Kortlagning og vöktun á náttúru Íslands með fjarkönnun - öndvegisverkefni lokið

Fréttatilkynning verkefnisstjóra

27.6.2019

Verkefnið EMMIRS, ‘Kortlagning og vöktun íslenskrar náttúru með fjarkönnun’, hafði að markmiði að þróa skilvirkar aðferðir við kortlagningu og vöktun og byggðist á notkun fjarkönnunargagna (s.s. gögnum frá gervitunglum, flugvélum og flygildum). Til þess var beitt þverfaglegri nálgun á tveimur rannsóknarsvæðum, við Heklu og Öræfajökul, sem eru dæmigerð svæði þar sem örar breytingar á landslagi eiga sér stað.

Helsta afurð EMMIRS verkefnisins var að öflun yfirgripsmikils gagnasafns frá Heklu sem hefur að geyma fjölbreyttar gagnagerðir. Gögnin eru gerð aðgengileg öllum til niðurhals og munu nýtast til áframhaldandi þróunar á flokkunaraðferðum. Slík gagnasöfn hafa hátt miklvægi þar sem þau eru a) grunnur að samanburði ólíkra flokkunaraðferða og b) hafa áhrif á framtíðarþróun nýrra aðferða. EMMIRS gögnin innihalda Lidar gögn sem og fjölrása myndir með hárri upplausn í rófi og rúmi en einnig nákvæmm grunngögn fyrir vistgerðir og landform sem fanga vistfræðilega og jarðfræðilega fjölbreytni svæðisins. Gagnasettið hefur nú þegar og mun áfram gagnast samfélaginu við þróun lausna við vandamálum sem nútíma stofnanir sem annast kortlagningu horfast í augu við, s.s. við i) flokkun vistgerða og landforma, ii) samþættingu gagna af ólíkum gerðum (svokallaða gagnabræðslu), iii) leiðréttingu vegna skekkju af völdum lofthjúps, iv) samskeytingu mynda og, v) afblöndun myndeininga. Svokallaðri MIcEL algrími var beitt til að leiðrétta fjölrása myndgögnin fyrir skekkju sem ólíkar aðstæður í lofthjúpnum á tökutíma valda. Þannig voru endurkastsgildi myndeininga gerð sambærileg milli myndræma. Fyrstu niðurstöður sýna fram á mikla möguleika myndanna við að aðgreina tugi ólíkra yfirborðs- og vistgerða.

Annar stór þáttur sem unnin var í verkefninu var jarðfræðiúttekt á svæðunum við Öræfajökul og Heklu. Safn loftmynda frá mismunandi tökuárum var notað til að búa til myndkort og landhæðarlíkön fyrir og eftir gos í eldstöðinni.

Með þessu hefur EMMIRS verkefnið birt fyrstu nákvæmu hraunþykktarkortin og metið rúmmál hrauna sem komið hafa upp í eldgosum í Heklu árin 1947-1948, 1970, 1980-1981, 1991 og 2000. Þessar niðurstöður auka skilning á mælingum á aflögun, gosvirkni og hafa verið nýttar til að herma hraunflæði. Loftmyndaröðin ásamt mælingum af vettvangi gerði það kleift að útbúa ný kort af sögulegum hraunum Heklu á stafrænu formi. Kortin má skoða á kortasjá https://emmirs.svarmi.is/map þar sem jafnframt má skoða loftmyndirnar sem liggja að baki. Þetta framlag er grunnur betri þekkingar á eldvirkni Heklu á sögulegum tíma, einkum hvað varðar aldursákvarðanir hraunbreiða.

Sama tækni var nýtt til að vakta jöklabreytingar á Öræfajökli frá 1945 til 2011. Safn loftmynda, landhæðarlíkana og myndkorta var útbúið með stafrænum myndmælingaraðferðum. Með því að draga eldra líkan frá yngra mátti sýna fram á samdrátt eða aukningu í ísmassa fyrir seinni hluta 20, aldar.

Verkefnið hefur jafnframt verið nýtt til þess að rannsaka áhrif eldvirkni á þróun landvistkerfis á norðlægum slóðum. Vettvangsmælingar og nýjar aldursákvarðanir hraunbreiða voru nýttar til að bæta skilning á þeim ferlum sem stjórna frumframvindu gróðurs á nýju og ólífrænu yfirborði eldbrunnina hrauna síðastliðin 850 ár. Mosar eru ríkjandi fyrstu aldirnar en aðkoma lausra jarðvegsefna, s.s. gjósku sem fellur í eldgosum, er afar mikilvæg til að háplöntur fái þrifist og smám saman orðið ríkjandi í gróðurþekjunni. Þar er birki mikilvæg tegund en á eldri hraunum þrífst nú birkikjarr sem er vísir að þeirri hástigsvistgerð sem að líkindum verður ríkjandi í hraununum í framtíðinni.

Þróun landvistkerfa var jafnframt könnuð fyrir framan skriðjökla við Öræfajökul, n.t.t. Skaftafellsjökul og Breiðamerkurjökul. Þar voru fjarkönnunargögn og vettvangsupplýsingar um gróður og jarðvegsþætti nýtt til að meta kolefnisforða í jarðvegi sem safnast hefur upp fyrir tilstilli náttúrulegrar framvindu á svæðum sem komið hafa undan jökli frá lokum litlu ísaldar fyrir um 120 árum.

