Gdy Ziemia się ociepla , zdjęcia satelitarne wysyłają silne oznaki zazieleniania Arktyki. Jednak sygnał zazieleniania przeczy większej złożoności. Zmiana klimatu prowadzi do wojny naziemnej w tundrze, ponieważ rośliny rywalizują o dominację. W wielu regionach tundry wyższe krzewy atakują obszary niegdyś nagie – lub z krótką osłoną – od podobnych roślin, takich jak porosty. Zrozumienie zmian roślinności w Arktyce ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmów składowania dwutlenku węgla i sprzężenia zwrotnego, które pomogą ulepszyć modele zmian klimatycznych .
Jednak ujawnianie szczegółowych szczegółów jest wyzwaniem w środowisku odległym, trudno dostępnym i słabo zaludnionym. Teledetekcja od dziesięcioleci dostarcza arktycznym oczom na niebie, ale ma wady. Ekolodzy stają przed wyzwaniem próby ekstrapolacji wzorców w drobnej skali z gruboziarnistych obserwacji satelitarnych. Nowe badania sugerują, że drony mogą pomóc w wyeliminowaniu niedopasowania skali.
Wiele dowodów na zazielenienie Arktyki pochodzi z danych z satelitów krążących wokół Ziemi od lat 70. XX wieku. Dane satelitarne zapewniają rozdzielczość zgrubną. Rozmiary pikseli mogą odpowiadać obszarom o powierzchni nawet 24 mil kwadratowych (64 kilometry kwadratowe), wyjaśnia ekolog roślinności Isla Myers-Smith z Uniwersytetu w Edynburgu.
W przeciwieństwie do tego, przez prawie dwie dekady w Qikiqtaruk na kanadyjskim terytorium Jukon, zespół badawczy Myers-Smith określał ilościowo zmiany wegetacji arktycznej na działkach o powierzchni metra kwadratowego mniej więcej wielkości stolika do kawy. Rok po roku jej zespół upuszczał 100 szpilek na każdym poletku, rejestrując kontakt każdej rośliny, liścia i łodygi. To żmudna praca. Ocena każdego kwadratu zajmuje godziny.
Ale tundra jest ogromna. Tylko małe fragmenty Arktyki mogą być zbadane tak szczegółowo. Ogólny sygnał zazieleniania dostarczany przez satelity — znormalizowany wskaźnik różnic wegetacji (NDVI) — jest jednoznaczny, ale czy rośliny rosną? Czy wdzierają się różne rośliny? Czy zmiany są jednorodne? Te pytania intrygują ekologów tundry, którzy chcą wiedzieć, co dzieje się na ziemi.
Trudno jest przeskalować z wykresów o powierzchni metra kwadratowego do tego, co widzą satelity w dużych zakresach przestrzennych. „W końcu pojawia się luka pomiędzy” – mówi Andrew Cunliffe , pracownik naukowy na University of Exeter w Wielkiej Brytanii. Prowadził niedawne badanie dotyczące tej luki, opublikowane w Environmental Research Letters. Badanie, którego współautorem jest Myers-Smith i trzema innymi, stanowi szerszy wysiłek w celu wypełnienia luk w skali za pomocą dronów.
Ostrzenie Soczewki Rozmytej
Satelity mówią nam o Arktyce, „ale przez rozmytą soczewkę”, mówi współautor badania Jeff Kerby z Aarhus University w Danii. Dane satelitarne pochodzące z lat 70. i 80. mogą być pomocne, ale „piksele mogą być wielkości Manhattanu” — mówi. „Z tych danych satelitarnych mamy dowody zmian, ale nie informacje umożliwiające zrozumienie zmian”.
Wysoka Latitude Drone Ekologia sieci tworzy standardowy protokół monitorowania tundra roślinności. Tundra jest zmiennym i złożonym ekosystemem, w którym zmienne klimatyczne wpływają na dokładną interpretację danych satelitarnych. Arktyczna pokrywa śnieżna może pojawić się o każdej porze roku i przesłonić to, co dzieje się z roślinami poniżej. Często pochmurno, przez pół roku w Arktyce jest też ciemno. Gdy jest obecne, kąt arktycznego światła słonecznego może tworzyć ogromne cienie. „Cienie są świetne, jeśli robisz zdjęcia krajobrazu dla zabawy, ale złe, jeśli próbujesz zrozumieć rośliny za pomocą komputera”, mówi Kerby. Zielona roślina w cieniu nie wygląda na zieloną.
Wejdź do drona . Nawet gdy są wyposażone w dość proste, gotowe aparaty cyfrowe, drony mogą tworzyć wyraźny obraz tego, co dzieje się na ziemi. Zdjęcia tego samego przedmiotu pod różnymi kątami, połączone razem, mogą tworzyć modele 3D. Kerby i Myers-Smith utworzyli High-Latitude Drone Ecology Network, tworząc znormalizowany protokół monitorowania roślinności tundry.
Początkowo sceptyczny co do użyteczności dronów, Scott Goetz z Northern Arizona University, który nie był zaangażowany w ostatnie badania, jest teraz przekonany o ich wartości. „Skala jest jednym z kluczowych problemów związanych z teledetekcją” – mówi Goetz, kierownik naukowy NASA Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) i zastępca głównego badacza ds. badań NASA Global Ecosystem Dynamics Investigation .
Pełny obraz nie jest możliwy przy samych pomiarach terenowych, ale powiązanie teledetekcji satelitarnej z danymi terenowymi było długą i trudną ścieżką, wyjaśnia Goetz, zauważając również, że poprawia się rozdzielczość teledetekcji. „Nie chodzi o to, że NDVI nie działa lub że nie możemy monitorować [wzrostu roślin] w sposób systematyczny. To bardziej kwestia komponentu systemu, który chcesz zmierzyć”.
Dane NDVI, stwierdziły Cunliffe i współpracownicy, wypadły słabo, jeśli chodzi o wskazywanie biomasy roślinnej, ponieważ ten wskaźnik zieloności na szeroką skalę nie rozróżnia małych zielonych organizmów, takich jak mech lub porosty, oraz większych form, takich jak krzewy.
Alemu Gonsamo, naukowiec zajmujący się teledetekcją roślinności i zmian klimatycznych z McMaster University w Kanadzie, który nie był zaangażowany w obecne badanie, mówi, że jeśli środki strukturalne pochodzące z dronów są odpowiednio zintegrowane ze środkami lidarowymi i zazielenianiem, „zapewniają one bezprecedensową możliwość monitorowania zmiany zarówno w zieloności tundry, jak i strukturze baldachimu, takie jak wysokość baldachimu i biomasa nadziemna.
Jeśli chodzi o użyteczność dronów w tym kontekście, ludzie dopiero zaczynają, mówi Logan Berner z Northern Arizona University, współpracownik projektu NASA ABoVE. O badaniu Cunliffe'a Berner, który prowadzi badanie oceniające trendy Landsat NDVI w biomie arktycznej tundry od lat 80. XX wieku, mówi: „Istnieje ogromny potencjał tego rodzaju pracy, którą wykonali, aby poprawić nasze zrozumienie tego, co te zmiany w zieleń tundry to znaczy, dlaczego tak się dzieje i jak Arktyka może zmienić się w przyszłości”.
Ta historia pierwotnie pojawiła się w Eos i została ponownie opublikowana tutaj w ramach Covering Climate Now , globalnej współpracy dziennikarskiej wzmacniającej relację o klimacie.
