Suite

Où puis-je trouver des données spatiales mondiales pour la productivité primaire nette (PNP) ?

Où puis-je trouver des données spatiales mondiales pour la productivité primaire nette (PNP) ?


Où puis-je trouver une source fiable de données spatiales mondiales pour la productivité primaire nette (PNP) ?

J'ai regardé et regardé mais j'ai rencontré divers barrages routiers.


quels sont vos formats et résolutions souhaités (temporel et spatial) ? Une recherche rapide a trouvé de nombreux produits mondiaux dérivés de MODIS, par exemple :

Productivité primaire brute 8 jours L4 Global 1 km https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/modis/modis_products_table/mod17a2

Terra/MODIS Production primaire nette annuelle L4 Global 1km https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/modis/modis_products_table/mod17a3

Projet UMT MODIS GPP/NPP (MOD17)
http://www.ntsg.umt.edu/project/mod17

Pour les produits USGS LP DAAC, cette page décrit les options d'accès aux données


Cet ensemble de données fournit quatre fichiers de données contenant des estimations maillées (0,5 degré) de la productivité primaire nette (NPP), de l'altitude, de la température, des précipitations, du NDVI et du type de biome pour certaines régions terrestres du monde. Les données de terrain utilisées pour développer les estimations de la PPN provenaient de 15 sources de données mondiales dans plusieurs biomes différents couvrant la période 1954-1998. Les valeurs NPP ont été développées à partir d'inventaires de ressources naturelles sur le terrain (par exemple, forêt, parcours, culture) à différentes échelles, de la parcelle au comté à partir de données compilées à partir de la littérature publiée et de cartes à haute résolution à partir de modèles de simulation utilisant des variables indépendantes clés provenant d'analyses de régression avec des variables environnementales et en utilisant les relations entre les indices spectraux de végétation de télédétection et les observations de terrain.

NPP_Gridded_3654_cells_R3.csv (un fichier de formes de ces données est également inclus) avec 3 654 cellules de grille de 0,5 degré, convient au niveau du biome et aux analyses globales en raison d'une plus grande taille d'échantillon. Dans ce fichier, 36 cellules ont uniquement une production primaire nette en surface (ANPP), 320 cellules ont uniquement une production primaire nette totale (TNPP) et 3 298 cellules ont à la fois TNPP et ANPP. NPP_Gridded_2335_unique_cell_R3s.csv (un fichier de formes de ces données est également inclus), a été dérivé du fichier plus volumineux et contient 2 335 cellules de grille de 0,5 degré après exclusion des valeurs aberrantes, les mesures répétées ont été moyennées pour chaque emplacement géographique unique et les cellules classées comme eau, les sols nus et urbains ont été exclus. Ce fichier de données plus petit est plus approprié pour les intercomparaisons modèle/données.

Dans l'ensemble, les valeurs quadrillées de l'ANPP allaient de 3 à 890 gC/m 2 /an, et les valeurs quadrillées du TNPP allaient de 3 à 1 235 gC/m 2 /an. Les valeurs les plus faibles concernent les sols à végétation clairsemée (par exemple, les zones arbustives ouvertes) et les valeurs les plus élevées concernent les forêts.

Notes de révision : Cet ensemble de données a été révisé pour corriger la couverture temporelle précédemment rapportée des mesures de données de terrain qui ont été utilisées pour développer les estimations de la centrale nucléaire et le titre de l'ensemble de données a également été corrigé pour refléter le changement de date. Les codes de valeur manquants ont été ajoutés. Veuillez consulter la section Révisions des ensembles de données de ce document pour obtenir des informations détaillées.


Comprendre la biomasse forestière et la productivité primaire nette dans l'écosystème himalayen à l'aide d'une approche géospatiale

La forêt fonctionne comme puits-source du CO atmosphérique2 par conséquent, ils font partie intégrante du cycle mondial terrestre du carbone. La biomasse et la productivité primaire sont les paramètres biophysiques dynamiques cruciaux pour comprendre le fonctionnement de l'écosystème dans tout paysage forestier. La présente étude a été réalisée dans le bassin versant de l'Aglar situé dans la chaîne himalayenne indienne extérieure. Nous avons effectué une modélisation géospatiale des données de terrain au niveau de la parcelle sur la biomasse forestière au-dessus du sol (AGB) en les corrélant avec des variables texturales, spectrales et transformées linéairement extraites des données Landsat 8 OLI à l'aide de l'algorithme d'apprentissage automatique de forêt aléatoire (RF). Nous avons également appliqué la fonction d'élimination de caractéristiques récursives (RFE) pour obtenir les variables contribuant le plus à la prédiction AGB. Une combinaison de 24 parmi 96 variables a été identifiée comme les variables les plus efficaces. L'AGB au sol variait de 62,54 à 470,98 Mg ha -1 , tandis que l'AGB modélisé par RF variait de 48,5 à 407,73 Mg ha -1 . Les résultats ont indiqué que les variables sélectionnées par RFE étaient capables de prédire AGB avec R 2 de 0,84, RMSE de 42,03 Mg ha −1 , MAE de 34,68 et %RMSE de 19,49 Mg ha −1 qui a été accepté compte tenu de la complexité du terrain. Une approche d'efficacité d'utilisation légère a été utilisée pour modéliser la centrale nucléaire mensuelle à l'aide des données Landsat 8 OLI. Les résultats ont indiqué que Quercus la forêt mixte avait l'assimilation de carbone la plus élevée (95 148 073,9 gC) suivie par Pinus roxburghii (1 863 187,7 gC), Cedrus deodara (5 752 954,1 gC) et forêt mixte (2 634 737,1 gC). Le modèle saisonnier de la centrale nucléaire a indiqué que sa grève a culminé en octobre, tandis que décembre et janvier étaient les mois de soudure, suggérant que la centrale nucléaire est régie par des facteurs climatiques, à savoir. PAR, précipitations et température. Une telle étude au niveau des bassins versants dans un terrain himalayen complexe aiderait à comprendre les processus biogéochimiques complexes dans les bassins et les services écosystémiques fournis par les forêts.

Ceci est un aperçu du contenu de l'abonnement, accessible via votre institution.


Productivité primaire

La productivité primaire (PP) est définie comme le taux de stockage d'énergie ou de masse en matière organique des plantes par unité de surface terrestre. Dans les écosystèmes terrestres, la PP est classiquement divisée en deux composantes : 1) la productivité primaire brute (PPB) est la quantité de matière organique synthétisée par les plantes par unité de surface au sol par unité de temps, et 2) la productivité primaire nette (PPN) est la quantité de cette matière organique qui reste après consommation respiratoire de matière organique par les plantes (Rune). Tous les organismes hétérotrophes dépendent des centrales nucléaires pour leurs besoins alimentaires. Dans les forêts, Clark et al. (2001) ont souligné qu'une définition de travail de la NPP pour les mesures réelles doit être adaptée de la définition formelle (ci-dessus) car les mesures directes de la GPP et du Rune ne sont pas possibles et la prise en compte d'une variété d'autres pertes de matière organique des tissus végétaux au cours d'un intervalle de mesure peut également être difficile. En théorie, la PPN pourrait être quantifiée comme suit :

Composants de la biomasse

Biomasse aérienne totale

Biomasse souterraine totale

Biomasse végétale totale

Composants de production

g/m 2 -an (1997)

où ∆B est le changement net de la biomasse et M, H, L et V sont les pertes de matière organique des tissus végétaux dues à la mortalité, à l'herbivorie, au lessivage et à la volatilisation, respectivement. La raison pour laquelle nous devons ajouter des termes de perte comme la mortalité à ∆B lors du calcul de la PPN forestière est illustrée par le cas où ∆B=0 : si la biomasse vivante ne change pas au cours d'un intervalle de temps pendant lequel des pertes de matière organique se produisent, alors la les plantes doivent avoir ajouté de la nouvelle matière organique pour remplacer ces pertes. Ainsi, les termes de perte seraient égaux à cette nouvelle production. Pour estimer la centrale nucléaire forestière à Hubbard Brook, nous quantifions les changements dans la biomasse des arbres vivants à l'aide des équations allométriques (décrites ci-dessus) et nous estimons les principaux termes de perte, la mortalité des arbres et la mortalité des tissus éphémères (feuilles et racines fines). Certains des autres termes de perte dans l'équation 1 ont également été mesurés à Hubbard Brook. Bien que H, L et V comprennent généralement une proportion relativement faible de NPP aérienne (ANPP), l'herbivorie peut être importante lors de rares irruptions d'insectes défoliateurs. Par exemple, pendant l'année de pointe d'une irruption de 3 ans d'une chenille défoliatrice (Heterocampa guttivita) environ 44 % des tissus foliaires ont été consommés dans la forêt de feuillus à HBEF, avec des taches locales de défoliation de 100 % (Holmes et Sturges 1975). Enfin, les termes de perte pour les centrales nucléaires souterraines (BNPP) sont notoirement difficiles à mesurer et peuvent comprendre une part substantielle de la centrale nucléaire qui est particulièrement sensible aux changements environnementaux, au climat, au CO atmosphérique.2 et la fertilité des sols.

Les premières estimations de l'ANPP de la forêt Hubbard Brook ont ​​été calculées dans les années 1960 par Whittaker et al. (1974). A cette époque, la forêt sur W6 avait environ 50 ans et l'ANPP était estimée à 924 g/m 2 -an. Depuis lors, l'ANPP a considérablement diminué Fahey et al. (2005) ont estimé l'ANPP de la même forêt à l'âge d'environ. 90 ans à 708 g/m 2 -an (tableau 1). Environ la moitié de ce total était associée à l'accroissement du tissu ligneux et l'autre moitié au remplacement du tissu éphémère (principalement du feuillage). L'ANPP de la forêt de feuillus du nord du ruisseau Hubbard est semblable à une variété d'autres Acer-dominée des forêts dans le monde (tableau 2).

La production souterraine (BNPP) comprend la croissance des racines ligneuses pérennes, le remplacement des racines fines éphémères ainsi que la matière organique allouée aux champignons mycorhiziens et autres flux de la rhizosphère (ex. exsudation des racines). Des observations directes de racines fines au ruisseau Hubbard à l'aide de minirhizotrons indiquent que la plupart des plus petites racines de premier et de deuxième ordre ont une durée de vie d'environ un an, tandis que les racines d'ordre supérieur (ordre 3-4) vivent plusieurs années (Tierney et Fahey 2001). Sur la base de ces observations, la production de racines fines (< 1 mm) a été estimée à 182 g/m 2 -an, considérablement inférieure à la production de tissus éphémères aériens (342 g/m 2 an Tableau 2). Cependant, le flux total de C de la rhizosphère a été estimé à 160 g/m2-an (Fahey et al. 2005), de sorte que le BNPP peut représenter jusqu'à 37 % du total des NPP forestiers (tableau 1).


Figure 3. Schéma spatial de la productivité primaire nette au-dessus du sol estimée dans la vallée du ruisseau Hubbard pour 1990-1995. Les interpolations sont basées sur 370 placettes pour lesquelles la croissance en diamètre de tous les arbres (> 10 cm DHP) a été mesurée. Des estimations d'erreurs sont données dans le texte. (Fahey et al., 2005).

