Dynamique forestière et changements globaux

Documents pareils
Global Monitoring Emergency Services

LA TÉLÉDETECTION EN AGRICULTURE. par Bruno Tisseyre 1

Diagnostic de la stabilité des peuplements à l aide des données de l IFN

Evaluation du LIDAR et de solutions innovantes pour la chaîne d approvisionnement du bois : les résultats du projet européen FlexWood

SPOT4 (Take 5) : Sentinel-2 avec deux ans d avance

PREFECTURE DE LA REGION AQUITAINE

L image satellite : simple effet de mode ou. apport réel?

Influence du changement. agronomiques de la vigne

Perspectives d applications de la télédétection en grandes culture à court et moyen terme dans le Sud-Ouest

La modélisation, un outil pour reconstituer (et prédire) climat et végétation

Exemple et réflexion sur l utilisation de données satellitaires

Régionalisation des régimes de perturbations et implications pour l aménagement dans un contexte de changement climatique

On the spot. Ecocertification et images satellites. Exploitation forestière tropicale au Cameroun

Profils verticaux de la couverture nuageuse, de ses propriétés et des aérosols: données du lidar CALIOP et du radar CLOUDSAT (DARDAR) de 2006 à 2012

4. Résultats et discussion

Évolution du climat et désertification

LIDAR LAUSANNE Nouvelles données altimétriques sur l agglomération lausannoise par technologie laser aéroporté et ses produits dérivés

PLAN GÉNÉRAL D AMÉNAGEMENT FORESTIER SEIGNEURIE DE PERTHUIS RÉSUMÉ NOTE AU LECTEUR

AMTEC RESOURCES MANAGEMENT LTD. CREATION D UNE BANQUE DE DONNEES DONNEES GEOSPATIALES NATIONALE

Christophe SANNIER

L assurance récoltes en France

L évidence écologique Une station d assainissement où il fait bon se

Enjeux environnementaux prioritaires des forêts de Poitou-Charentes

DES FORÊTS POUR LE GRAND TÉTRAS GUIDE DE SYLVICULTURE

LE MONITORING DE LA BIODIVERSITE EN SUISSE. Hervé LETHIER, EMC2I

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

TEMPÉRATURE DE SURFACE D'UNE ÉTOILE

Figure 17. Illustration globale du scénario de référence

Pour bien comprendre les résultats publiés

Programme Agroforesterie 2006/08. Groupe de Travail GT1

Biomasse forestière et bioénergie: Danger ou solution?

Cartes de l étendue des eaux libres liés aux inondations Guide des produits

Une forêt en extension

L image geospatiale au service de l aviation civile

Modélisation grande échelle du fonctionnement des écosystèmes terrestres: comment mieux rendre compte des pratiques agricoles?

EVALUATION FINALE BKF/012

Calculer les coûts ou bénéfices de pratiques sylvicoles favorables à la biodiversité : comment procéder?

Modélisation couplée des processus de surface et souterrains pour prédire la distribution spatiale de l'évapotranspiration.

Placettes vers de terre. Protocole Fiche «Description spécifique» Fiche «Observations»

Application à l astrophysique ACTIVITE

Le drone en forêt : Rêve ou réalité de performance?

Changement du trait de côte et images satellites. Tempêtes 2014, plage de la Salie, côte atlantique française

CarrotAge, un logiciel pour la fouille de données agricoles

FONDS D INVESTISSEMENT CLIMATIQUES

L utilisation du lidar terrestre en foresterie. Richard Fournier Département de géomatique appliquée

Fertiliser le maïs autrement

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Le rôle des technologies de l imagerie dans le secteur de l environnement

Caisse Nationale de Mutualité Agricole

Atelier Environnement Préparatoire au Projet d Aménagement et de Développement Durable. S e p t e m b r e

Plan de Prévention des Risques Naturels sur les Bas-Champs du Sud de la Baie de Somme Rencontre Nationale IFFORME Dimanche 23 octobre 2011

Prospective: Champ de gravité, méthodes spatiales

Objectifs présentés. Discussion générale

Perte de superficies ayant fait l objet de traitements sylvicoles

La gestion forestière et le SIG. Forum ESRI oct. 2007

La Charte. forestière. du Pilat. Un engagement collectif pour une gestion durable de la forêt

Ne laissez pas le mauvais temps détruire le fruit de votre travail!

