¿Conoce a alguien que esté tan absorto en los detalles de un problema que "no puede ver el bosque por los árboles"? Los científicos que buscan comprender cómo los bosques se recuperan de los incendios forestales a veces tienen el problema opuesto. Los sistemas de satélites convencionales que examinan vastas extensiones de tierra quemadas por incendios forestales proporcionan información general, pero puede pasar por alto detalles importantes y llevar a los científicos a concluir que un bosque se ha recuperado cuando aún se encuentra en las primeras etapas de recuperación.

Según un equipo de ecologistas del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., una nueva técnica que utiliza una combinación de métodos de detección remota de mucha mayor resolución proporciona una imagen más precisa y detallada de lo que está sucediendo en el suelo. En un artículo que aparecerá en la edición de junio de 2018 de la revista Remote Sensing of Environment, describen cómo utilizaron imágenes satelitales de mucha mayor resolución y mediciones aéreas recolectadas por la NASA para caracterizar un área boscosa dañada por un incendio forestal de 2012 que se había extendido a los terrenos del Laboratorio.

"Ser capaces de cuantificar la relación entre la recuperación de los bosques y la gravedad de las quemas es una información fundamental para que comprendamos tanto la dinámica de los bosques como el secuestro de carbono, "dijo Ran Meng, investigador postdoctoral asociado en el grupo de investigación Terrestrial Ecosystem Science &Technology (TEST) de Brookhaven Lab y autor principal del artículo. "Este trabajo muestra que mediante el uso de mediciones de detección remota más avanzadas con imágenes espectrales de muy alta resolución y LiDAR, una técnica que nos permite medir la estructura física tridimensional del bosque, podemos caracterizar los efectos del fuego y monitorear la recuperación post-incendio más precisamente, " él dijo.

Alistair Rogers, líder del grupo TEST agregado, "Este trabajo es un buen ejemplo del valor de la alta resolución, multisensor, Sensores remotos. La nueva combinación de datos de estos sensores permitió una comprensión más profunda de una cuestión ecológica desafiante y proporciona una nueva herramienta para el manejo forestal ".

Nivel del suelo, desajuste de datos satelitales

Meng señaló la necesidad de mejorar las mediciones remotas como estudiante de posgrado antes de venir a Brookhaven. Mientras rastrea la recuperación de la vegetación después de los incendios forestales en la montaña oeste y California, sus observaciones sobre el terreno no coincidían con las convencionales, Se mostraban mediciones satelitales de resolución moderada (como las obtenidas por Landsat).

"Haciendo estudios de campo, medimos los parámetros y características del árbol, y podemos ver si el dosel, la parte del ecosistema formada por las copas de los árboles, está sano, o si solo vuelve a crecer a nivel del suelo, "Dijo Meng.

Los científicos deben poder distinguir este crecimiento de "sotobosque" (por ejemplo, arbustos y pastos) del dosel para determinar si el bosque se ha recuperado realmente a su estado anterior al incendio.

"En cuanto a la gestión de los bosques y la comprensión de la cantidad de carbono que se almacena en estos sistemas y cómo apoyan la biodiversidad y cambian con el tiempo, los árboles del dosel son lo importante, "explicó Shawn Serbin, Supervisor de Meng en Brookhaven.

Pero las imágenes de satélite tradicionales, que se ha utilizado para estudiar grandes incendios forestales desde la década de 1970, no puedo distinguir el dosel del sotobosque, Señaló Serbin. Produce imágenes con tamaños de píxeles mucho más grandes (cuadrados con lados que miden unos 30 metros o más) y solo mide en unos pocos "canales, "o colores reflejados / longitudes de onda de luz, sin sentido de profundidad.

"Entonces, si un fuego arrasa y luego un montón de plantas herbáceas que son muy verdes brotan en el sotobosque recién expuesto, un sistema de satélites tradicional simplemente vería todo eso a la vez (un patrón general de verdor) y lo confundiría con una muestra de que 'la vegetación se ha recuperado, 'incluso cuando todavía hay árboles completamente quemados en el suelo, "Dijo Serbin.

"Claramente, necesitamos una forma de comprender con más detalle cómo se recupera el bosque en términos de los árboles del dosel sin tener que realizar estudios masivos del suelo, que requeriría demasiado tiempo y trabajo, ", agregó, o como dijo Meng, "misión imposible."

Una oportunidad fortuita

Afortunadamente, Las tecnologías de teledetección han recorrido un largo camino desde la década de 1970, particularmente durante los últimos 10 años. Y gracias a la colaboración continua con científicos del Goddard Space Flight Center de la NASA y la disponibilidad de imágenes de satélite comerciales de alta resolución, Meng y Serbin tuvieron la oportunidad de probar estas tecnologías actualizadas y comparar los resultados con las observaciones terrestres.

