Korzystając z nowej technologii, naukowcy mogą zbadać, w jaki sposób inwazje owadów, takich jak robaki pająków świerkowych zachodnich, odgrywają rolę w zmianie klimatu. Zdjęcie Paula Williamsa
W zachodnich Stanach Zjednoczonych stało się to niszczycielskim cyklem: cieplejsze temperatury i susze przedłużają cykl życiowy chrząszczy sosnowych, umożliwiając im polowanie na sosny, świerki i jodły pokrywające góry. Drzewa stają się czerwonawo-brązowe przed śmiercią - zjawisko, które National Park Service uznało za „epidemię rozciągającą się od Kanady do Meksyku”. Istnieje powszechna obawa, że taka śmiertelność drzew stanowi doskonałe źródło paliwa dla pożarów.
Do niedawna naukowcy mieli możliwość zbadania szkód z ziemi, przy niewielkiej zdolności zrozumienia przyczyn i procesów. Ale teraz nowa technologia umożliwia im wykorzystanie zdjęć satelitarnych do identyfikowania źródeł małych, zmieniających ekosystem wydarzeń - niektóre z nich, na przykład wybuchy chrząszczy, są związane ze zmianami klimatu. Program komputerowy LandTrendr, opracowany przez profesora Roberta Kennedy'ego z Uniwersytetu Ziemi i Środowiska w Bostonie, pozwala naukowcom łączyć dane gromadzone na ziemi ze zdjęciami satelitarnymi z US Geological Survey (USGS) i NASA, aby lepiej zrozumieć zakłócenia środowiska.
Od 1972 roku NASA i USGS rozmieszczają satelity, które wykonują specjalistyczne cyfrowe zdjęcia krajobrazów Ziemi. Są w stanie uchwycić detale, które istnieją w zakresie długości fal niewidocznych dla ludzkiego oka, w tym tych nieco dłuższych niż światło widzialne zwane bliskiej podczerwieni. Zdrowe rośliny odbijają energię w bliskiej podczerwieni, a skanując obrazy, naukowcy mogą wykryć zakłócenia w krajobrazach Ziemi.
W przeszłości obrazy te były wyjątkowo drogie, ograniczając dostęp naukowców. „Obejrzeliśmy obraz z 2000 roku i jeden z 2005 roku i zapytaliśmy:„ Co się zmieniło? ”- wyjaśnił Kennedy. „Jeśli patrzysz tylko na dwa obrazy, bardzo trudno jest śledzić powoli ewoluujące zmiany. Możesz powiedzieć, że coś się zmieniło, ale nie wiesz, ile czasu to zajęło. ”
Kiedy USGS zaczęło udostępniać te zdjęcia za darmo w 2008 roku, był to punkt zwrotny dla naukowców z Ziemi. Mieli teraz dostęp do tysięcy zdjęć z dowolnego regionu geograficznego - zdjęć, z których korzysta narzędzie LandTrendr Kennedy'ego. „Patrząc na wszystkie obrazy, możesz oglądać, jak się rozwija. Masz większą pewność, że widzisz trendy ”- powiedział. Jest to szczególnie przydatne do zrozumienia zmian klimatu i zmian użytkowania gruntów, które według Kennedy'ego „dotyczą przede wszystkim procesu”.
Kennedy korzysta obecnie z technologii LandTrendr do analizy wymiany węgla w lasach; między innymi w swojej pracy analizuje ilość węgla traconego w lasach w wyniku pożaru, wycinania, częściowego cięcia i urbanizacji. W badaniach zmian klimatu w Arktyce i strefach przejściowych między ekosystemami wykorzystuje się także LandTrendr. Ale na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku Garrett Meigs, doktorant ds. Leśnictwa na Oregon State University, używa LandTrendr do badania skrzyżowania pożarów i owadów.
W szczególności Meigs bada duże pożary, które spustoszyły Waszyngton i Oregon od 1985 r., Oraz sposób, w jaki wybuchy chrząszcza sosnowego i pąka świerka zachodniego wpływają na późniejszą aktywność ogniową. „Kiedy pojawia się susza, stres, większa podatność na zarażenie, widzimy zamieranie lasu” - powiedział.
Algorytm LandTrendr obejmuje zdjęcia satelitarne regionów dotkniętych pożarem i błędami z własnymi badaniami terenowymi Meigsa i historycznymi danymi lotniczymi z US Forest Service, która od dawna wykorzystuje samoloty do badania inwazji owadów. „Były rzeczy, których wcześniej nie mogliśmy wykryć ani zobaczyć, ale teraz jesteśmy w stanie” - powiedział Meigs.
Poniżej znajduje się wideo przedstawiające wizualizację LandTrendr dla północno-zachodniego Pacyfiku. Kennedy wyjaśnia, jak to działa: stabilne wiecznie zielone lasy są reprezentowane przez niebieskie obszary; kiedy wybucha inwazja chrząszcza sosnowego, w tym przypadku w rejonie Three Sisters w Oregonie, obrazy świecą na czerwono. A kiedy wolno poruszająca się budworm zachodnia świerkowa przenosi się w obszar - tam, na południowe podnóża Mount Hood - zmienia się w żółty.
Czy LandTrendr może pomóc w przewidywaniu zmian klimatu? Możliwie. „Nie widzimy przyszłości, możemy dokumentować za pomocą satelitów tylko to, co się stało. Ale cała gra z nauką polega na rozwijaniu zrozumienia, które pozwala przewidywać ”- mówi Kennedy. „Mam nadzieję, że tworząc mapy i rejestrując te procesy w sposób, w jaki nie byliśmy w stanie ich wcześniej zobaczyć, możemy przetestować hipotezy”, dokumentując, gdzie, kiedy i jeśli wystąpią przewidywane efekty, powiedział.
Chociaż badania owadów i pożarów Meigsa są w dużej mierze retrospektywne, mogą one pomóc w przyszłych prognozach. „Mamy punkt odniesienia do pomiaru przyszłych zmian”, mówi. „Widząc warunki prowadzące do wybuchów dużych owadów lub pożarów, możemy rozpoznać je, gdy pojawią się w przyszłości.”
