Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Uzaktan Algılamanın Biyoçeşitlilik Çalışmalarındaki Yeri ve Önemi

Biyocoğrafya, canlıların dünya üzerindeki dağılışını, bu dağılışın nedenlerini ve zaman içindeki değişimini araştırır. Coğrafi bakış açısı ile ekoloji, botanik, zooloji gibi diğer disiplinleri entegre eden biyocoğrafyanın esas araştırma unsurunu canlı ve/veya fosil bitki ve hayvanlar oluşturur. Zamandan bağımsız olarak çalışan bu disiplin, dünyanın varoluşundan günümüze dek yeryüzündeki canlı yaşamı ile çevresel değişkenler arasındaki bağlantıyı açıklar.

1600-1850 yılları arasında, daha çok ‘neden’ sorusunun cevaplanmaya çalışıldığı biyocoğrafya çalışmaları coğrafi keşiflerle ilişkilendirilmekteydi. Carl Linnaeus, yükseltiye göre bitki ve hayvan dağılışı yaklaşımını ortaya çıkarmış; Johann Reinhold Forster, bitkiler için küresel biyotik alanları çalışmış; Alexander von Humboldt, biyocoğrafyanın bir dalı olan “botanik coğrafya” kavramının temelini atmıştır.

1850-1900 yılları arasında Charles Darwin, doğal seçilim ve evrim konularında dünya çapında ses getirecek araştırmalar yapmış; Alfred Russel Wallace bu düşünceyi destekleyerek dünyanın çeşitli yerlerinde çalışmalar yapmış, Asya ile Avustralya arasında “Wallace Çizgisi” adı verilen faunal sınırı belirleyerek dünyayı 6 biyotik bölgeye ayırmıştır.

1900 yılından sonra Alfred Wegener’in plaka tektoniği kuramıyla birlikte, öncesinde biyocoğrafyacılar için büyük bir muamma olan türlerin kıtalar üzerindeki dağılış kalıpları açıklığa kavuşmuş, bu çözümleme sonrasında çalışmalar ivme kazanmıştır. Sonraki dönemde Ernst Mayr, R.H. Whittaker, R. H. MacArthur gibi diğer birçok doğa bilimci sayesinde biyocoğrafya bilimi büyük aşama kaydetmiştir.

Günümüzde canlıların genetik, fizyolojik ve morfolojik özellikleri, mekânsal dağılış kalıpları araştırılmaya devam etmektedir. Küresel iklim değişikliği senaryolarından yola çıkarak gelecekteki dağılışın modellenmesi, fosillerden edinilen bilgiyle geçmiş dönemdeki dağılışın belirlenmesi, biyoçeşitliliğin korunması, doğa tahribat alanlarının yeniden-yabanileştirilmesi gibi çalışmalarda, coğrafi bilgi sistemleri ve uzaktan algılama ile entegre edilmekte, bu iki teknik biyocoğrafya alanında gün geçtikçe daha da önem kazanmaktadır.

Biyoçeşitlilik, bitkiler, hayvanlar, mikroorganizmalar gibi farklı yaşam formlarının çeşitliliğidir. Bu kavram herhangi bir biyom veya alan içindeki genetik çeşitlilik, ekosistem çeşitliliği ve tür çeşitliliğini (türlerin sayısı) ifade etmektedir.

Biyoçeşitliliği tehdit eden faktörlerin başında “insan” gelmektedir. Geç­mişe nazaran çok daha hızlı biçimde değişen dün­ya ekosistemleri, turizm, ziraat, yerleşim vb. insan faaliyetlerinden olumsuz etkilenmektedir. Biyoçeşitliliği etkileyen diğer unsurlar habitat değişikliği, iklim değişikliği, istilacı türlerin yayılışı, tüketimdeki aşırılık ve kirliliktir.

