Des lasers découvrent des lacunes forestières pour faciliter les études de mortalité des arbres en Amazonie brésilienne

 Des lasers découvrent des lacunes forestières pour faciliter les études de mortalité des arbres en Amazonie brésilienne

  • À l’aide de la technologie de détection et de télémétrie de la lumière aérienne, plus communément appelée «lidar», une équipe de chercheurs a étudié à distance la mort des arbres et les lacunes du couvert forestier dans toute l’Amazonie brésilienne.
  • Les chercheurs ont découvert que les lacunes dans la forêt étaient principalement dues au stress hydrique, à la fertilité des sols, aux plaines inondables et à la dégradation des forêts. Les données ont également mis en évidence de fortes corrélations entre les modèles de brèches dans les arbres et le déficit hydrique, un manque d’eau qui peut ralentir la photosynthèse.
  • Dans le sud-est et l’ouest de l’Amazonie, un schéma de dynamique des écarts de 20 à 35% plus élevé est apparu, ce qui signifie que les arbres meurent et créent des écarts plus fréquemment que dans d’autres régions.
  • Le lidar des avions est utile pour étudier les zones reculées de l’Amazonie et pourrait être utilisé efficacement pour surveiller l’exploitation forestière illégale et la déforestation, ainsi que pour calibrer la technologie des satellites.

Dans le ciel au-dessus de coins reculés de l’Amazonie brésilienne, un petit avion dirige des faisceaux laser vers la cime des arbres pour créer une topographie en temps réel jusqu’au sol. Son objectif est simple: trouver des brèches dans la forêt.

« Cela peut ressembler à un film Star Wars, mais ce n’est qu’une autre application des lasers dans notre vie quotidienne », a déclaré à Mongabay dans un e-mail Ricardo Dalagnol, scientifique à l’Institut national brésilien de recherche spatiale (INPE). . «Dans la pratique, des millions de faisceaux laser sont tirés depuis un avion au-dessus de la forêt, certains faisceaux frappent les arbres et d’autres touchent le sol. Avec ces informations, nous pouvons cartographier les arbres et les lacunes. »

En utilisant cette technique de détection et de télémétrie de la lumière aéroportée, plus communément appelée «lidar», Une équipe de chercheurs de l’INPE, FONCERet les universités de Leeds et de Birmingham au Royaume-Uni ont étudié à distance la mort des arbres et les trous dans la canopée – des trous dans la couverture verte qui s’étendent de la cime des arbres jusqu’au sous-étage ou au sol. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques.

Les informations des lasers lidar sont traduites en une image de nuage de points de la forêt, vue ici de profil. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.
Un profil de nuage de points lidar vu du haut. Les couleurs plus chaudes (du jaune au rouge) sont plus hautes et les couleurs plus foncées sont plus proches du sol. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.

Dalagnol, l’auteur principal de l’étude, a déclaré que les rapports sur l’augmentation de la mortalité des arbres en Amazonie ont motivé la recherche. Le taux de la mort des arbres augmente en Amazonie au cours des dernières décennies, et cela a des conséquences pour ses habitants et ses écosystèmes, ainsi que pour le climat mondial.

«C’est inquiétant étant donné les effets potentiels du changement climatique et de la pression humaine sur les forêts non perturbées», a déclaré Dalagnol. «En utilisant cette technologie, nous voulions cartographier exactement les endroits où les brèches du couvert forestier et la mortalité des arbres se produisaient plus fréquemment et atteindre des zones qui n’avaient pas été étudiées auparavant.

Un petit avion équipé de lidar a effectué 610 lignes de vol à travers la région amazonienne. Chaque ligne de vol mesurait une zone de forêt de 300 mètres de large sur 12,5 kilomètres de long (984 pieds de large sur 7 miles de long) en contrebas. Les emplacements de ces lignes de vol ont été choisis pour couvrir une large gamme de la forêt ainsi que pour échantillonner le long des gradients environnementaux tels que les différences dans l’eau, la fertilité du sol et la dégradation des forêts. L’équipe a également utilisé 181 parcelles de terrain pour «vérifier au sol» les mesures lidar et a constaté que la méthode lidar était très précise.

Répartition des 610 transects lidar aéroportés utilisés dans l'étude à travers l'Amazonie brésilienne. Ces données ont été collectées par le projet EBA dirigé par le Dr Jean Ometto (INPE).
Répartition des 610 transects lidar aéroportés utilisés dans l’étude à travers l’Amazonie brésilienne. Ces données ont été collectées par le projet EBA dirigé par le Dr Jean Ometto (INPE). Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol.

Les chercheurs ont découvert que les lacunes dans la forêt étaient principalement dues au stress hydrique, à la fertilité des sols, aux plaines inondables et à la dégradation des forêts. Dans les régions où le sol est plus fertile, les arbres poussent et meurent donc beaucoup plus vite que dans les régions où le sol est pauvre en nutriments. Ces décès d’arbres plus fréquents signifient un renouvellement plus rapide de ce que l’on appelle des lacunes dynamiques ou de nouvelles lacunes dans la forêt. Les données ont également mis en évidence de fortes corrélations entre les modèles de brèches dans les arbres et le déficit hydrique, un manque d’eau qui peut ralentir la photosynthèse.

«Les écarts sont un indicateur de [tree] mortalité, carbone et transition d’état », Eben Broadbent, professeur adjoint à l’Université de Floride et codirecteur de la Laboratoire de vol non piloté GatorEye, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré à Mongabay. «Cela pourrait impliquer qu’une forêt tropicale se transforme en une savane plus… et c’est une préoccupation, et en fait une possibilité très réelle, surtout lorsque vous commencez à considérer les réactions des incendies et du changement climatique.»