Til viðbótar við vísindalegt framlag EMMIRS verkefnisins má nefna mikilvægan þátt sem er aukin samvinna milli innlendra og erlendra stofnana sem fást við rannsóknir með fjarkönnunargögnum á Íslandi. Verkefnið lagði grunn að stofnun þverfaglegs vettvangs við Háskóla Íslands sem nefnist ´Remote Sensing Center’ og miðar að því að brúa bilið milli aðila sem fást við þróun aðferða til gagnagreiningar og notenda sem nýta tæknina til könnunar og kortlganingar á íslenskri náttúru.

English:

Iceland is exposed to rapid and dynamic landscape changes caused by natural processes and man-made activities, which impact and challenge the socio-economic situation of the country. Many of these changes (e.g. tectonic, volcanic, glacial and extreme weather processes) are showcases for global environmental changes that challenge present day societies. In such environment and during changeable times, fast and reliable mapping and monitoring techniques are needed on a big spatial scale with a high temporal resolution. This will be crucial to both mitigate and understand the scale of processes and their often complex interlinked feedback mechanisms.

The project Environmental Mapping and Monitoring of Iceland by Remote Sensing (EMMIRS) focused on developing efficient mapping and monitoring techniques based on remote sensing data (e.g. data from satellites, planes and drones). This was done by a multidisciplinary assessment of two selected remote sensing super sites, Hekla and Öræfajökull, which encompass diverse, rapid natural and man-made landscape changes.

A major result of this project is large-scale, open-access, multi-source remote sensing benchmark data sets of Hekla volcano which will serve as a test data set for classification. Such data sets are important because they (a) are the basis for comparison of classification techniques and (b) direct the future development of new classification techniques. The EMMIRS data set contain lidar and hyperspectral data of high spatial, spectral and radiometric resolution as well as well-illustrated and detailed land cover and landform reference data capturing the ecological and geological diversity of the area. This benchmark data set has already and will in the future enable the community to develop solutions to challenges that present day national mapping agencies face such as (i) classification of land cover habitats and landforms, (ii) data fusion, (iii) atmospheric correction, (iv) mosaicking and stitching and (v) pixel unmixing. The MIcEL algorithm for simultaneous atmospheric correction of overlapping images was used to obtain spectral data with invariant units of surface reflectance. In addition, preliminary results of the classification process clearly show the high capability of the EMMIRS data to distinguish between tens of different land cover and habitat types.

Another key achievement of the project was its geological assessment of the Öræfajökull and Hekla area. Historical aerial images were processed in order to create orthophotos and topographic models before and after each of the last five eruptions.

By doing so the EMMIRS project provided the first precise lava thickness maps and lava volume estimates for the 1947–1948, 1970, 1980–1981, 1991, and 2000 eruption at Hekla volcano. These results help to understand the syn-eruptive deformation data, eruption parameters and has been used for lava flow modelling. The historical images along with field data allowed us to create new maps of the historical lava flows at Hekla in a digital format. This map can be accessed for free from the EMMIRS landscape portal https://emmirs.svarmi.is/map where the map along with the old historical images can be viewed. This effort will serve as basis to improve our understanding of historical Hekla eruptions, in particular the dating of Heklas lava fields.

These techniques also allowed glacial monitoring of Öræfajökull from 1945-2011. Based on historical images, historical DEMs and orthophotos were constructed using digital photogrammetric techniques. Differencing the DEMs allowed glacial monitoring and estimation of glacial volume loss in the second half of 20th century.

Another great accomplishment of the project was to study the impact of volcanism on the dynamics of ecosystem development in sub-Arctic environments. The field data and new lava map served as a basis to understand how ecosystems develop on new surfaces proposed by the historical and young prehistorical lava fields. Mosses dominated the earlier stages of plant succession but with the input of loose soil material, e.g. consisting of tephra deposited during volcanic eruptions, the ecosystem progressed into birch dominated heathland, which is the precursor of a birch dominated climax ecosystem.

The development of terrestrial ecosystems in the proglacial areas of Öræfajökull was assessed in front of the Skaftafellsjökull and Breiðamerkurjökull outlet glaciers. There, a regional assessment was made for the carbon stock accumulating in the soil developing through natural plant succession on the surfaces that have become ice-free over the last 120 yrs.

In addition to the scientific impact of the EMMIRS project an important outcome of the project is the increased domestic and international collaboration focused on remote sensing research in Iceland. This project laid the groundwork for establishing a interdisciplinary remote sensing center in Iceland focusing on bridging the gap between advanced information processing capabilities and the end-user mapping of the Icelandic environment.

 6 peer reviewed articles in ISI accredited international journals.

 24 peer reviewed conference abstracts

 22 presentations on international conferences and meetings

 3 master theses 3 ritgerðir til meistaraprófs

 An open access benchmark remote sensing benchmark data

 A new historical lava map

 A landscape geoportal https://emmirs.svarmi.is/map

 Home page :http://emmirs.is/

 The EMMIRS project was the basis for four additional research application, which got funded internationally. Among which one of them ensured additional flight surveys of Holuhraun and Moefellshyrna

 New domestic international collaborations

Heiti verkefnis: Kortlagning og vöktun á náttúru Íslands með fjarkönnun / Environmental mapping and monitoring of Iceland by Remote Sensing (EMMIRS)
Verkefnisstjóri: Jón Atli Benediktsson, Háskóla Íslands
Tegund styrks: Öndvegisstyrkur/Grant of Excellence
Styrktímabil: 2015-2017
Fjárhæð styrks: 114,277 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 152266