Metsän tuulituhojen tarkastelu Sentinel-1-satelliittidatan avulla

Ilmastonmuutos on lisännyt huolta tuulituhoriskin noususta myös Suomessa, ja tuulen ja lumen aiheuttamat tuhot puustolle ovatkin olleet ajankohtaisia keskustelunaiheita metsäalalla. Tuulen ja myrskyn aiheuttaman vaurion ilmiasu ja laajuus metsässä vaihtelevat yksittäisten puiden tai puuryhmien kaatumisesta tai katkeamisesta aina pinta-alaltaan laajempien alueiden puuston myrskytuhoon (kuten esimerkiksi taannoisessa Asta-myrskyssä). Taloudelliset näkökulmat kannustavat metsänomistajia minimoimaan riskit vastuullisen metsänhoidon keinoin. Samoilla keinoilla – tuhoja havainnoimalla, metsänhoidolla ja puustoa korjaamalla – metsänomistajat voivat myös varautua tuulen ja myrskyn tuhoriskiin ja seurannaistuhoihin.

Bitcompin viimeaikaisessa EnviNavigator-hankkeessa ollaan päästy tarkastelemaan Sentinel-1-tutkasatelliittihavaintojen käyttökelpoisuutta ja potentiaalia metsän tuulituhojen havainnoinnissa ja kartoittamisessa. Lähtökohdiltaan satelliittikaukokartoitus on soveltuva tällaiseen käyttöön sen laajan alueellisen peiton ja toistuvuuden takia. Tutkahavaintoja saadaan ajallisesti vakaasti, myös pilvisellä säällä sekä eri vuodenaikoina. Tutkakuvien aikasarjan käytöstä on olemassa raportoituja käyttötapauksia lumituhojen tulkinnassa. Näin ollen myös EnviNavigator-projektin puitteissa Sentinel-1-tutkahavaintojen aikasarjan (eli usean ajankohdan tutkakuvien kokonaisuuden) hyödyntäminen nousi kiinnostuksen kohteeksi Aapeli-myrskyn aikaan tammikuussa 2019.

Vaasan alueen myrskyn aiheuttamien tuulituhojen tapauksessa Metsäkeskus teki maastotyönä koealamittauksia tutkakuvamateriaalin koekäyttöä varten koelaskennan tueksi. Tätä kautta oli mahdollista saada kokemuksia eri lähestymistapojen (koealataso, kuviotaso) käyttökelpoisuudesta ja tuhojen erottumisesta tutkakuvilla.

Sentinel-1 tutkakuva. Kuvaikkunan leveys maastossa on n. 1 km. Siniset ympyräsymbolit ovat koealoja ja siniset viivat avoimen metsätiedon kuviorajoja. (RGB värikompositio kuvalta 9.1.2019: R: polarisaatio VV; G: polarisaatio VH; B: suhde VV/VH ratio)

Tuulituhoja tapahtui tammikuun alkupäivinä ja siksi tutkakuvien aikasarja koottiin joulukuun 2018 ja tammikuun 2019 ajalta. Myös avointa metsätietoa sekä kohdealueen metsänkäyttöilmoituksia käytettiin EnviNavigator-hankkeen osana tehdyssä harjoituksessa suoritetun laskennan tukena. Harjoituksessa haettiin tuhojen havainnointiin lähestymistapaa, jolla metsäomistajien informointia ja puunkorjuutoimintaa voitaisiin ohjata paremmin.

Tutkakuvien käytössä on useita haasteita. Esimerkiksi sadeoloilla ja lumen määrällä latvustossa on vaikutusta tutkahavaintoihin. Lisäksi kuvilla voi esiintyä myös satunnaista vaihtelua, jota pyritään pienentämään esikäsittelyllä. Haasteeksi voi muodostua myös aikaikkunan kasvattaminen. Sillä on rajansa, sillä aikaikkunan kasvaessa kuvaan tulevat mukaan myös muut alueella esiintyvät muutokset, kuten vaikkapa normaalit metsänhakkuut.

Tuhojen tunnistamisessa tutkakuvilta on pohjimmiltaan kyse luokittamisesta, tavoitteena tuho-/ei-tuho-luokkien havaintojen erottaminen toisistaan. Mallinnukseen on sovellettavissa koneoppimisen ja kuvatulkinnan menetelmiä. Normaalisti työn vaiheina ovat tällöin havaintojen jaottelu opetus- ja testiaineistoon, mallinnus ja sen jälkeen testiluokitus sekä lopuksi kohdealueen kuvahavainnot kattava luokitus.

Luokituksen tulosesimerkki metsikkökuvioilla. Violetilla rajattu alue on tulkittu tuhokuvioksi. Kuvaikkunan leveys on noin 500 m. (Taustakuva: VH -tutkahavainnot 9.1.2019.)

Tuulituhojen tunnistaminen on haasteellista tutkakuvien erityispiirteiden ja esikäsittelyn vaativuuden takia. Kokemuksemme metsän tuulituhon tunnistamisesta tutkakuvien aikasarjalta on ollut saman suuntainen kuin aiemmissa raportoiduissa tapauksissa esimerkiksi Saksassa. Kokemuksen karttuessa tutkakuvien käyttöpotentiaalia tultaneen selvittämään jatkossa myös muihinkin metsäpuolella olemassa oleviin kiinnostaviin käyttötarkoituksiin.

Maastoaineiston ja mallinnustyön tukiaineiston rooli tällaisissa koehankkeissa on elintärkeä, joten suuri kiitos meiltä Suomen metsäkeskukselle yhteistyöstä tässä hankkeessa!


LUE LISÄÄ MUUTOSTULKINTAPALVELUSTA


KIRJOITTANUT


Eero Muinonen
GIS-asiantuntija