Wenn sich die Erde erwärmt , senden Satellitenbilder starke Hinweise auf eine Ergrünung der Arktis. Aber ein Greening-Signal täuscht über eine größere Komplexität hinweg. Der Klimawandel bringt einen Bodenkrieg in die Tundra, da Pflanzen um die Vorherrschaft konkurrieren. In vielen Tundra-Regionen dringen größere Sträucher von ähnlichen Pflanzen wie Flechten in Gebiete ein, die einmal kahl – oder mit kurzer Deckung – sind. Das Verständnis der arktischen Vegetationsänderung ist entscheidend für das Verständnis von Kohlenstoffspeicherungs- und Rückkopplungsmechanismen, um Modelle zum Klimawandel zu verbessern .
Aber die Offenlegung granularer Details ist in einer Umgebung, die abgelegen, schwer zugänglich und dünn besiedelt ist, eine Herausforderung. Jahrzehntelang lieferte die Fernerkundung arktische Augen am Himmel, aber mit Nachteilen. Ökologen stehen vor der Herausforderung, feinskalige Muster aus grobkörnigen Satellitenbeobachtungen zu extrapolieren. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Drohnen helfen könnten, Größenunterschiede zu überbrücken.
Viele der Beweise für die Ergrünung der Arktis stammen aus Daten von Satelliten, die seit den 1970er Jahren die Erde umkreisen. Satellitendaten liefern eine grobe Auflösung. Pixelgrößen können Flächen von bis zu 24 Quadratmeilen (64 Quadratkilometern) entsprechen, erklärt die Vegetationsökologin Isla Myers-Smith von der University of Edinburgh.
Im Gegensatz dazu hat das Forschungsteam von Myers-Smith in Qikiqtaruk im kanadischen Yukon-Territorium fast zwei Jahrzehnte lang die Veränderungen der arktischen Vegetation auf Quadratmetern von der Größe eines Kaffeetisches quantifiziert. Jahr für Jahr ließ ihr Team 100 Stecknadeln in jede Parzelle fallen und zeichnete jede Pflanze, jedes Blatt und jeden Stängel auf, die die Stecknadeln berührten. Es ist mühsame Arbeit. Die Bewertung jedes Quadrats dauert Stunden.
Aber die Tundra ist riesig. Nur winzige arktische Fragmente können so detailliert untersucht werden. Das von Satelliten gelieferte Gesamtergrünungssignal – der normalisierte Differenzvegetationsindex (NDVI) – ist unverkennbar, aber werden Pflanzen größer? Greifen verschiedene Pflanzen ein? Sind Veränderungen homogen? Diese Fragen faszinieren Tundra-Ökologen, die wissen wollen, was vor Ort passiert.
Es ist schwierig, von Quadratmetern auf das zu skalieren, was Satelliten über große räumliche Ausdehnungen sehen. "Am Ende bleibt diese Lücke dazwischen", sagt Andrew Cunliffe , Forschungsstipendiat an der University of Exeter im Vereinigten Königreich. Er leitete eine kürzlich in Environmental Research Letters veröffentlichte Studie, die sich mit dieser Lücke befasste. Die Studie wurde gemeinsam mit Myers-Smith und drei anderen verfasst und stellt einen umfassenderen Versuch dar, Skalenlücken mit Drohnen zu schließen.
Schärfen der Fuzzy-Linse
Satelliten erzählen uns über die Arktis, "aber durch eine verschwommene Linse", sagt Jeff Kerby, Koautor der Studie von der Universität Aarhus in Dänemark. Satellitendaten aus den 1970er und 1980er Jahren können hilfreich sein, aber "die Pixel haben vielleicht die Größe von Manhattan", sagt er. "Aus diesen Satellitendaten haben wir Hinweise auf Veränderungen, nur nicht die Informationen, um die Veränderung zu verstehen."