Coğrafi temelli biyoçeşitlilik veri tabanları, sınırları belirli alanlarda nesli tükenmekte olan türlerin yeni popülasyonlarının nerede yaşayacağını tahmin etmek, potansiyel sıcak noktaları belirlemek gibi olanaklar sağlamaktadır.

Uzaktan algılamayla elde edilen verilere boyut kazandıran coğrafi bilgi sistemleri, özellikle bitki ekolojisi konusunda oldukça elverişli bir araçtır. CBS’nin mekânsal analiz kabiliyetleri, bitki örtüsünde yama boyutları, yama şekilleri, yama izolasyonu, serpiştirme (çeşitli arazi kaplamalarının bitişikliği), yan yana bitiştirme, parçalanma ve yamalılık gibi tüm parametrelerin ölçümüne olanak sağlar. Ayrıca coğrafi bilgi sistemleri ile tür zenginliği, çeşitlilik indisi ve biyokütle değerleri gibi durumlar da değerlendirilmektedir. CBS teknolojisi, bilimsel çalışmalara katkısının yanı sıra karar vericiler için de etkili bir araç olarak kabul edilmektedir.

Biyoçeşitlilik Coğrafi Bilgi Sistemleri (BCBS veya BGIS) olarak adlandırılan bu birimlerin ilk amacı mekânsal biyoçeşitlilik bilgisine kolay erişim sağlamak, karar verme mekanizmalarının planlama sürecine katkı sağlamaktır. Geniş kitlelerin ulaşabilmesi amacıyla çoğunlukla WEB CBS ile oluşturulan bu birimler, biyoçeşitlilik bilgilerinin kamu ve özel sektörde karar verme süreçlerine dâhil edilebilmesi gibi avantajlar sağlamaktadır. Yerel yönetimler, planlama uzmanları, ÇED uzmanları gibi kitlelere hitap eden bu uygulamalar, aynı zamanda tüm tarafların aynı veri setini kullanmasını sağlar ve karar sürecinde doğru bilgi güvencesi verir.

Temel düzeydeki herhangi bir kullanıcının katmanları kolaylıkla değiştirebildiği, harita açıklamasını inceleyebildiği, uzaklaştırma-yakınlaştırma, kaydırma, sorgulama gibi aktiviteleri gerçekleştirebildiği arayüze sahip olan birimlerde, haritalar PDF dosyası olarak veya e-posta olarak kaydedilmektedir. İleri düzeyde kullanıcılar için ise harita katmanını seçebilecekleri düzey özellikleri, kendi şekil dosyalarını (shapefile) veya GPS verilerini (point, track) yükleyebilecekleri, işaretlemeler, metin, nokta, çizgi, alan gibi vektörel veriler oluşturabilecekleri arayüzler de mevcuttur. Ayrıca kullanıcılar yeni veri girişlerini güvenli bir şekilde paylaşabilmekte, çalışma arkadaşlarına e-posta yoluyla sistem bağlantısı gönderebilmektedir.

İnsan faaliyetleri, canlıların yaşam alanlarının bütünlüğünü tehdit etmektedir. Bu tehditlerin süregeldiği zaman aralığında toplanan mekânsal veriler coğrafi bilgi sistemi ortamında üst üste bindirilerek (overlapping) değişimin, diğer bir ifadeyle tahribatın boyutlarını analiz etmek mümkündür. (Bununla ilgili kitabınızın 62. sayfasındaki ayrıntılı örnek uygulamayı inceleyebilirsiniz)

Tür popülasyon dağılışı için, farklı alanlarda varlık gösteren aynı ağaç cinslerinin CBS haritaları baz alınarak mevcut popülasyon dağılışını belirleme araştırmaları örnek verilebilir. Herhangi bir orman topluluğunda, baskın ağacın poligon (polygon), seyrek yayılışa sahip diğer bitkilerin ise nokta (point) verisiyle gösterildiği haritalarda, altık olarak orman amenajman planları kullanılabilir. Orman amenajman planları çok detaylı planlardır; araştırmacı kendi ilgisi dâhilinde bu planların içerisinden ihtiyaç duyduğu bilgileri edinmektedir. (Bununla ilgili kitabınızın 63-64 sayfalarındaki ayrıntılı örnek uygulamayı inceleyebilirsiniz)

