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

Se publicó un estudio en Sensores remotos El simulador de reflexión fue diseñado para determinar la forma óptima del dosel para calcular la fracción de sombra en función de la reflexión medida por los sensores satelitales. Esta es la primera vez que se determina la forma óptima del dosel para la estimación de la fracción de sombra, y este estudio mejorará la precisión de la futura estimación de la totalidad global de la tierra (GPP).

estancia: Modelado de sombras con árboles basados ​​en vóxeles para simular el reflejo de Sentinel-2 en selvas tropicales. Haber de imagen: GoncharukMaks/Shutterstock.com

La importancia de la porción de sombra en la estimación de la producción primaria global del total de la tierra

Los bosques tropicales cubren el 45% de los bosques del mundo y el 34% de la productividad primaria total del mundo. Sin embargo, es difícil estimar la productividad primaria total usando sensores remotos debido a la compleja estructura tridimensional (3D) del bosque y la contaminación por nubes.

Los satélites geoestacionarios como GOES e HIMAWARI permitieron tomar imágenes sin nubes. Sin embargo, quedan dudas debido a las complejas estructuras forestales.

La fracción de sombra es un factor importante para determinar la conductividad de la superficie de la hoja, ya que afecta la tasa fotosintética neta y, en última instancia, la eficiencia de utilización de la luz (GPP) del bosque (LUE).

Varios estudios han enfatizado la importancia de incorporar la parte de la sombra causada por la estructura del bosque en los modelos LUE. Sin embargo, los esfuerzos limitados han dificultado su uso a mayor escala.

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Métodos de estimación de fracciones de sombra

Los bosques virtuales estiman la fracción de sombra sin datos 3D. La apreciación de las sombras diurnas es otro beneficio de usar bosques virtuales. El bosque virtual se usa a menudo para derivar una ecuación que relaciona la cantidad física del bosque con el reflejo medido por el sensor satelital.

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

Sin embargo, se desconocen las formas del dosel de las selvas tropicales con diferentes especies de árboles. Por lo tanto, se debe seleccionar la forma óptima del dosel para la madera virtual para la estimación de la fracción de sombra.

La reflexión medida en la función de distribución de reflexión bidireccional está significativamente influenciada por la parte de la sombra producida por la superficie del bosque. Por lo tanto, se espera que el bosque hipotético con el error más bajo en la simulación de reflexión sea capaz de predecir la porción de sombra del conjunto real.

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

El objetivo de este estudiar Cree un simulador de reflexión y determine la forma óptima del dosel para calcular la fracción de sombra utilizando la reflexión del sensor satelital como restricción.

El objetivo es un bosque tropical perennifolio, que constituye el 58% de los bosques tropicales. Inicialmente, los efectos de la forma del dosel en la simulación de reflexión se investigaron utilizando bosques hipotéticos con diversas formas de dosel. Este resultado se validó mediante la prueba de diferencia significativa de Tukey.

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La forma óptima del dosel se encontró comparando el reflejo atmosférico de Sentinel-2 con el simulado de bosques hipotéticos. Finalmente, se examinó el desempeño óptimo de la forma del dosel en la estimación de la fracción de sombra.

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

Resultados importantes del estudio

La mitad del elipsoide dio los mejores resultados, con el error rms más bajo (0,0385) para la simulación de reflexión. Esta forma de paraguas proporcionó la estimación más precisa de la fracción de sombra.

El semielipsoide mostró menos reflexión que el elipsoide, lo que indica el efecto de las sombras creadas por la sección inferior redondeada del dosel. El reflejo de las medias elipses invertidas y los cilindros con la parte superior plana eran similares.

El efecto de la forma del dosel era insignificante cuando el ángulo máximo del sol era de 10aPero aumentó con el aumento de este ángulo. Además, hubo diferencias notables en las formas del dosel en ángulos cenitales del sol superiores a 20°.

Para que las estimaciones futuras sean más precisas, será necesario reducir la incertidumbre causada por la fenología, los modelos de simulación y el desarrollo del bosque virtual.

Los límites del estudio propuesto

Aplicar esto estudiar Para los bosques con una marcada variabilidad fenológica, esto es un desafío debido al potencial de la fenología del bosque para alterar la fracción de sombra y simular la estimación de la reflexión.

Hay dudas en el diseño del bosque virtual. El bosque hipotético se generó utilizando ecuaciones simétricas y se supuso que la evolución del dosel era ortogonal. Sin embargo, la timidez del dosel juega un papel importante en el cierre del dosel. Por lo tanto, puede haber diferencias entre los paisajes forestales virtuales y reales.

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negocio 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. Como resultado, es necesario mejorar la precisión del CSRS a nivel del dosel considerando la forma asimétrica del dosel, que sería más sensible para los bosques reales y contribuiría a la estimación precisa de la fracción de sombra.

referencia

Fujiwara, T.; , Takeuchi y . (2022). Modelado de sombras con árboles basados ​​en Voxel para simular el reflejo de Sentinel-2 en selvas tropicales. Sensores remotos. https://www.mdpi.com/2072-4292/14/16/4088

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