Τηλεπισκόπηση των δασικών ενοχλητικών εντόμων: Τρέχουσα κατάσταση και κατευθύνσεις για το μέλλον
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο Εφαρμογής: Τηλεπισκόπηση των δασικών ενοχλητικών εντόμων: Τρέχουσα κατάσταση και κατευθύνσεις για το μέλλον
Πρωτότυπος Τίτλος: Remote sensing of forest insect disturbances: Current state and future directions Συγγραφείς: Cornelius Senf, Rupert Seidl, Patrick Hostert
Πηγή: Int J Appl Earth Obs Geoinformation 60 (2017) 49–60
Λέξεις Κλειδιά:: Διαταραχή εντόμων, Βιοτική διαταραχή, Σκαθάρι φλοιού, Αποφύλλωση, Η υγεία των δασών, Ένταση εντόμων.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Οι διαταραχές των εντόμων είναι ένας σημαντικός παράγοντας της αλλαγής των δασικών οικοσυστημάτων σε ολόκληρο τον πλανήτη. Με την τηλεπισκόπηση, έχει πραγματοποιηθεί μεγάλη προσοχή στην χαρτογράφηση και στην κατανόηση της δυναμικής της επιδημίας των εντόμων. Γίνεται ομαδοποίηση των μελετών σε τρεις τύπους εντόμων: σκαθάρια, πλατύφυλλοι αποφυλλωτές και κωνοφόροι αποφυλλωτές. Κάνοντας αυτό, γίνεται σύγκριση με τους αισθητήρες και τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη χαρτογράφηση των διαταραχών των εντόμων και μεταξύ των τύπων εντόμων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη χαρτογράφηση των σκαθαριών και των αποφλοιωτών και μεταξύ των μεθόδων που χρησιμοποιείται για τη χαρτογράφηση φυλλοβόλων και κωνοφόρων φυγοκεντρητών. Μετά από αυτό, τονίζουμε προσεγγίσεις που είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για κάθε τύπο εντόμου. Τέλος, δίνεται έμφαση στις μελλοντικές κατευθυντήριες γραμμές για την έρευνα της τηλεανίχνευσης των διαταραχών των εντόμων. Συγκεκριμένα, προτείνεται: 1) Ξεχωριστές διαταραχές εντόμων από άλλες παράγοντες · 2) Επέκταση του χώρου και του χρονικού τομέα της ανάλυσης. 3) Χρήση των πυκνών χωρικών σειρών. 4) παρακολούθηση των διαταραχών των εντόμων κοντά σε πραγματικό χρόνο. 5) Προσδιορισμός των διαταραχών των εντόμων στο πλαίσιο συζευγμένων ανθρωπίνων-φυσικών συστημάτων. και 6) Βελτίωση των δεδομένων αναφοράς για την αξιολόγηση των διαταραχών των εντόμων. Δεδομένου ότι η τηλεπισκόπηση των διαταραχών των εντόμων έχει κερδίσει μεγάλο ενδιαφέρον και πέρα από την κοινότητα τηλεπισκόπησης, οι μελλοντικές εξελίξεις που εντοπίστηκαν θα συμβάλουν στην ενσωμάτωση των προϊόντων τηλεπισκόπησης στην διαχείριση των λειτουργικών δασών. Επιπλέον, μια βελτιωμένη χωροχρονική ποσοτικοποίηση των διαταραχών των εντόμων θα υποστηρίξει ένα η ενσωμάτωση αυτών των διαδικασιών σε περιφερειακά μοντέλα παγκόσμιων οικοσυστημάτων.