Habitat kullanımına örnek olarak bir hayvanın yaşadığı habitattaki biyolojik kaynakları kullanması verilebilir. Yiyecek arama, yuva yapma, kaçma gibi yaşam öykülerini barındıran bu yaşamsal aktiviteler bazı habitatların bölünmesine veya örtüşmesine neden olmaktadır. Ormanlarda yaşayan canlılarının (insan dâhil) habitattaki varlıklarını gösteren haritalar karar vericilerin ortamı tanımasına olanak sağlar.

Hem biyoçeşitliliğin, hem de turizm faaliyetlerinin fazla olduğu, koruma ve rekreasyon alanlarının çakıştığı bölgeler için, coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla sorun çözmede ve planlamada oldukça elverişli haritalar üretilmektedir. Bu haritalarda koruma alanları, tarım alanları, turizm alanları gibi katmanlar bulunmaktadır.

Canlıların dağılışında çevresel faktörlerin önemlidir. Kısa sürede yer değiştirme yeteneğine sahip olmayan bitkiler çevre şartlarındaki olumsuzluklara hayvanlarda olduğu kadar hızlı tepki verememektedir. Bu nedenle bitkiler orman yangını, küresel iklim değişikliği gibi durumlardan daha çok etkilenir. Bitkiler fizyolojik özellikleri sebebiyle farklı ortamlara ihtiyaç duyar. Bazı bitkiler gölge severken, bazıları direk güneş ışığı talep eder. Su kenarlarında yaşamlarını sürdüren bitkilere karşın mevsimler boyunca kurak şartların olduğu alanlarda yaşayan bitkiler de vardır. Bununla birlikte bazı bitkilerin topografik değişkenlere bağlı yayılış gösterdikleri bilinmektedir. (Bununla ilgili kitabınızın 66-67 sayfalarındaki ayrıntılı örnek uygulamayı inceleyebilirsiniz)

Modeller empirik ve süreç tabanlı olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Biyocoğrafya çalışmalarında çokça kullanılan süreç tabanlı modellerde bir canlının çevresel değişkenlere karşı davranış durumları analiz edilmektedir.

Habitat niş modeli, habitat uygunluk modeligibi adlarla da bilinen tür dağılış modellemesi,herhangi bir türün zaman ve mekân boyunca dağılışını tahmin etmek için çevresel veriler ile bilgisayar algoritmalarının kullanıldığı bir yöntemdir.

Tür dağılış modellerinde çevresel veriler çoğunlukla iklim (sıcaklık, yağış), toprak türü, su derinliği, arazi örtüsü, yükselti gibi değişkenlerden oluşur.

CBS ortamında hazırlanan değişken haritaları R, Julia, MATLAB gibi programlama dillerinde tür dağılış verileriyle çakıştırılarak, bu iki girdi arasındaki ilişkiler hesaplanır. Sonraki aşamada ise girdiler arasındaki güncel korelasyona bağlı olarak geçmişe veya geleceğe ait çevresel değişkenlerle yeni ilişkiler kurulur. Çevresel değişkenler coğrafi bilgi sistemleri ortamında haritalandırılıp, canlının vektör verisi (point) ile bütünleştirilerek türün muhtemel dağılış alanları tahmin edilir.

1. Adım: Veri toplama
2. Adım: Model algoritmalarını uygulama
3. Adım: Modeli değerlendirme
4. Adım: Yeni bir alan veya zaman dilimi için olasılık geliştirme

Uzaktan Algılama verileri, bir nesnenin spektral yansıması veya yayımı ile elde edilir. Bir uydu, uçak veya İHA’da bulunan sensör tarafından kaydedilen spektral bilgiler sensöre bağlı olarak farklılık gösterebilir.

