URANOS

Údajová a vedomostná podpora pre systémy rozhodovania a strategického plánovania v oblasti adaptácie poľnohospodárskej krajiny na klimatické zmeny a minimalizáciu degradácie poľnohospodárskych pôd (URANOS)

názov a sídlo prijímateľa: Ústav Krajinnej ekológie SAV v.v.i., Štefániková 3, P.O.BOX 254, 814 99 Bratislava
partneri projektu: Národné poľnohospodárske a potravinárske centrum

Slovenská poľnohospodárska univerzita

Slovenský hydrometeorologický ústav

Univerzita Konštantína Filozofa

YMS a.s.

miesto realizácie projektu: Nitra, Bratislava I – mestská časť Staré Mesto, Banská Bystrica, Prešov, Piešťany, Trnavy, Bratislava II – mestská časť Ružinov, Bratislava III – mestská časť Nové Mesto
kód projektu: 313011W580
dátum realizácie projektu: november 2019 – jún 2023
kód výzvy: OPVaI-VA/DP/2018/1.1.3-05
operačný program:311 000 Integrovaná infraštruktúra
spolufinancovaný fondom: Európsky fond regionálneho rozvoja
prioritná os: 313 010 Podpora výskumu, vývoja a inovácií
výšku poskytnutého NFP: 5 960 575,62 EUR
stručný opis projektu:

Anotácia projektu

Stratégia adaptácie Slovenskej republiky na nepriaznivé dôsledky zmeny klímy (NAS, 2018) predstavuje základný rámec pre tvorbu systémov znižujúcich možné negatívne dopady klimatických zmien v poľnohospodárstve. Z hľadiska implementácie NAS je dôležitým predpokladom vedomostná základňa živená prostredníctvom výskumu využívajúceho kvalitatívne nové údaje o poľnohospodárskej krajine. Celkovým cieľom plánovaných výskumných aktivít je vytvorenie údajovej a vedomostnej základne pre podporu rozhodovania a strategického plánovania v oblasti adaptácie na klimatické zmeny a minimalizáciu degradácie poľnohospodárskych pôd, čo priamo reflektuje dlhodobý cieľ RIS3 – znižovanie rizík pri zabezpečovaní produkčných funkcií poľnohospodárskej pôdy súvisiacich s klimatickou zmenou. Kvôli prehľadnosti môžeme plánované výskumné aktivity rozdeliť do 3 nasledovných výskumných tém: Tvorba nových prístupov a údajov pre včasné hodnotenie, monitoring a prognózy sucha. Predikcia klimatických zmien a komplexné hodnotenie dopadov na poľnohospodársku krajinu. Hodnotenie miery degradácie pôdy a návrhy optimálneho využívania pôdy. Multidisciplinárny prístup pre komplexné zhodnotenie dopadov klimatických zmien na poľnohospodárstvo a podporu návrhov adaptačných stratégií bude charakterizovaný najmä využitím novovzniknutých údajov (DPZ deriváty, pedologické modelovanie, klimatické datasety, krajinné a ekonomické modelovanie, údaje z terénneho výskumu) ako vstupných parametrov procesných a empirických modelov, čím prispeje k ich rozvoju a zvýšeniu spoľahlivosti v konkrétnych podmienkach Slovenska.

Aktivity projektu:

A1 Tvorba DPZ produktov pre hodnotenie stavu poľnohospodárskych porastov, zmien poľnohospodárskej krajiny a predikčné krajinné modelovanie

Popis aktivity: Výskum inovatívnych postupov diaľkového prieskumu Zeme (DPZ) pre tvorbu včasných informácií o stave poľnohospodárskej krajiny a poľnohospodárskych porastov, vrátane retrospektívnej analýzy a predikčného modelovania krajiny. Pokročilé klasifikácie a časové analýzy satelitných snímok s hlavným dôrazom na detekciu spôsobov a intenzity využívania poľnohospodárskej krajiny a hodnotenie kvality, resp. poškodenia porastov. Teoretický opis algoritmov pre neskoršiu algoritmizáciu a optimalizáciu procesov v A6. Opis Spracovanie a interpretácie multispektrálnych a hyperspektrálnych údajov. Výskum možností využitia pasívnej fluorescencie porastu (SIF) pre skorú detekciu vegetačného stresu a odhady fotosyntetickej aktivity porastu na novozaložených experimentálnych výskumných plochách.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A2 Tvorba nových klimatických produktov vrátane regionálne špecifických scenárov zmeny klimatických ukazovateľov