1. Εισαγωγή
Οι ενοχλήσεις από τα έντομα είναι φυσικές διεργασίες στα δασικά οικοσυστήματα και αποτελεί έναν αναπόσπαστο οδηγό της δυναμικής τους, συμβάλλοντας στη διατήρηση της υγιεινής και ετερογενή δάση που μπορούν να προσφέρουν σημαντικό οικοσύστημα. Ωστόσο, πολλά δασικά οικοσυστήματα έχουν παρουσίασαν αύξηση του ρυθμού, του μεγέθους και της συχνότητας των διαταραχών που προκαλούν τα έντομα, Αυτό δημιούργησε ανησυχίες σχετικά με τις επιπτώσεις των διαταραχών των εντόμων σε βιογεωχημικούς κύκλους, ιδιαίτερα στον άνθρακα, τη βιοποικιλότητα και την οικονομική αξία των δασών. Παρά τη σημασία των δασικών εντόμων για τη θνησιμότητα των δένδρων σε παγκόσμιο επίπεδο, υπάρχει έλλειψη συνεκτικών συνόλων δεδομένων που εντοπίζουν διαταραχές εντόμων συστηματικά μέσω του χώρου και του χρόνου. Αυτό το κενό δεδομένων παρακωλύει ουσιαστικά την ανάπτυξη του μοντέλου που είναι βασισμένα σε διαδικασίες για την έγκυρη πρόβλεψη των μελλοντικών αλλαγών υπό την παγκόσμια αλλαγή του κλίματος, και συνεπώς την ανάπτυξη των κατάλληλων στρατηγικών διαχείρισης.
Τα δασικά έντομα μπορούν ευρέως να ομαδοποιηθούν σε ξυλόφαγο (π.χ. φλοιό σκαθάρια) και φυλλώδη έντομα (π.χ. αποφυλλωτές). Υπάρχουν επίσης μικρότερες ομάδες μυκήτων (τροφοδότες υγρών). Πολλά είδη σκαθαριών που έχουν σημασία στο πλαίσιο των δασικών διαταραχών, αναπαράγονται στον ιστό phloem των ζωντανών και νεκρών δέντρων και μέσω της εισαγωγής των σχετικών μυκητιακών παθογόνων, διαταράσσει τη μετακίνηση του νερού και των θρεπτικών ουσιών μέσα στο δέντρο. Τα φυλλώδη έντομα τρέφονται με τις βελόνες ή τα φύλλα του δέντρα, επηρεάζοντας ουσιαστικά την ικανότητα των δένδρων να πραγματοποιούν φωτοσύνθεση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της ανάπτυξης, της παραμόρφωσης και σε συνδυασμό με δευτερεύουσες πιέσεις όπως ταυτόχρονη σκαθάρι φλοιού επιθέσεις ή θνησιμότητα από ξηρασία.
Οι διαταραχές εντόμων δρουν σε ποικίλες χωρικές και χρονικές κλίμακες που πρέπει να εξεταστούν για να αναπτύξουν μια ολιστική κατανόηση της δυναμικής τους και στη συνέχεια να προβλέπουν τις μελλοντικές τους αλλαγές. Πολλές έρευνες έχουν χρησιμοποιήσει εργαστηριακά και πεδίου δεδομένα για να κατανοήσουν την αποικιοκρατία του ξενιστή από τα έντομα και για την αναπαραγωγική επιτυχία, αυτοί οι οδηγοί μικρής κλίμακας συχνά δεν επαρκούν για την πρόβλεψη των τοπικών μοντέλων μόλυνσης τοπίου που παρατηρήθηκε σε πρόσφατες εστίες. Αυτές οι διαδικασίες μεγάλης κλίμακας απαιτούν δεδομένα που α) είναι χωρικά σαφή, β) καλύπτουν μεγάλες γεωγραφικές εκτάσεις, γ) παρέχουν μια χρονική ανάλυση που ταιριάζει με τον κύκλο ζωής του ενδιαφέροντος εντόμου και δ) επιτρέπει την εκτίμηση μακροπρόθεσμες σειρές για να καταγράψουν τις μακροπρόθεσμες φυσικές διακυμάνσεις που είναι εγγενή στη δυναμική των εντόμων. Επιπλέον, η λεπτότερη χρονική ανάλυση μπορεί να ληφθεί με συνέπεια από τις δενδροευρωπαϊκές έρευνες συχνά μόνο στο εύρος των δεκαετιών, και με μια απόδοση από συγκεκριμένους παράγοντες.