Le modèle spatial de l'ANPP de la forêt du ruisseau Hubbard reflète généralement celui de la biomasse (comparer la figure 2 par rapport à 3).

Par exemple, 42 % de la variation de la production de biomasse ligneuse s'explique par la biomasse aérienne sur les 370 parcelles représentées aux figures 2 et 3. Le découplage le plus notable entre la biomasse et la productivité concerne les peuplements dominés par le sapin, le bouleau et l'épinette aux altitudes supérieures, où le rapport production/biomasse est notablement plus élevé qu'ailleurs dans la vallée de la HB. Le modèle temporel de la centrale nucléaire à la suite d'une perturbation à grande échelle suit le modèle habituel d'augmentation jusqu'à une valeur maximale après quelques décennies, suivie d'un déclin à des âges plus élevés. Un tel déclin lié à l'âge de la PPN semble être pratiquement universel dans toutes les forêts (Ryan et al. 1997) et a été attribué à un large éventail de causes. Ces modèles temporels et spatiaux soulèvent la question fondamentale : qu'est-ce qui limite la centrale nucléaire dans la forêt du ruisseau Hubbard ?

En général, les centrales nucléaires forestières sont limitées par une variété de conditions environnementales (par exemple, la température) et de ressources. Dans le climat tempéré froid du nord-est, la courte saison de croissance pendant laquelle les températures sont propices à la croissance des plantes (c'est-à-dire la saison sans gel est en moyenne de 145 jours Bailey et al. 2003) est une contrainte fondamentale pour la centrale nucléaire. Les limitations de température contribuent à la fois à la variation temporelle et spatiale de la centrale nucléaire du ruisseau Hubbard. Par exemple, l'intervalle de temps entre la sortie de la feuille et la sénescence pour les feuillus à feuilles caduques varie d'environ 30 jours au cours des années à HBEF (environ 125 à 155 jours Bailey et al. 2003), et la plage de cet indice de la durée de la saison de croissance à travers l'altitude (480-820 m) au ruisseau Hubbard est d'environ 21 jours. Selon le modèle de simulation PnET, environ 25 % de la variation annuelle de la GPP peut être expliquée par la durée de la saison de croissance. Cependant, la respiration des plantes est également plus importante les années où les saisons sont longues et chaudes, de sorte que l'effet sur la NPP est beaucoup plus faible (par exemple, seulement 6 Le pourcentage d'annuel dans la photosynthèse nette s'explique par la durée de la saison de croissance (Figure 4).


Figure 4. Effet de la durée de la saison de croissance sur la productivité primaire simulée à l'aide du modèle PnET-II (Aber et al. 1995) paramétré pour une forêt de feuillus nordiques au HBEF. La durée de la surface foliaire (LAIMo) représente le produit du LAI forestier estimé quotidiennement et des intervalles de temps mensuels pour chaque année. (Fahey et al., 2005).

Une autre condition atmosphérique qui limite les centrales nucléaires forestières est le CO atmosphérique2 concentration telle que démontrée dans le CO à l'air libre2 études d'enrichissement (FACE) dans plusieurs forêts (Norby et al. 2005). Bien que les expériences FACE n'aient pas été menées à HBEF, nous avons utilisé le modèle PnET pour évaluer les effets possibles de l'augmentation du CO2 sur les centrales nucléaires, indépendamment des effets du changement climatique. Un effet clé de la hausse du CO atmosphérique2 la concentration sur la physiologie forestière est de permettre un meilleur contrôle stomatique sur la perte d'eau. L'efficacité d'utilisation de l'eau (WUE) est définie comme le rapport de la photosynthèse des plantes par unité de perte d'eau par transpiration. Des mesures récentes indiquent que le WUE des forêts du nord-est des États-Unis a augmenté régulièrement avec le CO atmosphérique2 au cours des deux dernières décennies (Keenan et al. 2013), expliquant probablement l'observation inattendue selon laquelle la baisse de l'évapotranspiration réelle des bassins versants HB a accompagné la hausse des températures (voir le chapitre sur le changement climatique)

Le résultat de l'efficacité de l'utilisation de l'eau met l'accent sur le fait que la disponibilité des ressources en sol constitue une contrainte importante pour la centrale nucléaire forestière. Bien que les précipitations soient modérément élevées à HBEF et uniformément réparties tout au long de l'année, des déficits en eau du sol et un stress hydrique surviennent occasionnellement. Les espèces d'arbres dominantes évitent la sécheresse et ferment leurs stomates à un potentiel hydrique du sol relativement élevé, réduisant ainsi les dommages potentiels mais limitant le gain de C photosynthétique (Federer 1977). Notamment, le réchauffement climatique régional qui, en l'absence de CO2-les augmentations induites de la WUE favoriseraient une perte d'eau plus élevée par les arbres, s'est accompagnée d'une augmentation des précipitations annuelles (voir chapitre sur le changement climatique)

Le rôle de la fertilité du sol dans la limitation de la PPN des forêts de feuillus nordiques a fait l'objet d'études considérables au fil des ans. Sur la base d'une méta-analyse récente d'études sur la fertilisation des forêts, Vadeboncoeur (2010) a conclu que la centrale nucléaire de la plupart des jeunes forêts de feuillus nordiques (par exemple < 30 ans) a répondu à l'ajout de N, P, K ou Ca ou de diverses combinaisons, avec une limitation principale par N étant le plus commun. Les preuves de la limitation des éléments nutritifs de la centrale nucléaire dans les forêts matures étaient mitigées. Les résultats récents d'une expérience d'amendement des éléments nutritifs N x P en cours dans et autour de HBEF suggèrent que la limitation du P peut être répandue dans les forêts de feuillus nordiques matures.

Les effets de la variation naturelle de la disponibilité des éléments nutritifs du sol sur l'accumulation de biomasse et la centrale nucléaire de la forêt Hubbard Brook ont ​​été modifiés par les apports de polluants dérivés de l'activité humaine : précipitations acides et dépôts d'azote. Bien que les preuves directes que le dépôt de N ait altéré la NPP de la forêt mature soient rares, la réduction de la NPP due à l'épuisement des cations basiques du sol par les dépôts acides a été démontrée de manière concluante dans l'expérience de remédiation du Ca sur W1 à HBEF (Battles et al. 2013). Comme indiqué précédemment, le plateau inattendu de la biomasse forestière sur W6 s'explique en partie par cet effet. Plus précisément, l'épuisement du Ca du sol a limité l'accumulation de biomasse principalement en provoquant le déclin de l'espèce dominante, l'érable à sucre, qui est particulièrement sensible à la faible disponibilité du Ca dans le sol (Long et al. 2009). La détérioration de la couronne et la réduction du LAI de l'érable à sucre, attribuées à l'épuisement du Ca du sol, ont contribué à l'ANPP et à l'accumulation de biomasse relativement faibles sur W6 (Battles et al. 2014). En plus de la photosynthèse nette réduite en raison de la perte de LAI, des coûts plus élevés de réparation des plaies et de défense des plantes accompagnent la nutrition altérée en Ca de l'érable à sucre dans la forêt de référence (Huggett et al. 2007 Halman et al. 2015). Comme détaillé par Tominaga et al. (2010), le rétablissement de l'état des cations basiques du sol devrait être retardé dans un avenir immédiat en raison de l'ampleur élevée des pertes du 20 e siècle et des dépôts acides continus (bien qu'à des niveaux inférieurs).


Chiffre. 5. ANPP pour trois zones d'élévation de W2 (losange ouvert, tiers inférieur carré ouvert, tiers milieu triangle ouvert, tiers supérieur) par rapport aux moyennes des sites pour les sites exploités de manière conventionnelle (carrés pleins). (Reiners et al., 2012).

Une étude de cas intéressante du développement de la biomasse forestière et des centrales nucléaires à la suite de perturbations à grande échelle dans les feuillus nordiques est fournie par l'étude de déforestation sur W2. Reiners et al. (2012) ont émis l'hypothèse que la perturbation extrême du traitement de déforestation sur W2 (voir le résumé expérimental de W2) dépasserait la capacité de résilience de l'écosystème forestier. En particulier, le traitement a entraîné la perte de 28 % du stock écosystémique de N total (ainsi que de plus petites proportions de cations basiques) a éliminé la germination végétative et la régénération anticipée en tant que sources de régénération de la forêt et a considérablement réduit l'abondance des cerisiers en pin à croissance rapide. . Étonnamment, malgré un décalage initial dans l'accumulation de biomasse et la productivité primaire nette, la forêt sur W2 a suivi une trajectoire similaire (bien qu'inférieure) à des sites comparables qui avaient été récoltés par des méthodes conventionnelles (figure 5).

La croissance et l'accumulation de biomasse les plus lentes ont été observées dans la zone d'altitude supérieure du bassin versant où les sols sont plus minces et moins fertiles (Johnson et al. 2000). Ces observations illustrent que les forêts de feuillus nordiques sur des sols modérément fertiles présentent une forte résilience de la productivité. Les mécanismes contribuant à cette haute résilience méritent une étude plus approfondie, mais peuvent inclure une altération biologiquement améliorée des minéraux primaires (Blum et al. 2002), la fixation biologique de l'azote (Bormann et al. 1993) et une minéralisation accrue de la matière organique du sol relativement stable.


Informations sur la couverture des terres et les changements d'utilisation des terres

Cette image montre l'indice de végétation à différence normalisée (NDVI) mensuel global du spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS) inclus dans le produit MOD13C2. Les indices de végétation sont utilisés pour surveiller globalement les conditions de végétation et sont utilisés dans des produits affichant la couverture terrestre et les changements de couverture terrestre. Ces données peuvent être utilisées comme données d'entrée pour la modélisation des processus biogéochimiques et hydrologiques mondiaux et du climat mondial et régional. Ces données peuvent également être utilisées pour caractériser les propriétés biophysiques de la surface terrestre, y compris la couverture terrestre. Données disponibles via le Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) de la NASA.

Biomes anthropiques du monde - Europe

Les ensembles de données sur les biomes anthropiques décrivent la végétation naturelle potentielle, les biomes, transformés par une densité de population humaine soutenue et l'utilisation des terres, y compris l'agriculture et l'urbanisation. Les catégories de biomes anthropiques (Anthromes) sont définies par la densité de population et l'intensité d'utilisation des terres. Les données se composent de 19 classes d'anthrome dans six grandes catégories. Données disponibles via le Centre de données et d'applications socioéconomiques de la NASA (SEDAC).

Répartition spatiale de la productivité primaire nette - Afrique

La partie Global Patterns in Net Primary Productivity (NPP) de la collection HANPP cartographie la quantité nette d'énergie solaire convertie en matière organique végétale par photosynthèse. La PPN est mesurée en unités de carbone élémentaire et représente la principale source d'énergie alimentaire pour les écosystèmes du monde. Données disponibles via SEDAC.

