NYHET Drönarfotografering är inte längre bara en hobby utan har blivit ett viktigt verktyg för forskare. Postdoktor Matthias Siewert har använt drönare i fältforskning i Abisko för att få bättre data i en ny studie om produktivitet i Arktis.
Drönarbilden illustrerar den varierande naturen i det arktiska landskapet. Stordalen myr, 10 kilometer sydöst om Abisko.
BildMatthias SiewertVanligtvis mäts produktiviteten i arktiska ekosystem i detalj genom markkontrollytor, eller i stor skala med satellitdata. Drönare, så kallade obemannade flygande farkoster (UAV), erbjuder en potential att sammankoppla dessa två kartläggningsmetoder, och ger detaljerad analys i större skala.
I en ny studie, som postdoktor Matthias Siewert utfört tillsammans med professor Johan Olofsson, tittar forskarteamet på högupplösta kartläggningar av arktiska ekosystem och hur drönarbilder kan förbättra detta.
Arktis är en mycket heterogen miljö, vilket innebär att landskapet är väldigt varierande. Det finns många olika miljöer i den, och de kan uppträda ganska fläckartat. Det framgår av satellitbilder ända från 80-talet att när Arktis blir varmare blir det också grönare, så ekosystemen förändras. Därför kan vi anta att det finns en mer produktiv vegetation i dag, men det ger upphov till frågor om vad som faktiskt händer.
Den geometriska upplösningen hos satelliter refererar till sensorernas förmåga att effektivt avbilda en del av jordens yta i en enda pixel.
– I satellitbilderna avbildar en pixel ett stort område, vilket innebär att bilden är mycket grov och täcker många kvadratmeter eller till och med kvadratkilometer, så det finns ett informationsproblem. Eftersom det är en divers miljö är det svårt att veta vad som händer inom dessa pixlar, det vill säga om klimatförändringarna har påverkat området. Det väcker ett antal frågor som: Exakt hur mycket grönare blir dessa områden? Är förändringen jämnt fördelat i hela ytan, eller är det några områden som förändras snabbt medan andra inte förändras alls?
Det är här drönare kommer in i bilden.
– Drönare är en bra lösning eftersom de kan fungera som en länk mellan globala satellitskalor och små markområden. Mycket av det som förändras i Arktis händer på små skalor. Det är de små växterna som växer lite bättre nu när det blivit en eller två grader varmare, och mycket av det arbete som forskare gör i Arktis är inriktat på dessa små ytor på 30 cm x 30 cm. Det är svårt att se dessa förändringar ur en satellits perspektiv så drönare är användbara och det visar vi också i vår studie.
Med drönare kan man mäta the Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) för en plats. Detta liknar vad satelliter mäter och är en indikation på hur friska växter är och gör att man kan förutsäga hur mycket vegetation och produktion det finns i ett område. Forskarna mätte NDVI varannan vecka under hela året på tre olika sätt: markkontrollpunkter, drönare och satelliter.
Matthias Siewert, postdoktor på Climate Impacts Research centre, CIRC
BildMatthias Siewert– I drönarbilderna kunde vi se små dammar, bäckar och att de på ett bra sätt representerar landskapet. Men när det gäller satelliterna, även om de mäter samma signal, är det i en lägre upplösning där detaljerna saknas. Även om det övergripande NDVI är detsamma, förlorar vi den rumsliga upplösningen så vi har ingen aning om vad vi faktiskt mäter.
– Det viktiga här är att vi inte särskilt intresserade av NDVI, men däremot hur produktiva växterna är och hur mycket biomassa de har (bladyta, markandning). Vi vet att NDVI är korrelerat med dessa faktorer, men det är inte en enkel relation: den är exponentiell. Om vi mäter produktiviteten och biomassan i hög upplösning och vi har den här funktionen – ger drönarbilderna oss möjlighet att uppskatta den för ett stort område. När vi använder satellitbilder får vi inte samma goda resultat.
Matthias Siewert kunde se att vid låg upplösning (satellitbilder) underskattas vegetationens biomassa och produktivitet och att det är en ganska stor skillnad. Det är särskilt relevant för Arktis eftersom det är så heterogent. Denna bias, om vi inte är försiktiga, är lika stor som de förändringar vi förväntar oss av klimatförändringar under flera decennier eller två grader av uppvärmning.
– Studien visar att vi måste vara mycket försiktiga med hur vi uppskattar produktiviteten i dessa landskap eftersom skal-bias är uppenbart när du förlitar dig på på satellitbilder över dessa olika områden.
Vilka andra användningsområden finns med drönarteknik i ekologisk forskning?
– Vi kan se detaljer med drönare som vi inte upptäcker med satelliter, till exempel sorkar och lämlar i tundravegetation. Det intressanta med dessa gnagare är att de har populationscykler, det finns inte så många av dem under några år, och sedan exploderar plötsligt populationstillväxten. När det finns många av dem äter de faktiskt vegetation i tundran för att skapa sina egna stigar.
Matthias Siewert menar att vi måste vara mycket försiktiga med tolkningen av klimatförändringar, eller ”ett grönare Arktis”, och vad det verkligen betyder, för bortsett från ett grönare Arktis finns det också en effekt av att arktisk blir brunare. Det betyder att vissa områden blir grönare, men vissa områden blir "mindre gröna". Som till exempel med sorkar och lämlar blir Arktis vart tredje eller fjärde år lite brunare när deras populationer kulminerar.
– Med drönare kan vi upptäcka gnagskador i tundraekosystem, så vi kan säga ”I år sjönk produktiviteten, inte bara på grund av klimatet eller växterna utan för att det skedde en ekologisk process på marken”.
Vilka utmaningar finns med att arbeta med drönare?
– Utmaningen är verkligen hur lång tid det tar att bearbeta data. Många som använder drönare tänker väl bara ”Åh, det här måste fungera så snabbt”, men faktiskt att extrahera data tar tid, och det finns alltid några små oförutsedda problem på vägen.
Kan du upptäcka Mattias Siewert på drönarbilden?
BildMatthias Siewert
Sieweet, M. och Olofsson, J.: Scale-dependency of Arctic ecosystem properties revealed by UAV. Environmental Research Letters, juli 2020.