Monitoring insect defoliation in forests with time-series of satellite based remote sensing data - near real-time methods and impact on the carbon balance

Abstract: Popular Abstract in Swedish Skogar är av stor betydelse ur klimatsynpunkt på grund av deras stora förmåga att binda kol. Skogar på de nordligare breddgraderna spelar en viktig roll med sitt stora kolupptag, men eftersom dessa nordliga skogar troligen kommer att påverkas av klimatförändringarna i hög grad är det osäkert hur framtida kolupptag kommer att utvecklas. Ett varmare klimat kommer sannolikt att öka tillväxten och därmed öka skogarnas upptag av koldioxid från atmosfären. Samtidigt beräknas det att ett varmare klimat kommer att öka mängden skogsskador, såsom insektsangrepp, vilket kan resultera i stora förluster av koldioxid till atmosfären. Insektangrepp är i allmänhet inte inkluderade i kolbudgetar vilket kan resultera i överskattningar av mängden kol som binds i skogar. Därför är det viktigt att utveckla metoder för att kartera insektsangrepp samt att beräkna hur dessa angrepp påverkar kolbalansen. Det övergripande syftet med avhandlingen var att utveckla metoder för kartläggning av insektsangrepp med satellitdata samt att beräkna effekterna av dessa angrepp på skogens kolupptag. Studien visade att tidsserieanalyser av satellitdata kunde användas för att bestämma vilket år ett utbrott av den invasiva ungerska gransköldlusen i sydvästra Skåne startade. Resultaten visade också på möjligheten att utveckla system för övervakning av skogsskador med hjälp av satellitdata. Om ett sådant övervakningssystem hade varit aktivt hade sannolikt angreppen av gransköldlusen upptäckts redan samma år som de startade, vilket var ett år tidigare än det upptäcktes i fält. För invasiva insektsarter är en tidig upptäckt viktig för att minska risken för vidare spridning. Studien visade också att satellitdata med låg rumslig upplösning (pixelstorlek 250x250 m) kan användas för nära realtidsövervakning av insektsskador. 74 100% av pixlarna med björkmätarangrepp i fjällbjörkskog i norra Sverige detekterades med en felklassning av ostörd björkskog på 39 56%, beroende på tröskelvärden i detekteringsmetoden. Metoden kan även användas för att studera hur ett insektsangrepp utvecklas över tid och kartera björkskog som återhämtar sig senare under samma växtsäsong som insektsangreppen. Detta är stora fördelar jämfört med metoder som klassificerar pixlar som angripna eller ostörda för en hel växtsäsong. Den låga rumsliga upplösningen är emellertid en begränsning i fragmenterade skogar som är uppsplittrade i många mindre skogsbestånd av varierande storlek och ålder. En metod för kartering av insektsangrepp baserad på säsongsmax av ett vegetationsindex visade att detektionsgraden för tallstekelskador i fragmenterade tallskogar med intensivt skogsbruk i östra Finland var låg i jämförelse med de mer homogena fjällbjörkskogarna i norra Sverige. Studien visade också att satellitdata i kombination med meteorologiska data kan användas för att kartera effekterna av insektsangrepp på skogens kolupptag med hjälp av en s.k. light use efficience (LUE) modell. LUE modellen kalibrerades med fluxmätningar av skogens kolupptag och metoden för nära realtidsövervakning användas för att kartera angreppen. Dessa resultat visade på stora effekter på kolupptaget orsakade av insektsangrepp samt att det är möjligt att utveckla metoder för att övervaka och kartera insektsangrepp samt att kvantifiera effekterna av dessa angrepp på kolupptaget med satellitdata. Sådana metoder är viktiga för att minska osäkerheten i hur insektsangrepp påverkar skogarnas kolupptag.