Lac Natron, Tanzanie

Le lac Natron, en Tanzanie, est situé dans la vallée du Grand Rift en Afrique. Le minéral du lac hautement alcalin est alimenté par des sources chaudes riches en minéraux et impacté par les cendres volcaniques de la vallée du Grand Rift.En raison de la biodiversité unique, la Tanzanie a inscrit le bassin du lac Natron sur la liste Ramsar des zones humides d'importance internationale le 4 juillet 2001. Cette image du radiomètre d'émission thermique spatiale avancée (ASTER) simulé en couleur naturelle a été acquise le 8 mars 2003. Données disponibles via LP DAAC.

Affaissement dans le bassin d'eau souterraine de McMullen Valley, Arizona

Les bandes colorées de cet interférogramme radar à synthèse d'ouverture (SAR) montrent l'enfoncement progressif des terres (affaissement) dans le bassin d'eau souterraine de McMullen Valley en Arizona entre avril 2010 et mai 2015. Les bandes colorées de cet interférogramme montrent l'enfoncement progressif des terres (affaissement) dans Bassin d'eau souterraine de McMullen Valley en Arizona entre avril 2010 et mai 2015. Le bassin McMullen est une zone agricole située à environ 100 miles (161 km) à l'ouest de Phoenix, AZ, et couvre près de 650 miles carrés (environ 1 684 km²). Dans l'interférogramme ci-dessus, la subsidence est indiquée là où la séquence de couleurs passe au bleu, rouge, jaune, vert, bleu, etc. (ou toute combinaison, mais en passant par les couleurs dans cet ordre). Le soulèvement est indiqué là où la séquence de couleurs passe au bleu, vert, jaune, rouge, bleu, etc. (ou toute combinaison, mais en passant par les couleurs dans cet ordre). Les données SAR sont disponibles via le DAAC de l'Alaska Satellite Facility (ASF) de la NASA. Découvrez plus d'informations sur l'image McMullen.

Incendies dans l'ouest des États-Unis - 4 juillet 2015

Cette image MODIS Aqua montre des incendies et de la fumée provenant de plusieurs incendies dans l'ouest des États-Unis au début du mois de juillet 2015. Une ressource clé pour les pompiers forestiers et les gestionnaires du monde entier est le système d'information sur les incendies pour la gestion des ressources (FIRMS) de la NASA, qui fait partie de la Terre de la NASA. Observing System Data and Information System (EOSDIS). Grâce à FIRMS, les utilisateurs peuvent visualiser de manière interactive les données d'incendie via le Web Fire Mapper, rechercher l'ensemble des archives des données actives d'incendie / de point chaud dérivées de l'instrument MODIS à bord des satellites Aqua et Terra de la NASA et s'inscrire à recevoir des alertes par e-mail d'incendie FIRMS automatisées pour leurs zones géographiques d'intérêt. Visualisez et téléchargez les incendies MODIS et les données d'anomalies thermiques en temps quasi réel à l'aide de Worldview de la NASA.

Utilisation mondiale harmonisée des terres pour les années 1900 et 2100

Ces données représentent des modèles d'utilisation des terres et d'occupation des sols fractionnaires chaque année pour les années 1900 et 2100 pour le globe à 0,5 degré (

résolution spatiale de 50 km). Les catégories d'utilisation des terres des terres cultivées, des pâturages, des terres primaires, des terres secondaires (de récupération) et des terres urbaines, ainsi que les transitions annuelles sous-jacentes d'utilisation des terres, sont incluses. Des données annuelles sur l'âge et la densité de biomasse des terres secondaires, ainsi que la récolte annuelle de bois, sont incluses pour chaque cellule de la grille. Les données historiques d'occupation des sols pour les années 1500-2005 sont basées sur HYDE 3.1 et les projections d'occupation des sols futures pour la période 2006-2100 proviennent de quatre scénarios de modèle d'évaluation intégrée (IAM) qui atteignent différents niveaux de forçage radiatif d'ici l'an 2100 : MESSAGE (8.5 W/m2), AIM (6 W/m2), GCAM (4,5 W/m2) et IMAGE (2,6 W/m2). Ces données sont disponibles au DAAC du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) de la NASA.

Inondations dans l'Arkansas et l'Oklahoma - Mai 2015

Mai 2015 a enregistré des précipitations record à presque record dans une grande partie du sud des États-Unis. Cela a provoqué des inondations et des évacuations dans l'Arkansas, le Texas et l'Oklahoma. Cette image satellite MODIS Aqua en fausses couleurs, acquise le 26 mai 2015, montre la rivière Arkansas qui traverse l'Oklahoma et l'Arkansas. Le 26 mai, la rivière a atteint 33,39 pieds (10,18 mètres) à la jauge Van Buren près de Fort Smith. Le stade d'inondation dans cette zone est de 22 pieds au-dessus de 31 pieds est considéré comme une inondation majeure.

Pratiques agricoles dans le monde

Les pratiques agricoles se sont développées en fonction de la topographie, du type de sol, du type de culture, des précipitations annuelles et de la tradition. Dans ce montage de six sous-images ASTER, les différences sont illustrées graphiquement par la variation de la géométrie et de la taille du champ. Au Minnesota (en haut à gauche) le quadrillage très régulier reflète l'arpentage du début du 19e siècle, la taille des champs est fonction de la mécanisation et qui dicte une certaine efficacité. Au Kansas (milieu supérieur), l'irrigation à pivot central est responsable de la configuration du champ. Dans le nord-ouest de l'Allemagne (en haut à droite), la petite taille et le motif aléatoire des champs sont un vestige du Moyen Âge. Près de Santa Cruz, en Bolivie (en bas à gauche), les champs en forme de tarte ou à motifs radiaux font partie d'un plan de peuplement au centre de chaque unité se trouve une petite communauté. En dehors de Bangkok, en Thaïlande (en bas au milieu), les rizières alimentées par un vaste réseau de canaux vieux de plusieurs centaines d'années, apparaissent comme de petits champs rectangulaires maigres. Et dans le Cerrado au sud du Brésil (en bas à droite), le prix bas du terrain et sa planéité ont donné lieu à d'énormes fermes et à des champs de grande taille. Chaque sous-image ASTER couvre une superficie de 10,5 x 12 km. Les données ASTER sont disponibles via LP DAAC.

Crédit de légende : NASA/GSFC/METI/Japan Space Systems, et équipe scientifique américaine/japonaise ASTER

Cette Sentir notre planète La publication contient des articles qui montrent comment les scientifiques utilisent les données des sciences de la Terre de la NASA au profit de la société. Recherchez dans les archives complètes couvrant la période 1994-2018.


Conclusion

Le développement socio-économique profite aux humains, mais la demande croissante d'énergie entraîne une pénurie de ressources et une détérioration de l'environnement. Les ressources naturelles renouvelables sont considérées comme une nouvelle source d'énergie alternative et attirent de plus en plus l'attention. Dans cet article, nous avons calculé les valeurs énergétiques des ressources naturelles renouvelables à Hokkaido et visualisé leurs distributions. Les cartes de répartition des ressources ont été générées à une résolution de 100 m, et les zones avec certaines ressources avantageuses peuvent être facilement identifiées. Ainsi, les recommandations politiques concernant l'utilisation des ressources peuvent être concentrées en conséquence. Par exemple, dans les zones où les vents sont à haute valeur énergétique, des centrales éoliennes devraient être développées, tandis que des centrales solaires pourraient être envisagées pour les zones riches en rayonnement solaire émergé. Étant donné que les écosystèmes végétaux, tels que la forêt et l'herbe, stockent des ressources naturelles renouvelables, nous avons également évalué la centrale nucléaire en tant que mesure des produits renouvelables des écosystèmes. La carte d'utilisation des terres montre que les zones naturelles ont des densités d'énergie et des centrales nucléaires plus élevées que les autres zones, indiquant que l'écosystème dans ces zones a une productivité plus élevée et peut également fournir de meilleurs services écosystémiques. Des valeurs énergétiques plus précises pour les ressources naturelles renouvelables et leurs distributions spatiales constitueraient une référence utile pour les décideurs politiques dans la prise de décisions environnementales. Dans le cas d'une exploitation économique pouvant porter atteinte à l'écosystème naturel, les résultats R/NPP fournis dans ce document peuvent être utilisés comme indicateur et servir de référence pour une meilleure planification et gouvernance afin de minimiser les impacts.


Introduction

Comme avec d'autres mammifères, la variation écogéographique de la morphologie humaine récente semble suivre les « règles » de Bergmann 1 et d'Allen 2 , comme avec l'augmentation de la distance de l'équateur ou la diminution de la température ambiante, la masse corporelle augmente 3,4,5,6,7 et les membres sont plus courts par rapport au tronc 6,7,8,9 . Stature 10, largeur du corps 11,12, longueur relative des segments distaux des membres (avant-bras/jambe et mains/pieds) 13,14,15, forme nasale 16,17,18 et forme de la voûte crânienne 19,20,21,22 ,23 et la surface corporelle 24 présentent également une variation clinique avec la latitude. Une masse corporelle plus importante, des membres relativement plus courts, un corps plus large, des segments de membres distaux proportionnellement plus courts et une voûte crânienne plus arrondie réduisent les pertes de chaleur dans les environnements froids en diminuant le rapport surface/volume de 5,25 et suggèrent l'impact de la sélection naturelle sur l'homme forme du corps. Cependant, d'autres facteurs climatiques tels que les précipitations et l'humidité pourraient exercer des pressions sélectives différentes sur la morphologie 26,27. Contrairement aux environnements chauds et secs où la transpiration est une stratégie thermorégulatrice efficace et où les membres plus longs offrent une plus grande surface pour la perte de chaleur par évaporation [bien que voir 28 ], dans des conditions humides, la perte de chaleur par évaporation est inefficace, et une production de chaleur métabolique réduite par une masse corporelle plus petite peut être la cause mécanisme principal pour limiter le stress thermique 26 . L'influence potentielle de ces différentes composantes climatiques sur les proportions corporelles n'a pas été largement étudiée [9 est une exception notable], et la température est souvent supposée être le principal moteur des modèles écogéographiques, la latitude étant fréquemment utilisée comme indicateur imparfait dans les analyses [par exemple, 4,5,6,29 ].

La mesure dans laquelle le phénotype reflète le climat en soi, plutôt que d'autres variables qui varient avec le climat et qui peuvent en fait entraîner une variation écogéographique de la taille et des proportions corporelles, n'a pas été largement explorée. La température, les précipitations, la saisonnalité et l'humidité influencent la productivité de l'environnement et peuvent donc affecter le régime alimentaire et la nutrition 15 . Comme une taille plus courte et des membres proportionnellement plus courts sont également connus pour résulter d'une mauvaise santé et d'une mauvaise nutrition ou d'autres stress au cours du développement 30,31,32,33, nous pourrions nous attendre à ce qu'une plus grande productivité environnementale (reflétée par la productivité primaire nette ou NPP) soit associée à une stature et des membres inférieurs absolument et relativement plus longs.