Οι βιολογικές διαφορές μεταξύ των σκαθάρων φλοιού, των αποφυλλωτών από τα κωνοφόρα δέντρα και τα φυλλώματα φυλλοβόλων δέντρων που εξηγούνται παραπάνω υποδηλώνουν ότι υπάρχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της εφαρμογής συγκεκριμένες μεθόδους τηλεανίχνευσης για τη χαρτογράφηση της εμφάνισής τους και σοβαρότητα προσβολής. Ωστόσο, παρόλο που υπάρχουν κριτικές από μια περιφερειακή προοπτική, εστιάζοντας σε συγκεκριμένα έντομα ή γενικά δάση, λείπει ακόμη μια συστηματική, περιεκτική και σφαιρική αξιολόγηση των μεθόδων που ταιριάζουν καλύτερα την τηλεπισκόπηση των ποικίλων δασικών εντομοκτόνων. Μια συστηματική αναθεώρηση των εφαρμοζόμενων μεθόδων και την καλύτερη κατανόηση του υποκειμένου των βιολογικών και οικολογικών διαδικασιών, θα συμβάλει στη βελτίωση των μελλοντικών μελετών που στοχεύουν στη χαρτογράφηση και την εκτίμηση των διαταραχών των εντόμων.
2. Συστηματική επισκόπηση βιβλιογραφίας
2.1. Αναζήτηση βάσης δεδομένων
Για την απόκτηση ενός αρχικού δείγματος της σχετικής βιβλιογραφίας διερευνήθηκε από τη βάση δεδομένων ISI Web of Science (http: // www. webofknowledge.com/) με γενικούς όρους αναζήτησης που επικεντρώνονται στην χαρτογράφηση των δασικών ενοχλητικών εντόμων με τηλεανίχνευση, χρησιμοποιώντας το ακολουθώντας τη συμβολοσειρά αναζήτησης: TS = (σκαθάρι φλοιού * Ή defoliator * Ή έντομο *Ή παράσιτο *) ΚΑΙ TS = (δάσος * Ή δέντρο *) ΚΑΙ TS = (τηλεανίχνευση Ή απομακρυσμένη αίσθηση Ή χαρτογράφηση ή δορυφόρος * Ή παρατηρητής γης *). Αυτή η αρχική έρευνα οδήγησε σε ένα σύνολο n = 868 μελετών. Έγινε έλεγχος του τίτλου και περιλήψεις αυτών των μελετών για την εξαίρεση των μελετών προφανώς που δεν σχετίζονται με την ανασκόπηση μας (π.χ., ιατρικές μελέτες, μελέτες που χρησιμοποιούν απομακρυσμένες ανίχνευση για την καθοδήγηση στην εργασία πεδίου, μελέτες προσομοίωσης), η οποία μείωσε το ο συνολικός αριθμός των μελετών ήταν 149. Στη συνέχεια αναλύθηκε κάθε μελέτη από τα ακόλουθα κριτήρια που έχουν τεθεί για να συμπεριληφθούν στην κριτική μας: α)Πρέπει να οριστεί ένας συγκεκριμένος παράγοντας εντόμων. Μελέτες χαρτογράφησης γενικά η πτώση των δασών ή η αλλαγή λόγω πολλαπλών παραγόντων δεν εξετάστηκαν.β)Ένας χάρτης δημιουργήθηκε ή θα μπορούσε εύκολα να παραχθεί με τις μεθόδους που περιγράφεται στο έγγραφο. Οι πειραματικές μελέτες περιορίζονται σε λίγες επιλεγμένα εικονοστοιχεία ή μελέτες προσομοίωσης εξαιρέθηκαν.γ)Οι μελέτες που χαρτογραφούν παρασιτώσεις σε φυτείες ή οπωρώνες δεν ήταν θεωρούνται.δ)Οι προσεγγίσεις πρέπει να είναι (ημι-) αυτόματες. Μελέτες που εφαρμόζουν εγχειρίδιο ψηφιοποίηση δεδομένων τηλεπισκόπησης ή χειρωνακτική αντιστοίχιση δεν ελήφθησαν υπόψη από αεροσκάφη (αεροπορικές έρευνες ή χάρτες σκίτσων). Μετά την εφαρμογή αυτών των κριτηρίων, επιλέχθηκαν συνολικά 59 μελέτες συμπερίληψη στην ανάλυση. Ωστόσο, σημειώθηκε ότι 16 μελέτες αρχικά δεν συμπεριλήφθηκαν στο δείγμα. Αφού έγινε έλεγχος στα παραπάνω τα κριτήρια που περιγράφονται, προσθέθηκαν επίσης σε αυτές τις μελέτες στη βιβλιογραφική μας βάση, δίνοντας έναν τελικό αριθμό n = 75 μελετών που θα συμπεριληφθούν στο συστηματική αξιολόγηση.
