¿Conoces a alguien que está tan atrapado en los detalles de un problema que "no puede ver el bosque por los árboles?" Los científicos que buscan entender cómo los bosques se recuperan de los incendios forestales a veces tienen el problema opuesto. Los sistemas de satélite convencionales que analizanvastas extensiones de tierra quemada por incendios forestales proporcionan información útil y general, pero pueden pasar por alto detalles importantes y llevar a los científicos a concluir que un bosque se ha recuperado cuando aún se encuentra en las primeras etapas de recuperación.
Según un equipo de ecologistas del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., Una nueva técnica que utiliza una combinación de métodos de detección remota de mayor resolución proporciona una imagen más precisa y detallada de lo que sucede en el terreno. En un documentoque aparecerá en la edición de junio de 2018 de la revista Teledetección del medio ambiente describen cómo utilizaron imágenes satelitales de mayor resolución y mediciones aéreas recopiladas por la NASA para caracterizar un área boscosa dañada por un incendio forestal de 2012 que se había extendido a los terrenos del Laboratorio.
"Poder cuantificar la relación entre la recuperación del bosque y la severidad de las quemaduras es una información crítica para que comprendamos tanto la dinámica forestal como el secuestro de carbono", dijo Ran Meng, investigador asociado postdoctoral en la investigación de Ciencia y Tecnología del Ecosistema Terrestre TEST de Brookhaven Labgrupo y autor principal del artículo ". Este trabajo muestra que mediante el uso de mediciones de detección remota más avanzadas con imágenes espectrales de muy alta resolución y LiDAR, una técnica que nos permite medir la estructura física 3D del bosque, podemos caracterizar el fuegoefectos y monitorear la recuperación posterior al fuego con mayor precisión ", dijo.
Alistair Rogers, líder del grupo TEST agregó: "Este trabajo es un buen ejemplo del valor de la alta resolución, multisensor, teledetección. La novedosa combinación de datos de estos sensores permitió una comprensión más profunda de una pregunta ecológica desafiante yproporciona una nueva herramienta para el manejo forestal "
Nivel del suelo, desajuste de datos satelitales
Meng señaló la necesidad de mejorar las mediciones remotas como estudiante graduado antes de venir a Brookhaven. Mientras rastreaba la recuperación de la vegetación después de los incendios forestales en la montaña al oeste y California, sus observaciones en el terreno no coincidían con las mediciones satelitales convencionales de resolución moderadacomo los obtenidos por Landsat estaban mostrando.
"Al hacer estudios de campo, medimos los parámetros y las características de los árboles, y podemos ver si el dosel, la parte del ecosistema formado por las copas de los árboles, es saludable, o si solo hay rebrote a nivel del suelo", Dijo Meng.
Los científicos deben poder distinguir este crecimiento "sotobosque" por ejemplo, arbustos y pastos del dosel para determinar si el bosque se ha recuperado realmente a su estado previo al incendio.
"En términos de manejo de bosques y comprensión de cuánto carbono se almacena en estos sistemas y cómo apoyan la biodiversidad y el cambio con el tiempo, los árboles de dosel son lo importante", explicó Shawn Serbin, supervisor de Meng en Brookhaven.
Pero las imágenes satelitales tradicionales, que se han utilizado para estudiar grandes incendios forestales desde la década de 1970, no pueden distinguir el dosel del sotobosque, señaló Serbin. Produce imágenes con píxeles mucho más grandes: cuadrados con lados que miden aproximadamente 30 metroso más, y solo mide en unos pocos "canales" o colores reflejados / longitudes de onda de luz, sin sensación de profundidad.
"Entonces, si un incendio se extiende y luego un montón de plantas herbáceas que son muy verdes brotan en el sotobosque recién expuesto, un sistema satelital tradicional simplemente vería todo eso de una vez - un patrón general de verdor -y confunde que eso demuestra que 'la vegetación se ha recuperado', incluso cuando todavía hay árboles completamente quemados en el suelo ", dijo Serbin.
"Claramente, necesitamos una forma de entender con más detalle cómo se recupera el bosque en términos de árboles de dosel sin tener que realizar estudios masivos en el suelo, lo que requeriría mucho tiempo y mano de obra", agregó, ocomo dijo Meng, "misión imposible"
Una oportunidad fortuita
Afortunadamente, las tecnologías de teledetección han recorrido un largo camino desde la década de 1970, particularmente en los últimos 10 años. Y gracias a una colaboración continua con científicos en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y la disponibilidad de imágenes satelitales comerciales de alta resolución, Meng ySerbin tuvo la oportunidad de probar estas tecnologías actualizadas y comparar los resultados con observaciones terrestres.
Su banco de pruebas era una franja de bosque en su propio patio trasero que había sido dañado cuando un incendio forestal en Long Island Pine Barrens se extendió sobre una porción no desarrollada de la propiedad de Brookhaven Lab en abril de 2012. Meng utilizó por primera vez imágenes comerciales de alta resolución compradas por elAgencia Nacional de Inteligencia Geoespacial NGA, recopilada antes y después del incendio, para crear un mapa de alta resolución de la gravedad de la quemadura publicado anteriormente. Luego, utilizó este mapa para superponer medidas detalladas de las características del bosque que extrajo de la teledetecciónimágenes recopiladas por el equipo Goddard de la NASA en 2015. Al comparar los datos remotos de alta resolución con sus propias observaciones en el terreno, Meng y Serbin pudieron probar si las nuevas tecnologías transmitían una representación precisa de cómo los árboles se estaban recuperando en eldiferentes áreas de severidad de quemaduras.
