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© 2022. This work is published under https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.

Abstract

Arctic vegetation communities are rapidly changing with climate warming, which impacts wildlife, carbon cycling, and climate feedbacks. Accurately monitoring vegetation change is thus crucial, but scale mismatches between field and satellite-based monitoring cause challenges. Remote sensing from unmanned aerial vehicles (UAVs) has emerged as a bridge between field data and satellite-based mapping. We assessed the viability of using high-resolution UAV imagery and UAV-derived Structure from Motion to predict cover, height, and aboveground biomass (henceforth biomass) of Arctic plant functional types (PFTs) across a range of vegetation community types. We classified imagery by PFT, estimated cover and height, and modeled biomass from UAV-derived volume estimates. Predicted values were compared to field estimates to assess results. Cover was estimated with a root-mean-square error (RMSE) of 6.29%–14.2%, and height was estimated with an RMSE of 3.29–10.5 cm depending on the PFT. Total aboveground biomass was predicted with an RMSE of 220.5 g m−2, and per-PFT RMSE ranged from 17.14 to 164.3 g m−2. Deciduous and evergreen shrub biomass was predicted most accurately, followed by lichen, graminoid, and forb biomass. Our results demonstrate the effectiveness of using UAVs to map PFT biomass, which provides a link towards improved mapping of PFTs across large areas using earth observation satellite imagery.

Alternate abstract:

Les communautés végétales de l’Arctique changent rapidement avec le réchauffement climatique, ce qui influence la faune, le cycle du carbone et les rétroactions climatiques. Il est donc crucial de surveiller avec précision les changements de la végétation, mais les disparités d’échelle entre la surveillance sur le terrain et la surveillance par satellite posent des défis. La télédétection à partir de véhicules aériens sans pilote (UAV) est apparue comme un pont entre les données de terrain et la cartographie par satellite. Les auteurs évaluent la viabilité de l’utilisation de l’imagerie haute résolution par des UAV et de la structure acquise à partir du mouvement (SfM – Structure from Motion) d’UAV pour prédire la couverture, la hauteur et la biomasse hors-sol (ci-après biomasse) de types fonctionnels de plantes (PFT — Plant functional types) de l’Arctique dans une gamme de types de communautés végétales. Ils ont classé l’imagerie par PFT, estimé la couverture et la hauteur, et modélisé la biomasse à partir des estimations de volume obtenues par UAV. Les valeurs prédites ont été comparées aux estimations sur le terrain pour évaluer les résultats. La couverture a été estimée avec écart moyen quadratique (EMQ) de 6,29-14,2 % et la hauteur a été estimée avec un EMQ de 3,29-10,5 cm, selon le PFT. La biomasse hors-sol totale a été prédite avec un EQM de 220,5 g m-2, et l’EQM par PFT variait de 17,14 à 164,3 g m-2. La biomasse des arbustes à feuilles caduques et à feuilles persistantes a été prédite avec le plus de précision, suivie par la biomasse des lichens, des graminoïdes et des herbes non graminéennes. Ces résultats démontrent l’efficacité de l’utilisation d’UAV pour cartographier la biomasse de PFT, ce qui établit un lien vers cartographie améliorée des PFT sur de grandes superficies grâce à l’imagerie satellitaire d’observation de la terre.

Details

Title
Mapping tundra ecosystem plant functional type cover, height, and aboveground biomass in Alaska and northwest Canada using unmanned aerial vehicles
Author
Orndahl, Kathleen M  VIAFID ORCID Logo  ; Libby P.W. Ehlers; Herriges, Jim D; Pernick, Rachel E; Hebblewhite, Mark; Goetz, Scott J
Pages
1165–1180
Section
Articles
Publication year
2022
Publication date
Dec 2022
Publisher
Canadian Science Publishing NRC Research Press
ISSN
23687460
Source type
Scholarly Journal
Language of publication
English
ProQuest document ID
2886254591
Copyright
© 2022. This work is published under https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.