Study of vegetation dynamics from satellite: phenological responses to climate change
La fenologia és la clau per a controlar els processos fisicoquímics i biològics, especialment l’albedo, la rugositat superficial, conductància de les fulles, fluxos de carboni, aigua i energia. Per tant, l’estimació de la fenologia és cada vegada més important per a comprendre els efectes del canvi...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/673693 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/673693 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Teledetecció Teledección Remote sensing Fenologia Fenología Phenology Canvi climàtic Cambio climático Climate change Ciències Experimentals 3 |
| Sumario: | La fenologia és la clau per a controlar els processos fisicoquímics i biològics, especialment l’albedo, la rugositat superficial, conductància de les fulles, fluxos de carboni, aigua i energia. Per tant, l’estimació de la fenologia és cada vegada més important per a comprendre els efectes del canvi climàtic en els ecosistemes i les interaccions biosfera-atmosfera. La teledetecció és una eina útil per a caracteritzar la fenologia, encara que no existeix un consens sobre el tipus de sensor satel·litari i metodologia òptims per a extreure mètriques fenològiques. Els objectius principals de la meva investigació van ser (i) millorar l’estimació de la fenologia vegetal a partir de dades satel·litàries, (ii) validar les estimacions fenològiques amb observacions terrestres i teledetecció propera a la superfície, i (iii) comprendre les relacions entre les variables climàtiques i la fenologia en un context de canvi climàtic, així com avaluar les respostes de la vegetació en esdeveniments extrems. Aquests objectius s’exploren en els següents tres capítols de la tesi. En el capítol 2, vaig investigar la sensibilitat de la fenologia a (I) la variable de vegetació: índex de vegetació NDVI, índex d’àrea foliar (LAI), fracció de radiació fotosintèticament activa absorbida (FAPAR) i fracció de coberta vegetal (FCOVER); (II) el mètode suavitzat per a derivar trajectòries estacionals; i (III) el mètode d’estimació fenològica: llindars, funció logística, mitjana mòbil i primera derivada. El mètode basat en llindars aplicat a la sèrie temporal Copernicus Global Land LAI V2 suavitzada va donar resultats òptims al validar-los amb observacions terrestres, amb errors quadràtics mitjans de ~10 d i ~25 d per a l’inici d’estació fenològica i la senescència respectivament. En el tercer capítol vaig utilitzar mesures fenològiques continues de PhenoCam i FLUXNET a alta resolució temporal (30 minuts). Això permet una comparació més robusta i precisa amb la fenologia estimada a partir de satèl·lit, evitant problemes relacionats amb les diferències en la definició de mètriques fenològiques. Vaig validar la fenologia estimada a partir de sèries de temps de LAI amb PhenoCam i FluxNet en 80 boscos caducifolis. Els resultats van mostrar una forta correlació (R2 > 0,7) entre la fenologia obtinguda mitjançant teledetecció i les observacions terrestres per a l’inici d’estació i R2 > 0,5 per al final d’estació. El mètode basat en llindars va funcionar millor amb un error quadràtic mitjà de ~9 d amb PhenoCam i ~7 d amb FLUXNET per a l’inici de l’estació, i ~12 d i ~10 d, respectivament, per a la senescència. En el quart capítol vaig investigar els patrons espai – temporals de la resposta fenològica a les anomalies climàtiques en l’hemisferi nord utilitzant la fenologia estimada en el Capítol 2 i validat en el Capítol 2 i Capítol 3, i conjunts de dades climàtiques de múltiples fonts per a 2000-2018 a resolucions de 0,1º. També vaig avaluar l’impacte de les onades de calor extremes i les sequeres en la fenologia. Les anàlisi de correlació parcial de les mètriques fenològiques estimades amb satèl·lit i les variables climàtiques van indicar que els canvis en la temperatura pre estacional van tenir major influència sobre les anomalies fenològiques que la precipitació: com més alta és la temperatura, més aviat es l’inici estacional en la majoria de boscos caducifolis (coeficient de correlació mitjà de -0,31). Tant la temperatura com la precipitació van contribuir a l’avanç i retard del final d’estació. Un retard en la senescència es va correlacionar significativament amb un índex de precipitació – evapotranspiració estandarditzat (SPEI) positiu (~ 30% dels boscos). El final i inici d’estació va canviar > 20 d en resposta de l’onada de calor en la major part d’Europa en 2003 i als Estats Units d’Amèrica l’any 2012. |
|---|