Cependant, les plantes des zones équatoriales ont plus de défenses chimiques ou physiques qui les rendent moins disponibles pour la consommation animale, ont un pic saisonnier d'abondance des ressources plus faible 34,35,36,37 et poussent dans des sols moins fertiles 35,36. « NPP pertinent sur le plan écologique et évolutif » [« eNPP » : 35,36 ], essentiellement NPP pendant la saison de croissance, culmine à environ 60 degrés au nord et au sud pour les écosystèmes terrestres et marins, et est censé entraîner des pics géographiques parallèles de la taille corporelle pour un gamme de mammifères, y compris les humains 34,35,36,37 . La NPP (ou eNPP) est une approximation imparfaite de l'adéquation nutritionnelle 35 , qui pour les humains est affectée par une série de facteurs, y compris (mais sans s'y limiter) la disponibilité de micronutriments spécifiques, la variabilité locale de l'écologie, les influences culturelles sur le régime alimentaire et la subsistance ou la l'utilisation des ressources aquatiques dans l'alimentation, il sert de proxy utile pour la variation à l'échelle mondiale de la disponibilité générale des ressources. Alternativement, la charge d'agents pathogènes est plus élevée dans les régions tropicales 38 et il a été proposé qu'elle conduise à un investissement plus important dans la fonction immunitaire chez les humains 39, 40 et d'autres animaux [par exemple, 41, 42 ] au détriment de la croissance par rapport aux régions tempérées.

De plus, plusieurs études récentes démontrent que l'histoire de la population et les processus évolutifs neutres expliquent une proportion importante de la variation géographique de la morphologie crânienne et pelvienne 8,21, 22,43,44,45,46,47,48,49,50 et de la surface corporelle rapport au volume [par exemple, 24 ], souvent plus que les variables environnementales, tout en soutenant également les influences climatiques sur certaines caractéristiques 16,20,21,48 . Inversement, les résultats pour les signatures de l'histoire de la population ont été mitigés pour la taille et les proportions des os des membres 29,46,51. Cependant, les études précédentes sur la variation mondiale des proportions des membres et du tronc dans les populations vivantes n'ont pas pris en compte l'ascendance commune, ce qui peut confondre les relations apparentes entre la morphologie et le climat.

Par conséquent, les associations largement citées entre la variation phénotypique humaine et le climat doivent encore être soumises à des analyses plus nuancées pour établir leurs relations potentielles avec des variables climatiques spécifiques, ainsi que l'influence probable de variables liées au climat telles que la productivité environnementale et la population. l'histoire. Dans cette étude, nous utilisons l'anthropométrie d'un large échantillon mondial de populations pour étudier l'association de la variation de la stature, de la hauteur d'assise et de la longueur des membres inférieurs (LLL : à la fois absolue et relative à la longueur du tronc) avec des conditions climatiques spécifiques (température, humidité) et variables environnementales (NPP), en tenant compte de l'histoire de la population.


Éditeurs de numéros spéciaux

La production primaire océanique est le taux de synthèse de matière organique par le phytoplancton marin à travers le processus de photosynthèse et détermine le flux d'énergie à travers la chaîne trophique dans l'océan mondial. Au cours des dernières décennies, les capteurs embarqués sur les plates-formes satellitaires ont permis un échantillonnage à distance de la surface de l'océan à des échelles temporelles et spatiales synoptiques, offrant une approche rentable pour étudier la production primaire de l'océan et sa relation avec les cycles biogéochimiques. Plus de vingt modèles de production primaire marine ont été développés et fonctionnent uniquement à l'aide de données de télédétection. Dans ce cadre, les éditeurs de ce numéro spécial souhaitent inviter à la fois des contributions de recherche appliquée et théorique sur la bio-optique marine traitant de nouveaux algorithmes, des applications innovantes pour les eaux côtières et hauturières et la calibration/validation de récupérations basées sur des mesures/modélisations indépendantes. simulations. L'objectif principal est de rassembler des scientifiques/chercheurs liés à ces sujets, de mettre en évidence les investigations en cours et les nouvelles applications dans le domaine. Par conséquent, les sujets potentiels pour les documents de recherche originaux et les articles de synthèse sur les applications de la télédétection à la production primaire océanique comprennent, sans s'y limiter :

  • Suivi de la production primaire océanique
  • Changements/tendances/modifications dans les observations de la production primaire océanique
  • Développement, validation et étalonnage d'algorithmes de production primaire
  • Modélisation de la production primaire en milieu marin
  • Production primaire dans les zones côtières
  • Prévision de la production primaire océanique
  • PFT télédétecté et production primaire marine
  • Comparaison des estimations de la production primaire océanique par télédétection et des simulations de modèles biogéochimiques

Informations sur la soumission du manuscrit

Les manuscrits doivent être soumis en ligne sur www.mdpi.com en s'inscrivant et en se connectant à ce site Web. Une fois inscrit, cliquez ici pour accéder au formulaire de soumission. Les manuscrits peuvent être soumis jusqu'à la date limite. Tous les articles seront évalués par des pairs. Les articles acceptés seront publiés en continu dans la revue (dès leur acceptation) et seront répertoriés ensemble sur le site Web du numéro spécial. Des articles de recherche, des articles de synthèse ainsi que de courtes communications sont invités. Pour les articles prévus, un titre et un court résumé (environ 100 mots) peuvent être envoyés au bureau éditorial pour annonce sur ce site.

Les manuscrits soumis ne doivent pas avoir été publiés auparavant, ni être à l'étude pour publication ailleurs (à l'exception des actes de conférence). Tous les manuscrits sont soumis à un examen approfondi par le biais d'un processus d'examen par les pairs en simple aveugle. Un guide pour les auteurs et d'autres informations pertinentes pour la soumission de manuscrits sont disponibles sur la page Instructions pour les auteurs. Télédétection est une revue bimensuelle internationale à comité de lecture en libre accès publiée par MDPI.

Veuillez visiter la page Instructions pour les auteurs avant de soumettre un manuscrit. Les frais de traitement des articles (APC) pour la publication dans cette revue en libre accès sont de 2400 CHF (francs suisses). Les articles soumis doivent être bien formatés et utiliser un bon anglais. Les auteurs peuvent utiliser le service d'édition en anglais de MDPI avant la publication ou pendant les révisions d'auteur.


Moteurs de la dynamique de la productivité primaire nette à travers les zones écologiques du plateau mongol

Comprendre les moteurs et les mécanismes de la dynamique de la productivité des prairies est une condition préalable à l'étude d'institutions et de politiques de ressources efficaces qui peuvent être utilisées pour régir les ressources des prairies de manière durable. Nous présentons une analyse diagnostique des principaux moteurs de la dynamique de la productivité primaire nette (PNP) des prairies à travers les zones écologiques du plateau mongol. Nous avons estimé un modèle spatial de données de panel pour la centrale nucléaire (1986-2009) en fonction de variables climatiques et socio-économiques. Des modèles de panneaux spatiaux statiques et dynamiques ont été estimés dans chacune des sous-régions, qui ont été classés en fonction des moyens de subsistance ruraux et des modèles écologiques de la dynamique des prairies, afin d'identifier les principaux moteurs de la dynamique des centrales nucléaires. Les résultats de la modélisation statistique ont indiqué que les principaux moteurs de la dynamique des centrales nucléaires varient dans les six sous-régions. La production céréalière était le principal indicateur de la dynamique des centrales nucléaires dans les zones agricoles et de pâturage de la Mongolie intérieure. Les précipitations et les populations de bétail avaient toutes deux des relations significativement positives avec la centrale nucléaire dans les deux zones de pâturage de la Mongolie intérieure. Cependant, en Mongolie, les populations de bétail étaient le seul prédicteur significatif de NPP dans la zone de pâturage avec un climat relativement stable, et les précipitations étaient le seul prédicteur significatif de NPP dans la zone de pâturage avec un climat très variable. Les activités humaines d'utilisation des terres et les comportements de gestion du bétail et les relations causales bidirectionnelles entre les populations de bétail et la centrale nucléaire pourraient expliquer les relations positives entre la population de bétail et la centrale nucléaire des prairies. Les moteurs hétérogènes de la dynamique des centrales nucléaires dans l'espace ont indiqué la nécessité de diverses politiques et institutions en matière de ressources pour une gouvernance durable des ressources des prairies.

Ceci est un aperçu du contenu de l'abonnement, accessible via votre institution.


Abstrait

Jusqu'à récemment, la surveillance continue de la productivité mondiale de la végétation n'était pas possible en raison des limitations technologiques. Cet article présente un nouveau moniteur de la biosphère mondiale piloté par satellite qui calcule régulièrement la production primaire brute (GPP) quotidienne et la production primaire nette (NPP) annuelle à une résolution de 1 kilomètre (km) sur 109 782 756 km 2 de surface végétalisée. Nous résumons l'histoire de la science mondiale des centrales nucléaires, ainsi que la dérivation de ce calcul et l'activité actuelle de production de données. Les premières données sur les centrales nucléaires du capteur EOS (Earth Observing System) MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) sont présentées avec différents types de validation. Nous proposons des exemples de la façon dont ce nouveau type d'ensemble de données peut servir la science écologique, la gestion des terres et la politique environnementale. Pour améliorer l'utilisation de ces données par des non-spécialistes, nous produisons maintenant des cartes mensuelles d'anomalies pour la PPM et la PPN annuelle qui comparent la valeur actuelle avec une valeur moyenne sur 18 ans pour chaque pixel, identifiant clairement les régions où la croissance de la végétation est supérieure ou inférieure à la normale. .

Science des systèmes terrestres—l'analyse intégrée de l'atmosphère, les océans, la cryosphère et la biosphère en tant que système fonctionnel remontent au début des années 1980. Quelques années plus tôt, l'introduction de la désormais célèbre « courbe de Keeling » atmosphérique pour le dioxyde de carbone (CO2), mesuré à Mauna Loa, Hawaï, avait montré pour la première fois de façon définitive que les humains modifiaient progressivement l'atmosphère totale de la Terre ( Keeling et al. 1976). Les scientifiques de l'atmosphère avaient récemment achevé les premiers modèles mondiaux primitifs de la circulation atmosphérique. Les scientifiques océaniques et cryosphériques prenaient des mesures de la température des océans et de la superficie de la calotte glaciaire, qui, bien que non mondiales, étaient certainement de portée régionale. Malheureusement, cependant, les écologistes (y compris l'auteur principal) n'avaient aucune expérience en matière d'écologie à l'échelle mondiale. Avant les années 1980, la biologie se concentrait sur le niveau de l'organisme, et les études écologiques, au mieux, embrassaient une parcelle de terrain de 0,1 hectare (ha). Aucune mesure écologique globale n'a même été envisagée, donc l'analyse des tendances saisonnières du CO atmosphérique2 les concentrations étaient la seule option pour évaluer l'activité biosphérique mondiale. Dans les premières discussions, les écologistes ont envisagé de mesurer la densité de la végétation, la hauteur de la canopée, la biomasse végétale, les classes d'espèces et d'autres variables écologiques courantes.Ce n'est que lentement, en réalisant que les véritables mesures mondiales ne pouvaient être effectuées qu'à l'aide de la télédétection par satellite, que les écologistes ont commencé à développer une base conceptuelle pour calculer une estimation par satellite de la production primaire nette (NPP).

