Analysis of land cover/use changes using Landsat 5 TM data and indices

Abstract

Uzun yıllar boyunca yeryüzü örtüsü ve kullanımı doğal ve doğal olmayan nedenlerle bir çok değişiklikle yüz yüze kalmıştır ve zamanla bu değişikliklerin arttığı yapılan bir çok çalışma ile belirlenmiştir. Bu değişimden en çok etkilenen alanlar yüksek nüfus artışı hızı ve kentleşme ve sanayileşme vb. nedeniyle gelişmiş ülkeler ve metropoller olmuştur. Büyük şehirlerin zamanla değişimi ile ilgili çeşitli çalışmalar yapılmıştır ve bu çalışmalarda değişik metodolojiler kullanılmıştır. İstanbul hızlı nüfus artışı nedeni ile hızlı kentleşmeden kaynaklanan bariz bir değişim geçirmiştir. Kentleşme kavramı çeşitli avantajları yanı sıra İstanbul gibi büyük şehirlerde, şehirörtüsü/kullanımı değişmesinde en cok etkisi olan bir nedendir. Kentleşme kavramı yanı sıra, kontrol edilmesi gereken bir cok farklı neden vardir. Gelişmiş ülkeler ve şehirlerde inşaat ve yapı sektörünün etkisiyle şehir örtüsü/kullanımı değişmiştir ve bunun en bariz göstergesi bitki örtüsünün azalmasıdır.Uzaktan algılanmış görüntüler ve özellikle uzun zaman arşivi olması nedeni ile Landsat uydu görüntü verileri, kentsel değişim ve bitki örtüsü tahribini analiz etmek için en önemli veri kaynaklardan biridir. Landsat uydu görüntü verilerinin sınıflandırılması ile arazi örtüsü ve arazi kullanımı değişikliklerinin analiz edilmesi ve bitki örtüsü-yerleşim oranını değişiminin belirlenmesi diğer yöntemlere göre daha kolay olmaktadır. Bitki indeksleri, arazi örtüsünün belirli özelliğini örneğin bitki örtüsü, kentsel alanlarda ve toprak ortamını vurgulamak için yaygın olarak kullanılan uygulamalardır. Bu çalışmada, Istanbul il sınırlarında Landsat 5 TM uydu görüntü verileri ve bitki örtüsü indisi, toprak bitki örtüsü indisi ve yerleşim (kentsel) indisi kullanarak zamansal değişimler belirlenmiş ve bu değişim alanlardan faydalanılarak 150 değişen alanda (noktada) indisler arasındaki ilişki analiz edilmiştir.İstanbul İl sınırlarını kaplayan 1984, 2002, 2007,2009 ve 2011 yılları Temmuz ayına ait Landsat 5 TM uydu görüntü verileri çalışmada kullanılmıştır. Metropolitan alanının tamamında arazi örtüsü/kullanımı değişimleri belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucu bitki örtüsü değişimleri azalırken toprak sınıflarının arttığı belirlenmiş ve zaman içinde bu toprak sınıflarının yerleşim alanlarına dönüştüğü belirlenmiştir. 1984 yılından beri analiz edilen İstanbul metropolitan alanında yerleşim alt yapısını tamamlamış bölgelerde bitki örtüsü oranının arttığı belirlenmiştir. Bunun nedeni olarak yerleşim alanlarının bitki örtüsü ile yeniden düzenlenmesi gösterilebilir. Çalışma sonucunda, uzun bir döneme ait arşiv verisine sahip Landsat 5 TM uydu verilerinin multi-spektral özelliklerinden yararlanılarak oluşturulan indislerin arazi örtüsü/kullanımı belirlenmesinde kullanılabileceği ve indisler arasında ilişkilerden bir çok analiz yapılabileceği belirlenmiştir.

Land cover and land use of earth has significantly been changed by natural and non-natural reasons throughout time and the amount of this change, which has increased by the passing years, were determined by various studies. The areas most affected by this change are countries and the metropolitan cities, which are under pressures due to an unprecedented increase in population growth and developments as the result of urbanization and industrialization. There are several studies about the change of land cover in big cities through the years and different methodologies for detecting these change were performed. Istanbul is among the cities that have undergone a large amount of land cover changes because of various factors specifically urbanization and population growth. Urbanization phenomena with all its advantages for people, causes the large portion of land cover and land use change in big cities such as in Istanbul. Besides the urbanization, there are so many other factors, which should be considered and controlled carefully. Vegetation reduction in the areas, which occurred due to the development of city and new constructions, is one of the consequences of the global land surface change in highly urbanized countries and cities.Remotely sensed images and especially Landsat images with their long-term archive are the main sources in analyzing the changes happening both in the urban areas and vegetation covers. Classification of Landsat images are the mostly used and simple methodology for detecting the changes and checking the amounts of increase and decrease in the urban and vegetation classes. Vegetation indices are commonly applied intermediates for emphasizing the specific feature on the land cover such as vegetation, urban areas and soil environment. In this study, temporal changes occurred in the vegetation cover and built-up areas in mega city of Istanbul were determined by using the potential of the remotely sensed data and utilizing Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI) and Built-up area Index (BU). Benefiting by pre-determined changed areas, in 150 changed areas (points) the relation between indices values were analyzed.Landsat 5 TM data images of Istanbul in June of 1984, 2002, 2007, 2009 and 2011 were used in this study. Land cover/use changes through the entire metropolitan area were determined. According to analysis in the built –up area between 1984 and 2011, the vegetation cover of the completed infrastructural residential areas increased considerably in last two years, 2009 and 2011, compared to 2007. This can be because of the reorganization of the vegetation cover with built-up areas. As the result of study, it can be asserted that indices generated by utilizing the multispectral feature of Landsat 5TM, which has the long-term archive of satellite images, can be used for determining the land cover/use changes. In addition, it is shown that various analyses can be done by exploring the relation between indices.