Description du jeu de données
La carte de la biomasse boréale ICESat-2 de la NASA pour l'année 2020 est un produit de la densité de la biomasse aérienne ligneuse à l'échelle de la région boréale, dérivé du lidar ICESat-2, de la réflectance de surface de Landsat 8 et du modèle numérique d'altitude de Copernicus. Ce produit a été mis au point dans le cadre de projets financés par l'Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) de la NASA et l'équipe scientifique d'ICESat-2. Cet ensemble de données regroupe des estimations par transects de la densité de la biomasse aérienne (AGBD) le long des trajectoires terrestres d'ICESat-2, ainsi que des estimations maillées de l'AGBD et de l'incertitude, le tout à une résolution spatiale de 30 mètres. Les estimations de l'AGBD sont exprimées en Mg ha-1. Les estimations de la biomasse par transects ICESat-2 à 30 m et les estimations de la biomasse par grille à 30 m seront disponibles sur le Cloud Scientifique ABoVE et auprès du DAAC de l'ORNL.
Utilisation
Il s'agit d'un produit provisoire. Le produit officiel de la biomasse ICESat-2 à l'échelle de la forêt boréale en 2020 sera disponible auprès du DAAC ORNL de la NASA (
https://daac.ornl.gov/).
Ce produit cartographie la biomasse de la forêt boréale, qui se trouve presque entièrement dans l'écart de données à haute latitude nord non échantillonné par le GEDI de la NASA (à bord de la Station spatiale internationale). Ce produit fournit donc une cartographie de l'AGBD basée sur le lidar pour combler le manque de données nordiques de GEDI. L'approche méthodologique suit en grande partie celle de la mission GEDI pour la prédiction de l'AGBD à partir du lidar satellitaire, mais le produit « wall-to-wall » de ce produit utilise des données de 30 m pour étendre spatialement les estimations de biomasse d'ICESat-2 pour une cartographie à haute résolution. Dans les systèmes boréaux, les données optiques telles que celles de Landsat ne présentent pas les mêmes limites de saturation que celles souvent observées dans les forêts tropicales et tempérées.
Les utilisateurs doivent noter que la modélisation de la biomasse à partir des observations d'ICESat-2 repose sur des données d'étalonnage de la biomasse provenant de sites de terrain qui sont géographiquement limitées par rapport au produit à l'échelle de la région boréale, ainsi que sur les modèles allométriques utilisés pour produire ces données d'étalonnage. Par exemple, aucune donnée d'entraînement de parcelles de terrain n'a été incluse en Sibérie. Ces données d'étalonnage contribuent à l'incertitude du produit final, mais l'ajout de plus de données d'étalonnage dans les futures versions de ce produit améliorera la précision de la biomasse.
Nous encourageons les utilisateurs à nous faire part de leurs commentaires sur le produit, en particulier lorsque des divergences sont constatées entre le produit et les données disponibles localement
Ce produit a utilisé l'elease 004 des données ICESat-2, de la saison de croissance 2019 et 2020. Les données ICESat-2 du 26 juin 2019 au 20 juillet 2019 n'ont pas été utilisées en raison d'un problème avec l'engin spatial entraînant des données manquantes ou des données avec de mauvaises estimations en matière de géolocalisation.
Veuillez noter que les données Landsat et ICESat-2 de la saison de croissance (du 1er juin au 30 septembre) ont été utilisées pour entraîner ce modèle, et que nous avons tenté de minimiser les incertitudes liées à la phénologie, mais la végétation locale et la dynamique de la neige peuvent donner lieu à des divergences.
Soyez prudent en utilisant ces données dans les zones où il y a eu des perturbations (par exemple, un incendie) entre 2019 et 2021, lorsque les relations entre les données ICESat-2 et les données optiques ont probablement été affectées
Notez que si ce produit est destiné à combler le manque de données nordiques de GEDI, il est à une résolution spatiale plus élevée (30 m) que le produit maillé de GEDI (1 km) et les incertitudes ont été estimées à l'aide de différentes approches.
