Impactos de la Variabilidad Espacial en la Estimación de Biomasa Aérea a partir de Radar de Banda L en un Bosque Templado
Autores: Robinson, Chelsea; Saatchi, Sassan; Neumann, Maxim; Gillespie, Thomas
Idioma: Inglés
Editor: Molecular Diversity Preservation International (MDPI)
Año: 2013
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Ciencia y tecnología de los recursos naturales
Palabras clave
Estimación
Biomasa forestal
Resoluciones espaciales
Radar de apertura sintética polarimétrico
UAVSAR
Datos de inventario de campo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
La estimación de la biomasa aérea del bosque (AGB) se ha convertido en uno de los principales desafíos de la ciencia de teledetección para la observación global del almacenamiento de carbono y los cambios en las últimas décadas. Examinamos el impacto del tamaño de la parcela en diferentes resoluciones espaciales, ángulos de incidencia y polarizaciones en la estimación de la biomasa forestal utilizando datos de radar de apertura sintética polarimétrica en banda L adquiridos por el sistema de radar de apertura sintética de vehículos aéreos no tripulados de la NASA (UAVSAR). Los datos de inventario de campo de 32 parcelas de 1.0 ha (AGB < 200 Mg ha-1) en bosques aproximadamente de edad uniforme en una región de transición de templado a boreal en el estado de Maine se dividieron en subparcelas en cuatro escalas espaciales diferentes (0.0625 ha, 0.25 ha, 0.5 ha y 1.0 ha) para cuantificar las variaciones de la biomasa aérea. Los resultados mostraron una gran variabilidad en la biomasa aérea en parcelas más pequeñas (0.0625 ha). La variabilidad disminuyó sustancialmente en tamaños de parcela más grandes (>0.5 ha), sugiriendo una estabilidad de la biomasa estimada en campo a escalas de aproximadamente 1.0 ha. El retrodispersión de UAVSAR se vinculó a las estimaciones de campo de la biomasa aérea para desarrollar ecuaciones paramétricas basadas en retornos polarizados para mapear con precisión la biomasa en toda la imagen de radar. Los valores de retrodispersión de radar en las tres polarizaciones (HH, VV, HV) estaban correlacionados positivamente con la biomasa aérea medida en campo en las cuatro escalas espaciales, con la correlación más alta en la escala de 1.0 ha. Entre las polarizaciones, la polarización cruzada HV tuvo la mayor sensibilidad a la biomasa aérea estimada en campo (R2 = 0.68). Se desarrollaron algoritmos que combinaron tres polarizaciones de retrodispersión de radar (HH, HV y VV) para estimar la biomasa aérea en las cuatro escalas espaciales. La biomasa aérea predicha por estos algoritmos resultó en una disminución del error de estimación a medida que aumentaba el tamaño del píxel, con los mejores resultados en la escala de 1 ha con un R2 de 0.67 (p < 0.0001), y un RMSE general de 44 Mg·ha-1. Para AGB < 150 Mg·ha-1, el error se redujo a 23 Mg·ha-1 (+/-15%), sugiriendo una mejora en la predicción de AGB por debajo del rango de sensibilidad de banda L a la biomasa. Los resultados también mostraron un sesgo mayor en la estimación de la biomasa aérea a partir de radar en escalas más pequeñas que mejoró en escalas espaciales más grandes de 1.0 ha con una subestimación de -3.62 Mg·ha-1 en todo el rango de biomasa.
Descripción
La estimación de la biomasa aérea del bosque (AGB) se ha convertido en uno de los principales desafíos de la ciencia de teledetección para la observación global del almacenamiento de carbono y los cambios en las últimas décadas. Examinamos el impacto del tamaño de la parcela en diferentes resoluciones espaciales, ángulos de incidencia y polarizaciones en la estimación de la biomasa forestal utilizando datos de radar de apertura sintética polarimétrica en banda L adquiridos por el sistema de radar de apertura sintética de vehículos aéreos no tripulados de la NASA (UAVSAR). Los datos de inventario de campo de 32 parcelas de 1.0 ha (AGB < 200 Mg ha-1) en bosques aproximadamente de edad uniforme en una región de transición de templado a boreal en el estado de Maine se dividieron en subparcelas en cuatro escalas espaciales diferentes (0.0625 ha, 0.25 ha, 0.5 ha y 1.0 ha) para cuantificar las variaciones de la biomasa aérea. Los resultados mostraron una gran variabilidad en la biomasa aérea en parcelas más pequeñas (0.0625 ha). La variabilidad disminuyó sustancialmente en tamaños de parcela más grandes (>0.5 ha), sugiriendo una estabilidad de la biomasa estimada en campo a escalas de aproximadamente 1.0 ha. El retrodispersión de UAVSAR se vinculó a las estimaciones de campo de la biomasa aérea para desarrollar ecuaciones paramétricas basadas en retornos polarizados para mapear con precisión la biomasa en toda la imagen de radar. Los valores de retrodispersión de radar en las tres polarizaciones (HH, VV, HV) estaban correlacionados positivamente con la biomasa aérea medida en campo en las cuatro escalas espaciales, con la correlación más alta en la escala de 1.0 ha. Entre las polarizaciones, la polarización cruzada HV tuvo la mayor sensibilidad a la biomasa aérea estimada en campo (R2 = 0.68). Se desarrollaron algoritmos que combinaron tres polarizaciones de retrodispersión de radar (HH, HV y VV) para estimar la biomasa aérea en las cuatro escalas espaciales. La biomasa aérea predicha por estos algoritmos resultó en una disminución del error de estimación a medida que aumentaba el tamaño del píxel, con los mejores resultados en la escala de 1 ha con un R2 de 0.67 (p < 0.0001), y un RMSE general de 44 Mg·ha-1. Para AGB < 150 Mg·ha-1, el error se redujo a 23 Mg·ha-1 (+/-15%), sugiriendo una mejora en la predicción de AGB por debajo del rango de sensibilidad de banda L a la biomasa. Los resultados también mostraron un sesgo mayor en la estimación de la biomasa aérea a partir de radar en escalas más pequeñas que mejoró en escalas espaciales más grandes de 1.0 ha con una subestimación de -3.62 Mg·ha-1 en todo el rango de biomasa.