Trois activités qui ont évolué pour la première fois au début des années 1980 se sont avérées être les fondements de l'écologie terrestre à l'échelle mondiale. Premièrement, l'expansion de l'échantillonnage en flacons atmosphériques à de nombreux sites supplémentaires a permis de tirer des conclusions à l'échelle de la biosphère sur l'absorption photosynthétique du CO2 en été, et l'évolution du CO2 en hiver, dans l'hémisphère nord ( Tans et al. 1990). Deuxièmement, les modèles climatiques mondiaux ont commencé à inclure des sous-modèles simples des processus de surface terrestre qui incorporaient une certaine écologie de base (par exemple, les contrôles physiologiques par les stomates sur les mesures structurelles de la végétation des échanges gazeux des feuilles telles que l'indice de surface foliaire [LAI]). Le schéma de transfert biosphère-atmosphère, ou BATS ( Dickinson 1996), a jeté les bases de toutes les représentations futures de la végétation terrestre dans les modèles climatiques mondiaux, tels que le modèle SiB (biosphère simple) bien connu de Sellers et ses collègues (1986). Troisièmement, quelques écologistes, notamment Compton J. Tucker de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), ont commencé à explorer les données des satellites météorologiques (c'est-à-dire AVHRR ou Advanced Very High Resolution Radiometer) pour voir si une certaine mesure de la végétation était discernable. . La couverture de La science en août 1985 a inauguré l'analyse globale de la végétation, montrant la première image NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) du continent africain (Tucker et al. 1985).

Au début des années 1980, l'administration Reagan a découragé la NASA d'utiliser la télédétection naissante de la Terre uniquement pour des applications telles que l'analyse du rendement des cultures (les programmes AgriStars et Lacie commencés dans les années 1970), exhortant à utiliser la technologie pour poursuivre des projets plus « grands scientifiques ». . Ces politiques de l'administration Reagan ont encouragé la NASA à se concentrer sur l'écologie mondiale. Les premiers ateliers étaient des séances de remue-méninges sur les « questions scientifiques liées à l'habitabilité mondiale liées à la terre » ( NASA 1983), explorant quel type d'écologie pourrait éventuellement être réalisé à l'échelle mondiale. Il n'a pas fallu longtemps avant qu'une première exploration ait corrélé la série chronologique annuelle du NDVI à la NPP annuelle, la première étape pour traduire l'indice radiométrique du NDVI en une variable écosystémique réelle ( Goward et al. 1985). L'analyse de la dynamique de la saison de croissance, reliant les composites de 7 jours du NDVI aux simulations de la photosynthèse et de la transpiration hebdomadaires, a montré le potentiel de la télédétection par satellite pour suivre les processus de la canopée de l'écosystème ( Running et Nemani 1988). Au milieu des années 1980, il n'y avait encore pratiquement aucune mesure continue sur le terrain de l'évapotranspiration et de la photosynthèse. Les premiers modèles de biogéochimie des écosystèmes étaient la seule source d'information sur les tendances continues des échanges de carbone des écosystèmes. La fin des années 1980 a vu les premiers modèles d'écosystèmes pilotés par la télédétection, exploités sur quelques milliers de kilomètres carrés ( Running et al. 1989, Burke et al. 1991).

Depuis ces débuts, les écologistes se sont efforcés de définir et de produire un moniteur cohérent de la biosphère terrestre, équivalent aux observations météorologiques quotidiennes qui aident à développer et tester la théorie météorologique ou au jaugeage des rivières qui remplit une fonction similaire pour la communauté hydrologique. Les écologistes ont cherché une mesure reproductible et cohérente de l'écosystème terrestre mondial qui intégrerait la dynamique de l'écosystème dans l'espace à la surface de la Terre ( Schimel 1995). Cet article présente le dernier effort pour assembler un moniteur biosphérique terrestre, une mesure par satellite de la production primaire brute (GPP) hebdomadaire à partir de la végétation, qui peut être composée et exprimée pour fournir une estimation de la NPP annuelle mondiale. Bien que d'autres articles sur la production primaire mondiale aient été publiés (Prince et Goward 1995, Field et al. 1998), ils étaient basés sur des projets de recherche individuels et non sur des produits dérivés d'un ensemble de données standardisées continu et en expansion. Les calculs présentés ici sont exécutés sur toute la surface du sol végétalisé chaque jour et répartis globalement tous les 8 jours dans les 2 à 3 jours suivant l'acquisition. Bien que le satellite Terra du système d'observation de la Terre de la NASA utilisé pour ces calculs ait été lancé en décembre 1999, cet ensemble de données n'a commencé à produire de manière fiable qu'à la mi-2002. Le capteur MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) est utilisé pour les réflectances spectrales de la végétation terrestre utilisées pour cette recherche. Nous résumons brièvement l'algorithme et les détails du traitement, décrivons les efforts de validation actuels et donnons quelques exemples de la valeur scientifique et des applications pratiques des nouveaux produits.

Base théorique de l'algorithme pour la centrale nucléaire globale

La dérivation d'une estimation satellitaire de la centrale nucléaire terrestre comporte trois composantes théoriques : (1) l'idée que la centrale nucléaire de la centrale est directement liée à l'énergie solaire absorbée, (2) la théorie selon laquelle un lien existe entre l'énergie solaire absorbée et les indices spectraux dérivés des satellites de la végétation, et (3) l'hypothèse selon laquelle il existe des raisons biophysiques pour lesquelles l'efficacité de conversion réelle de l'énergie solaire absorbée peut être réduite en dessous de la valeur potentielle théorique. Nous allons brièvement examiner chacun de ces composants.

Relation NDVI, APAR, GPP et NPP

La logique originale de John L. Monteith (1972) suggérait que la centrale nucléaire des plantes cultivées annuelles bien arrosées et fertilisées était linéairement liée à la quantité d'énergie solaire absorbée par les plantes au cours d'une saison de croissance. Cette logique combinait la contrainte météorologique de la lumière solaire disponible atteignant un site avec la contrainte écologique de la quantité de surface foliaire absorbant l'énergie solaire, tout en évitant de nombreuses complexités de la micrométéorologie de la canopée et de la théorie du bilan carbone. Les mesures du rayonnement photosynthétiquement actif absorbé (APAR) intègrent la variabilité géographique et saisonnière de la durée du jour et du rayonnement incident potentiel avec la couverture nuageuse quotidienne et l'atténuation de la lumière solaire par les aérosols. De plus, l'APAR quantifie implicitement la quantité de couvert feuillu qui est affiché pour absorber le rayonnement (c'est-à-dire LAI). Une efficacité de conversion, , traduit l'APAR (en unités énergétiques) en croissance tissulaire finale, ou NPP (en biomasse). GPP est le total quotidien initial de la photosynthèse, et la photosynthèse nette quotidienne (PSNrapporter) soustrait la respiration des feuilles et des racines fines sur une journée de 24 heures. NPP est la somme annuelle du PSN net quotidien moins le coût de la croissance et de l'entretien des cellules vivantes dans le tissu ligneux permanent.

Variabilité biophysique de ϵ

L'efficacité de conversion du PAR, , varie considérablement selon les différents types de végétation ( Field et al. 1995, Prince et Goward 1995, Turner et al. 2003a). Il existe deux sources principales de cette variabilité. Premièrement, avec toute végétation, une partie de la photosynthèse est immédiatement utilisée pour la respiration d'entretien. Pour les plantes cultivées annuellement de la théorie originale de Monteith (1972), ces coûts de respiration étaient minimes, donc ϵ était généralement d'environ 2 g de carbone par mégajoule. Cependant, les coûts de respiration augmentent avec la taille des plantes vivaces. Hunt (1994) a découvert que les valeurs publiées de pour la végétation ligneuse étaient beaucoup plus faibles, d'environ 0,2 à 1,5 g de carbone par mégajoule, et a émis l'hypothèse que cela était le résultat de la respiration de 6 à 27 % de cellules vivantes dans l'aubier de tiges ( Waring et Running 1998).

La deuxième source de variabilité de ϵ est attribuée à des conditions climatiques sous-optimales. Pour extrapoler la théorie originale de Monteith, conçue pour des cultures bien arrosées uniquement pendant la saison de croissance, aux plantes vivaces vivant toute l'année, certaines contraintes climatiques sévères doivent être reconnues. Les plantes à feuilles persistantes telles que les conifères absorbent le PAR pendant toute la saison de non-croissance, mais des températures inférieures au point de congélation arrêtent la photosynthèse, car les stomates des feuilles sont forcés de se fermer ( Waring et Running 1998). Comme généralisation globale, l'algorithme tronque GPP les jours où la température minimale est inférieure à -8 degrés Celsius (°C). Il a également été démontré que des déficits de pression de vapeur élevés, ou VPD (> 2000 pascals), induisaient la fermeture des stomates chez de nombreuses espèces. Ce niveau de déficit hydrique atmosphérique quotidien est généralement atteint dans les régions semi-arides du monde pendant une grande partie de la saison de croissance. Notre algorithme imite ce contrôle physiologique du stress hydrique, limitant progressivement le GPP quotidien en réduisant ϵ lorsque des VPD élevés sont calculés à partir de la météorologie de surface. Nous supposons également que les contraintes de nutriments sur la croissance de la végétation sont quantifiées en limitant la surface foliaire, plutôt que d'essayer de calculer une contrainte via ϵ. Cette hypothèse n'est pas tout à fait exacte, car des plages d'azote foliaire et de capacité photosynthétique existent dans tous les types de végétation ( Schulze et al. 1994). Les réflectances spectrales sont quelque peu sensibles à la chimie des feuilles, de sorte que le FPAR et le LAI dérivés de MODIS peuvent représenter certaines différences dans la teneur en azote des feuilles, mais d'une manière indéterminée.

Pour quantifier ces plages de ϵ induites par le biome et le climat, nous avons simulé à l'avance une centrale nucléaire mondiale avec un modèle d'écosystème complexe, Biome-BGC (cycles biogéochimiques du biome) et calculé le , ou efficacité de conversion, de l'APAR à la centrale nucléaire finale. La table de consultation des paramètres de biome résultante, ou BPLUT, contient des paramètres pour les limites de température et de VPD ainsi que des coefficients de surface foliaire et de respiration spécifiques pour une végétation représentative dans chaque type de biome ( Running et al. 2000, White et al. 2000). Seuls des types de biomes très généraux sont définis, tels que la forêt à feuilles persistantes, la forêt à feuilles caduques, les zones arbustives, la savane, les prairies et les terres cultivées. Le BPLUT définit également les différences de biome dans les taux de stockage et de renouvellement du carbone.

