Pohled na svět z výšky: Jak satelity pomáhají chránit naše lesy

Co vás přivedlo ke studiu prostorových věd a konkrétně k satelitnímu průzkumu Země?

Vždy jsem měl rád vesmír a kosmické technologie. Jako každý malý kluk jsem chtěl být kosmonautem. Tento obor propojuje kosmické technologie a programování. Dohromady to pak používám ke sledování přírody a přírodních procesů. Studoval jsem krajinné inženýrství, takže tam bylo hodně ekologie. Vlastně tímhle způsobem můžu propojit všechny své znalosti a dát je dohromady.

A v neposlední řadě jsou satelitní snímky opticky krásné. Když se díváte na svět zeshora, vidíte ho jinak. My jsme zvyklí vnímat svět ve třech barvách – červené, modré a zelené. Ale to jsou jenom tři úseky elektromagnetického spektra. Senzory můžeme vytvořit tak, aby vnímaly libovolné spektrum. Takže vidíte naši planetu, její oblasti a různé stavy. Je to nádherné.

Co se týče mé konkrétní cesty, nastoupil jsem na doktorát s tématem prostorové interpolace dat zaměřené hodně na matematiku. První článek jsem začal psát o vlivech větrných elektráren na okolní klima. Tehdy jsem data měřil přímo na místě pomocí senzorů. A tam jsem si říkal, že tohle musí jít změřit lépe, s menší námahou, abych viděl skutečně plošné dopady. To mě přivedlo k dálkovému průzkumu Země. Začal jsem se o to zajímat a postupně jsme začali tento obor rozvíjet i na naší katedře.

Jak jste se vlastně dostal k environmentálním tématům?

Mé zázemí je na fakultě životního prostředí, takže environmentální témata jsem studoval už v rámci svého magisterského studia. Mám rád přírodu, environmentální témata, ale zároveň i techniku – a tenhle obor to oboje propojuje. Takže si to tak trochu našlo i ono mě.

Můžete nám podrobněji představit váš projekt Marie Curie, kterému se nyní věnujete v Drážďanech? Proč jste si vybral právě téma mapování stavu lesů?

V dálkovém průzkumu Země se často využívá optické spektrum, protože to je podobné tomu, co vidíme očima – je to všem přirozené a jednoduše se používá. Já se ale zaměřuji na mikrovlnné spektrum, což jsou vlnové délky podobné těm, které používáte v mikrovlnce nebo jako signál na vašem telefonu či GPS. Dívám se na přírodu skrz tyto vlnové délky – satelit vyšle signál proti zemskému povrchu a snímá to, co se odrazí.

Většina lidí, když pracuje s mikrovlnným spektrem, si otevře první snímek, a ten většinou vypadá dost příšerně. Takže na první pohled od toho často utečou. Ale tyhle mikrovlny mají svou krásu. Jak se odráží od zemského povrchu, interagují s prostředím, s takzvanými dielektrickými vlastnostmi, které jsou řízeny hlavně vodou.

To mi umožňuje velmi dobře sledovat stav vody v krajině, konkrétně v lesích. Je to složitější – nejde jen o množství vody, ale i o její teplotu, salinitu nebo zda je vázaná v malých či velkých pórech. To všechno je zakódováno v odraženém signálu.

Mikrovlnné spektrum má výhodu, že je nezávislé na počasí, protože prochází skrz mraky. Satelit vysílá vlastní vlnu, takže může snímat ve dne i v noci, v jakoukoliv denní dobu.

Problémem je, že když chceme sledovat vlhkost v lesích, v rostlinách, většinou se tam promíchává odraz od zemského povrchu. V našem projektu jsme vymysleli přístup, jak to obejít pomocí tzv. koutových odražečů. Jsou to v podstatě jen tři strany plechu, které jsou na sebe kolmé. Díky tomu se signál odrazí přesně zpět k satelitu, a tento odraz je tak silný, že přezáří veškerý odraz z okolí. To jediné, co pak signál obsahuje, je interakce s vodou ve vegetaci.

Teoreticky by to mohlo velmi přesně měřit stav vegetace, stav našich lesů. Jsme na začátku projektu – zadal jsem výrobu odražečů a v následujících týdnech to budeme testovat na kontrolních lokalitách, kde zároveň měříme všechny možné parametry včetně vlhkosti ve stromech, vlhkosti půd, teploty a podobně.

Pokud se naše hypotéza potvrdí, dlouhodobým cílem je identifikovat přirozené koutové odražeče v krajině po celé Evropě. Takové odrazy někdy vznikají přirozeně, třeba na skalách nebo zídkách. Vytvořili bychom síť těchto míst a získali bychom kontrolní síť pro monitoring stavu lesů. To je důležité z mnoha pohledů – pro hydrologické modely, pro zjišťování množství uloženého uhlíku, nebo pro predikci kalamit, škůdců či rizik požárů.

Existují v současnosti jiné způsoby monitoringu vlhkosti lesů?