Biyoçeşitlilik ve koruma çalışmalarında çok büyük avantajlar sunan uzaktan algılama teknikleri dünya üzerindeki herhangi bir yerin zaman içindeki değişimi ve nedenlerini analiz etmek için anlık (ve tarihsel), uygun maliyetli çevresel veriler sağlamaktadır. Ormancılık ve biyoçeşitlilik çalışmaları için sıklıkla kullanılan uzaktan algılama teknikleri, çeşitli tematik bilgilerin oluşturulması için oldukça kullanışlıdır. Orman durumu, bitki örtüsü̈ türü̈ ve yoğunluğu bunlardan bazılarıdır.

Çalışmanın türüne bağlı olarak uzaktan algılama, biyoçeşitlilik modellerinin yanı sıra bolluk veya tür kompozisyonunu açıklamak için kullanılabilecek çevre bilgisi ve peyzajın geçmişi hakkında bilgi vermektedir. Özellikle koruma alanlarını izlemek veya koruma öncelikli yeni alanlar tanımlamak için geçmişe ait verilere ihtiyaç duyulur. Uzaktan algılamanın sunduğu zamansal veri setleri, korumanın izlenmesine ve doğru bir değerlendirme yapılmasına olanak sağlar. Dahası, insan-yaban hayatı ilişkisini kurgulayabilmek adına yerleşimlerin, tarım alanlarının veya yolların haritalanması gibi birçok farklı amaçla da kullanılmaktadır.

Avrupa Çevre Ajansı tarafından belirlenen Arazi Örtüsü/Kullanımı Sınıflandırmasına göre uydu görüntüleri üzerinden bilgisayar destekli görsel yorumlama metodu ile üretilen arazi örtüsü̈/kullanımını verisidir. CORINE, çevre ile ilgili öncelikli konularda (hava, su, toprak, arazi örtüsü̈, kıyı erozyonu, biyotoplar) Avrupa Birliği için bilgi toplamayı amaçlayan 1985 yılında başlatılmış bir programdır. CORINE Arazi Örtüsü̈ verisi, bitki örtüsünün yapısını değerlendirmek için kesin olmayan sonuçlar vermekle birlikte alansal değişimin ifadesinde uygun bir veri seti sunmaktadır.(Bununla ilgili kitabınızın 72-73 sayfalarındaki ayrıntılı örnek uygulamayı inceleyebilirsiniz)

NDVI, Normalize edilmiş bitki örtüsü farkı indeksi (NDVI), Landsat görüntüleri gibi multispektral raster veriler üzerinde uygulanan, ölçüm yapılan yerdeki bitki örtüsü hakkında bilgi verir. Uydular aracılığıyla yeryüzüne gönderilen elektromanyetik dalgalar, geri dönen yanıtların uydu alıcılarıyla toplanması sonucu elde edilir. Düşük değerler çıplak kaya ve molozlar gibi bitki yoksunu alanları, orta değerler çayırları, yüksek değerler ormanlık alanları temsil etmektedir. Sağlıklı bitki örtüsündeki klorofil, diğer dalga boylarına kıyasla daha yakın kızılötesi (NIR) ve yeşil ışığı yansıtır.Uzaktan Algılama ile elde edilen NDVI değerleri Coğrafi Bilgi Sistemleri teknolojisi kullanılarak haritalandırılıp görsel hale getirilmektedir.

NDVI verileri ormancılıkta yaprak alan indeksi, orman büyümesi, yangın tehlikesi hakkında bilgi edinmek için kullanılmaktadır. 20 yıldır NDVI görüntüleri kaydeden AVHRR (The Advanced Very High Resolution Radiometer) sayesinde dünyadaki bitki örtüsü değişimiyle ilgili süreç tabanlı analizler yapmak mümkündür.