Météorologie mondiale de surface

Le bureau d'assimilation des données de la NASA (DAO) collecte les données de toutes les observations météorologiques de surface disponibles dans le monde toutes les 3 heures. Le DAO interpole et quadrille ensuite ces données ponctuelles, exécute un modèle climatique mondial sur une courte séquence temporelle et produit une estimation des conditions climatiques pour le monde, à 10 mètres au-dessus de la surface terrestre (conditions approximatives de la hauteur de la canopée) et à une résolution de 1,25° par 1°. À partir de ces données, l'algorithme MODIS NPP récupère quatre mesures : (1) température quotidienne moyenne sur 24 heures (°C), (2) température minimale quotidienne sur 24 heures (°C), (3) pression de vapeur réelle (dérivée de DAO humidité spécifique, en pascals), et (d) rayonnement solaire incident à ondes courtes (mégajoules par mètre carré par pas de temps de 3 heures). Le GPP est ensuite calculé quotidiennement pour chaque pixel de 1 kilomètre carré (km) avec ces données météorologiques.

Disponibilité et récupération des données mondiales des centrales nucléaires

Chaque jour, un système de données appelé EOSDIS (Earth Observing System Data Information System) calcule les réflectances calibrées et corrigées atmosphériquement de chaque canal spectral du capteur MODIS pour chaque pixel sans nuage. Pour effectuer le calcul GPP quotidien pour chaque pixel terrestre global, trois autres variables doivent d'abord être récupérées : (1) le type de biome, qui est recalculé annuellement (2) le FPAR, qui peut changer chaque semaine lors de la croissance rapide de la végétation et de la sénescence et (3 ) les conditions climatiques de surface quotidiennes, qui changent de façon diurne.

Le GPP global final est calculé quotidiennement et additionné tous les 8 jours pour 109 782 756 km 2 de superficie végétalisée à une résolution spatiale de 1 km. Le fichier pour produire cet ensemble de données global est de 2,1 gigaoctets au format de données EOS standard, mais il peut être considérablement réduit en le traduisant en différentes résolutions et projections. La politique actuelle de la NASA est que les ensembles de données EOS mondiaux tels que ceux pour GPP et NPP seront disponibles pour la communauté scientifique internationale à pas plus que le coût de reproduction. L'ensemble de données NPP est archivé et distribué à partir d'un centre de données autorisé par la NASA dans les 2 à 3 jours suivant la fin de chaque période de calcul de 8 jours ( Justice et al. 2002). Tous les détails sur la disponibilité des données EOS GPP et NPP, ainsi que sur les algorithmes et les traitements associés aux données, sont disponibles sur www.ntsg.umt.edu/.

Contrôles et tendances historiques de la centrale nucléaire mondiale

La figure 1 donne une idée des contrôles climatiques et de la gamme des centrales nucléaires annuelles mondiales, réparties de la toundra arctique aux forêts tropicales humides. L'eau est le facteur qui limite le plus fortement les centrales nucléaires sur 40 % de la surface terrestre, y compris les régions avec des bilans hydriques négatifs aussi bas que -3000 mm par an (figure 2). La température est le facteur limitant le plus important sur 33 % de la surface terrestre, avec des plages de températures annuelles allant de -20 °C dans la toundra arctique à 30 °C dans les déserts. Le rayonnement solaire incident est le principal facteur limitant dans 27 % des zones de végétation mondiales, principalement dans les régions tropicales humides où les températures et la disponibilité de l'eau sont généralement adéquates ( Nemani et al. 2003). S'il est facile d'imaginer que les régions boréales sont limitées en température et les déserts en eau, des contraintes partielles limitent la centrale nucléaire des régions tempérées de façon complexe à différents moments de la saison de croissance. Une forêt tempérée de latitude moyenne peut être limitée par le rayonnement et la température en hiver, par la température au printemps et par l'eau en plein été.

En appliquant l'algorithme MODIS NPP aux données satellitaires AVHRR, Nemani et ses collègues (2003) ont évalué les tendances récentes de la NPP mondiale de 1982 à 1999. Le résultat quelque peu surprenant est que la NPP mondiale globale a augmenté de 6,2 % au cours de cette période, avec 25 % de la zone montrant des augmentations significatives et seulement 7% montrant des tendances à la baisse. Le schéma géographique complexe de ces tendances (figure 3) illustre que le bassin amazonien a représenté 42 % de l'augmentation de la PPN mondiale. Ces tendances de la centrale nucléaire sont une réponse biosphérique aux changements récents du climat mondial, notamment des températures plus élevées, des saisons de croissance tempérées plus longues, plus de précipitations dans certaines zones auparavant limitées en eau et un rayonnement accru (résultant d'une nébulosité réduite) dans des régions telles que l'Amazonie. bassin. D'autres analyses de l'enregistrement satellitaire AVHRR NDVI de 1982 à 1999 pour l'Amérique du Nord ont également montré des augmentations de NPP dans certaines régions ( Hicke et al. 2002, Nemani et al. 2002). L'Alaska et le nord-ouest du Canada ont montré une tendance à des températures printanières plus élevées et des saisons de croissance plus longues la région agricole du Midwest et les forêts de la Nouvelle-Angleterre ont montré une NPP plus élevée au milieu de l'été corrélée à une augmentation des précipitations et les forêts du sud-est ont montré des saisons de croissance plus longues à l'automne, optimisées en remplaçant les feuillus à feuilles caduques par des feuilles persistantes pins.

Nemani et ses collègues (2003) ont comparé la variabilité interannuelle de la centrale nucléaire annuelle calculée par satellite avec des séries chronologiques de CO atmosphérique2 anomalies. Bien que nous nous attendions à ce que les augmentations des centrales nucléaires diminuent le CO atmosphérique2 en augmentant l'absorption photosynthétique, la centrale nucléaire n'inclut pas le CO2 libérée par la respiration hétérotrophe. L'anomalie de la centrale nucléaire de 1982 à 1999 était inversement corrélée au CO atmosphérique2 anomalie, avec une r de 0,70 (figure 4). L'atmosphère mélange du CO2 sources et puits avec une dynamique temporelle un peu plus courte que le MODIS GPP de 8 jours, mais il intègre une zone spatiale beaucoup plus grande qu'un pixel de 1 km, ce qui rend les interprétations de ces corrélations difficiles.

Validation de la MPE quotidienne MODIS et de la centrale nucléaire annuelle

La validation d'un nouvel ensemble de données mondiales est intimidante, car les tests idéaux incluraient la mesure de la GPP quotidienne et de la NPP annuelle dans une gamme complète de types de biomes et de climats. Un algorithme qui réussit dans une forêt boréale à feuilles d'aiguilles peut être inadéquat dans une savane tropicale verte. Par conséquent, un ensemble global de sites de validation est nécessaire ( Morisette et al. 2002). Plus fondamentalement, chaque mesure disponible pour valider la GPP et la NPP représente une échelle spatiale différente et présente des limites différentes ( Running et al. 1999). Trois types de données semblent utiles pour valider les données globales GPP et NPP : les mesures directes de biomasse, les mesures de flux de tour et les mesures de CO atmosphérique.2 concentration. Cependant, chaque type de données est limité dans sa précision ou sa portée. Les mesures directes de la biomasse de la centrale nucléaire sont souvent uniquement annuelles et la zone d'échantillonnage est généralement inférieure à 1 ha. Les mesures de flux de tour sont continues dans le temps et échantillonnent une « empreinte » proche de la taille de pixel MODIS de 1 km, mais les tours de flux ne mesurent directement que l'échange net de l'écosystème (NEE), de sorte que la NPP et la GPP doivent être dérivées des principes du bilan carbone. Mesures du CO atmosphérique2 la concentration intègre une vaste zone terrestre quelque peu indéfinie et comprend du CO anthropique2 émissions, mais elles sont rassemblées dans un processus d'échantillonnage instantané qui n'est répété que mensuellement. En bref, aucune mesure unique ne peut égaler les détails que représentent les GPP et NPP MODIS en termes de temps, d'espace et d'attributs écosystémiques. Nous devons donc employer un ensemble d'estimations multiples pour définir des valeurs réalistes pour le GPP quotidien et le NPP annuel dans le temps et dans l'espace.

Les écologistes ont mesuré la centrale nucléaire annuelle par échantillonnage direct de l'accroissement de la biomasse pendant des décennies. Récemment, des efforts intensifs ont été déployés pour compiler toutes les estimations publiées crédibles de la centrale nucléaire terrestre ( Clark et al 2001, Scurlock et Olson 2002, Zheng et al. 2003). Scurlock et Olson (2002) ont trouvé que la plage connue de NPP pour les biomes temporels et boréaux était de 20 à 1160 g de carbone par mètre carré par an. Clark et ses collègues (2001) ont estimé que la PPN pour les forêts tropicales variait de 170 à 2170 g de carbone par mètre carré et par an. Cette gamme de deux ordres de grandeur dans les centrales nucléaires mesurées sur le terrain reflète les grands gradients climatiques mondiaux de température et de disponibilité de l'eau qui limitent la centrale nucléaire (figure 2). La variabilité interannuelle de la PPN reflète également ces fortes contraintes climatiques. Knapp et Smith (2001) ont trouvé une gamme de centrales nucléaires aériennes allant de 116 à 744 g de carbone par mètre carré et par an sur 11 sites américains LTER (Long Term Ecological Research), allant de la toundra arctique aux prairies et forêts de feuillus. De plus, en évaluant une décennie ou plus de centrale nucléaire annuelle de ces sites, ils ont découvert qu'une variabilité interannuelle de 20 % à 30 % était courante car la végétation répondait aux variations normales d'une année sur l'autre des précipitations et de la température. Nous estimons une centrale nucléaire annuelle mondiale pour 2001 de 57,7 pétagrammes (Pg) de carbone, une moyenne de 509 g de carbone par mètre carré, et une centrale nucléaire pour 2002 de 55,5 Pg de carbone, soit 489 g de carbone par mètre carré (figure 5).

Pour un test plus affiné, nous avons vérifié la gamme et la distribution des centrales nucléaires produites pour différents types de biomes en 2002 (figure 6). La gamme de NPP MODIS pour les forêts à feuilles persistantes était de 150 à 900 g de carbone, avec une moyenne de 451 g de carbone par mètre carré et par an, proche de la moyenne de 432 g compilée à partir des données de terrain par Zheng et ses collègues (2003). Zheng et ses collègues ont trouvé une centrale nucléaire moyenne pour les forêts feuillues tempérées de 635 g de carbone, par rapport à la moyenne de 492 g de notre ensemble de données MODIS. Les estimations MODIS de la centrale nucléaire tropicale à feuilles larges à feuilles persistantes étaient en moyenne de 1218 g de carbone par mètre carré, avec une fourchette de 400 à 1800 g. Lors de mesures sur le terrain de la centrale nucléaire pour les forêts tropicales, Clark et ses collègues (2001) ont estimé une centrale nucléaire allant de 170 à 2170 g de carbone, en utilisant des mesures approfondies de 39 sites. La centrale nucléaire des prairies variait de 70 à 410 g de carbone, avec une moyenne de 203 g, dans l'ensemble de données de Zheng et ses collègues (2003). La centrale nucléaire de prairie MODIS, par comparaison, a montré une moyenne de 254 g de carbone et un maximum de 750 g. Ces comparaisons initiales indiquent que les calculs MODIS de la centrale nucléaire se situent dans les plages de données de terrain existantes.