Présentation et proposition d engagement. Conseil Municipal de Courtry 13/06/2013

Projet SENTINELLE Appel àprojets «CO 2»Déc. 2007

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Dossier de Presse pour la signature de la convention de partenariat

«Bases de données géoréférencées pour la gestion agricole et environnementale en Roumanie»

Applications of Earth Observation for Disaster Risk Management

Formulaire d'adhésion PEFC

du Cadre de vie Secrétariat Permanent du Conseil National pour l Environnement et le Développement Durable Présenté par: Paul BOMBIRI

Étude de données multisources par simulation de capteurs et clustering collaboratif

Débroussailler autour de sa maison : «une obligation»

Le réchauffement climatique, c'est quoi?

Règlement type relatif à l abattage d arbres

EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE DE L OCCUPATION DES ESPACES SUR LE TRIANGLE MARNAIS

La directive INSPIRE pour le partage des données géographiques

Rôle des nuages dans l'anomalie de température de l'hiver 2007 en Europe

Présentation du nouveau programme de remboursement de taxes foncières. novembre 2014

Evaluation des ressources forestières mondiales 2010 Rapport principal

Les bases de données Les systèmes d informations

«Suivi d un projet Livelihoods» Medan, Indonésie 7 au 11 octobre 2013

La gestion opérationnelle de la météosensibilité. La prévision météorologique et hydrologique au cœur de l Économie et de la Société

Traits fonctionnels : concepts et caractérisation exemples des prairies Marie-Laure Navas, Eric Garnier, Cyrille Violle, Equipe ECOPAR

LA TÉLÉDÉTECTION AÉRO-SPATIALE : UNE INTRODUCTION

Estimation et Cartographie des Différentes Composantes du Rayonnement Solaire au Sol à Partir des Images Météosat

L accès aux données spatiales au profit des applications satellitaires

RESULTATS DE L ESSAI VARIETES D ORGES D HIVER EN AGRICULTURE BIOLOGIQUE CAMPAGNE

La base de données régionale sur les sols. d Alsace. La base de données régionale sur les sols d Alsace

Marteloscope Gounamitz 2

La filière noisette : un développement des surfaces est encore possible d après Unicoque.

HARMONISATION DES DONNÉES FORESTIÈRES EUROPÉENNES :

Comptes des changements de la biodiversité des systèmes et des espèces

Analyse du comportement individuel et collectif des professionnels. des professionnels forestiers face aux risques

Activité 1 : Rayonnements et absorption par l'atmosphère - Correction

Monitoring de surface de sites de stockage de CO 2 SENTINELLE. (Pilote CO2 de TOTAL Lacq-Rousse, France) Réf. : ANR-07-PCO2-007

Savoir lire une carte, se situer et s orienter en randonnée

Le projet DRIAS : premières études et documents

Jean Pierre THIBAULT / DREAL Aquitaine / Stratégie nationale

Abschlusskonferenz OUI Biomasse / Conférence de clôture OUI Biomasse

Bref rappel du contexte et des objectifs

Débroussaillement obligatoire : synthèse des nouveautés du Code Forestier de juillet 2012

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

Le nouvel inventaire forestier de l IFN

Mise en place d un réseau d Arboretums pour une valorisation coordonnée des ressources ligneuses ex situ

Document d Appui n 3.3. : Repérage ou positionnement par Global Positionning System G.P.S (extrait et adapté de CAMELEO 2001)

Transcription:

