A növényzet állapotának, produktivitásának (fotoszintézis révén történő szén-dioxid megkötésének) és fenológiai ciklusának folyamatos, globális illetve regionális léptékű megfigyelésére a műholdas távérzékelés a legkiválóbb eszköz. A műholdas adatok alapvető információt szolgáltatnak a nagy területeket borító növényzet állapotáról, fejlettségéről és a közvetlen gazdasági jelentőségű termésmennyiségről. A növényzet produkcióját és a hozzá köthető ökoszisztéma szolgáltatásokat egyértelműen befolyásolja az összetett és bonyolult kapcsolat a növényzet és a meteorológiai tényezők, a talajban zajlódó folyamatok és más zavarok között. Ennek következtében a folyamatosan változó környezeti feltételek hatására a növényzet állapotában és fejlődésében megfigyelhető változások okai egyelőre még mindig kevésbé ismertek. Ráadásul, biotikus tényezők (mint például kártevők) szintén befolyásolják a növényzet állapotát különböző mértékű zavarokat (diszturbanciákat) okozva, ahol például a kártevő rovarok életképességei ugyanúgy érzékeny függvényei az éghajlati feltételeknek. A kártevő rovarok inváziójának kitöréseit, populációinak tetőzéseit, és ezáltal az okozott kárt szintén meghatározzák a környezeti feltételek. Az éghajlati változásoknak köszönhetően új, invazív fajok jelennek meg folyamatosan a Kárpát-medencében, váratlan diszturbanciákat és károkat okozva a növényzet állapotában. Mivel a kártevőket szintén befolyásolják a környezeti feltételek, ezért hatásaik elkülönítése éppúgy fontos, mint az együttesen okozott kár számszerűsítése. Ennek következtében a biotikus és abiotikus tényezőket együttesen kell figyelembe venni. A műholdas távérzékelésnek köszönhetően a biotikus hatásokon túl tehát az időjárás, és rajta keresztül az éghajlat növényzetre gyakorolt hatása műholdak segítségével is vizsgálható.

A vegetáció optikai tartományú műholdas távérzékelésének alapja a felszín által visszavert napsugárzás űrbázisú platformon történő mérése. Az alábbi ábrán példát láthatunk lombhullató erdők tipikus fenológiai ciklusára az ún. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) éves menetén keresztül.

Lombhullató erdő tipikus fenológiai ciklusa (távérzékelt NDVI értékein keresztül)

Saját kutatásaink fontosabb eredményei a Kárpát-medence térségére:
- Magyarországi erdõk és gyepek kritikus éghajlati idõszakainak azonosítása során megvizsgáltuk, hogy az év mely rövid távú idõszakai felelõsek túlnyomórészt a vegetációs állapot megfigyelt évközi változékonyságáért. Bővebben: Kern et al., 2022.
- Az újonnan megjelent invazív tölgy csipkéspoloska (Corythucha arcuata, Say 1832) által okozott károkat vizsgálva követjük annak terjedését, és hatásait. Bővebben: Kern et al., 2019. , Kern et al., 2021.
- A közép-európai lombhullató erdők levélbontásának dinamikáját vizsgálva elemeztük a vegetáció tavaszi kizöldülésének kezdetét (rügyfakadás, Start of Season, SOS), végének (teljes lombozat, End of Greening, EOG), és a kettő közötti időtartam (zöldülés időtartama, Green-Up Duration, GUD) évek közötti változékonyságát és magasság szerinti függését MODIS NDVI adatok alapján, a 2000-2019-es időszak alatt. Munkák célja a levélbontás "gyorsaságára" utaló kizöldülési időtartam részletes bemutatása és modellezése volt. Eredményeink alapján az utóbbi három évben állt elő a legrövidebb (2018-ban 14,5 nappal) és a leghosszabb kizöldülés (2017-ben 32,7 és 2019-ben 31 nappal). Kimutattuk, hogy az évek közötti változékonyság oka részben a tavaszi időjárás, de emellett új eredmény, hogy a kizöldülés időtartalmát erősen befolyásolja a vegetációs időszak kezdetének időpontja és a földrajzi magasság is. Meteorológiai adatokat is felhasználó többváltozós lineáris modellezéssel bemutattuk, hogy pusztán a kora tavaszi (március közepéig tartó) időjárás alapján nem lehet pontos becslést adni a kizöldülés hosszára, azonban a vegetációs időszak kezdetének ismeretében a kizöldülés hossza jól becsülhető a meteorológiai adatok alapján. Bővebben: Kern et al., 2020.
- Az időjárás terméshozamra gyakorolt hatását négy mezőgazdasági növényre (búza, kukorica, napraforgó és repce) vizsgálva a legnagyobb szerepe a májusi minimum és maximum léghőmérsékletnek van, illetve kukorica esetén a júliusi és augusztus talajnedvességnek. A különböző meteorológiai hatásokat műholdas adatokkal ötvözve felépítettünk többváltozós modelleket, melyek nemcsak jól tudják becsülni a megfigyelt terméshozam mennyiségét, de előrejelzésre is alkalmasak. Bővebben: Kern et al., 2018.
- A növényzet számára meteorológiai szempontból extrém évek meghatározása a 2000-2016 közötti időszakra felfedte a főbb vegetációtípusok közötti különbségeket, és részletesen bemutatta az időjárás vegetációra gyakorolt évek közötti változékonyságát. Bővebben: Kern et al., 2017.
- Fenológiai és meteorológiai vizsgálatokat végeztünk a Kárpát-medence térségére az NDVI3g adatbázis (Tucker et al., 2014) alapján, és létrehoztuk és publikusan hozzáférhetővé tettük annak a MODIS adatokhoz igazított, javított változatát (http://nimbus.elte.hu/NDVI_CE/). Bővebben: Kern et al., 2016.

Kutatásaink célja tehát annak tisztázása, hogy a meteorológiai feltételek és a kártevőkhöz köthető zavarok hogyan befolyásolják a növényzet növekedését a tenyészidőszakban, és ez várhatóan hogyan fog módosulni a változó éghajlat hatására a Kárpát-medencében.

Kutatásaink elsősorban az alábbi adatokra épülnek:
- MODIS adatokból származtatott mennyiségek (NDVI, EVI, LAI, FPAR, GPP, NPP),
- Sentinel-2A&B MSI adatok,
- FORESEE: publikus meteorológiai adatbázis: http://nimbus.elte.hu/FORESEE/

Kapcsolódó pályázatok:
- OTKA FK-146600, 2024-2027: Globális vlátozásokra adott ökoszisztéma-válaszok detektálása műholdas adatok felhasználsával (Futó pályázat). Témavezető: Kern Anikó
- OTKA FK-128709, 2018-2022: Biotikus és abiotikus tényezők hatásának vizsgálata a Kárpát-medencében műholdas távérzékelés alapján (Lezárult pályázat). Témavezető: Kern Anikó
- OTKA PD-111920, 2014-2017: A Kárpát medence növényzetének vizsgálata műholdas távérzékelésen alapuló adatok segítségével (Lezárult posztdok pályázat). Témavezető: Kern Anikó

Kapcsolódó oldalak:
A Kárpát-medence vegetációja állapotának éves átlagai műholdas adatok alapján 2000-2020 között
Az ELTE műholdvevőállomása (jelenleg üzemen kívül)
Sajátvételű adatokon alapuló műholdas oldalunk

Kapcsolódó írások:
A vegetáció megfigyelése az űrből (Természet Világa cikk)