2.2. Εξόρυξη και ανάλυση πληροφοριών
Για κάθε μελέτη στο δείγμα, έγινε εξαγωγή το ίδιο σύνολο χαρακτηριστικών για ανάλυση (εικόνα 1). Συγκεκριμένα, σημειώνεται ο τύπος του εντόμου (δηλαδή το φλοιό σκαθάρι, αποφλοιωτή κωνοφόρα, φυλλώδη φυλλώδη), τα είδη εντόμων, εάν το είδος ήταν εγγενές στο εξεταζόμενο οικοσύστημα, και το πρωταρχικό του είδη ξενιστών. Επιπλέον, καταγράφθηκε η μεταβλητή απόκρισης ο τρόπο που συλλέχθηκαν δεδομένα αναφοράς, καθώς και η τοποθεσία της περιοχής μελέτης. Έγινε χαρακτηρισμό του αισθητήρα πουχ ρησιμοποιείται σε κάθε μελέτη, καταγραφή του ονόματος του αισθητήρα το όνομα, τις χωρικές, χρονικές και φασματικές ιδιότητες του αισθητήρα, όπως καθώς και τον αισθητήρα. Τέλος, σημειώσαμε το μοντέλο ταξινόμησης / παλινδρόμησης που χρησιμοποιήθηκε για χαρτογράφηση / εκτίμηση της μόλυνσης, εάν ήταν τεχνική τοποθέτησης (για χρονική εξομάλυνση, κ.λπ.), εάν χρησιμοποιήθηκαν βοηθητικά δεδομένα στο μοντέλο, καθώς και το μέτρο της απόδοσης ακριβείας / μοντέλου και του μέτρου επίπεδο επίδοσης ακριβείας / μοντέλου.
2.3. Αποτελέσματα της συστηματικής αναθεώρησης
2.3.1. Τύποι εντόμων και βιομάζες
Συνολικά, μελετήθηκαν 27 είδη εντόμων με τηλεανίχνευση, εκ των οποίων οι πέντε ήταν μη-ιθαγενείς . Οι περισσότερες μελέτες εντοπίστηκαν στη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη, όπου συγκεντρώνονται οι ευρωπαϊκές μελέτες (εικόνα 2).
Υπήρξε μόνο μία μελέτη που βρίσκεται στη Νότια Αμερική, την Αυστραλία και την Αφρική, αντίστοιχα. και μόνο μερικές μελέτες ήταν στην Ασία. Σκαθάρια φλοιού και φυλλοβόλα φυλλώματα μελετήθηκαν ως επί το πλείστον σε εύκρατα δασικά οικοσυστήματα, ενώ τα κωνοφόρα φυτοφάρμακα μελετήθηκαν κυρίως στα βόρεια δάση (Εικόνα 3). Πολύ λίγες μελέτες (7%) εντοπίστηκαν στην υποτροπική περιοχή και δεν βρέθηκε μελέτη οι τροπικοί. Από ιστορική άποψη, η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιήθηκε ως επί το πλείστον από το 2003 και μετά για τη χαρτογράφηση των διαταραχών των εντόμων, με σημαντική αύξηση τα τελευταία χρόνια. Ενώ οι πρώτες μελέτες σχεδόν αποκλειστικά χαρτογραφημένα φυλλώδη έντομα, την πρόσφατη αύξηση της τηλεπισκόπησης μελέτες σχετικά με τις διαταραχές των δασικών εντόμων σχετίζονταν σε μεγάλο βαθμό με μελέτες χαρτογράφηση του σκαθαριού Dendroctonus ponderosae στη Βόρεια Αμερική.
