Des scientifiques de l'environnement du laboratoire national de Brookhaven du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) ont mené une collaboration internationale pour améliorer les observations par satellite des forêts tropicales.

Responsable de près d'un tiers de la photosynthèse terrestre mondiale, Les forêts tropicales sont un biome essentiel pour examiner le changement climatique et ses impacts potentiels à travers la Terre.

"Si nous pouvons améliorer notre compréhension de la quantité de dioxyde de carbone (CO2) absorbée par les régions tropicales, nous pouvons améliorer les projections climatiques futures, " dit Jin Wu, un scientifique au département des sciences de l'environnement et du climat de Brookhaven.

Les images satellites sont l'un des outils les plus couramment utilisés par les scientifiques pour observer les forêts tropicales, mais l'efficacité de la méthode a fait l'objet de débats. Certains chercheurs ont avancé que les changements saisonniers de la « verdure » des forêts tropicales, comme les satellites l'ont montré récemment, pourrait être trompeur. Maintenant, la collaboration dirigée par Brookhaven a utilisé des observations sur le terrain et des modèles informatiques pour aider à éclaircir la controverse. leurs résultats, publié le 9 février dans Nouveau phytologue , ont également mis en lumière les processus biologiques qui ont modifié la compréhension des scientifiques de la saisonnalité dans les forêts tropicales.

Se concentrer sur la canopée

Les satellites prennent large, images panoramiques de la surface de la Terre pour imager le biome tropical mondial. Capturé régulièrement, ces images satellites permettent aux scientifiques d'observer l'évolution de la cime des arbres tout au long de l'année. Les changements dans la verdure des auvents peuvent indiquer la quantité de lumière et, par conséquent, combien de CO2 - les arbres absorbent. Encore, parce que ces satellites prennent des images si loin au-dessus de la cime des arbres et collectent des données sur de vastes étendues de forêts, la résolution est trop faible pour identifier pourquoi ces changements se produisent.

"Un pixel dans une image satellite couvre près d'un kilomètre carré de forêt. C'est énorme, " dit Wu, qui a dirigé l'étude. "Donc, dans cette immense empreinte, nous ne pouvons pas dire quel genre de processus biologiques se produisent. C'est pourquoi nous avons intégré des données de terrain aux modèles informatiques, qui suivent les interactions entre la lumière et les feuilles au sein d'un couvert forestier, pour faire progresser notre compréhension de ce qui se passe dans ces images satellites."

Avec l'aide de grimpeurs d'arbres professionnels, les scientifiques ont collecté des données de terrain sur trois facteurs qui affectent la verdure de la canopée :la quantité de feuilles présentes, l'âge des feuilles, et si les arbres étaient à feuilles caduques (perdent leurs feuilles chaque année) ou à feuilles persistantes (conservent leurs feuilles pendant plus d'un an). Globalement, ils ont trouvé que leurs observations sur le terrain correspondaient étroitement aux images satellites, confirmer la précision des satellites. En outre, ils ont quantifié l'influence de chacun de ces trois facteurs sur la verdure de la canopée.

« Dans les études précédentes, les scientifiques ont toujours supposé que les feuilles étaient présentées de manière homogène dans le paysage forestier, mais nous avons trouvé que ce n'est pas vrai, " dit Wu. " Même dans une forêt tropicale humide, nous constatons que les arbres à feuilles caduques et à feuilles persistantes peuvent coexister. Il en est de même pour les forêts saisonnièrement sèches. De plus, le moment de la chute des feuilles varie entre les différents arbres à feuilles caduques, créant une grande hétérogénéité dans l'affichage des feuilles dans l'espace et dans le temps."

La croissance des feuilles individuelles est également unique à chaque arbre.

"Les feuilles se comportent en fait de la même manière que les humains, " dit Wu. " En vieillissant, notre taux métabolique va changer, et il en est de même pour les feuilles. Quand ce sont des feuilles de bébé, leurs taux de photosynthèse sont vraiment bas, et cela signifie qu'ils ne peuvent absorber que de très petites quantités de CO2 de notre atmosphère. Quand ils deviennent matures, ils peuvent prendre beaucoup de CO2 de l'atmosphère. Et quand ils vieillissent, ils absorbent à nouveau moins de CO2. C'est une réponse convexe."

Cela signifie que la saisonnalité des forêts tropicales est beaucoup plus complexe que les scientifiques ne le pensaient auparavant. Dans les études futures, les scientifiques devront tenir compte du rôle de l'hétérogénéité des feuilles dans les observations satellitaires pour analyser avec précision l'impact du climat sur les forêts tropicales.

Pour continuer à étudier comment la diversité écologique des forêts tropicales est liée au changement climatique, Wu et ses collègues de Brookhaven ont installé un réseau de caméras sur plusieurs sites sous les tropiques. Tous les jours, ces caméras capturent automatiquement des images de la canopée à différentes hauteurs, permettant à l'équipe de Brookhaven d'effectuer des observations à plus haute résolution des forêts tropicales. Les caméras fonctionneront pendant plus de deux ans et capteront deux cycles annuels de changements environnementaux.

"Les données de ces caméras nous permettront de voir directement quand de nouvelles feuilles poussent ou de vieilles feuilles tombent de chaque arbre au cours du cycle annuel, " dit Wu. " Maintenant, nous avons des informations au niveau des feuilles de nos mesures sur le terrain ainsi que des données basées sur des caméras pour continuer à améliorer notre interprétation des observations satellitaires et des modèles climatiques afin de mieux projeter le climat futur."