Dynamique forestière et changements globaux Exemples d application de la télédétection spatiale domaine solaire réflectif: visible et proche et moyen infrarouge (450-2500 nm) Dominique Guyon, INRA Bordeaux, Unité de Recherche EPHYSE «Le satellite, un outil au service du Grenelle de l environnement» Atelier Géothématique, CETE-SO, 9 décembre 2010

Changements globaux interactions CLIMAT Réchauffement Evènements extrêmes Régime des pluies et sécheresse ACTIVITES HUMAINES Occupation du sol, aménagement du territoire Itinéraires techniques, systèmes de production Objectifs socio-économiques, environnementaux,. adaptation des écosystèmes? fonctionnement (carbone, eau) vulnérabilité: dépérissement, incendies, tempête,? productivité, durabilité des écosystèmes forestiers? phénologie, indicateur des changements climatiques aires de répartition des essences forestières Itinéraires techniques, systèmes de production?

Suivi de la dynamique forestière Changements brutaux / Réponse directe à un événement Accidents: incendies, tempêtes, Aménagement/Occupation du sol: déforestation, urbanisation, Sylviculture: coupes Changements progressifs / Réponse aux perturbations des conditions environnementales durables, transitoires, arrières effets, cumulatifs tendances long terme: allongement cycle végétation, déséquilibres: dépérissements,. détecter, dater, localiser les changements? variations spatiales: locales, régionales,.? variations temporelles: saisonnières, interannuelles, long terme?

Données de télédétection utiles Les bandes spectrales SPOT 4 et 5 (VEGETATION) 1,2 et 3 (HRV) (AVHRR) Capteurs multispectraux: -Toujours au moins une bande spectrale dans le ROUGE et une dans le PROCHE INFRAROUGE - souvent une dans le MOYEN INFRAROUGE

Temps Fréquence Données de télédétection utiles échelles d espace et de temps 10 ans 1 an 1 mois 1 jour 1 heure Photographie aérienne Spot/HRG IKONOS QuickBird.. Constellations de satellites Pleiades Agriculture de précision Spot/HRV Landsat TM... Sentinel2 Envisat/MERIS. MODIS Spot/VGT NOAA/AVHRR.. METEOSAT, MS2G... 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km Résolution 1-5 km 20 km 60-200 km 2000 km >> Étendue Espace

Données de télédétection utiles Temps Fréquence échelles d espace et de temps 10 ans 1 an 1 mois 1 jour 1 heure Photographie aérienne Spot/HRV Spot/HRG Landsat TM IKONOS... QuickBird.. Envisat/MERIS. Constellations de satellites Pleiades Agriculture de précision Sentinel2 MODIS Spot/VGT NOAA/AVHRR.. METEOSAT, MS2G... 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km Résolution 1-5 km 20 km 60-200 km 2000 km >> Espace Étendue

Temps Fréquence 10 years 1 year 1 month 1 day 1 hour Données de télédétection utiles Visible - Infrarouge (500-2500nm) Microondes actives (RADAR) changements à basse fréquence échelle parcelle: Structure des - Occupation du sol, aménagement - Pratiques sylvicoles: coupe rase,éclaircies, couverts débroussaillement - Tempêtes, incendies,... - Croissance annuelle - Dépérissement, mortalité,... Changement d échelle Complémentarité des échelles d espace et de temps Visible - Infrarouge (500-2500nm) Infrarouge thermique Microondes passives changements à haute fréquence : - Phénologie Fonctionnement des couverts - Flux d énergie: albedo, fapar - Flux C et H2O... 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km Résolution 1-5 km 10 km 50-200 km 2000 km >> Etendue Espace

Données de télédétection utiles Pixel mixte SPOT/HRVIR 2 km SPOT/VEGET ATION 2 km Pixel i J classes, πi = (π i1,.., π ij,.., π ij ) π ij = proportion surface de la classe j dans le pixel i Σπ ij = 1 dans pixel i ρ ij (t): réflectance de la classe d occupation du sol j dans le pixel i Xi(t)= réflectance pixel i à date t Si pixel i >> hauteur des objets (plants, arbres,...): Méthodes de désagrégation -> estimer ρ ij

