Assessment of spatio-temporal variations in lake surface using landsat imageries and Google Earth Engine
Göl yüzeyindeki mekansal ve zamansal değişimlerin landsat görüntüleri ve Google Earth Engine kullanılarak değerlendirilmesi
- Tez No: 740787
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FİLİZ BEKTAŞ BALÇIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu araştırmanın amacı, gölün su yüzey alanını ve Göl Yüzey Suyu Sıcaklığını (LSWT) belirlemek ve bu değişkenler arasındaki mekansal ve zamansal ilişkilerin uzun vadeli bir analizini vermektir. Türkiye Göller Bölgesi'nde yer alan üç büyük göl, Burdur Gölü, Eğirdir Gölü ve Beyşehir Gölü, çalışma alanı olarak belirlenmiştir. Göller ekosistem ve ekolojik döngü için çok önemlidir. Bu tür hassas bölgelerin korunması ve geliştirilmesi için doğru ve güvenilir kaynaklar kullanılarak sürekli izlenmesigerekmektedir. Uzaktan algılama teknolojisinin gelişimi, göllerin mevcut durumunun belirlenmesi, izlenmesi ve değerlendirilmesi için önemli bir fırsat sunmaktadır. Spesifik olarak, uydu görüntülerinin mekansal ve spektral çözünürlüklerinin iyileştirilmesi bu potansiyele katkıda bulunmaktadır. Su yüzey alanının haritalanması, tarım, ekonomi ve ekosistemin yapısı ve işlevi açısından önem arzetmektedir. Burdur, Eğirdir ve Beyşehir göllerinin su yüzey alanındaki uzun vadeli değişimleri anlamak için uzaktan algılama yöntemleri kullanılmıştır. Su yüzey alanlarının uydu görüntülerinden belirlenmesi için Normalize Edilmiş Fark Su Indisi (Normalized Difference Water Index - NDWI) kullanılmıştır. NDWI ve göl su yüzey sıcaklığı (Lake Water Surface Temperature - LSWT) yöntemleri Google Earth Engine (GEE) ortamında Landsat uydu görüntülerine uygulanmıştır. GEE, uydu görüntüleri üzerinde analizleri gerçekleştirmek ve büyük veri işlemek için kullanılan bulut tabanlı bir platformdur. Çalışmada 2000'den 2021'e kadar olan çalışma dönemini kapsamak üzere iki uydu verisi; Landsat 5 TM ve Landsat 8 OLI/TIRS, kullanıldı. Landsat 8 OLI/TIRS 2013'ten 2021'e kadar olan zaman aralığını kapsarken, Landsat 5 TM 2000'den 2011'e kadar kapsama sağlar. 2012 yılında ise elverişli uydu görüntüsü bulunamamıştır. Ayrıca tez çalışması kapsamında ERA5-Land ve TerraClimate aylık uydu veri seti kullanılarak su yüzey alanı ve LSWT'nin meteorolojik parametreler (sıcaklık, buharlaşma ve yağış) ile arasında bir ilişki olup olmadığı araştırılmıştır. Birinci bölümde, göllerin ekosistem ve küresel iklim ile olan ilişkisi tartışıldı ve uzaktan algılama ile elde edilen uydu görüntüleri kullanılarak su kütlesinin çıkarılması hakkında literatürden bilgiler sunuldu. Bu bölümde ayrıca çalışmanın kapsamı ve amaçları tartışılmaktadır. İkinci bölüm, su yüzeylerinin mekansal-zamansal değişimlerini tespit etme ve izlemede uzaktan algılama ve uydu verilerinin rolü verilmiştir. Üçüncü bölümde, çalışma alanlarının tüm özellikleri ve öneminin yanı sıra analizde kullanılan uydu verilerinin özellikleri detaylarıyla birlikte verilmiştir.. Hava koşullarından etkilenmesiyle bilinen optik görüntülerdeki bulut probleminden dolayı uydu görüntüleri %10 bulut filtresine tabi tutularak seçilmiştir. Böylece toplamda 606 Landsat görüntüsü seçilerek ve GEE bulut platformu üzerinde analizler gerçekleştirilmiştir. Dördüncü bölümde, uydu görüntülerinden su yüzey alanını belirlemek için kullanılan ve su piksellerini tespit etmede oldukça başarılı olan NDWI ve su yüzey sıcaklığını tespit etmek için kullanılan LSWT yöntemlerinin metodolojisi açıklanmıştır. Su yüzey alanı ve LSWT hesaplama prosedürü, kullanılan denklemler ve GEE kodu ile ayrıntılı olarak verilmiştir. Her göldeen büyük ve en küçük su yüzey alanı için doğruluk değerlendirmesi, rastgele nokta seçim yöntemi ve hata matrisi değerlendirmesi açıklanmıştır. Ayrıca, üç gölün su yüzey alanı değişiklikleri ve LSWT ile olan ilişkileri, LSWT'de meydana gelen artışın veya azalmanın gölün su yüzey alanı üzerindeki etkilerini belirlemek için analiz edildi. Beşinci bölümde, araştırma süresi boyunca her bir göl yüzey alanındaki günlük, mevsimlik ve yıllık değişimler sunulmuştur. Çalışmadan elde edilen bulgular, NDWI kullanılarak su piksellerinin, tüm göllerin yüzey alanı için %98'in üzerinde elde edilen genel doğrulukla, oldukça doğru bir şekilde tespit edilebileceğini göstermektedir. 