEA zapewnia, aby zbiory uzyskanych obrazów i danych były łatwo dostępne dla ogółu społeczeństwa i aby można było z nich swobodnie korzystać. Usługa ta staje się coraz ważniejszym narzędziem wiedzy dla krajowych agencji ochrony środowiska, urbanistów i innych osób zaangażowanych w zarządzanie użytkowaniem i ochroną zasobów gruntów, od poziomu europejskiego do lokalnego.

EEA wykorzystuje dane pochodzące z programu Copernicus w celu oceny niektórych aspektów dotyczących zdrowia europejskich ekosystemów i sposobu użytkowania gruntów. Rezultaty przedstawiane są w różnych ocenach opracowywanych przez EEA, w tym w raportach dotyczących stanu środowiska, oraz w postaci kluczowych wskaźników. Pierwszy wskaźnik – dotyczący zajmowania gruntów – przedstawia jaką powierzchnię spośród użytkowanych gruntów rolnych, leśnych i innych naturalnych gruntów, jest zajmowana pod budowę miast i innego rodzaju sztucznych powierzchni (zob. przeglądarka danych dotyczących zajmowania gruntów). Drugi wskaźnik EEA ocenia natomiast  poziom zasklepienia i nieprzenikalności gleb w Europie przez monitorowanie pokrycia gleby budynkami, betonem, drogami lub innymi konstrukcjami (zob. przeglądarka danych dotyczących nieprzepuszczalności).

EEA i inne instytucje mogą wykorzystywać te wyniki i dane do przeprowadzania różnego typu ocen tematycznych lub systemowych. Przykładowo na podstawie danych i wyników pochodzących z programu Copernicus, zarządcy gruntów mogą określić obszary, na których rozrastanie się miast, rolnictwo, autostrady i różnego typu konstrukcje mogą przyczynić się do fragmentacji siedlisk, a także mogą zaproponować rozwiązania dostosowane do danej lokalizacji. Podobnie obrazowanie za pomocą programu Copernicus pomaga monitorować zmiany w siedliskach oraz zmiany w pokryciu terenu na obszarach chronionych tworzących unijną sieć Natura 2000 obejmującą ponad 18% powierzchni lądowej UE i 7% jej terytorium morskiego (zob. przeglądarka danych dotyczących sieci Natura 2000).

Dane geoprzestrzenne zgromadzone w ramach programu Copernicus stanowią również podstawę tzw. Atlasu miejskiego. Eksperci mogą badać i porównywać szczegółową strukturę niemal 800 obszarów miejskich w Europie, z których każdy zamieszkały jest przez ponad 50 000 osób. Szczegółowe warstwy informacji wskazują, gdzie znajdują się obszary przemysłowe, handlowe i mieszkalne oraz parki. Dane obejmują również informacje dotyczące gęstości zaludnienia, wysokości budynków i korytarzy transportowych, a także pastwisk, terenów podmokłych i lasów znajdujących się na tych obszarach miejskich lub w ich pobliżu.

W kierunku pełniejszej wiedzy i bardziej zrównoważonych wyborów

W nadchodzących latach spodziewana jest poprawa jakości danych z monitorowania obszarów lądowych i pogłębienie wiedzy na temat krajobrazu Europy za sprawą specjalnego zbioru satelitów i postępowi technologicznemu. Dzięki oczekiwanym usprawnieniom w zakresie rozdzielczości obejmującym precyzyjne obserwacje zmian na powierzchni ziemi z dokładnością do milimetra, oraz dzięki szczegółom tematycznym, takim jak fenologia i produktywność roślin, potencjalne stosowanie obrazowania oferuje szereg możliwości. W ramach bieżących planów dotyczących programu Copernicus przewidziano umieszczenie prawie 20 dodatkowych satelitów na orbicie do 2030 r., co przyczyni się do dalszego rozszerzenia poziomu i stopnia szczegółowości gromadzonych informacji.

Dane uzyskane z programu Copernicus i unijnego programu nawigacji satelitarnej, Galileo już teraz pomagają rolnikom we wprowadzaniu technik rolnictwa precyzyjnego mających zastosowanie przy uprawie roślin oraz ograniczaniu częstotliwości nawadniania i stosowania pestycydów potrzebnych w okresach wegetacji. Urbaniści również wykorzystują coraz większą liczbę dostępnych zbiorów danych dotyczących krajobrazów miejskich w celu monitorowania dynamiki sektora mieszkaniowego. W tym przypadku dane mogą np. pomóc w zwiększeniu dostępu do transportu publicznego i zarządzaniu nim.

Monitorowanie miejskich wysp ciepła i dostępu do terenów zieleni, w tym do parków, ogrodów i lasów dla mieszkańców miast może również pomóc urbanistom poprawić jakość życia i zapewnić, że miasta będą lepiej przygotowane na zmiany klimatu.

W najnowszym raporcie EEA dotyczącym rachunków kapitału naturalnego na potrzeby kształtowania polityki omówiono sposób budowania szerszej wiedzy na temat zrównoważonego wykorzystywania naszych zasobów naturalnych, w tym gruntów i gleb. Istotną rolę w tym zakresie będą odgrywać dane pochodzące z satelitów programu Copernicus oraz bezpośredni monitoring różnorodności biologicznej i ekosystemów w ramach innych programów.