Exemples d application de la télédétection Changements brutaux Suivi / prévision production et durabilité ex1: Massif landais de pin maritime: Dégâts de tempête (1999, 2009) Cartographie annuelle des coupes rases Haute et très haute résolution spatiale Changements progressifs Suivi de la phénologie / indicateur de la réponse aux conditions pédoclimatiques ex2: Forêts feuillues Datation stades phénologiques, longueur du cycle de végétation Variations sous des gradients environnementaux: altitude (Pyrénées) ex3: Massif landais de pin maritime: Hétérogénéités spatio-temporelle de la dynamique saisonnière Très fréquente revisite

Exemple 1: Apport de la haute résolution spatiale pour le suivi de la production forestière dans le massif de pin maritime des Landes

Exemple d application 1 Satellites d observation de la Terre à haute résolution HRV ou HRVIR SPOT (1 à 4), Landsat TM - Haute résolution spatiale: 10 à 30m plusieurs arbres dans un même pixel -> échelle peuplement - Faible répétitivité temporelle: plusieurs mois -> changements annuels - Longueurs d onde: Visible, proche et moyen infrarouge Quelles informations sur le couvert forestier et ses changements (discrets: anthropiques ou accidentels)?

Exemple 1 maïs Sol nu agricole feuillus urbain Pin maritime Pin maritime Pin maritime Coupe rase /reboisements Pin maritime

Exemple 1 PLACETTES IFN GIRONDE HOMOGENES 5*5 HAUTEUR MOYENNE / MOYENNE 3x3 TM5 13 REFLECTANCE MOYENNE MI R (%) 12 11 10 9 8 7 6 5 0 100 200 300 HAUTEUR MOYENNE (dm) TAUX DE COUVERT 20-24 % 25-49 % 50-74 % >74% 13 Source: Jolly, 1993)

Exemple 1 Changements saisonniers : phénologie, calendrier cultural, position soleil Secteur landais de 5000 ha Série d images Landsat TM sur 7 ans Rouge= TM5 Vert= TM4 Bleu= TM3 Changements sylvicoles : coupe rase, reboisement, accident (incendie, chablis) Changements occupation sol : défrichement

Exemple 1 REFLECTANCE TM5 07 SEPTEMBRE 1988 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 COUPE RASE ECLAIRCI et/ou DEBROUSSAILLE SANS INTERVENTION SYLVICOLE 4 6 8 10 12 14 16 REFLECTANCE TM5 20 AOUT 1987 période 21 avril 1984-13 juil. 1985 13 juil. 1985-16 juil. 1986 16 juil. 1986-20 août 1987 20 août 1987-07 sept. 1988 07 sept. 1988-12 oct. 1989 12 oct. 1989-11 juil. 1990 moyenne variation moyenne de la réflectance au sol entre les 2 dates [nombre de peuplements observés] aucune Intervention sylvicole 0.25 [58] -0.98 [51] -0.49 [44] -1.74 [38] [1.70 [46] 1.05 [40] -0.01 [277] coupe rase 9.62 [12] 7.12 [17] 9.33 [19] 7.37 [17] 12.88 [9] 8.31 [3] 8.83 [77] éclaircie ou/et débroussaillement 2.06 [7] -0.15 [5] 1.23 [5] -0.08 [10] 2.58 [7] 3.30 [7] 1.47 [41] Changements de réflectance dans le moyen infrarouge induits par les coupes rases, les éclaircies et les débroussaillements. Unité = % (peuplements de pin maritime de plus de 10 ans)

Exemple 1: application de la détection des changements radiométriques à la cartographie application de la détection des changements radiométriques à la cartographie annuelle des coupes rases dans la futaie de pin maritime annuelle des coupes rases dans la futaie de pin maritime Carte futaie de pin maritime (IFN) MMU 1 ha Série images LANDSAT TM (résol. 30m) 1984... 1988 1989 Source: Jolly 1993 et IFN 2001