2000-2021 yılları arasında Burdur Gölü'nün su yüzey alanı değeri %22'in üzerinde önemli bir ölçüde azalırken, Eğirdir Gölü için bu değer yaklaşık olarak %4, Beyşehir Gölü için ise gözle görülür bir değişiklik göstermeyerek % 1 azalmaktadır LSWT değerleri analiz edildikten sonra, çalışma süresi boyunca Beyşehir hariç tüm göllerde arttığı tespit edilebilir. Böylece Burdur Gölü'nün su yüzey sıcaklığı 2.1°C'nin üzerinde artış gösterirken, Eğirdir Gölü'nde 0.3°C yükselmektedir. Beyşehir Gölü'nde ise yaklaşık olarak 1.4°C azalmıştır. Elde edilen sonuçlar, ERA5-Land ve TerraClimate verilerinden elde edilen meteorolojik parametrelerle değerlendirilmiş ve bulgular göller üzerinde insan kaynaklı faaliyetlerin iklim etkilerinden daha baskın olduğunu göstermiştir. Altıncı bölümde, çalışmanın bulguları gözden geçirilmiş ve tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
The purpose of this research is to determine the lake's water surface area and the Lake Surface Water Temperature (LSWT), as well as to give a long-term analysis of the spatial and temporal relationships between these variables. Lake Burdur, Lake Egirdir, and Lake Beysehir were the three lakes in Türkiye's Lakes Region that were taken into consideration to be used as testing sites. Lakes are crucial to the ecosystem and ecological stability. For the preservation and development of such sensitive regions, continual monitoring using accurate and dependable sources is required. The development of remote sensing technology provides a significant opportunity for the determination, monitoring, and assessment of the current state of lakes. Specifically, the improvement of satellite images spatial and spectral resolutions contributes to this potential. Mapping water surface area is essential for agriculture, economic, and the structure and function of the ecosystem, as well as for the extent of lakes' water surfaces. Remote sensing methods were used to comprehend the long-term variations in the water surface area of Lake Burdur, Egirdir, and Beysehir. Google Earth Engine (GEE) is a cloud-based platform that applies operations to Landsat satellite images, was used to perform the analysis. In the study, two satellite sensors; Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI/ TIRS, were employed to cover as much of the research period from 2000 to 2021 as possible. Landsat 8 OLI/TIRS gives coverage from 2013 through 2021, while Landsat 5 TM provides coverage from 2000 to 2011. There was no available satellite data for 2012. Also, ERA5-Land and TerraClimate monthly satellite dataset were used in this study to show whether there is correlation between water surface area and LSWT with meteorological parameters (temperature, evaporation and precipitation). The first chapter discusses the relevance of lakes to the ecosystem and global climate, as well as the information on water body extraction using satellite images acquired by remote sensing was presented. This chapter also discusses the study's scope and objectives. The second chapter presents the role of remote sensing and satellite data in extracting and monitoring the spatio-temporal changes of water surfaces. The third chapter introduces the study area and clarified all of its features, in addition to providing the satellite data utilized in the analysis. Thus, a total of 