Au début des années 1990, les scientifiques organisés par le Programme international géosphère-biosphère ont planifié un réseau international de stations de flux de covariance de Foucault qui mesurerait en continu le CO2, l'eau et l'échange d'énergie à partir d'écosystèmes représentatifs ( Baldocchi et al. 2001). Ce réseau, maintenant appelé FLUXNET, comprend plus de 200 sites de tours couvrant tous les continents et tous les types de biomes et fournissant des mesures saisonnières précises de l'absorption de carbone de la végétation et du CO des terres locales.2 soldes ( Falge et al. 2002). Pour tester le GPP MODIS 8 jours, nous mettons à disposition des chercheurs du réseau AmeriFlux (http://public.ornl.gov/ameriflux/) avec des estimations de GPP à comparer avec les données météorologiques basées sur les tours de flux et les estimations de GPP pour 2001. Tous les 8 jours, une fenêtre du GPP quotidien MODIS (7 x 7 pixels) est récupérée à l'emplacement exact de ces tours, et nous faisons une comparaison directe entre le MODIS GPP et les mesures au tour de la végétation GPP (figure 7). Ce protocole est étendu à tous les sites FLUXNET mondiaux en 2004 (voir http://daacl.esd.ornl.gov/FLUXNET/).

Les entrées de l'algorithme comprenaient les estimations LAI et FPAR de MODIS et la version la plus récente de l'ensemble de données météorologiques mondiales DAO. Les résultats indiquent que l'algorithme MODIS capture assez bien la saisonnalité du GPP quotidien du site dans un large éventail de climats (figure 7). Dès les premières études avec le NDVI, il est évident que ces données satellitaires réussissent bien à quantifier la durée de la saison de croissance, estimée comme le nombre de jours par an pendant lesquels la surface foliaire verte est affichée ( Running et Nemani 1988, Myneni et al. 1997).

L'algorithme MODIS semble sous-estimer l'explosion initiale du GPP printanier, mais il surestime également systématiquement le GPP du milieu de l'été, en raison de contraintes de sécheresse insuffisantes pour certains des biomes étudiés. Pour estimer les effets des données météorologiques mondiales sur les résultats de l'algorithme, les données de la tour ont ensuite été remplacées par les données météorologiques mondiales du DAO, et l'algorithme MODIS GPP a été recalculé. Notre analyse indique qu'une grande partie de cette surestimation du GPP quotidien est le résultat de l'écart entre les données météorologiques mondiales et celles de la tour créée par leur disparité spatiale. Les données météorologiques globales sont fournies à une résolution de 1° par 1,25°, alors que les données météorologiques de la tour représentent une zone beaucoup plus petite (environ 1 à 5 km 2 ). La principale différence entre les deux ensembles de données se trouve dans les valeurs VPD. Le VPD de la météorologie mondiale est systématiquement inférieur au VPD de la tour en raison de la moyenne de la zone, ce qui entraîne des estimations de plus en plus erronées du GPP à mesure qu'un site s'assèche (figure 7). L'utilisation de la météorologie de la tour avec l'algorithme MODIS GPP améliore généralement les comparaisons GPP avec les résultats de la tour, indiquant que la logique utilisée dans l'algorithme MODIS est solide pour tous les types de biome.

Des erreurs supplémentaires se propagent à partir de l'ensemble de données MODIS LAI/FPAR, dans lequel la contamination des nuages ​​est souvent un problème, conduisant à des estimations faussement basses de LAI et produisant du bruit de données dans le GPP moyen de 8 jours. Ce problème de contamination par les nuages ​​se produit le plus souvent dans les régions boréales et tropicales, mais il est également évident périodiquement aux États-Unis. Les estimations Biome-BGC du GPP qui intègrent un calcul mécanique complet du bilan carbone sont utilisées pour explorer d'autres raisons des différences entre les estimations de la tour et MODIS du GPP quotidien ( Thornton et al. 2002, Turner et al 2003b).

Les données satellitaires sont fréquemment combinées avec l'inversion du CO atmosphérique2 des données pour fournir une contrainte sur la modélisation globale du CO2 équilibre (Randerson et al. 1997). En utilisant cette technique, Schaefer et ses collègues (2002) ont conclu que 44 % de la variabilité interannuelle mondiale de la NEE résultait des régimes de précipitations, 23 % du LAI, 16 % de la température et 12 % du carbone du sol. Leur étude de 1983 à 1993 a été limitée en utilisant des données NDVI mensuelles à 1° par 1° de résolution, alors que les études futures pourront utiliser des données MODIS sur GPP distribuées tous les 8 jours à 1 km de résolution.

Applications scientifiques de MODIS GPP et NPP

Une mesure calculée en continu et ouvertement diffusée du GPP quotidien total et du NPP annuel pour la surface terrestre de la Terre n'a jamais existé auparavant. Comme résumé dans les sections précédentes, le développement de la théorie, des algorithmes, des flux de données et la validation d'une mesure régulière de GPP et NPP a été un sujet de recherche actif au cours des deux dernières décennies. Bien que le raffinement de cette surveillance spatiale continue de la biosphère se poursuive pendant de nombreuses années, nous suggérons que ces ensembles de données GPP et NPP sont maintenant suffisamment matures pour être utilisés de diverses manières, partout où des mesures régulières et spatialement référencées de l'activité de la végétation sont souhaitées. . Cette section suggère une variété d'applications pour la science, la politique et la gestion des terres dans lesquelles cette mesure régulière de la PNB et de la PNE devrait être utile.

La demande initiale de données sur la surface terrestre à l'échelle mondiale a été créée par des modèles de prévisions climatiques et météorologiques mondiaux, et cette demande demeure aujourd'hui (Sellers et al. 1986). Les futurs modèles climatiques mondiaux nécessiteront une définition beaucoup plus détaillée de la couverture végétale et de la physiologie pour atteindre l'objectif de modèles complets des systèmes terrestres (Schimel 1999, Bonan et al. 2002). De nouveaux modèles tels que le modèle climatique communautaire du National Center for Atmospheric Research utilisent désormais les données MODIS GPP et NPP pour créer des algorithmes calculant les changements saisonniers de la phénologie de la végétation, de la surface foliaire, de la longueur de la rugosité, de la répartition de l'énergie et du CO2 relations source-puits. D'autres gaz à effet de serre sont également importants en tant que rétroactions de la surface terrestre vers l'atmosphère pour la modélisation du climat mondial. On pense que le méthane et les hydrocarbures non méthaniques (NMHC) produisent 20 à 30 % du forçage actuel des gaz à effet de serre dans l'atmosphère ( Houghton et al. 2001). Les émissions mondiales de méthane et de NMHC peuvent être calculées comme une fraction de la centrale nucléaire mondiale sur la base du type de biome et de la température, fournissant une distribution spatiale et une activité saisonnière raisonnables ( Potter et al. 2001).

Parce que la centrale nucléaire est une composante essentielle du cycle du carbone, pratiquement toute question scientifique impliquant le soutien biosphérique de l'humanité commence par l'évaluation de la centrale nucléaire. Les questions les plus fondamentales de la dégradation de l'environnement—la désertification, la déforestation et les impacts de la pollution et du changement climatique—sont souvent abordées en évaluant les changements dans les centrales nucléaires. Il est essentiel de comprendre les différences de NPP entre différents biomes dans différents régimes bioclimatiques pour définir une base de référence de la fonction biosphérique saine permettant de mesurer la dégradation future. Le protocole de Kyoto sur les gaz à effet de serre se concentre sur les sources et les puits de CO2 qui commencent par la centrale nucléaire des systèmes terrestres. Étant donné que la centrale nucléaire a une variabilité interannuelle naturelle de 20 à 30 %, un suivi régulier peut fournir les estimations les plus défendables du CO2 équilibre.

Les perturbations naturelles telles que les feux de forêt modifient également la centrale nucléaire sur une superficie totale de 1 à 8 millions de km 2 par an, une estimation faite avec très peu de confiance. Les conversions humaines de la végétation modifient également la centrale nucléaire sur des millions de kilomètres carrés chaque année. Les taux de déforestation sont mieux quantifiés par des méthodes de détection des changements de couverture terrestre qui enregistrent automatiquement les changements brusques de la réflectance de la végétation, signifiant une perturbation grave telle que la déforestation ( Zhan et al. 2002). Cependant, la récupération d'un site après une perturbation est rarement suivie avec autant de soin, et la mesure d'une telle récupération peut être mieux réalisée avec les données MODIS NPP.

La biodiversité est communément décrite comme une mesure de la santé des écosystèmes, mais à l'échelle mondiale, elle n'est pas quantifiable. Sala et ses collègues (2000) ont défini cinq principaux facteurs de changement de la biodiversité mondiale au cours du prochain siècle : l'utilisation des terres, le climat, les dépôts d'azote, les échanges biotiques et le CO atmosphérique.2 augmenter. Bien que la centrale nucléaire mondiale ne puisse pas compter les espèces, elle intègre la réponse biosphérique de ces cinq facteurs principaux. Par conséquent, la biodiversité a longtemps été liée de diverses manières à la centrale nucléaire. Cependant, différents biomes, régimes bioclimatiques, histoires de perturbations et autres facteurs empêchent une évaluation directe de la relation entre la centrale nucléaire et la biodiversité. Waring et ses collègues (2002) ont récemment suggéré que la biodiversité peut être la plus élevée sur les sites avec des niveaux intermédiaires de NPP. Les sites à forte NPP sont souvent dominés par relativement peu d'espèces à croissance rapide, tandis que les sites à faible NPP ont des ressources insuffisantes pour soutenir une variété d'espèces. Waring et ses collègues ont découvert qu'un ratio de photosynthèse du printemps à l'été quantifiait le mieux la productivité intermédiaire. Ce ratio a été facilement calculé pour l'ensemble de l'État de l'Oregon à partir des données AVHRR NDVI et peut maintenant être calculé directement à partir du flux de données MODIS 8 jours GPP (figure 8).

Les estimations de la PPN sont souvent utilisées comme point de départ des analyses socioéconomiques de l'utilisation de la biomasse. Par exemple, Haberl et Geissler (2000) ont utilisé des données satellitaires pour produire une carte géoréférencée de la centrale nucléaire pour l'Autriche. Ils ont découvert que 50 % de la centrale nucléaire autrichienne était appropriée par l'homme pour la production d'aliments et de fibres (y compris les résidus forestiers et végétaux). De plus, Haberl et Geissler ont estimé à partir d'une logique d'utilisation en cascade que les résidus de biomasse inutilisés pourraient satisfaire 6 % de la demande énergétique commerciale de l'Autriche s'ils étaient pleinement utilisés.

