Marmara Denizi’ndeki Müsilaj Oluşumlarının Çok Zamanlı Optik ve Termal Uydu Görüntülerinden Makine Öğrenme Algoritması ile Tespiti ve Analizi

(Detection and Analysis of Marine Mucilage Bloom in the Sea of Marmara by a Machine Learning Algorithm from Multi-Temporal Optical and Thermal Satellite Images

TAŞKIN KAVZOĞLU,İsmail ÇÖLKESEN,Umut Güneş SEFERCİK,Muhammed Yusuf ÖZTÜRK

Özet

ÖZKüresel ısınmanın karasal alanların yanında denizelalanlarda da doğal dengeyi bozan etkileribulunmaktadır. Bu bozucu etkilerden biri olan müsilaj yada deniz salyası, iç deniz ve körfezlerde ortaya çıkandoğal felaketlerden biridir. Müsilaj, Marmara Denizi’nde2021 yılının Mayıs ayından itibaren hızlı bir şekildeyayılarak akıntı ve rüzgâr etkisiyle Gemlik ve İzmitkörfezleriyle İstanbul’un kıyı bölgelerinde etkili olmuştur.Bu çalışmada, Sentinel-2 ve Landsat-8 uydu görüntüleriyardımıyla müsilajın Marmara Denizi’nin İstanbul,Kocaeli, Yalova ve Bursa illerine ait sahilleri kapsayanyaklaşık 4000 km²’lik alanda başlangıçtan itibarenyayılımı, kapladığı alan ve deniz yüzeyinde müsilajyoğunluğuna bağlı olarak oluşan ısıl değişimler detaylışekilde analiz edilmiştir. Analizler için 14, 19 ve 24Mayıs 2021 tarihlerinde çekilen Sentinel-2A görüntüleriile 17 Mayıs tarihli Landsat-8 görüntüsünün termalbandı kullanılmıştır. Görüntü işleme teknikleri vepopüler makine öğrenme algoritması olan rastgeleorman ile deniz yüzeyi müsilaj oluşumları %99doğrulukla tespit edilmiştir. Müsilaj kaplı alanbüyüklüğü, 14 Mayıs 2021 tarihinde 49,71 km² olarakhesaplanırken 24 Mayıs 2021 tarihinde 70,37 km²olarak hesaplanmıştır. Bu sonuç, 10 günlük süreçte%41’lik bir artışı işaret ederek durumun ciddiyetiniortaya koymuştur. Diğer taraftan, deniz suyu sıcaklığıkıyıdan uzak müsilaj olmayan alanlarda ortalama14,5°C iken müsilajın yoğun olduğu bölgelerde 17°C’ninüzerinde tespit edilmiştir. Tüm bu sonuçlar MarmaraDenizi’nde 2007 yılında ilk kez görülen müsilajolgusunun yılın özellikle bahar dönemlerinde anisıcaklık artışları ve diğer etkenlerle birlikte kendinigöstermeye devam edeceğini işaret etmektedir.

Abstract

Global warming has effects that disrupt the natural balance in marine areas as well as terrestrial areas. One of these disruptive effects, mucilage, or sea saliva, is one of the natural disasters in the inland seas and bays. Mucilage has been spreading rapidly in the Sea of Marmara since May 2021 and has been effective in the Gemlik and Izmit Bays, and the coastal areas of Istanbul with the effects of currents and wind. In this study, the distribution of mucilage in an area of approximately 4000 km² covering the coasts of the Sea of Marmara Istanbul, Kocaeli, Yalova and Bursa. With the help of Sentinel-2 and Landsat-8 satellite images, the area covered and the thermal changes caused by the density of mucilage on the sea surface were analyzed in detail from the beginning of the phenomenon. In the analysis, May 14, 19 and 24, 2021 Sentinel-2A images and May 17, 2021 Landsat-8 thermal image were employed. With digital image processing techniques and random forest, a popular machine learning algorithm, sea surface mucilage formations were estimated with 99% accuracy. Whilst the size of the mucilage covered area was calculated as 49.71 km² on May 14, 2021, it was calculated as 70.37 km² on May 24. This result marked a 41% increase in the 10-day period, indicating the severity of the situation. On the other hand, the sea water temperature was found to be 14.5°C on average in areas without mucilage far from shore, while it was over 17°C in areas where mucilage was dense. All these results indicate that the mucilage phenomenon, first observed in the Marmara Sea in 2007, will continue to manifest itself together with sudden temperature increases and other factors, especially in the spring periods of the year.