Das High-Latitude Drone Ecology Network erstellt ein standardisiertes Protokoll für die Überwachung der Tundra-Vegetation. Die Tundra ist ein fluktuierendes und komplexes Ökosystem mit Klimavariablen, die die genaue Interpretation von Satellitendaten beeinflussen. Eine arktische Schneedecke kann zu jeder Jahreszeit auftreten und verschleiern, was mit den Pflanzen unten passiert. Oft bewölkt, ist die Arktis auch das halbe Jahr dunkel. Wenn vorhanden, kann der Winkel des arktischen Sonnenlichts riesige Schatten erzeugen. „Schatten sind großartig, wenn Sie zum Spaß Landschaftsfotos machen, aber schlecht, wenn Sie versuchen, Pflanzen mit einem Computer zu verstehen“, sagt Kerby. Eine grüne Pflanze im Schatten sieht nicht grün aus.
Betritt die Drohne . Selbst wenn sie mit ziemlich einfachen, handelsüblichen Digitalkameras ausgestattet sind, können Drohnen ein klares Bild von dem, was am Boden passiert, erstellen. Fotos derselben Sache aus verschiedenen Blickwinkeln, zusammengefügt, können 3D-Modelle erzeugen. Kerby und Myers-Smith haben das High-Latitude Drone Ecology Network gegründet und ein standardisiertes Protokoll für die Überwachung der Tundra-Vegetation geschaffen.
Zunächst skeptisch gegenüber dem Nutzen von Drohnen, ist Scott Goetz von der Northern Arizona University, der an der jüngsten Studie nicht beteiligt war, nun von ihrem Wert überzeugt. "Der Maßstab ist eines der Schlüsselprobleme bei der Fernerkundung", sagt Goetz, wissenschaftlicher Leiter des Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) der NASA und stellvertretender Forschungsleiter für die Wissenschaft bei der Global Ecosystem Dynamics Investigation der NASA .
Ein vollständiges Bild ist mit Feldmessungen allein nicht möglich, aber die Verknüpfung von Satellitenfernerkundung mit Felddaten war ein langer und anspruchsvoller Weg, erklärt Goetz und stellt auch fest, dass sich die Fernerkundungsauflösung verbessert. „Es ist nicht so, dass NDVI nicht funktioniert oder dass wir [Pflanzenwachstum] nicht systematisch überwachen können. Es ist eher eine Frage der Komponente des Systems, die Sie messen möchten.“
Cunliffe und Mitarbeiter fanden heraus, dass NDVI-Daten bei der Angabe der Pflanzenbiomasse schlecht abschneiden, da dieser breit angelegte Indikator für die Grünheit nicht zwischen winzigen grünen Organismen wie Moos oder Flechten und größeren Formen wie Sträuchern unterscheidet.
Alemu Gonsamo, ein Wissenschaftler für die Fernerkundung von Vegetation und Klimawandel an der McMaster University in Kanada, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt war, sagt, dass, wenn von Drohnen abgeleitete strukturelle Maßnahmen richtig mit Lidar- und Greenness-Maßnahmen integriert werden, "sie eine beispiellose Möglichkeit zur Überwachung bieten" Veränderungen sowohl im Grün der Tundra als auch in der Baumkronenstruktur wie Baumkronenhöhe und oberirdische Biomasse."
Wenn es um den Nutzen von Drohnen in diesem Zusammenhang geht, fangen die Leute gerade erst an, sagt Logan Berner von der Northern Arizona University, ein Mitarbeiter des ABoVE-Projekts der NASA. Über Cunliffes Studie sagt Berner, der eine Studie leitet, die Landsat-NDVI-Trends im gesamten arktischen Tundra-Biom seit den 1980er Jahren bewertet: bedeuten, warum sie passieren und wie sich die Arktis in Zukunft verändern könnte."
Diese Geschichte erschien ursprünglich in Eos und wird hier als Teil von Covering Climate Now neu veröffentlicht , einer globalen journalistischen Zusammenarbeit, die die Berichterstattung über die Klimageschichte stärkt.
