Com base nos métodos que eles usaram para avaliar o impacto de furacões como o Katrina, Gustav, e Rita sobre florestas e mortalidade de árvores, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) produziram um mapeamento rápido da intensidade da perturbação nas florestas de Porto Rico com a ajuda do Google Earth Engine.

Assolado por duas tempestades intensamente poderosas com rajadas de vento sustentadas de mais de 150 milhas por hora no ano passado - primeiro pelo furacão Irma e depois pelo furacão Maria - Porto Rico sofreu danos generalizados e catastróficos em sua infraestrutura urbana. Usando imagens de satélite combinadas com técnicas de processamento de imagem, uma equipe liderada por Jeffrey Chambers, um especialista em biogeografia florestal, encontraram extensos danos ecológicos também.

Os pesquisadores avaliaram os danos observando as mudanças na refletância da superfície da luz visível e invisível. Embora o olho humano possa discernir cores no espectro visível, medindo também a resposta espectral da superfície em luz infravermelha reflexiva, uma imagem muito mais precisa é fornecida dos impactos na vegetação da floresta.

"Procuramos uma mudança na assinatura espectral de antes e depois da tempestade, "disse Chambers, um cientista na área de Ciências Ambientais e da Terra do Berkeley Lab, bem como um professor associado de geografia na UC Berkeley. "Quando a luz do sol é refletida na vegetação verde, ela olha para um lado, e quando está ricocheteando na vegetação onde as folhas estão todas arrancadas ou as árvores caíram, é muito diferente. Encontramos mudanças dramáticas na assinatura espectral das florestas associadas a danos, mortalidade de árvores, árvores arrancadas, folhas despojadas, e copas. "

Uma pré-impressão de seu estudo, "Impactos do furacão Maria nas florestas de Porto Rico, "foi publicado online." Mapear os impactos dos distúrbios e publicar os resultados pode levar anos, "disse Yanlei Feng, um estudante de graduação em geografia da UC Berkeley que é o primeiro autor do estudo. "Esta nova abordagem que emprega a plataforma Google Earth Engine permite a entrega de produtos de dados mais oportunos; para uso em avaliações de risco, por exemplo."

Os pesquisadores estimam que 23 a 31 milhões de árvores podem ter sido mortas ou severamente danificadas pelo furacão Maria, mas observam que as investigações de campo são necessárias para obter estimativas mais precisas. Uma análise semelhante realizada após o furacão Katrina estimou que 320 milhões de árvores morreram ou foram severamente danificadas no Mississippi e na Louisiana.

Por que estudar florestas tropicais?

As florestas cobrem cerca de 54 por cento de Porto Rico, e são as únicas florestas tropicais nos Estados Unidos fora do Havaí. Contudo, ao contrário do Havaí, que tem poucas espécies de árvores nativas, As florestas de Porto Rico são muito mais diversificadas, com centenas de espécies.

Berkeley Lab tem estudado as florestas de Porto Rico por vários anos como parte da iniciativa de Experimentos de Ecossistemas de Próxima Geração - Trópicos (NGEE-Tropics) do Departamento de Energia, um projeto multi-institucional lançado em 2015 e liderado pelo Berkeley Lab. “Um dos nossos objetivos é demonstrar que as florestas tropicais são importantes para os EUA, "Disse Chambers.

Estudar e compreender os distúrbios florestais é importante por muitas razões, incluindo gestão de recursos naturais, proteção de bacias hidrográficas e impactos na erosão do solo, e examinar os efeitos diretos da queda de árvores na rede de distribuição de energia. As florestas tropicais são especialmente importantes porque, embora cubram apenas 7 por cento da superfície da Terra, eles contêm os maiores estoques de carbono da vegetação, e também são importantes sumidouros de carbono.

Como parte do NGEE-Tropics, O Berkeley Lab tem estudado as florestas em Porto Rico como um local de estudo piloto para ajudar a melhorar a modelagem do sistema terrestre. "Fluxos de água, energia, carbono, e o ciclo biogeoquímico de nutrientes é mais alto nos trópicos, "Disse Chambers." Então, se você quiser construir um modelo preciso do sistema terrestre, você tem que acertar os trópicos. "

Processamento de imagem avançado

Os pesquisadores do Berkeley Lab analisaram imagens do Landsat 8, um satélite que captura imagens detalhadas de toda a Terra a cada 16 dias, comparando imagens de antes e depois dos furacões e eliminando efeitos de nuvens e sombras.

Os dados são coletados pelo Landsat 8 como imagens de pixels de 30 metros quadrados. Os pesquisadores quantificaram a assinatura espectral de cada pixel da floresta antes e depois das tempestades para determinar a mudança na fração da superfície que é considerada vegetação não fotossintética. Eles descobriram que os danos não se espalharam uniformemente pelas florestas da ilha.

"A intensidade da mudança espectral variou muito em toda a ilha, "Disse Chambers." Agora queremos entender melhor por que algumas florestas eram mais vulneráveis ​​do que outras, e quais fatores controlaram as diferenças em como as florestas foram impactadas. Foi a espécie, foi a inclinação, foi o aspecto - se você está no lado de barlavento ou a sotavento, pois a tempestade está girando no sentido anti-horário? O tipo de solo e a profundidade do enraizamento também são fatores importantes. "

Por exemplo, árvores de cipreste e tupelo na Louisiana resistiram perfeitamente ao furacão Katrina. "Os carvalhos ao lado caíram, "Chambers disse." Os ciprestes têm estruturas de reforço e enraizamento que conferem resistência ao vento. "

Fonte ou sumidouro de carbono?

As florestas removem o dióxido de carbono da atmosfera por meio da fotossíntese. Quando tempestades, incêndios, ou outros distúrbios matam um grande número de árvores, a biomassa morta é decomposta por fungos, insetos, e similar, liberando dióxido de carbono na atmosfera. Quando a mortalidade de árvores é especialmente alta, uma floresta pode deixar de ser um sumidouro de carbono a uma fonte de carbono.

Mas Chambers aponta que pode levar décadas para uma árvore se decompor e emitir todo o seu carbono. "Todas as florestas são perturbadas todos os anos em alguma taxa de fundo; mudanças no ciclo do carbono ocorrem se essa taxa de fundo aumenta à medida que as tempestades se tornam mais frequentes ou intensas, "disse ele. E Porto Rico já experimentou furacões devastadores antes, incluindo o furacão San Felipe Segundo de 1928, que era ainda mais forte do que Maria, bem como os furacões Georges em 1998 e Hugo em 1989.

Outro estudo recente do NGEE-Tropics descobriu que as florestas secas subtropicais de Porto Rico permanecerão resistentes a furacões. Contudo, se a frequência de furacões aumentar significativamente, as florestas não terão tempo suficiente para se regenerar. "Se a frequência de retorno de um distúrbio aumentar, você pode obter um declínio de longo prazo no armazenamento total de carbono, "Disse Chambers.