Exemple 1: application de la détection des changements radiométriques à la cartographie application de la détection des changements radiométriques à la cartographie annuelle des coupes rases dans la futaie de pin maritime annuelle des coupes rases dans la futaie de pin maritime Carte futaie de pin maritime (IFN) MMU 1 ha Série images LANDSAT TM (résol. 30m) Démonstration de faisabilité: INRA Méthode Opérationnelle, Application: IFN 1984... 1988 1989 Source: Jolly 1993 et IFN 2001

Un inventaire tous les 10 ans Carte des boisements de pin maritime Caractéristiques dendrométriques sur plusieurs milliers de placettes Évaluer et prévoir l'évolution de la ressource en bois à l'échelle régionale sur le million d'hectares de pin maritime du massif landais (projet Ressource IFN) Modèle de croissance dendrométrique Carte annuelle des coupes rases sur la futaie de pin maritime Image satellite à Haute résolution spatiale (20-30m) Distribution annuelle classes d âge Simulation annuelle de la ressource: Volume sur pied, accroissement annuel, - actualisation annuelle entre 2 inventaires IFN - prévisions à plus long terme Scénarios sylvicoles Tous les ans INRA (Recherches forestières, Bioclimatologie) / IFN / ENGREF, 1998

Détection et localisation des changements de structure de type coupe rase Futaie de pin maritime en Aquitaine -> cartographie de dégâts tempête 1999, 2009 Données SPOT - Résolution 20 m - Rayonnement solaire réfléchi (VIS, PIR, MIR) Avant tempête: 14 février 1999 Après tempête: 10 janvier 2000

Estimation des dégâts de la tempête de déc. 1999 sur le massif forestier de pin maritime des Landes par l IFN (Inventaire forestier national) Futaie de pin maritime en Aquitaine Principe de la méthode et résultats précision spatiale: - surface minimale représentée (MMU): 4 ha - largeur minimale: 50 m erreurs d omission, de commission: 10-15% ¾Méthode Opérationnelle, Application: IFN 20

Tempête janvier 2009: cartographie des dégâts sur la forêt landaise (IFN et Cemagref) Méthode Opérationnelle, Application: IFN Source : IFN 2009 images SPOT Haute Résolution (10-20m) avant et après tempête Détection changements pixel + segmentation orientée objet post-tempête Non détection des dégâts diffus (30 % dégâts) MMU = 1ha Carte pas assez précise pour utilisation à l échelle des peuplements 21

Quel gain attendre de la très haute résolution pour la détection des changements forestiers? Dégâts tempête, déboisement, coupes Cartographie fine Meilleure détection, meilleure discrimination futur système satellitaire PLEIADES (fin 2011): résolution spatiale : 0.7m en panchromatique, 2.8 m en multispectral Images Quickbird Étude méthodologique EGID/INRA/CNES qui a commencé en 2009

Exemple d application 2: suivi phénologique des forêts à large échelle Phénologie des plantes : étude des événements périodiques dans leur cycle de vie (feuillaison, floraison,..), sous l influence de l environnement en particulier: variations saisonnière des températures et des précipitations Variations interannuelles / long termr de la durée de la saison de croissance - suivi phénologique des forêts feuillues tempérées - Allongement de la saison de croissance et réchauffement climatique Image SPOT4/VEGETATION Résolution 1000m

Exemple: Suivi phénologique à large échelle Applications: croissance/productivité, bilan de C, bilan hydrique tendances long terme / changement climatique échelles régionales et continentales Données de télédétection: Haute fréquence temporelle: 1 jour 1 semaine Basse résolution spatiale: 1 km (> peuplement) NOAA/AVHRR, SPOT/VEGETATION, MODIS,. Approche empirique Analyse des variations saisonnières de l indice de végétation NDVI NDVI = (R pir R rouge )/ (R pir + R rouge) ) avec R=réflectance f (fraction de PAR absorbé) (1-exp(-k LAI) ) (LAI) pour LAI faible NDVI = f (LAI) Applications en Recherche