2.3.2. Αισθητήρες και μέθοδοι
Χρησιμοποιήθηκε μια ποικιλία αισθητήρων για τη μελέτη διαταραχών των δασικών εντόμων. Συνολικά το 13% των μελετών χρησιμοποίησε δεδομένα χονδρικής ανάλυσης (75% των MODIS), το 57% των μελετών χρησιμοποίησε δεδομένα μεσαίας ανάλυσης (83% Landsat), το 15% των μελετών χρησιμοποίησε δεδομένα υψηλής ανάλυσης (πιο συχνές: HyMap, QuickBird, RadpidEye και WorldView-2), και άλλο 15% των μελετών χρησιμοποίησε δεδομένα πολύ υψηλής ανάλυσης (συμπεριλαμβανομένων των Lidar, που αντιστοιχούσε στο 7% του συνολικού αριθμού σπουδών). Τραχύς (π.χ MODIS) χρησιμοποιήθηκε κυρίως για τη χαρτογράφηση του αποτελέσματος του defoliators, και μόνο μία μελέτη το εφάρμοσε για τη χαρτογράφηση του σκαθαριού του φλοιού διαταραχές. Τα δεδομένα μεσαίας ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν εξίσου όλα τα είδη εντόμων, ενώ χρησιμοποιήθηκαν ιδιαίτερα δεδομένα υψηλής ανάλυσης χαρτογράφηση των επιπτώσεων των σκαθαριών.
Οι διαφορές μεταξύ των τύπων εντόμων ήταν επίσης εμφανείς στο φασματικό ιδιότητες των αισθητήρων. Η πλειοψηφία των μελετών που απεικονίζουν την εκφυλισμό του τα πλατύφυλλα και τα κωνοφόρα δέντρα χρησιμοποίησαν έναν μόνο φασματικό δείκτη (82% και 50%, αντίστοιχα). Ο συχνότερα χρησιμοποιούμενος φασματικός δείκτης για η χαρτογράφηση των φυλλοβόλων φυλλωμάτων ήταν η κανονικοποιημένη διαφορά Δείκτη βλάστησης (NDVI, 43%), ενώ χρησιμοποιήθηκε ένας μεγάλος αριθμός δεικτών για τη χαρτογράφηση της αποφλοίωση κωνοφόρων (NDVI, Normalized Burn Ratio [NBR], δείκτης έντασης υγρασίας [MSI], ευρετήριο περιοχών εγκατάστασης [LAI]). Για χαρτογράφηση διαταραχών σκαθαριού φλοιού, οι μελέτες επικεντρώνονταν κατά κύριο λόγο σε πολυφασματικές δεδομένων (47%), αν και το 29% των μελετών χρησιμοποίησε επίσης ένα μόνο φάσμα δεικτών. Ο συχνότερα χρησιμοποιούμενος φασματικός δείκτης για τη χαρτογράφηση των αποτελεσμάτων των σκαθαριών φλοιού ήταν η διαφορά στην υγρασία καστανιάς (Ενισχυμένος δείκτης διαφοράς υγρών [EWDI]) από το NBR και τον Δείκτη Διαταραχών (DI). Μόνο το 12% των μελετών χαρτογράφηση διαταραχές σκαθάρι φλοιός χρησιμοποιούνται δεδομένα Lidar, και ένα άλλο 10% χρησιμοποιήθηκαν υπερφασματικές εικόνες. Όσον αφορά τη χρονική ανάλυση, η ανάλυσή έδειξε ότι είναι πολύ πυκνή και χρησιμοποιήθηκαν κυρίως χρονολογικές σειρές (δηλαδή περισσότερες από μία εικόνες ανά έτος) χαρτογράφηση της αποφύλλωσης, ιδιαίτερα των πλατύφυλλων δέντρων (εικόνα 4).
Οι μελέτες που συνέκριναν την εμφάνιση και τη σοβαρότητα της διαταραχής ήταν σχεδόν (55% και 46% αντίστοιχα), με μικρές μόνο διαφορές μεταξύ των τύπων εντόμων. Για μελέτες χαρτογράφησης του φλοιού η σοβαρότητα της προσβολής από τα σκαθάρια ήταν τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μέτρα τοις εκατό ποσοστό θνησιμότητας, ποσοστό νεκρών στελεχών και ποσοστό θνησιμότητας βασικής περιοχής. Για τους κωνοφόρους αποφυλλωτές, η σοβαρότητα μετρήθηκε ως επί το πλείστον σε κατηγορίες (δηλαδή, τρία έως πέντε επίπεδα έντασης αποφύλλωσης), ενώ για πλατύφυλλα η σοβαρότητα της αποφύλλωσης των δασών μετρήθηκε ως επί το πλείστον ως απώλεια του θόλου.