606 Landsat images were collected and analyzed through GEE cloud platform. In the fourth chapter, the Normalized Difference Water Index (NDWI) was utilized to extract the water pixels in order to determine the surface water extent from the image inventory. Thus, the procedure of calculating surface water area and LSWT has been explained in detail via the used equations and GEE code. The accuracy assessment for the largest and smallest surface water area for each lake was evaluated using the random point selection method and confusion matrix. Moreover, the water surface area changes of the three lakes and the LSWT variable, as well as their relationship with one to another, were analyzed to clarify the effects of an increase or decrease in LSWT over the extent of the lake's surface water. In the fifth chapter, the daily, seasonal, and annual variations in each lake surface area across the research period were presented. The findings from the study indicate that by using NDWI, water pixels can be extracted rather accurately, with an overall accuracy of more than 98% for the surface area of all lakes. Between 2000 and 2021, the water surface area value of Lake Burdur decreased significantly by more than 22%, while for Lake Egirdir it has dropped slightly by less than 4%, and for Lake Beysehir has not changed noticeably, it has decreased by roughly less than 1%. After analyzing the LSWT values, it can be established that they increased in all lakes except for Beysehir over the study time period. Thus, Burdur Lake's LSWT increased by more than 2.1°C, Egirdir Lake heightened by more than 0.3°C, and Beysehir Lake decreased by more than 1.4°C. The obtained results were evaluated with meteorological parameters and our findings showed that human-induced activities were more dominant than climate effects over the lakes. In the sixth chapter, the study's findings were reviewed and discussed.
Benzer Tezler
- Evaluating performance of different remote sensing techniques and various interpolation approaches for soil salinity assessment
Toprak tuzluluğu değerlendirmesi için farklı uzaktan algılama teknikleri ve çeşitli interpolasyon yaklaşımlarının performansının değerlendirilmesi
TAHA GORJI
Doktora
İngilizce
2021
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL TANIK
- Başlıca iklim parametrelerinin bitki su tüketimine etkilerinin uzaktan algılama yöntemleri ile araştırılması
Investigation of effects of major climate parameters on crop water consumption using remote sensing methods
ORKAN ÖZCAN
Doktora
Türkçe
2014
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEBİYE MUSAOĞLU
PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ
- The spatio-temporal dynamics of aerosols in the Marmara region and impact of land cover/use on atmospheric environment
Marmara bölgesindeki aerosollerin mekansal-zamansal dinamiksel ve arazi örtüsü/kullaniminın atmosferik ortam üzerindeki̇ etkisi
PARIA ETTEHADI OSGOUEI
Doktora
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞİNASİ KAYA
- Türkiye'nin kuzey-batı bölgesindeki yüzeydeformasyonlarının yüksek çözünürlüklü insar verileriyardımı ile gözlenmesi: Asismik slip ve çöküntü olguları
Monitoring of surface deformation in northwest turkey from high resolution insar : Focus on tectonic aseismic slip and subsidence
GÖKHAN ASLAN
Doktora
İngilizce
2019
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiKatı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZİYADİN ÇAKIR
- Assessment of the fluctuations of groundwater storage through GIS and remote sensing methods
Yeraltısuyu depolamasındaki değişimlerin CBS ve uzaktan algılama metotları ile değerlendirilmesi
BEHNAM KHORRAMI
Doktora
İngilizce
2022
CoğrafyaDokuz Eylül ÜniversitesiCoğrafi Bilgi Sistemleri Bilim Dalı
PROF. DR. OKAN FISTIKOĞLU
PROF. DR. ORHAN GÜNDÜZ