Méthodologie
En utilisant les marqueurs de qualité des données ICESat-2 et les filtres statistiques, les hauteurs de canopée ATL08 utilisées ont été filtrées pour éliminer les retours associés à l'atténuation du signal. En utilisant les classifications de photons, les 100-m ATL08 ont été retraitées à une résolution de 30-m pour correspondre aux produits de données Landsat et Copernicus. La hauteur de la canopée et la mesure de la hauteur relative de la canopée (HR) ont été calculées à cette résolution de transect de 30 m.
Les modèles de biomasse ICESat-2 ont été ajustés à partir d'une collection de données de terrain et de données lidar aéroportées coïncidant dans l'espace et dans le temps. Le lidar aéroporté a été utilisé pour simuler les données ICESat-2 ATL08, créant ainsi un ensemble de données d'étalonnage. Des modèles paramétriques des moindres carrés ordinaires ont été utilisés pour prédire la biomasse sur le terrain à partir des mesures RH simulées de l'ATL08. Les modèles ont été stratifiés par type fonctionnel de plante et par région géographique, et les meilleurs prédicteurs d'entrée ont été sélectionnés pour chaque strate. Les modèles de biomasse sélectionnés ont été appliqués aux données de transects ATL08 de 30 mètres en orbite pour obtenir des estimations de la biomasse de transects de 30 mètres.
Les produits de données Landsat et Copernicus ont été utilisés pour étendre les estimations de biomasse au-delà des traces ICESat-2 au sol à l'ensemble de la forêt boréale. Les covariables matricielles dérivées de Landsat 8 et de Copernicus ont été extraites pour chaque estimation de la biomasse des transects ATL08 de 30 mètres. Il y a 15 variables dérivées de Landsat 8, et 5 variables topographiques dérivées des données d'élévation de Copernicus.
Des tuiles de 90 km ont été utilisées pour développer des modèles locaux de Random Forest (RF) prédisant la biomasse ICESat-2 sur la base des covariables de la grille, produisant ainsi des estimations de l'AGBD à 30 mètres. Une suite de modèles RF a été ajustée par carreau, et l'application de la suite complète à chaque carreau a permis d'estimer l'incertitude au niveau des pixels, le résultat final représentant la DAGB prédite, ainsi que l'écart type par pixel, les 5ème et 95ème percentiles des prédictions..
Incertitude et précision
La carte d'incertitude du produit provisoire de la biomasse ne tient compte que de l'incertitude du modèle entre les estimations de la biomasse d'ICESat-2 et la pile matricielle. Les itérations futures propageront également les incertitudes des modèles entre le champ et la simulation ICESat-2. Les incertitudes rapportées seront sous-estimées, car elles ne tiennent pas compte des erreurs dans les estimations des parcelles de terrain ou de la biomasse (mesure, allométrique), ni des erreurs d'échantillonnage provenant de la distribution des parcelles sur le circumboréal.
Afin de quantifier l'incertitude, les données d'entraînement ont été utilisées pour ajuster 30 modèles « Random Forest » par tuile, prédisant la biomasse ICESat-2 à 30 m en fonction de la pile de covariables. Ces modèles ont chacun été appliqués à la tuile de 90 km qui leur est associée, et la moyenne par pixel, l'écart type, ainsi que les 5e et 95e percentiles sont indiqués dans le produit.
Pour valider ce produit, des cartes de biomasse lidar aéroportées indépendantes provenant de l'acquisition LVIS 2019 ont été utilisées.
Maintien du jeu de données
Il s'agit d'un produit provisoire qui sera publié pour un archivage à long terme au DAAC de l'ORNL de la NASA, avec une publication prévue fin 2021 / début 2022. Les futures versions de ce produit dépendront des ressources disponibles, tant pour les améliorations du produit 2020 que pour les produits représentant les années futures. Le produit officiel comprendra les données ICESat-2 des saisons de croissance de 2019 à 2021.
Il est prévu que les données ICESat-2 soient disponibles pendant plusieurs années après 2021, et en fonction des ressources disponibles, des produits annuels pourraient être générés selon ces méthodes.