Plus de lacunes par zone de forêt ont été trouvées plus près des perturbations humaines, comme dans le tristement célèbre «arc de déforestation». Mais dans l’ensemble, les effets des perturbations humaines ne se sont pas manifestés aussi fortement dans l’étude que les chercheurs l’avaient prévu. L’effet des humains a probablement été sous-estimé dans l’analyse, ont déclaré les auteurs, car il n’existe toujours pas de moyen très précis de mesurer les perturbations forestières causées par l’homme en dehors de la mesure de la distance par rapport aux zones non forestières.

L'un des 610 transects lidar aéroportés. Celui-ci a été collecté sur une forêt amazonienne au-dessus de l'état brésilien de Rondônia (-10.3150 S, -61.7003 W). Il a 15 km de long et 500 m de large. L'arrière-plan est une image satellite de google maps. à gauche et à droite, les zones déboisées s'avancent rapidement sur la forêt. Le centre de la zone où le lidar a été acquis est encore préservé. L'échelle ici est de 1: 200 000, ce qui signifie que 1 cm équivaut à 2 km.
L’un des 610 transects lidar aéroportés. Ce transect se trouve dans l’État brésilien de Rondônia (-10,3150 S, -61,7003 O) et mesure 15 km de long et 500 m de large. Sur la gauche et la droite, vous voyez les zones déboisées avancer rapidement au-dessus de la forêt. Le centre de la zone où le lidar a été acquis est encore préservé. L’échelle ici est de 1: 430 000, ce qui signifie qu’un centimètre équivaut à 4,3 kilomètres. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.
Vue agrandie du transect de Rondônia, mettant en évidence les détails des données lidar représentant la hauteur du couvert forestier. La hauteur est indiquée sur un dégradé noir et blanc. Les arbres plus grands sont de couleur plus claire. Les espaces sont généralement les zones les plus sombres / noires. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.
Le modèle de hauteur de la canopée lidar (CHM) à gauche et un zoom sur le nuage de points lidar 3D montrant un très grand arbre. source: Ricardo Dalagnol et jeu de données lidar du projet INPE / EBA.
Le modèle de hauteur de la canopée lidar à gauche et un nuage de points lidar 3D montrant un très grand arbre. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.

Les auteurs ont trouvé une corrélation entre les écarts à long terme et les écarts dynamiques (plus récents). Les zones avec beaucoup de lacunes à long terme dans la forêt ont également eu plus de nouvelles lacunes qui se sont ouvertes. Le sud-est et l’ouest de l’Amazonie sont plus secs, avec moins d’eau stagnante. Dans ces zones, une tendance à une dynamique des écarts de 20 à 35% plus élevée est apparue, ce qui signifie que les arbres meurent et créent des écarts plus fréquemment ici que dans d’autres régions.

« Je pense que le message principal est qu’il y a beaucoup de dégradation et de mortalité due aux perturbations dans ces forêts », a déclaré Broadbent. «Le fait que tous ces facteurs sont en corrélation avec une augmentation [long-term] lacunes… ce sont des facteurs qui vont changer avec le changement climatique. Et donc, il est vraiment important de le souligner et de commencer à les quantifier. « 

Un petit avion utilisé dans l’étude. Photo gracieuseté de Ricardo Dalagnol.

Le lidar d’aéronef est utile pour étudier les régions reculées de l’Amazonie. Par exemple, les données lidar ont été collectées et utilisées par le Service brésilien des forêts (BFS) pour surveiller les forêts sous gestion sélective depuis au moins 2015, a déclaré Dalagnol.

«Outre les nouvelles connaissances sur la dynamique des forêts et la mortalité des arbres dans la région amazonienne, cette étude met également en évidence la rareté des données dont nous disposons actuellement et l’importance des données lidar aéroportées pour compléter les efforts existants sur le terrain et [to] atteindre des endroits où nous n’avons jamais mis les pieds [in] avant », a déclaré Dalagnol.

Lidar pourrait également être utilisé pour surveiller l’exploitation forestière illégale et la déforestation, mais n’est pas encore pratique en raison de son coût élevé. Imagerie satellitaire haute résolution et haute fréquence, désormais gratuite et accessible via des plates-formes telles que Veille forestière mondiale, reste un moyen beaucoup plus rentable de surveiller la déforestation. Mais le niveau de détail que le lidar peut fournir, comme la hauteur des arbres individuels et potentiellement les espèces d’arbres, n’est pas disponible avec la technologie satellite.

«Tout évolue lentement vers les satellites… Nous aurons des données lidar haute résolution provenant de satellites dans les dix prochaines années», a déclaré Broadbent, «mais de grands ensembles de données lidar comme celui-ci sont importants pour calibrer ces satellites.

« Lidar est une technologie incroyable », a déclaré Dalagnol, « et il y a encore tant de choses que nous pouvons découvrir à partir de cela. »

Rapports supplémentaires par Geneviève Belmaker.

Citation:

Dalagnol, R., Wagner, F. H., Galvão, L. S., Streher, A. S., Phillips, O. L., Gloor, E.,… Aragão, L. E. (2021). Variations à grande échelle de la dynamique des lacunes du couvert forestier amazonien à partir des données lidar aéroportées et des opportunités d’estimation de la mortalité des arbres. Rapports scientifiques, 11(1). est ce que je:10.1038 / s41598-020-80809-w

Image de bannière of Un profil de nuage de points lidar vu du haut avec l’aimable autorisation de Ricardo Dalagnol et du jeu de données lidar du projet INPE / EBA.

Liz Kimbrough est rédacteur pour Mongabay. Retrouvez-la sur Twitter @lizkimbrough

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