Mesurer la biodiversité aux États-Unis avec un lidar spatial

Divers écosystèmes soutiennent le réseau de la vie et, ce faisant, fournissent de la nourriture, de l’eau, des médicaments et des matériaux à l’humanité. Mais l’effet papillon nous dit que tout est lié. Alors, lorsque la perte de biodiversité menace les fondations sur lesquelles nous vivons, qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir de la Terre et de l’humanité ?

Actuellement, plus d’un million d’espèces sont sur le point de disparaître, principalement en raison de la destruction de leur habitat, notamment la conversion des forêts à l’agriculture, et de la surexploitation comme la chasse et la pêche. En raison de la gravité du défi, un consensus mondial s’est dégagé sur l’urgence de développer de meilleurs moyens de cartographier et de surveiller la biodiversité à grande échelle, comme nous le faisons pour le changement climatique.

Dans une étude unique en son genre, récemment publiée dans Recherche environnementale : écologieChris Hakkenberg, professeur de recherche à la NAU, illustre comment les technologies de pointe peuvent être utilisées pour atténuer l’impact de la perte mondiale de biodiversité : en surveillant la biodiversité à travers les États-Unis à l’aide du lidar spatial Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) de la NASA, un Laser sûr et invisible capable de détecter la structure forestière 3D depuis la Station spatiale internationale.

Cette étude a été inspirée par des efforts internationaux coordonnés, notamment l’appel lancé par la Convention sur la diversité biologique aux scientifiques pour qu’ils envisagent d’utiliser la télédétection par satellite pour surveiller les tendances de la biodiversité mondiale. La logique est simple : si la biodiversité des forêts de la Terre peut être cartographiée avec précision et si les tendances de la biodiversité deviennent apparentes au fil du temps, les chercheurs et les décideurs politiques peuvent utiliser ces données pour contribuer à développer des efforts d’atténuation. La clé, cependant, est de rendre ces cartes aussi précises que possible.

Des recherches antérieures sur le sujet utilisaient des images satellite (telles que celles vues sur Google Maps) pour obtenir une vue approximative de l’emplacement des forêts et, par extension, pour prédire où pourraient se trouver les espèces. Cependant, cette vue est bidimensionnelle, ne montrant que le sommet du couvert forestier avec peu d’informations sur ce qui se passe en dessous : l’habitat des plantes terrestres, des mammifères et des oiseaux. Les recherches de Hakkenberg montrent qu’il est possible d’aller au-delà de cette simple vue à vol d’oiseau et d’utiliser l’intégralité de la structure 3D des forêts pour prédire l’habitat des plantes et des animaux.

“Nous utilisons le lidar spatial GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) de la NASA pour estimer l’ensemble de la structure 3D des forêts, que nous pouvons ensuite utiliser pour prédire la biodiversité qu’elles contiennent”, a-t-il déclaré.

GEDI émet des impulsions laser invisibles vers la surface de la Terre et, comme le radar, suit la différence de temps entre le moment où le laser est émis et celui où il revient pour mesurer la distance parcourue par les objets détectés. “Cela signifie que nous pouvons aller au-delà de la simple mesure de la hauteur des arbres, mais également obtenir une image claire de toute la répartition verticale des branches, des feuilles et des aiguilles, du sol jusqu’au sommet de la canopée.”

Étant donné que la structure forestière est liée à la variation de la taille et de la forme des différentes espèces d’arbres, Hakkenberg et ses collègues ont pu utiliser ces profils de forme d’onde 3D de la structure forestière pour modéliser une relation entre la structure des arbres et la biodiversité des arbres mesurée avec des données de terrain du National Ecological Réseau d’observation à travers les États-Unis, à l’exclusion de l’Alaska.

“Bien que l’attention portée aux relations entre la biodiversité et la structure ait augmenté dans la communauté internationale des chercheurs au cours de la dernière décennie, elle s’est généralement concentrée sur la diversité des espèces d’arbres, car les arbres constituent les éléments constitutifs essentiels des forêts et sont suffisamment grands pour être détectés depuis l’espace”, a déclaré Hakkenberg. dit.

“Mais ce qui était vraiment intéressant dans nos découvertes, c’est que ces relations biodiversité-structure s’étendent également à la biodiversité végétale. Même si nous ne pouvons pas détecter directement les plantes individuelles au sol depuis la plate-forme spatiale, nous pouvons prédire la diversité de ces plantes à partir du sol.” Caractéristiques 3D des arbres qui les entourent.”

Ces mêmes relations peuvent être utilisées pour prédire l’habitat des oiseaux et des mammifères arboricoles qui nécessitent chacun des types structurels forestiers différents.

Au cours des années à venir, des quantités croissantes de données de télédétection provenant d’avions et de capteurs spatiaux seront associées à des observations sur le terrain, offrant ainsi aux scientifiques des moyens efficaces de surveiller la biodiversité à l’échelle mondiale. Grâce à ces cartes détaillées, il est possible d’en apprendre davantage sur la perte de biodiversité et donc de savoir où réorienter les efforts pour la ralentir, voire l’arrêter.

Hakkenberg et ses collègues de l’École d’informatique, de calcul et de cybersystèmes, dont l’associé de recherche Pat Burns ; les professeurs-chercheurs Patrick Jantz et Zaneta Kaszta ; le professeur Scott Goetz de Regent ; et les étudiants diplômés Colin Quinn et Melissa Rose sont enthousiasmés par leurs découvertes. Ils espèrent que cette étude fera avancer la recherche sur la biodiversité à l’échelle continentale en utilisant les technologies de pointe de la NASA et attirera une attention accrue sur la perte de biodiversité.

“Il est extrêmement urgent de concevoir de meilleurs moyens de cartographier et de surveiller la biodiversité à grande échelle, comme nous le faisons pour le changement climatique”, a déclaré Hakkenberg. “Cette étude fait partie de cet effort plus vaste, nous donnant une chance de résoudre ces problèmes avant qu’il ne soit trop tard.”