Popis aktivity: Podpora rozvoja výskumno-vývojovej infraštruktúry projektových partnerov prostredníctvom tvorby nových údajov o stave atmosférických a pôdnych parametrov na základe výstupov z meraných, odvodených a modelovaných dát. Klimatické reanalýzy a klimatické scenáre sú v súčasnosti nevyhnutným a široko využívaným prostriedkom na odhad dopadov klimatických zmien na ekosystémy a spoločnosť. Takéto dáta cielene a špecificky pripravené s využitím výstupov regionálnych klimatických modelov (prostredníctvom dynamického downcalingu) pre územie SR v dostatočne vysokom priestorovom rozlíšení v podmienkach komplexnej topografie Slovenska a pre dlhšie časové obdobie v súčasnosti nie sú k dispozícii. Kvantifikácia dopadov klimatickej zmeny s dôrazom na priestorové rozloženie jednotlivých – zdanlivo protichodných – charakteristík (intenzívne zrážky, sucho) je potrebná pre prípravu adaptačných opatrení na zmiernenie jej následkov nielen v poľnohospodárstve. Hlavný aspekt originality spočíva v použití priestorovo detailných údajov o zemskom povrchu, tzv. esenciálnych klimatických premenných, ktoré môžu významne ovplyvniť modelovanie klimatických veličín. Tieto klimaticky esenciálne premenné sú v čase a priestore veľmi dynamické a doposiaľ využívané predikčné modely využívali dostupné globálne datasety bez detailnejšej citlivostnej analýzy vzhľadom k vstupným údajom. Súčasné štandardné meracie klimatické systémy poskytujú merania atmosférických a pôdnych parametrov v nerovnomerne rozmiestnených lokalitách, s nedostatočným a/alebo neúplným časovým rozlíšením. Moderné štatistické metódy a matematicko-fyzikálne modely dokážu takéto nepravidelné dáta transformovať do pravidelnej siete s vysokým priestorovým a časovým rozlíšením (tzv. analýza). Tieto modely využívajú komplexný popis fyzikálnych procesov zemský povrch-atmosféra, výkonné počítačové algoritmy, geoštatistické databázy a dáta z ďalších systémov s vysokým priestorovým rozlíšením. Tým umožňujú získať analýzy atmosférických a povrchových parametrov s vysokým priestorovým rozlíšením, ktoré sú fyzikálne konzistentné a pritom reprezentatívne pre danú geografickú lokalitu. Takéto výstupy budú tvoriť kvalitatívne nové vstupy pre ďalšie špecifické expertízy, predikcie a modelovanie, vrátane korelatívnych analýz s údajmi DPZ alebo procesné a empirické modelovanie agrosystému, čo v konečnom dôsledku v rámci riešenia vedeckovýskumnej témy 1 prinesie nový inovatívny systém pre monitoring a krátkodobé predikcie sucha a dopadov na poľnohospodárske plodiny v SR.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A3 Modelovanie dopadov klimatickej zmeny na pôdu a tvorba priestorovo diferencovaných informácií o pôde v agrárnej krajine

Popis aktivity: Aktivita bude riešiť využitie údajov o pôde a poľnohospodárskej krajine v národnej mierke pre komplexné hodnotenie možných dopadov klimatickej zmeny na produkčnú funkciu pôdy a udržateľnosť hospodárenia a jej degradáciu. Budú využité nástroje procesného a empirického modelovania agroekosystému s dôrazom na pôdu, jej vlastnosti a tiež jej produkčnú funkciu, ktoré umožnia interpretovať existujúce údaje v podobe priestorovo lokalizovanej a v čase dynamickej informácie s pokrytím celého poľnohospodársky využívaného územia Slovenska. Prostredníctvom súboru teoretických scenárov spôsobu a intenzity využívania poľnohospodárskej krajiny a scenárov klimatickej zmeny bude skúmané a vyhodnotené spolupôsobenie faktorov produkcie a degradácie pôdy z pohľadu požiadaviek na jej udržateľný manažment.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A4 Návrh adaptačných opatrení na predchádzanie negatívnych vplyvov v dôsledku klimatických zmien v poľnohospodárstve

Popis aktivity: Aktivita bude zameraná na stanovenie objektívnych opatrení na zmiernenie negatívnych dopadov zmeny klímy v modelovom území s cieľom podporiť detenciu a retenciu vody odtekajúcej z povodia prostredníctvom výskumu: biofyzikálnych parametrov pôdy, pôdnych vlastností meniacich sa vplyvom pôdno-klimatických podmienok a pestovateľských zámerov a príčinných faktorov prívalových povodní z pohľadu využívania krajiny. Návrhom alternatívnych “landuse” modelov bude zdokumentovaný ekonomický dosah jednotlivých prístupov.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A5 Hodnotenie socioekonomických a environmentálnych dopadov klimatických zmien

