Arazi kullanımının zamansal ve konumsal değişiminin markov zincirleri ile modellenmesi
Modeling the temporal and spatial land use change using a cellular automata-markov model
Yazar: RAMAZAN TOPLU
Danışman: PROF. DR. FATİH SİVRİKAYA
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Arazi kullanımındaki değişiklikler karbon depolama, su kalitesi, küresel iklim değişikliği ve biyolojik çeşitlilik açısından özellikle orman ekosistemini büyük ölçüde etkilemektedir. Bu nedenle belirli bir zaman diliminde meydana gelen arazi kullanım değişiminin belirlenmesi ve gelecek yıllardaki arazi kullanımının ortaya konulması karar vericiler ve ekosistemin sürekliliği açısından önemlidir. Bu çalışma, Kastamonu Orman Bölge Müdürlüğü, Taşköprü Orman İşletme Müdürlüğü'nde gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı; 1999, 2009 ve 2019 yıllarına ait Landsat uydu görüntüleri ve Coğrafi Bilgi Sistemi ile arazi kullanımı ve değişimlerini ortaya koymak ve Hücresel Otomat (CA-Markov) modelini kullanarak çalışma alanının 2029 yılına ait arazi kullanımını tahmin etmektir. Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+, Landsat 8 OLI uydu görüntüleri kullanılarak 1999, 2009 ve 2019 yılları için arazi kullanım sınıfı haritaları kontrollü sınıflandırma yöntemine göre elde edilmiştir. 1999 ve 2009 yıllarına ait Landsat uydu görüntülerinden elde edilen arazi kullanım sınıfları haritaları dikkate alınarak, CA-Markov modülü ile gerçekleştirilen 10 yıllık simülasyon ile 2019 yılı için arazi kullanım haritası tahmin edilmiştir. Tahmin edilen 2019 yılına ait arazi kullanım haritası, Landsat uydu görüntüsünden elde edilen 2019 yılı arazi kullanım haritası ile karşılaştırılarak kullanılan yöntemin geçerliliği ve doğruluğu test edilmiştir. CA-Markov modeli ile 2029 yılına ait arazi kullanım haritası tahmini gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kontrollü sınıflandırma yapılan üç farklı Landsat uydu görüntüsünün Kappa değerlerinin 0,81-1,0 arasında olması sınıflandırmanın mükemmel bir uyumla yapıldığını göstermektedir. 1999 ve 2019 yılları arasındaki 20 yıllık arazi kullanım değişimi incelendiğinde orman alanının 131845.4 ha'dan 116020,8 ha'a, verimli orman alanının 109495,2 ha'dan 87752,8 ha'a ve yapraklı orman alanının 32942,3 ha'dan 2010,1 ha'a düştüğü ortaya konulmuştur. 2029 yılı için tahmin edilen arazi kullanım haritası incelendiğinde 10 yıllık süreçte verimli orman alanının %0,2 (191,3 ha), boşluklu kapalı orman alanının %19,5 (5511,8 ha) ve toplam orman alanının ise %4,9 (5703,1 ha) azalacağı belirlenmiştir. Bu çalışma CA-Markov modelinin Coğrafi Bilgi Sistemi ve Uzaktan Algılamayı entegre ederek gelecek yıllara ilişkin arazi kullanımının tahmin edilmesinde etkin şekilde kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Changes in land use significantly affect the forest ecosystem, especially in terms of carbon sequestration, water quality, global climate change, and biodiversity. Therefore, determining the land use change that occurs in a certain period and revealing the land use in the coming years is essential for decision-makers and the sustainability of the ecosystem. This study was conducted in Kastamonu Regional Directorate of Forestry, Taşköprü Forest Enterprise. The primary purpose of the study is to reveal land use changes with Landsat satellite images and Geographic Information System of 1999, 2009, and 2019 and to predict the land use for 2029 using the Cellular Automato (CA-Markov) model. Land use maps for 1999, 2009, and 2019 were obtained according to the supervised classification method using Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+, and Landsat 8 OLI satellite images. Considering the land use maps obtained from Landsat satellite images of 1999 and 2009, the land use map 2019 was estimated with a 10-year simulation performed with the CA-Markov module. The validation and accuracy of the method were tested by comparing the simulated 2019 land use map with the 2019 land use map obtained from the Landsat satellite image. Land use map prediction for 2029 was made with the CA-Markov model. Kappa values of 0.81-1.0 of three different Landsat satellite images for which supervised classification was made in the study show that the classification was made in perfect harmony. When the 20-year land use change between 1999 and 2019 was investigated, it was revealed that the forest area decreased from 131845.4 ha to 116020.8 ha, the productive forest area decreased from 109495.2 ha to 87752.8 ha, and the broadleaf forest area decreased from 32942.3 ha to 2010.1 ha. When the estimated land use map for 2029 was examined, it was determined that the productive forest area would reduce by 0.2% (191.3 ha), the degraded forest area would decrease by 19.5% (5511.8 ha), and the total forest area would decrease by 4.9% (5703.1 ha) in the ten years. This study revealed that the CA-Markov model can effectively predict land use for future years by integrating Geographical Information System and Remote Sensing.