По мере того как Земля нагревается , спутниковые снимки ясно указывают на то, что Арктика зеленеет. Но сигнал об озеленении опровергает большую сложность. Изменение климата приносит в тундру наземную войну, поскольку растения борются за господство. Во многих регионах тундры более высокие кусты вторгаются в районы, когда-то голые - или с коротким покровом - от таких же растений, как лишайник. Понимание изменений арктической растительности имеет жизненно важное значение для понимания механизмов накопления углерода и обратной связи, которые помогают улучшить модели изменения климата .
Но раскрыть подробные детали сложно в удаленной, труднодоступной и малонаселенной среде. На протяжении десятилетий дистанционное зондирование позволяло арктическим глазам смотреть в небо, но с некоторыми недостатками. Экологи сталкиваются с проблемой экстраполировать мелкомасштабные модели из крупнозернистых спутниковых наблюдений. Новые исследования показывают, что дроны могут помочь преодолеть несоответствие масштабов.
Значительная часть свидетельств экологизации Арктики поступает из данных со спутников, вращающихся вокруг Земли с 1970-х годов. Спутниковые данные обеспечивают крупномасштабное разрешение. Размеры пикселей могут соответствовать площади до 24 квадратных миль (64 квадратных километра), объясняет эколог по растительности Исла Майерс-Смит из Эдинбургского университета.
Напротив, в течение почти двух десятилетий в Кикиктаруке на территории Юкон в Канаде исследовательская группа Майерс-Смит количественно оценивала изменение арктической растительности на участках квадратного метра размером с кофейный столик. Год за годом ее команда бросала по 100 булавок на каждый участок, записывая каждое растение, лист и стебель, с которым соприкасаются булавки. Это кропотливая работа. На оценку каждого квадрата уходит часы.
Но тундра огромна. Так подробно можно исследовать только крошечные фрагменты Арктики. Общий сигнал озеленения, обеспечиваемый спутниками - нормализованный индекс разницы растительности (NDVI) - безошибочен, но растут ли растения больше? Посягают ли разные растения? Однородны ли изменения? Эти вопросы заинтриговали экологов тундры, желающих знать, что происходит на земле.
Трудно масштабировать участки размером в квадратный метр до того, что видят спутники в больших пространственных масштабах. «В итоге получается разрыв между ними», - говорит Эндрю Канлифф , научный сотрудник Университета Эксетера в Соединенном Королевстве. Он провел недавнее исследование, посвященное этому пробелу, опубликованное в журнале Environmental Research Letters. В соавторстве с Майерсом-Смитом и тремя другими исследователями это исследование представляет собой более широкую попытку преодолеть разрыв в масштабах с помощью дронов.
Заточка нечеткой линзы
Спутники рассказывают нам об Арктике «через нечеткую линзу», - говорит соавтор исследования Джефф Керби из Орхусского университета в Дании. Спутниковые данные, относящиеся к 1970-м и 1980-м годам, могут быть полезны, но «пиксели могут быть размером с Манхэттен», - говорит он. «Из этих спутниковых данных у нас есть доказательства изменения, но не информация, чтобы понять это изменение».
Высокоширотная Drone Экология Сеть создает стандартизированный протокол для мониторинга растительности тундры. Тундра - это непостоянная и сложная экосистема, климатические переменные которой влияют на точную интерпретацию спутниковых данных. Снежный покров в Арктике может возникать в любое время года и скрывать то, что происходит с растениями внизу. Часто бывает пасмурно, в Арктике полгода бывает темно. Когда он присутствует, угол арктического солнечного света может создавать огромные тени. «Тени хороши, если вы делаете пейзажные фотографии для развлечения, но плохо, если вы пытаетесь понять растения с помощью компьютера», - говорит Керби. Зеленое растение в тени не выглядит зеленым.
Войдите в дрон . Даже будучи оснащенными довольно простыми стандартными цифровыми камерами, дроны могут создавать четкую картину того, что происходит на земле. Сшитые вместе фотографии одного и того же предмета под разными углами позволяют создавать 3D-модели. Керби и Майерс-Смит сформировали Экологическую сеть высокоширотных дронов, создав стандартизованный протокол для мониторинга растительности тундры.
Изначально скептически относясь к полезности дронов, Скотт Гетц из Университета Северной Аризоны, который не участвовал в недавнем исследовании, теперь убежден в их ценности. «Масштаб - одна из ключевых проблем дистанционного зондирования», - говорит Гетц, научный руководитель эксперимента НАСА по арктической бореальной уязвимости (ABoVE) и заместитель главного исследователя по исследованию глобальной динамики экосистемы НАСА .
Полная картина невозможна с помощью одних только полевых измерений, но увязка спутникового дистанционного зондирования с полевыми данными была долгим и сложным путем, объясняет Гетц, также отмечая, что разрешение дистанционного зондирования улучшается. «Дело не в том, что NDVI не работает или мы не можем систематически отслеживать [рост растений]. Это скорее вопрос компонента системы, который вы хотите измерить».
Данные NDVI, обнаруженные Канлиффом и соавторами, показали плохие результаты, когда дело дошло до индикации биомассы растений, потому что этот широкомасштабный индикатор зелени не делает различий между крошечными зелеными организмами, такими как мох или лишайник, и более крупными формами, такими как кустарники.
Алем Gonsamo, дистанционное зондирование растительности и изменения ученого климата в Университете МакМастера в Канаде , который не принимал участие в данном исследовании, говорит , что , если дрон полученных структурные меры надлежащим образом интегрированы с лидаром и зеленостью мер, «они предоставляют беспрецедентные возможности для монитора изменяет как зелень тундры, так и структуру полога, такую как высота полога и надземная биомасса ».
«Когда дело доходит до использования дронов в этом контексте, люди только начинают», - говорит Логан Бернер из Университета Северной Аризоны, соавтор проекта НАСА ABoVE. Что касается исследования Канлиффа, Бернер, который возглавляет исследование, посвященное оценке тенденций Landsat NDVI в биоме арктической тундры с 1980-х годов, говорит: «Существует огромный потенциал для той работы, которую они проделали, чтобы улучшить наше понимание того, что эти изменения в озеленении тундры означают, почему они происходят и как Арктика может измениться в будущем ».
Эта история первоначально была опубликована в Eos и переиздана здесь в рамках проекта « Охватывая климат сейчас» , глобального журналистского сотрудничества, направленного на усиление освещения истории о климате.