"Esta fue una oportunidad para estudiar la dinámica del bosque de una manera sin precedentes", dijo Serbin.
Los instrumentos aéreos de la NASA incluían cámaras para fotografía digital de muy alta resolución con píxeles de un metro cuadrado en lugar de los píxeles de 30 x 30 metros utilizados por los satélites convencionales; imágenes "hiperespectrales" para captar la luz en ~ 100 colores; imágenes infrarrojas térmicas para medir el calor; y LiDAR que funciona como un detector de velocidad de pistola de radar: dispara haces de luz infrarroja cercana y mide cuánto tiempo tardan en recuperarse para medir la distancia, o en este caso,la profundidad en el bosque.
Debido a que estos instrumentos realizan sus mediciones simultáneamente, los científicos pueden rastrear exactamente qué color incluso variaciones sutiles de verde se refleja y desde qué profundidad en el bosque, todo a una resolución de un metro.
"Esto puede darnos mucha más información y reducir nuestras incertidumbres para comprender la dinámica del bosque y las consecuencias del fuego", dijo Meng.
Los datos estructurales de alta resolución y 3D pudieron diferenciar el dosel del sotobosque y les dieron a los científicos una representación precisa de la recuperación del bosque en relación con la severidad de las quemaduras que coincidía con lo que estaban viendo en el suelo.
En lugar de una tasa de recuperación que aumentó con el aumento de la gravedad de la quemadura, como lo habían sugerido los datos de satélite convencionales, oscurecidos por el nuevo crecimiento del sotobosque, los datos de alta resolución mostraron una tasa de recuperación creciente para los árboles de dosel hasta cierto umbral.
"Antes de que alcancen un cierto umbral de daño, los árboles pueden recuperarse, crear nuevas ramas. Pero después de que alcanzan este punto crítico son asesinados y no pueden recuperarse. Tienen que comenzar desde cero y tomará mucho tiempo", dijo Meng. Mientras tanto, las nuevas especies de sotobosque que aprovechan la luz solar capaz de alcanzar el suelo a través del dosel agotado, ocupan rápidamente su lugar.
Ver diferencias de especies de forma remota
Los científicos incluso pudieron detectar diferencias cuantitativas en las tasas de recuperación entre las diferentes especies en el dosel.
"Aquí en el Laboratorio, tenemos un ejemplo simple de pinos contra robles. El pino tiene una forma cónica con finas, muy compactas, agujas de color verde oscuro. El roble tiene una estructura más redonda con hojas anchas de color más claro. También tienendiferente química y contenido de agua. Todo eso cambia la forma en que reflejan la luz, por lo que cada uno tiene una 'firma espectral' única que podemos elegir con estas nuevas tecnologías ", dijo Serbin.
Los científicos utilizaron técnicas de aprendizaje automático para entrenar computadoras para reconocer las características espectrales y estructurales únicas para que pudieran diferenciar entre estas y otras especies.
"Con un sistema tradicional de imágenes satelitales, sería imposible distinguir a estas especies. Pero ahora, por primera vez, podemos usar nuestra nueva tecnología para cuantificar estas respuestas en áreas extensas y en un tiempo más largo que nunca,"Meng dijo.
Aplicando el conocimiento
Más allá de proporcionar información sobre la salud de los pinares de Long Island, el método debería funcionar para mejorar las evaluaciones remotas de daños y recuperación de incendios en diferentes tipos de bosques, y particularmente en áreas remotas donde los estudios de campo no son prácticos.
"Creemos que este método debería aplicarse en todo el mundo. Creemos que es adaptable y que los datos están disponibles públicamente, por lo que podríamos ampliar esto", dijo Serbin.
Comprender los detalles de la dinámica forestal ayudaría a informar las estrategias de manejo forestal, como cuándo y dónde organizar una quema controlada para limitar la acumulación de combustible para incendios forestales, o para identificar dónde se deben plantar nuevos árboles y qué tipospara mantener la biodiversidad. También proporcionaría información para modelos diseñados para predecir cómo los ecosistemas forestales responderán a otros tipos de desafíos, como la sequía o el cambio climático.
"Las personas encargadas de proyectar cómo los ecosistemas van a responder al cambio en el futuro necesitan información muy detallada sobre la dinámica de los bosques y la vegetación para sus modelos", dijo Serbin. "Hemos aprendido que la estructura de la vegetación es altamenterelacionado con la cantidad de carbono que se puede almacenar en esos ecosistemas, y que los ecosistemas con mayor biodiversidad almacenan más carbono. Por lo tanto, la capacidad de evaluar la biodiversidad y la estructura forestal será muy importante para construir esos modelos ".
Las contribuciones de Brookhaven Lab a este estudio fueron financiadas por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio del Laboratorio. Las imágenes de la NASA fueron financiadas por el Servicio Forestal de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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