La centrale nucléaire terrestre est régulièrement identifiée comme une variable clé pour diverses activités de surveillance écologique ( Niemeijer 2002). L'indice de durabilité environnementale (www.ciesin.columbia.edu/indicators/ESI/) du Forum économique mondial, le Centre Heinz État des écosystèmes de la nation rapport (www.heinzctr.org/ecosystems/), et le rapport du Conseil national de recherches Indicateurs écologiques pour la nation (www.nap.edu/books/0309068452/html/) identifient tous la centrale nucléaire comme une variable de surveillance principale. Le plus grand intérêt de ces indices et rapports est de quantifier les tendances des indicateurs écologiques tels que la centrale nucléaire et de déclencher une alarme précoce si une dégradation en cours est détectée dans n'importe quelle partie de la nation ou du monde. Atteindre l'objectif global de développement durable mondial nécessitera des mesures spécifiques de la stabilité des attributs clés de la biosphère (Kates et al. 2001), et la documentation d'une dégradation évidente dans un écosystème devrait déclencher des changements de politique dans la gestion des terres.

Applications d'aménagement et de gestion du paysage régional

Les utilisations possibles des données MODIS sur les GPP et NPP vont de la planification stratégique régionale, telle que la quantification des objectifs de récolte décennale pour de vastes étendues de forêts, à des décisions plus immédiates, telles que le moment de déplacer les animaux de pâturage entre les grandes zones de pâturage ( Hunt et al. 2003 ). L'accès immédiat aux données n'est pas aussi important pour la planification stratégique que pour la prise de décision tactique. La planification stratégique peut utiliser les tendances décennales des centrales nucléaires annuelles comme mesure des modèles régionaux et de la dégradation possible de la capacité de production. La désertification de l'Afrique subsaharienne, par exemple, a longtemps été considérée comme causée principalement par le surpâturage, et une aide internationale substantielle a été consacrée à l'amélioration des pratiques de gestion des terres. Ce n'est qu'après avoir corrélé les enregistrements de précipitations avec l'analyse par satellite de la variabilité interannuelle du NDVI à l'échelle régionale qu'il a été conclu que la majeure partie de la dégradation apparente était le résultat des tendances climatiques décennales ( Nicholson et Tucker 1998).

La dégradation décennale des bassins versants, y compris l'érosion et la sédimentation, est également un grave problème de gestion des terres. L'érosion locale des berges et la sédimentation sont facilement visibles et documentées sur le terrain, mais la dégradation de la végétation à l'échelle régionale, comme l'ensemble du bassin du fleuve Colorado ou le bassin du Rio Grande, ne peut être quantifiée que par des mesures répétées à grande échelle telles que que celles fournies par la télédétection. L'eau douce disponible devient probablement la ressource naturelle la plus rare, par conséquent, la surveillance et la prévision du ruissellement hydrologique auront une valeur socio-économique croissante ( Jackson et al. 2001). L'évapotranspiration par la végétation consomme en moyenne 70% des précipitations qui tombent, et donc le calcul du ruissellement dynamique nécessite une analyse précise de la croissance de la végétation.

La prise de décision tactique sur la gestion des terres peut bénéficier d'un accès immédiat aux dernières données MODIS. Les gestionnaires des terres publiques doivent réévaluer les programmes de pâturage à mesure que les conditions météorologiques saisonnières modifient les conditions d'alimentation. Il est inapproprié de fixer des dates calendaires fixes dans les programmes de pâturage car la variabilité météorologique interannuelle peut faire varier considérablement le développement de la végétation et les sécheresses réduisent les capacités de pâturage. Reeves (2004) a établi la relation entre les estimations MODIS GPP et les conditions de végétation régionales au cours des saisons de croissance 2001 et 2002. Dans son étude, la végétation herbacée a été coupée sur 2 200 parcelles dans les Little Missouri National Grasslands, dans l'ouest du Dakota du Nord. Ces observations de terrain ont été spatialement mises à l'échelle de la zone d'influence météorologique locale établie en créant des polygones de Thiesson autour des stations météorologiques dans la zone d'étude. Les observations sur le terrain se comparaient favorablement aux estimations MODIS GPP, en particulier pendant le pic de verdure et de LAI de l'herbe (figure 9a).

Les données sur les centrales nucléaires recueillies par MODIS ont des utilisations stratégiques et tactiques pour l'agriculture et l'économie agricole. Les négociants en matières premières ont clairement intérêt à suivre la croissance des cultures dans les zones concurrentes du monde entier. Le prix mondial du blé fluctue en fonction des informations sur les conditions actuelles des cultures et les rendements attendus dans les principaux pays exportateurs tels que le Canada, l'Argentine et l'Australie. Même les décisions logistiques avancées, telles que les exigences de location de wagons pour transporter les récoltes vers les marchés, peuvent bénéficier d'évaluations améliorées en temps réel du développement des cultures. Reeves (2004) a démontré que la combinaison des estimations MODIS GPP sur 8 jours avec un algorithme simplifié pour le rendement du blé était un outil efficace et opportun pour estimer le rendement du blé de printemps au niveau du comté et de l'État dans le Montana, le troisième plus grand État producteur de blé aux États-Unis. États. Dans cette étude, les estimations GPP ont été intégrées sur une saison de croissance définie du 15 avril au 4 août 2001 et converties en rendement de blé à l'aide d'un simple indice de récolte (figure 9b).

L'assurance-récolte est une industrie de 3 milliards de dollars par an aux États-Unis. Les assureurs ont besoin d'un moyen objectif d'évaluer si une zone atteint un certain seuil de dommages aux cultures dus à la grêle ou de développement retardé du fait de la sécheresse. Le GPP MODIS de 8 jours peut fournir un moyen de parvenir à des décisions quant aux fermes admissibles aux paiements d'assurance ou aux secours en cas de catastrophe du gouvernement fédéral. À ce stade, cependant, les données MODIS NPP ne doivent être considérées que comme un indice général du développement des cultures. Tant que des modèles plus détaillés ne seront pas prêts, commençant par MODIS GPP et ajoutant des calculs d'espèces, et même de séquences de développement spécifiques aux cultivars, nous manquerons de la précision souhaitée pour des cultures et des zones spécifiques.

Les incendies de forêt sont devenus le risque de végétation sauvage le plus coûteux aux États-Unis, avec des coûts annuels de suppression des incendies dépassant 1 milliard de dollars ces dernières années. Des modèles physiques sophistiqués d'intensité et de comportement du feu existent maintenant pour faciliter la gestion, mais ces modèles nécessitent des bases de données géoréférencées sur les combustibles naturels, la biomasse morte et vivante qui propage la propagation du feu ( Keane et al. 2001). Le développement saisonnier et la sénescence des graminées et des plantes herbacées qui fournissent l'allumage initial du feu et favorisent sa propagation sont dérivés du GPP MODIS de 8 jours. La récupération de la végétation après le feu dans les zones brûlées peut également être mesurée avec les données MODIS NPP.

Pour que les données satellitaires aient une valeur pour la gestion des terres, la résolution doit être suffisante pour résoudre les principales limites de propriété et écotonales. Une version de 0,25 km du flux de données MODIS GPP et NPP, utilisant la météorologie de surface quotidienne de 1 km, est en cours de développement pour la zone continentale des États-Unis afin de fournir un GPP et une NPP haute résolution pour la gestion des terres. Ces produits sont conçus pour la prise de décision tactique et ne seront donc disponibles que 2 à 3 jours après la fin de chaque période de composition MODIS de 8 jours (figure 10). L'ensemble de données de 0,25 km résout les détails de la productivité de la végétation résultant de la topographie des montagnes, des limites de propriété et des gradients microclimatiques. Dans tous ces exemples, les données MODIS à elles seules sont insuffisantes pour la prise de décision, mais la combinaison d'une couverture spatiale et d'un suivi temporel continu et cohérent fournit de nouvelles informations précieuses sur la dynamique de la végétation à travers les paysages.

Disponibilité future de MODIS GPP et NPP

À l'avenir, la cartographie hebdomadaire de la PPM terrestre et de la PPN annuelle devrait être aussi routinière que les données météorologiques présentées aujourd'hui. Comme les cartes météorologiques, les cartes de GPP et NPP peuvent même être affichées occasionnellement aux informations du soir lorsque des conditions anormales sont découvertes. Pour rendre ces données plus faciles à interpréter pour les non-scientifiques, nous présentons le GPP quotidien et le NPP annuel comme des anomalies (écarts par rapport à la normale) à partir des données historiques de notre base de données GPP/NPP 1982-2003. Nous calculons le GPP moyen sur 21 ans pour chaque pixel pour chaque mois et comparons le GPP calculé le plus récent à cette moyenne à long terme (figure 11). Cette représentation de GPP, montrant les zones d'activité récente au-dessus ou en dessous de la normale, est facilement interprétée et imite la façon dont le public voit les informations météorologiques sur le bulletin de nouvelles du soir.

L'un des objectifs de la recherche MODIS actuelle est d'utiliser le GPP de 8 jours pour définir les conditions d'initialisation d'une prévision écologique du futur GPP. Nous avons maintenant des prototypes de ce type de prédiction biosphérique dans un système d'observation et de prédiction terrestre (www.ntsg.umt.edu/tops/). Entre autres utilisations possibles, cette prévision pourrait fournir un outil de contrôle des maladies. Le syndrome pulmonaire à hantavirus se propage par des souris infectées dont les cycles de population sont fortement corrélés avec la productivité de la végétation désertique. La surveillance par satellite de la durée changeante des saisons de croissance de la végétation et la prévision du calendrier saisonnier de la productivité primaire peuvent fournir aux agents de santé un système d'alerte précoce pour les épidémies et la colonisation dans de nouvelles zones ( Glass et al. 2000).

Le National Polar Orbiting Environmental Satellite System (NPOESS) fournit un plan à long terme pour l'héritage futur des capteurs AVHRR et MODIS (Townshend et Justice 2002). Le premier déploiement de NPOESS est prévu en 2009, après le retrait prévu des capteurs AVHRR actuels et des deux capteurs MODIS actuellement en orbite. NPOESS continuera à produire le flux de données initié par MODIS pour GPP et NPP. À ce stade, nous nous attendons à ce que ces données hebdomadaires et annuelles de la PPN fassent partie intégrante de la gestion des terres, de l'analyse des politiques environnementales, de l'économie agricole et de la surveillance des changements biosphériques. Bien que nous soyons optimistes quant à la qualité et à la fiabilité générales de ces données, elles ne répondent pas à tous les besoins et attentes des scientifiques, des gestionnaires, des décideurs et du public. Ces produits de données satellitaires sont cependant uniques en ce qu'ils fournissent une couverture mondiale et une continuité hebdomadaire d'une mesure clé de l'activité des écosystèmes terrestres.

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) Earth Science Enterprise a financé nos recherches MODIS (Spectroradiomètre imageur à résolution modérée) depuis 1984 avec de multiples récompenses, en particulier le contrat NAS5-31368 MODIS. S. W. R. reconnaît une bourse McMaster pour son soutien à la Division des terres et des eaux du CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) en Australie lors de la rédaction de cet article.Nous remercions également l'équipe de traitement MODIS, au Goddard Space Flight Center de la NASA, qui exploite le système de données pour EOS (Earth Observing System). Andrew Neuschwander, du groupe de simulation terradynamique numérique de l'Université du Montana, a fourni des images en couleur.