Les chercheurs calibrent le capteur de la caméra sur un quadricoptère 3DR avant d'arpenter la toundra arctique sur Qikiqtaruk (île Herschel) dans le territoire du Yukon, Canada. Presse de l'Université d'Édimbourg/Isla Meyers-Smith Alors que la Terre se réchauffe, les images satellites envoient de fortes indications du verdissement de l'Arctique. Mais un signal d'écologisation dément une plus grande complexité. Le changement climatique entraîne une guerre terrestre dans la toundra alors que les plantes rivalisent pour la domination. Dans de nombreuses régions de la toundra, les arbustes les plus hauts envahissent les zones autrefois nues - ou avec une courte couverture - à partir de plantes similaires comme le lichen. Comprendre le changement de la végétation arctique est essentiel pour comprendre le stockage du carbone et les mécanismes de rétroaction pour aider à améliorer les modèles de changement climatique.
Mais révéler des détails granulaires est difficile dans un environnement éloigné, difficile d'accès et peu peuplé. Depuis des décennies, la télédétection a fourni des yeux arctiques dans le ciel, mais avec des inconvénients. Les écologistes sont mis au défi d'essayer d'extrapoler des modèles à petite échelle à partir d'observations satellitaires à gros grains. Des recherches émergentes suggèrent que les drones pourraient aider à combler les décalages d'échelle.
Une grande partie des preuves du verdissement de l'Arctique proviennent de données provenant de satellites en orbite autour de la Terre depuis les années 1970. Les données satellitaires fournissent une résolution à grande échelle. Les tailles de pixels peuvent correspondre à des zones aussi grandes que 24 miles carrés (64 kilomètres carrés), explique l'écologiste de la végétation Isla Myers-Smith de l'Université d'Édimbourg.
En revanche, pendant près de deux décennies à Qikiqtaruk dans le territoire canadien du Yukon, L'équipe de recherche de Myers-Smith a quantifié le changement de végétation arctique dans des parcelles de mètres carrés de la taille d'une table basse. Année après année, son équipe a laissé tomber 100 épingles dans chaque parcelle, enregistrer chaque plante, feuille et tige le contact des broches. C'est un travail minutieux. L'évaluation de chaque carré prend des heures.
Mais la toundra est vaste. Seuls de minuscules fragments arctiques peuvent être examinés de manière aussi détaillée. Le signal global de verdissement fourni par les satellites - l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) - est indubitable, mais les plantes grandissent-elles? Différentes plantes empiètent-elles? Les changements sont-ils homogènes ? Ces questions intriguent les écologistes de la toundra qui veulent savoir ce qui se passe sur le terrain.
Il est difficile de passer des parcelles de mètres carrés à ce que les satellites voient sur de grandes étendues spatiales. "Vous vous retrouvez avec cet écart entre les deux, " dit Andrew Cunliffe, chercheur à l'Université d'Exeter au Royaume-Uni. Il a mené une étude récente abordant cette lacune, publié dans Environmental Research Letters. Co-écrit avec Myers-Smith et trois autres, l'étude représente un effort plus large pour combler les écarts d'échelle à l'aide de drones.
Une érosion extrême dans l'Arctique canadien a été révélée par des caméras montées sur drones dans une étude menée par des scientifiques d'Édimbourg. Presse de l'Université d'Édimbourg
Les satellites nous parlent de l'Arctique, "mais à travers une lentille floue, ", déclare le co-auteur de l'étude Jeff Kerby à l'Université d'Aarhus au Danemark. Les données satellitaires datant des années 1970 et 1980 peuvent être utiles, mais "les pixels ont peut-être la taille de Manhattan, " dit-il. " A partir de ces données satellitaires, nous avons des preuves de changement, mais pas les informations pour comprendre le changement."
