Mapeando a diversidade funcional das plantas a partir do espaço:monitoramento de ecossistemas com nova integração campo-satélite

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Imagens de satélite de alta resolução que capturaram dados multiespectrais registraram os reflexos da luz das folhas das plantas. Estes dados não são apenas de grande importância para a investigação, fornecendo informações valiosas sobre as propriedades físicas e bioquímicas da vegetação, mas também apresentam padrões impressionantes. Crédito:Sensoriamento Remoto do Meio Ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114082

Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pelo professor Jin Wu da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Hong Kong (HKU), fez um avanço promissor no mapeamento de características funcionais de plantas a partir do espaço usando dados de séries temporais de satélite. O estudo, publicado em Remote Sensing of Environment , mostra a combinação inovadora da missão do satélite Sentinel-2 e suas capacidades dinâmicas de série temporal.

Esta abordagem inovadora não só permite uma compreensão mais profunda das características foliares essenciais, fornecendo informações cruciais sobre a diversidade funcional e o funcionamento dos ecossistemas terrestres, mas também nos equipa com ferramentas poderosas para enfrentar eficazmente os desafios ambientais prementes.

Aproveitar os satélites para observações aprofundadas

As características das plantas são vitais na regulação dos principais processos do ecossistema, como o sequestro de carbono, a regulação da temperatura do ar e a regulação hidrológica em grande escala. Determinam também como os ecossistemas respondem a vários factores de stress ambiental, determinando, em última análise, a sua saúde, resiliência e vulnerabilidade às alterações climáticas.

No entanto, o mapeamento em larga escala destas características tem sido um desafio devido às limitações das metodologias existentes, tais como a dificuldade em capturar características em vastas áreas e questões como disponibilidade de dados, complexidade das características e técnicas de medição.

Para superar esses desafios, a equipe do Professor Wu aproveitou o poder da tecnologia de satélite e introduziu uma abordagem pioneira que combina espectroscopia de vegetação e fenologia. Sua abordagem utilizou imagens de alta resolução do satélite Sentinel-2, que capturou dados multiespectrais em intervalos semanais com resolução de 10 metros.

Ao analisar estas imagens de satélite, a equipa observou e registou os reflexos da luz nas folhas das plantas, fornecendo informações valiosas sobre as propriedades físicas e bioquímicas da vegetação. Estas observações foram então comparadas com o tempo dos eventos do ciclo de vida das plantas, conhecido como fenologia.

Ao integrar os dados de imagens de satélite e observações fenológicas, a equipe conseguiu obter informações abrangentes sobre as características funcionais das plantas em grandes dimensões. Esta integração tem um grande potencial para se estender a outras dimensões das características das plantas, tais como saúde, funcionamento e resiliência das plantas.

Este método passou por testes completos e rigorosos para avaliar sua eficácia, aplicabilidade em diferentes escalas e potencial para monitoramento de alto rendimento. O teste utilizou dados de referência de 12 características foliares coletadas em 14 locais geograficamente distantes dentro da Rede do Observatório Ecológico Nacional (NEON) no leste dos Estados Unidos.

Shuwen Liu, o primeiro autor e Ph.D. candidato do laboratório do professor Wu, afirmou:"Nossa abordagem captura efetivamente a diversidade de características das plantas em escalas espaciais finas, mantendo a precisão em grandes áreas." Liu explicou ainda que seu método supera as limitações de outros métodos que dependem exclusivamente de tipos funcionais de plantas ou aquisições de imagens únicas.

A abordagem proposta superou os métodos tradicionais que dependem de variáveis ambientais ou imagens únicas do Sentinel-2 como preditores, sem exigir variáveis ambientais para melhorar as capacidades preditivas. Esta descoberta sublinha a importância da informação fenológica na previsão de características e sugere que a teoria do "espectro da economia foliar" pode ser o mecanismo subjacente que impulsiona o seu sucesso técnico.

Dada a eficácia comprovada do modelo em 14 locais de ecossistemas diversos nos Estados Unidos, mostra-se uma grande promessa de expansão às escalas nacional e global, permitindo assim a monitorização das características funcionais das plantas desde o ecossistema até aos níveis regional e nacional.

Refletindo sobre o potencial futuro desta investigação, o Professor Wu disse:"Os estudos futuros centrar-se-ão numa validação mais ampla para explorar plenamente o potencial desta tecnologia na ciência básica de fronteira, como a compreensão da resposta da sensibilidade dos ecossistemas terrestres às alterações climáticas e a identificação dos seus respectivos pontos de inflexão.

“Além disso, existe um grande potencial para a ciência aplicada, particularmente na exploração de soluções climáticas baseadas na natureza.”

Mais informações: Shuwen Liu et al, Integração espectro-fenológica para mapeamento de alta resolução, preciso e escalável de características funcionais foliares usando dados Sentinel-2 de série temporal, Sensorização remota do ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114082
Fornecido pela Universidade de Hong Kong

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