Allongement de la saison de croissance et réchauffement climatique à l échelle de l hémisphère nord (1/2) Observations: Série temporelle de données satellitaires NOAA/AVHRR Source: Myneni et al., 1997, NATURE, vol386, 698-702

Allongement de la saison de croissance et réchauffement climatique à l échelle de l hémisphère nord (2/2) 45N-90N 1981-1991 -8 j + 4 j Avance printanière= -8 jours Recul de la fin période de croissance= + 4 jours Précision= + ou moins 2-3 jours Source: Myneni et al., 1997, NATURE, vol386, 698-702

Phénologie des forêts feuillues tempérées Filtrage des pixels ennuagés, corrections atmosphériques 1989 1994 0,8 NDVI 0,6 0,4 Image AVHRR/NOAA du 13/05/1992 Composition colorée 0,2 0 365 730 1095 1460 1825 2190 DAY SINCE 1/1/89 Time series of NDVI on a 50 km² forested area from 1989 to 1994 Source: Duchemin et al., 1999, RSE,67:68 82

Phénologie des forêts feuillues tempérées Sources de variation saisonnière du signal de télédétection: -Variations directionnelles de la réflectance: soleil, capteur -Cycle Phénologie Débourrement Sénescence 1989 1994 0,8 NDVI 0,6 0,4 0,2 0 365 730 1095 1460 1825 2190 DAY SINCE 1/1/89

Phénologie des forêts feuillues tempérées METHODE Analyse du NDVI moyen sur 3 forêts ( 50 km² par forêt et uniquement pixels purs forêt) Effets directionnels non critiques : normalisation pas indispensable Datation des stades phénologiques clefs par comparaison à un modèle de variation temporelle du NDVI NDVI Modèle linéaire du changement de NDVI au printemps et à l automne: centré sur 0.55 NDVI=0.55 1<LAI<1.5 Printemps: 0.35 à 0.75 en 30 jours Automne: 0.70 à 0.40 en 50 jours Date [(observation- modèle)=min] datation: Débourrement, Sénescence durée du cycle Source: Duchemin et al., 1999, RSE,67:68 82

Phénologie des forêts feuillues tempérées Exemple: forêt de Chaux (chêne sessile) Indicateurs phénologiques estimés Phenology derived from NDVI time series YEAR Budburst Length of Senescence Growing Day Day Season 1989 124 303 179 1990 129 288 159 1991 144 294 150 1992 128 282 154 1993 115 275 160 1994 109 Mean 125 288 160 Comparaison avec des observations au sol Source: Duchemin et al., 1999, RSE,67:68 82

Phénologie des forêts feuillues tempérées Comparison avec estimations à partir d un modèle phénologique climatique: somme de températures Cohérence spatio-temporelle des estimations par satellite: latitude, espèces Chêne Hêtre Nord Chaux Haye Sud Grésigne Débourrement Source: Duchemin et al., 1999, RSE,67:68 82

Variations altitudinales de la phénologie foliaire des forêts feuillues pyrénéennes à partir de séries de données VEGETATION (1km²) Après: normalisation effets directionnels (modèle Roujean) et désagrégation des variations saisonnières de l indice de végétation PVI (modèle Cardot) [0, 100 m[ [1500, 1600 m[ Variations altitudinales de la courbe saisonnière de l indice de végétation des forêts feuillues. Guyon et al, RSE, 2010

Variations altitudinales de la date de débourrement des forêts feuillues Moyennes sur la période 2002-2006 160 140 π ij = deciduous >40% Leaf unfolding date 120 100 80 60 40 individual satellite-based estimates mean ground-based estimates individual satellite-based estimates averaged by elevation class 0 400 800 1200 1600 Elevation (m) Erreur sur la date débourrement pour une altitude donnée ~ 2 jours La gamme des variations altitudinales estimées par satellite concorde avec celle estimée au sol: 40 jours de 0 à 1600m d altitude Guyon et al., RSE, 2010