Popis aktivity: Účelom aktivity je hodnotenie hlavných dopadov predpokladaných zmien a scenárov vývoja poľnohospodárskej krajiny na jej obyvateľov, užívateľov pozemkov a ich aktivity. Dôraz bude kladený na hodnotenie zmien v plnení základných environmentálnych funkcií a služieb a na socioekonomické aktivity, a to s využitím kombinácie metód prírodovedného, ekonomického a socio-kultúrneho výskumu. Aktivita je založená na zapracovaní postojov a názorov dotknutých obyvateľov a subjektov – jej súčasťou je reflexia vedeckých výsledkov občanmi a zástupcami zainteresovaných skupín. Výsledné odporúčania budú formulované s využitím participatívneho prístupu.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A6 Výskum nových techník spracovania, analýzy a vizualizácie odvodených údajov, automatizácia spracovania údajov z DPZ a priestorové modelovanie

Popis aktivity: Aktivita je zameraná na výskum možností spôsobov a inovatívnych foriem vizualizácie geopriestorových údajov komplexne popisujúcich systémy rôznych dimenzií časopriestoru. Výskum bude skúmať možnosti zobrazenia heterogénnych a doteraz vizuálne ťažko zlučiteľných informačných hladín, ale aj procesov, prípadne stavových veličín. Pri výskume budú analyzované interdisciplinárne poznatky a možnosti, ako sú napríklad virtuálna, prípadne rozšírená realita. V rámci výskumnej úlohy bude cieľom nájsť optimálne spôsoby nielen vizualizácie, ale aj spracovania heterogénnych údajov, dátových setov, ktoré samotnej vizualizácii predchádza, so zameraním na nové progresívne zdroje, akými sú diaľkový prieskum Zeme, mutispektrálne, hyperspektrálne, termálne a LIDAR údaje z UAV a podobne. Pri spracovaní údajov budú skúmané aj algoritmy strojového učenia (machine learning) a spracovania veľkých údajov. V súčasnosti sa čoraz viac informácií sprístupňuje užívateľom. Či už vo forme otvorených údajov, alebo webových služieb. Takto sprístupnené údaje rôznymi inštitúciami, ktoré sú vlastníkmi údajov, sú často vo vysokej kvalite, ale v individuálnej štruktúre, forme, ktorú si každý autor prispôsobuje vlastným potrebám. Keď sa však pozrieme na systémy používané v praxi, ktoré by takto sprístupnené údaje mali komplexne využívať samostatne, alebo v kombinácii s údajmi dostupnými v lokálnych údajových skladoch, môžeme skonštatovať, že na to nie sú prispôsobené. V praxi používané systémy zaostávajú za dostupnými údajmi a to nielen kvôli ich množstvu, ale predovšetkým kvôli ich heterogenite. V rámci Aktivity č. 6 si preto projekt kladie za cieľ výskum originálnych možností, ako takúto rôznorodosť údajov spracovať a vyhodnocovať. Očakávané výsledky aktivity preto majú všetky predpoklady byť významným prínosom v predmetnej oblasti a prinesú pridanú hodnotu spracovania heterogénnych údajov pre praktické využitie v oblasti poľnohospodárstva.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

A7 Vývoj nástrojov na spracovanie a publikovanie špecifických typov dát

Popis aktivity: Experimentálny vývoj, v rámci Aktivity č. 7, vytvorí prototyp riešenia, v ktorom budú vyššie uvedené poznatky implementované, pričom pridanou hodnotou, okrem spracovania údajov z rôznej povahy a charakteru, bude demonštrácia možností na nich vykonávaných on-line analýz. Analýzy, ako aj modelovanie v reálnom čase nad heterogénnymi údajovými zdrojmi sú očakávané ciele, ktoré sú nielen originálne, ale vzhľadom na ich absenciu, ale zároveň potrebu, vysoko aktuálne. Inovatívne spôsoby spracovania heterogénnych dát zároveň môže priniesť nové ekonomicky optimalizované riešenia v návrhoch komplexných informačných systémov. V rámci aktivity budú realizované prototypy riešenia na zber a spracovanie geopriestorových viacrozmerných údajov v rôznych dimenziách časopriestoru, a samostatne bude vytvorený systém pre inovatívne a progresívne zobrazovanie takýchto údajov. V rámci priemyselného vývoja vznikne nová digitálna služba, ktorá zlepší možnosti prístupu užívateľov pôdy a verejnosti ku komplexným informáciám o pôde so zameraním na jej degradáciu a následné adaptačné a mitigačné opatrenia v konkrétnych poľnohospodárskych oblastiach. Takýto nástroj vznikne na báze nových priestorových nástrojov modelovania degradácie pôd a nových metodík o optimálnych spôsoboch obhospodarovania pôdy a využívaní poľnohospodárskej krajiny. Výsledky budú priamo aplikované v podobe škálovateľného on-line nástroja pre podporu rozhodovania v oblasti implementácie adaptívnych opatrení v poľnohospodárstve.

Začiatok a koniec realizácie aktivity: november 2019 – jún 2023

„Informácie o Operačnom programe Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 nájdete na www.opii.gov.sk“.