Su banco de pruebas era una franja de bosque en su propio patio trasero que había sido dañado cuando un incendio forestal en Long Island Pine Barrens se extendió a una parte no desarrollada de la propiedad de Brookhaven Lab en abril de 2012. Meng utilizó por primera vez imágenes comerciales de alta resolución compradas por National Geospatial -Agencia de Inteligencia (NGA), recogidos antes y después del incendio, para crear un mapa de alta resolución de la gravedad de las quemaduras (publicado anteriormente). Luego, utilizó este mapa para superponer medidas detalladas de las características del bosque que extrajo de imágenes de teledetección recopiladas por el equipo Goddard de la NASA en 2015. Al comparar los datos remotos de alta resolución con sus propias observaciones sobre el terreno, Meng y Serbin pudieron probar si las nuevas tecnologías estaban transmitiendo una representación precisa de cómo se estaban recuperando los árboles en las diferentes áreas de severidad de las quemaduras.

"Esta fue una oportunidad para estudiar la dinámica forestal de una manera sin precedentes, "Dijo Serbin.

Los instrumentos aéreos de la NASA incluían cámaras para fotografía digital de muy alta resolución (con píxeles de un metro cuadrado en lugar de los píxeles de 30 x 30 metros utilizados por los satélites convencionales); imagen "hiperespectral" (para captar luz en ~ 100 colores); imagen térmica infrarroja (para medir el calor); y LiDAR (que funciona como un detector de velocidad de pistola de radar:dispara rayos de luz infrarroja cercana y mide cuánto tardan en recuperarse para medir la distancia, o en este caso, la profundidad en el bosque).

Debido a que estos instrumentos realizan sus mediciones simultáneamente, los científicos pueden rastrear exactamente qué color (incluso variaciones sutiles de verde) se refleja, y desde qué profundidad en el bosque, todo con una resolución de un metro.

"Esto puede darnos mucha más información y reducir nuestras incertidumbres para comprender la dinámica forestal y las consecuencias de los incendios". "Dijo Meng.

Los datos estructurales de alta resolución y 3-D pudieron diferenciar el dosel del sotobosque y brindaron a los científicos una representación precisa de la recuperación del bosque en relación con la gravedad de las quemaduras que coincidía con lo que estaban viendo en el suelo.

En lugar de una tasa de recuperación que aumentaba al aumentar la gravedad de las quemaduras, como habían sugerido los datos de los satélites convencionales, oscurecidos por el nuevo crecimiento del sotobosque, los datos de alta resolución mostraron una tasa de recuperación cada vez mayor para los árboles del dosel hasta un cierto umbral.

"Antes de que alcancen un cierto umbral de daño, los árboles pueden recuperarse, crear nuevas ramas. Pero después de llegar a este punto crítico, mueren y no pueden recuperarse. Tienen que empezar de cero y llevará mucho tiempo, "dijo Meng. Mientras tanto, nuevas especies del sotobosque que aprovechan la luz solar capaz de llegar al suelo a través del dosel agotado, tomar rápidamente su lugar.

Ver diferencias de especies de forma remota

Los científicos incluso pudieron detectar diferencias cuantitativas en las tasas de recuperación entre las diferentes especies del dosel.

"Aquí en el laboratorio, tenemos un ejemplo simple de pinos contra robles. El pino tiene una forma cónica con muy cerca, agujas de color verde oscuro. El roble tiene una estructura más redonda con hojas anchas de color más claro. También tienen diferente contenido químico y de agua. Todo eso cambia la forma en que reflejan la luz por lo que cada uno tiene una "firma espectral" única que podemos elegir con estas nuevas tecnologías, "Dijo Serbin.

Los científicos utilizaron técnicas de aprendizaje automático para entrenar a las computadoras a reconocer las características espectrales y estructurales únicas para que pudieran diferenciar entre estas y otras especies.

"Utilizando un sistema tradicional de imágenes por satélite, sería imposible distinguir estas especies. Pero ahora, por primera vez, podemos utilizar nuestra nueva tecnología para cuantificar estas respuestas en áreas extensas y durante más tiempo que nunca, "Dijo Meng.

Aplicando el conocimiento

Más allá de brindar información sobre la salud de Long Island Pine Barrens, el método debería funcionar para mejorar las evaluaciones remotas de los daños por incendios y la recuperación en diferentes tipos de bosques, y particularmente en áreas remotas donde los estudios de campo no son prácticos.

"Creemos que este método debería aplicarse en todo el mundo. Creemos que es adaptable, y los datos están disponibles públicamente, para que podamos ampliar esto "Dijo Serbin.

Comprender los detalles de la dinámica forestal ayudaría a informar las estrategias de manejo forestal, tales como cuándo y dónde realizar una quema controlada para limitar la acumulación de combustible para incendios forestales, o para identificar dónde se deben plantar nuevos árboles — y qué tipos — para mantener la biodiversidad. También proporcionaría información para modelos diseñados para predecir cómo responderán los ecosistemas forestales a otros tipos de desafíos, como la sequía o el cambio climático.

"Las personas encargadas de proyectar cómo los ecosistemas van a responder al cambio en el futuro necesitan información muy detallada sobre la dinámica de los bosques y la vegetación para sus modelos, ", Dijo Serbin." Hemos aprendido que la estructura de la vegetación está muy relacionada con la cantidad de carbono que se puede almacenar en esos ecosistemas, y que los ecosistemas con mayor biodiversidad almacenan más carbono. Por lo tanto, la capacidad de evaluar la biodiversidad y la estructura forestal será muy importante para construir esos modelos ".