Ano, existuje celá řada způsobů. Jsou sítě, kde se přímo měří voda v lesích, ale těch bodů je velmi málo. Náš přístup má potenciál vytvořit mnohem více měřicích bodů. Vlhkost vegetace se dá měřit i pomocí optického spektra, ale tam se dostává informace jen z prvních lístků úplně nahoře v lese a nevidíte podrost – takže odhad je velmi nepřesný.

Další možností je využití pasivního mikrovlnného spektra, ale tam je problém v tom, že data mají velmi hrubé rozlišení – jeden pixel představuje oblast 5×5 km v tom nejlepším případě. Náš přístup by mohl poskytnout rozlišení v rámci 20 metrů na pixel, tedy mnohem detailnější pohled. Jde tedy hlavně o zlepšení stávajících metod, ne o vytvoření zcela nové technologie.

Co vás na vaší práci nejvíce baví? Co vás motivuje pokračovat?

Nejvíc mě baví ta heterogenita. Dálkový průzkum Země se dá aplikovat prakticky na cokoliv v oblasti životního prostředí, takže mám celou řadu různých projektů.

Nedávno pod mým vedením vznikla bakalářská práce, která sledovala přítomnost vody na Marsu. Využívali jsme satelitní průzkum Marsu a máme tam docela zajímavé výsledky. S kolegyní na ČZU jsme studovali městské tepelné ostrovy a zkoumali, jak urbanismus může pomoci zmírnit přehřívání měst v nejhorších obdobích. Minulý týden jsme v Brně ve spolupráci s CzechGlobe prováděli noční průzkum města, kde jsem pomáhal díky svým zkušenostem s hodnocením světelného znečištění.

Dlouhodobě jsme také hodnotili kvalitu povrchových vod. Baví mě, že můžu přinášet ten „velký obrázek“ toho, co se děje, na různé aplikace a pomáhat různým expertům.

S jakými výzvami se potýkáte při svém výzkumu?

Můj největší problém momentálně je skloubit soukromý život s pracovním. Jsem napůl v Drážďanech, ale zároveň mám rodinu, hypotéku a dvě malé děti v Praze, takže pendluji mezi oběma místy a stojí mě to hodně času a energie.

Co se týče vědy a výzkumu, vidím výzvu v oblasti financování. Nedávno se změnily podmínky pro doktorandy, což je dobře – nově budou dostávat minimální mzdu. Ale jako někdo, kdo by rád v budoucnu stavěl vlastní tým, vidím rozdíl mezi Českem a Německem. Tady v Německu existuje řada grantů, které poskytují možnost financovat nové doktorandy. Takový ekvivalent jsem v České republice zatím nenašel. Vytvoření mladého týmu a zajištění jeho udržitelného financování proto považuji za výzvu do budoucna.

Jaké znalosti a dovednosti by měl mít středoškolský student, který by se chtěl hlásit na váš obor?

Myslím, že nejdůležitější je zájem. Setkal jsem se s mnoha chytrými lidmi, kteří neměli pořádný zájem o to, co dělali. A pak jsem se potkal i s méně talentovanými lidmi, kteří měli nadšení – a to je to nejdůležitější. Když má někdo nadšení, věnuje tomu čas, a i když mu trvá déle něco pochopit, vůbec to nevadí. Vypublikovat jeden vědecký článek trvá i tomu nejrychlejšímu člověku půl roku, takže rychlost není tak důležitá jako vytrvalost.

Jinak je potřeba mít kladný vztah k technologiím. Dnes se hodně vyplatí umět programovat, nebo k tomu aspoň nemít odpor. Zároveň je dobré mít ponětí o tom, co se děje v přírodě, a k tomu přidat základní znalosti fyziky, například co znamená elektromagnetické spektrum.

Dálkový průzkum Země je extrémně rostoucí trh a Česká republika je na tom velmi dobře. Máme několik firem a start-upů, které se v tomto prostoru prosazují a daří se jim.

Vnímáte to tak, že je mezi mladými lidmi zájem o tyto obory nebo obecně o environmentální témata?

Myslím, že zájem je stabilní. Na fakultě jsme neměli zásadní problém s nedostatkem studentů. Když se dívám zpět na počet studentů v mém ročníku před dvaceti lety, jde o podobná čísla, jaká máme dnes. Tak bych to asi uzavřel – zájem je konstantní.

Jaké jsou možnosti uplatnění absolventů na trhu práce mimo akademickou sféru?

Dálkový průzkum Země je extrémně rostoucí trh a Česká republika je na tom velmi dobře. Máme několik firem a start-upů, které se v tomto prostoru prosazují a daří se jim. V Praze sídlí EUSPA, instituce spojená s programy Galileo a Copernicus Evropské unie, která nabírá hodně lidí. Docela pravidelně dostávám dotazy od kolegů z krajů, ministerstev a státní správy, jestli nemáme nějaké šikovné studenty, kteří by tam mohli nastoupit.

Náš obor také hodně spolupracuje s oblastí geoinformačních systémů (GIS), takže kdo nechce jít směrem dálkového průzkumu Země, může najít uplatnění zde. Každá větší firma dnes spravuje svůj majetek a zařízení v rámci geoinformačních systémů, takže možností je opravdu hodně.