Le High-Latitude Drone Ecology Network crée un protocole standardisé pour la surveillance de la végétation de la toundra. La toundra est un écosystème fluctuant et complexe, avec des variables climatiques affectant l'interprétation précise des données satellitaires. La couverture de neige arctique peut se produire à tout moment de l'année et masquer ce qui se passe avec les plantes ci-dessous. Souvent nuageux, l'Arctique est également sombre pendant la moitié de l'année. Lorsqu'il est présent, l'angle de la lumière du soleil arctique peut créer d'énormes ombres. « Les ombres sont géniales si vous prenez des photos de paysage pour le plaisir, mais elles sont mauvaises si vous essayez de comprendre les plantes avec un ordinateur, " dit Kerby. Une plante verte dans l'ombre n'a pas l'air verte.
Entrez dans le drone. Même lorsqu'il est équipé d'un système assez simple, appareils photo numériques sur étagère, les drones peuvent créer une image claire de ce qui se passe au sol. Photos de la même chose sous des angles différents, cousu ensemble, peut produire des modèles 3D. Kerby et Myers-Smith ont formé le High-Latitude Drone Ecology Network, créer un protocole normalisé pour la surveillance de la végétation de la toundra.
Initialement sceptique sur l'utilité des drones, Scott Goetz de la Northern Arizona University, qui n'a pas participé à l'étude récente, est maintenant convaincu de leur valeur. "L'échelle est l'un des problèmes clés de la télédétection, " dit Goetz, directeur scientifique de l'Expérience de vulnérabilité boréale arctique de la NASA (ABoVE) et chercheur principal adjoint pour la science sur l'enquête sur la dynamique des écosystèmes mondiaux de la NASA.
Entre les vols, les chercheurs se promènent avec leurs énormes drones au-dessus de la toundra spongieuse de Qikiqtaruk. Presse de l'Université d'Édimbourg/Jeff Kirby Une image complète n'est pas possible avec des mesures sur le terrain seules, mais relier la télédétection par satellite aux données de terrain a été un chemin long et difficile, Goetz explique, notant également que la résolution de la télédétection s'améliore. "Ce n'est pas que le NDVI ne fonctionne pas ou que nous ne pouvons pas surveiller [la croissance des plantes] de manière systématique. C'est plus une question de composant du système que vous voulez mesurer."
données NDVI, trouvé Cunliffe et ses collaborateurs, a donné de mauvais résultats lorsqu'il s'agissait d'indiquer la biomasse végétale, car cet indicateur de verdure à grande échelle ne fait pas de distinction entre les minuscules organismes verts comme la mousse ou le lichen et les formes plus grandes comme les arbustes.
Alemu Gonsamo, un scientifique en télédétection de la végétation et du changement climatique de l'Université McMaster au Canada qui n'a pas participé à la présente étude, dit que si les mesures structurelles dérivées des drones sont correctement intégrées aux mesures lidar et greenness, « ils offrent une opportunité sans précédent de surveiller les changements à la fois dans la verdure de la toundra et la structure de la canopée, comme la hauteur de la canopée et la biomasse aérienne. »
En ce qui concerne l'utilité des drones dans ce contexte, les gens commencent tout juste, dit Logan Berner de la Northern Arizona University, un collaborateur du projet ABoVE de la NASA. De l'étude de Cunliffe, Berner, qui dirige une étude évaluant les tendances Landsat NDVI dans le biome de la toundra arctique depuis les années 1980, dit, « Il y a un énorme potentiel pour le genre de travail qu'ils ont fait pour améliorer notre compréhension de ce que signifient ces changements dans la verdure de la toundra, pourquoi ils se produisent, et comment l'Arctique pourrait changer à l'avenir. »
Des scientifiques dirigés par l'Université d'Édimbourg ont utilisé des caméras montées sur drones pour étudier l'érosion du littoral du pergélisol sur l'île Qikiqtaruk Herschel, Territoire du Yukon, dans l'Arctique canadien. Presse de l'Université d'Édimbourg Cette histoire est parue à l'origine dans Éos et est republié ici dans le cadre de Couvrir le climat maintenant , une collaboration journalistique mondiale renforçant la couverture de l'histoire du climat.
