Vurdering af orkanernes indvirkning på Puerto Ricos skove

Baseret på metoder, de brugte til at vurdere virkningen af ​​orkaner som Katrina, Gustav, og Rita om skove og trædødelighed, forskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har produceret en hurtig kortlægning af forstyrrelsesintensiteten på tværs af Puerto Ricos skove ved hjælp af Google Earth Engine.

Puerto Rico blev ramt af to meget kraftige storme med vedvarende vindstød på mere end 150 miles i timen sidste år - først af orkanen Irma og derefter af orkanen Maria - Puerto Rico led omfattende og katastrofale skader på byens infrastruktur. Brug af satellitbilleder kombineret med billedbehandlingsteknikker, et team ledet af Jeffrey Chambers, en ekspert i skovbiogeografi, fandt også omfattende økologiske skader.

Forskerne vurderede skaden ved at se på ændringer i overfladereflektansen af ​​både synligt og usynligt lys. Mens det menneskelige øje kan skelne farver i det synlige spektrum, ved også at måle overfladens spektrale reaktion i reflekterende infrarødt lys opnås et langt mere præcist billede af påvirkninger af skovvegetation.

"Vi leder efter en ændring i den spektrale signatur fra før og efter stormen, "sagde kamre, en videnskabsmand i Berkeley Lab's Earth and Environmental Sciences Area samt lektor i geografi ved UC Berkeley. "Når sollyset hopper af grøn vegetation, ser det ud på en måde, og når det hopper af vegetation, hvor bladene alle er fjernet, eller træer har væltet, er det meget anderledes. Vi finder dramatiske ændringer i skovenes spektral signatur forbundet med skader, trædødelighed, revne træer op, afisolerede blade, og baldakiner. "

Et fortryk af deres undersøgelse, "Orkanen Maria påvirker de puertoricanske skove, "er blevet offentliggjort online." Kortlægning af forstyrrelser og publiceringsresultater kan tage år, "sagde Yanlei Feng, en UC Berkeley kandidatstuderende i geografi, der er undersøgelsens første forfatter. "Denne nye tilgang, der anvender Google Earth Engine -platformen, gør det muligt at levere dataprodukter, der er mere rettidige; til brug i risikovurderinger, for eksempel."

Forskerne vurderer, at 23 til 31 millioner træer kan være blevet dræbt eller alvorligt beskadiget af orkanen Maria, men bemærker, at feltundersøgelser er nødvendige for at opnå mere præcise skøn. En lignende analyse foretog de efter orkanen Katrina vurderede, at 320 millioner træer døde eller blev alvorligt beskadiget i Mississippi og Louisiana.

Hvorfor studere tropiske skove?

Skove dækker omkring 54 procent af Puerto Rico, og de er de eneste tropiske skove i USA uden for Hawaii. Imidlertid, i modsætning til Hawaii, som har få indfødte træarter, Puerto Rico's skove er meget mere forskelligartede, med hundredvis af arter.

Berkeley Lab har studeret Puerto Ricos skove i flere år som en del af Department of Energy's Next Generation Ecosystem Experiments-Tropics (NGEE-Tropics) initiativ, et multiinstitutionelt projekt lanceret i 2015 og ledet af Berkeley Lab. "Et af vores mål er at demonstrere, at tropiske skove er vigtige for USA, "Sagde kamre.

At studere og forstå skovforstyrrelser er vigtigt af mange årsager, herunder forvaltning af naturressourcer, beskyttelse mod vandskel og påvirkning af jorderosion, og undersøge de direkte virkninger af træfald på energidistributionsnettet. Tropiske skove er især vigtige, fordi, selvom de kun dækker 7 procent af Jordens overflade, de indeholder de største vegetabilske kulstoflagre, og er også vigtige kulstofvaske.

Som en del af NGEE-Tropics, Berkeley Lab har studeret skovene i Puerto Rico som et pilotundersøgelsessted for at hjælpe med at forbedre modelleringen af ​​jordsystemet. "Vandstrømme, energi, kulstof, og den biogeokemiske cykling af næringsstoffer er alle højest i troperne, "Sagde kamre." Så hvis du vil bygge en præcis jordsystemmodel, du er nødt til at få troperne rigtigt. "

Avanceret billedbehandling

Berkeley Lab -forskerne kiggede på billeder fra Landsat 8, en satellit, der tager detaljerede billeder af hele Jorden hver 16. dag, sammenligne billeder fra før og efter orkanerne og eliminere effekter på grund af skyer og skygger.

Data indsamles af Landsat 8 som billeder af 30 kvadratmeter pixel. Forskerne kvantificerede den spektrale signatur af hver skovklædte pixel før og efter stormene for at bestemme ændringen i brøkdelen af ​​overfladen, der betragtes som ikke-fotosyntetisk vegetation. De fandt ud af, at skaden ikke var jævnt fordelt over øens skove.

"Intensiteten af ​​spektralskiftet varierede meget på tværs af øen, "Sagde kamre." Nu vil vi bedre forstå, hvorfor nogle skove var mere sårbare end andre, og hvilke faktorer, der styrede forskellene i, hvordan skovene blev påvirket. Var det arten, var det skråningen, var det aspektet - uanset om du er på for- eller læsiden, da stormen roterer mod uret? Jordtypen og roddybden er også vigtige faktorer. "

For eksempel, cypres- og tupelo -træer i Louisiana forvitrede orkanen Katrina helt fint. "Egetræerne lige ved siden af ​​gik alle ned, "Kamre sagde." Cypress træer har støtte- og rodstrukturer, der giver modstand mod vind. "

Carbon kilde eller carbon sink?

Skove fjerner kuldioxid fra atmosfæren ved fotosyntese. Når stormer, brande, eller andre forstyrrelser dræber et stort antal træer, den døde biomasse nedbrydes af svampe, insekter, og lignende, frigiver kuldioxid til atmosfæren. Når trædødeligheden er særlig høj, en skov kan gå fra at være en kulstofvaske til en kulstofkilde.

Men Chambers påpeger, at det kan tage årtier, før et træ nedbrydes og afgiver alt dets kulstof. "Alle skove forstyrres hvert år med en vis baggrundshastighed; kulstofcyklusændringer forekommer, hvis denne baggrundshastighed stiger, efterhånden som storme bliver hyppigere eller intensere, "sagde han. Og Puerto Rico har tidligere oplevet ødelæggende orkaner, herunder orkanen San Felipe Segundo fra 1928, som var endnu stærkere end Maria, samt orkanerne Georges i 1998 og Hugo i 1989.

En anden nylig undersøgelse af NGEE-Tropics fandt, at Puerto Ricos subtropiske tørre skove vil forblive modstandsdygtige over for orkaner. Imidlertid, hvis orkanfrekvensen stiger betydeligt, skove vil ikke have tid nok til at regenerere. "Hvis en forstyrrelses returfrekvens stiger, du kan få et langsigtet fald i den samlede kulstoflagring, "Sagde kamre.