Όσον αφορά τα δεδομένα βαθμονόμησης και επικύρωσης, οι περισσότερες από τις μελέτες που χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα πεδίου (55%), ακολουθούμενη από ερμηνεία πολύ υψηλής ανάλυσης δεδομένα τηλεπισκόπησης (28%). Είναι ενδιαφέρον ότι η ερμηνεία δεδομένων VHR ήταν πιο συχνά χρησιμοποιείται στην περίπτωση των σκαθαριών του φλοιού από ό, τι για τη χαρτογράφηση των αποφυλλωτών. Οι υπόλοιπες μελέτες είτε χρησιμοποίησαν έρευνα εναέριας επισκόπησης (AOS) (8%), ερμηνεία εικόνας ή χρονικής σειράς μέσης ανάλυσης (6%), έρευνες ελικοπτέρων (4%) ή Lidar (2%) ως στοιχεία αναφοράς. Η πλειονότητα των μελετών που αφορούν την εμφάνιση διαταραχών που χρησιμοποιούνται μοντέλα ταξινόμησης όπως τυχαία δάση (20%), μέγιστη πιθανότητα (14%) ή (λογική) υποχώρηση (12%). Ωστόσο, το ένα τέταρτο (25%) των περιστατικών διαταραχής χαρτογράφησης των μελετών βασίστηκαν σε έναν απλό κανόνα προσέγγιση. Μελέτες για την εκτίμηση της σοβαρότητας της μόλυνσης με τα χρησιμοποιούμενα μοντέλα στατιστικής παλινδρόμησης ήταν (37%), ακολουθούμενα από η τυχαία παλινδρόμηση των δασών (19%) και οι προσεγγίσεις βασισμένες σε κανόνες που ταξινομούν ένα συνεχές μέτρο στις τάξεις σοβαρότητας (12%). Η ακρίβεια χαρτογράφησης δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές μεταξύ των τριών τύπων εντόμων, με συνολική ακρίβεια που κυμαίνεται από 60 έως> 90% . Για την εκτίμηση της σοβαρότητας των διαταραχών, ωστόσο, παρατηρήθηκε υψηλότερη απόδοση μοντελοποίησης για αποφυλλωτές παρά για φλοιό σκαθάρια.
3. Τρέχουσες προσεγγίσεις στην τηλεπισκόπηση των δασικών εντόμων διαταραχές
3.1. Σκαθάρια φλοιού
Το Landsat είναι σήμερα ο πιο σημαντικός αισθητήρας για τη χαρτογράφηση του φλοιού διαταραχές σκαθαριών, γεγονός που υποδηλώνει ότι η χωρική ανάλυση είναι βασικό χαρακτηριστικό για τη χαρτογράφηση της προσβολής των σκαθαριών. Πράγματι, ο μεγάλος αριθμός που χρησιμοποιήθηκε για τις προσεγγίσεις υπο-εικονοστοιχείων (δηλαδή, χαρτογράφηση της σοβαρότητας της προσβολής) και των δεδομένων υψηλής και πολύ υψηλής ανάλυσης, για την ανάλυση του σκαθαριού διαταραχές υποστηρίζουν περαιτέρω αυτό το συμπέρασμα. Η Landsat παραδίδει επίσης συνεχείς παρατηρήσεις επί αρκετά χρόνια, γεγονός που με τη σειρά του επιτρέπει την παρακολούθηση των σκαθαριών, οι οποίες συχνά διαρκούν αρκετά χρόνια .
Από φασματική άποψη, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι φασματικές πληροφορίες από το φάσμα υπερύθρων μικρού μήκους του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, το φάσμα έχει ιδιαίτερη σημασία για την ανίχνευση προσβολής από σκαθάρια φλοιού, πιθανώς λόγω της ευαισθησίας αυτής της φασματικής περιοχής στις αλλαγές περιεχομένου νερού βελόνας. Οι αλλαγές στην περιεκτικότητα σε νερό της βελόνας επιτρέπουν ένα την ακριβή ανίχνευση των δέντρων που γίνονται κόκκινα (στάδιο κόκκινης επίθεσης) και γκρι (στάδιο γκρίζας προσβολής) μετά από προσβολή.
