Nuevo método para determinar la forma óptima del dosel para la estimación de la fracción de sombra

Un estudio publicado en Sensores remotos diseñó un simulador de reflectancia para determinar la forma óptima del dosel para calcular la fracción de sombra en función de la reflectancia medida por sensores satelitales. Esta es la primera vez que se determina la forma óptima del dosel para estimar la fracción de sombra, y este estudio mejorará la precisión futura de la estimación bruta global del terreno (GPP).

Estudiar: Modelado de sombras con árboles basados ​​en vóxeles para simulación de reflectancia Sentinel-2 en selva tropical. Haber de imagen: GoncharukMaks/Shutterstock.com

Importancia de la fracción fantasma en la estimación de la producción primaria bruta terrestre mundial

Los bosques tropicales cubren el 45 % de los bosques mundiales y el 34 % de la productividad primaria bruta mundial. Sin embargo, es difícil estimar la productividad primaria bruta utilizando sensores remotos debido a la compleja estructura tridimensional (3D) de los bosques y la contaminación por nubes.

Los satélites geoestacionarios como GOES e HIMAWARI han hecho posible capturar imágenes sin nubes. Sin embargo, persisten las incertidumbres debido a las estructuras forestales complejas.

La fraction d’ombre est un facteur important dans la détermination de la conductance de la surface des feuilles, car elle influence le taux net de photosynthèse et, en fin de compte, le GPP et l’efficacité d’utilisation de la lumière (LUE ) del bosque.

Varios estudios han destacado la importancia de integrar la fracción de sombra inducida por la estructura forestal en los modelos LUE. Sin embargo, los esfuerzos limitados han dificultado su uso a mayor escala.

Métodos para estimar la fracción fantasma

Los bosques virtuales estiman la fracción de sombra sin datos 3D. La estimación de las sombras diurnas es otra ventaja de utilizar bosques virtuales. Un bosque virtual se usa a menudo para derivar una ecuación que relaciona la cantidad física de un bosque con la reflectancia medida por un sensor satelital.

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La forma del dosel es un factor importante para determinar la fracción de sombra. Los conos y elipsoides se utilizan para ilustrar las morfologías del dosel de los bosques de coníferas y caducifolios.

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Sin embargo, se desconocen las formas del dosel de las selvas tropicales con diferentes especies de árboles. Por lo tanto, se debe determinar la forma óptima del dosel para los bosques virtuales para estimar la fracción de sombra.

La reflectancia medida en la función de distribución de reflectancia bidireccional se ve significativamente afectada por la fracción de sombra producida por la superficie del bosque. Por lo tanto, se espera que el bosque virtual con el error de simulación de reflectancia más bajo sea capaz de predecir la fracción de sombra del bosque real.

Determinación de la forma óptima del dosel para la estimación de la sombra

El objetivo de este estudiar fue crear un simulador de reflectancia y determinar la forma óptima del dosel para calcular la fracción de sombra usando la reflectancia del sensor satelital como restricción.

El objetivo es el bosque tropical perennifolio, que representa el 58% de los bosques tropicales. Inicialmente, los impactos de la forma del dosel en la simulación de reflectancia se examinaron utilizando bosques virtuales con diferentes formas de dosel. Este resultado se validó mediante la prueba de diferencia significativa de Tukey.

La forma óptima del dosel se encontró comparando la reflectancia atmosférica de Sentinel-2 con la de los bosques virtuales simulados. Finalmente, se examinó el desempeño de la forma óptima del dosel en la estimación de la fracción de sombra.

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Se utilizó un vehículo aéreo no tripulado (UAV) para adquirir parámetros distintos a la forma del dosel y validar la fracción de sombra estimada.

Hallazgos importantes del estudio

El medio elipsoide dio los mejores resultados, con el error cuadrático medio más bajo (0,0385) para la simulación de reflectancia. Esta forma de dosel proporcionó las estimaciones más precisas de la fracción de sombra.

El medio elipsoide mostró una reflectancia más baja que el elipsoide, lo que sugiere el impacto de las sombras creadas por la sección inferior redondeada del dosel. La reflectancia de semielipsoides invertidos y cilindros con la parte superior plana fue similar.

La influencia de la forma del dosel era insignificante cuando el ángulo cenital del sol era de 10Oh, pero aumentó a medida que aumentaba este ángulo. Además, hubo variaciones notables en las formas del dosel en ángulos cenitales del Sol superiores a 20°.

Para que las estimaciones futuras sean más precisas, será fundamental reducir la incertidumbre inducida por la fenología, los modelos de simulación y el desarrollo de bosques virtuales.

Limitaciones del estudio propuesto

aplica esto estudiar a bosques con fluctuaciones fenológicas notables será difícil debido a la posibilidad de que la fenología del bosque pueda alterar la fracción de sombra y la estimación de la simulación de reflectancia.

Existen incertidumbres en el diseño de bosques virtuales. El bosque virtual se creó utilizando ecuaciones alométricas y se supuso que el desarrollo del dosel era ortotrópico. Sin embargo, la timidez del dosel juega un papel importante en el cierre del dosel. Por lo tanto, podría haber variaciones entre los paisajes forestales virtuales y reales.

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Trabajo futuro

El método propuesto se puede aplicar al bosque boreal. Sin embargo, los bosques boreales son sensibles al cambio climático y tienen formas de dosel asimétricas. Por lo tanto, es fundamental mejorar la precisión de los simuladores de sombra y reflectancia del dosel (CSRS) teniendo en cuenta la forma asimétrica del dosel, que será más sensible a los bosques reales y contribuirá a la estimación precisa de la fracción de sombra.

Referencia

Fujiwara, T. y Takeuchi, W. (2022). Modelado de sombras con árboles basados ​​en vóxeles para simulación de reflectancia Sentinel-2 en selva tropical. Sensores remotos. https://www.mdpi.com/2072-4292/14/16/4088

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