Οι μελέτες βασίζονται όλο και περισσότερο σε πολυετείς χρονολογικές σειρές μέσου δεδομένων ανάλυσης για τη λήψη αλλαγών στο συσχετισμένο φασματικό σήμα με αλλαγές στην περιεκτικότητα σε νερό της βελόνας. Ωστόσο, η ανάλυση εικόνων μιας ημέρας εξακολουθεί να είναι ο κανόνας. Μετά το άνοιγμα του USGS Landsat Archive το 2008, η χρήση πυκνών(δηλαδή ετήσιες) χρονολογικές σειρές έγιναν περισσότερο εμφανείς. Χρησιμοποιώντας πυκνή χρονοσειρά Landsat τα δεδομένα επιτρέπουν μια ετήσια ανάλυση των διαταραχών φλοιού σκαθάρι, η οποία παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τα χωρικά και χρονικά πρότυπα του. Πολύ πυκνές χρονικές σειρές χρησιμοποιούνται σπάνια για τη χαρτογράφηση των παρασίτων των σκαθαριών, υποδηλώνοντας ότι η ενδοετήσια μεταβολή του φασματικού σήματος είναι λιγότερο σημαντική στο πλαίσιο αυτό, και δεν αντισταθμίζει την απώλεια χωρικών πληροφοριών που έρχεται με τους σημερινούς αισθητήρες υψηλής συχνότητας, χονδρικής ανάλυσης (δηλαδή,MODIS ή AVHRR).
Τέλος, διαπιστώσαμε ότι τα πεδία και η ερμηνεία της εικόνας ήταν οι κύριες πηγές δεδομένων αναφοράς για τη χαρτογράφηση των διαταραχών του σκαθαριού. Επιπλέον, υπήρχαν οι διαφορές μεταξύ των μελετών που χαρτογραφούν την προσβολή σε πρώιμα στάδια (redattack) και αργότερα στάδια (γκρίζα επίθεση). Μερικές μελέτες στόχευαν ακόμη χαρτογράφηση πολύ πρώιμων σταδίων μόλυνσης (πράσινη επίθεση) με στόχο την παρέχοντας στήριξη λήψης αποφάσεων για δράσεις διαχείρισης κινδύνου.
3.2. Κωνοφόρα προϊόντα αποφλοίωσης
Η πλειοψηφία των μελετών που χαρτογραφούν τις διαταραχές των κωνοφόρων δέντρων χρησιμοποίησαν δεδομένα μέσης ανάλυσης, με Landsat και SPOT να είναι οι πιο σημαντικοί αισθητήρες. Πιο πρόσφατες μελέτες βασίστηκαν αποκλειστικά στη σύγκριση ενός δείκτη βλάστησης μεταξύ δύο ή περισσότερες ημερομηνίες για την παρακολούθηση των αλλαγών στη βλάστηση που προκαλούνται από την αποφύλλωση. Μια μεγάλη ποικιλία βλάστησης χρησιμοποιήθηκε με δείκτες που χρησιμοποίησαν όλες τις ζώνες υπέρυθρων υπερύθρων και βραχέων υπέρυθρων. Οι αλλαγές σε αυτές τις ζώνες μπορούν να ανιχνεύσουν τη χλωρόσηση καινδομικές μεταβολές στο θόλο που προκαλείται από την αποφύλλωση των εντόμων, αλλά η σχέση μεταξύ της αποφυλλώσεως των κωνοφόρων εντόμων και των αντίστοιχων οι φασματικές αποκρίσεις είναι φτωχότερες από ό, τι για τους σκαθάρια του φλοιού.
Η αποφλοίωση των κωνοφόρων είναι μια σταδιακή διαδικασία. Πράγματι, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι διαταραχές από τους κωνοφόρους αποφυλλωτές είναι κατά μέσο όρο μεγαλύτερης διάρκειας από τις διαταραχές των σκαθάρων. Παρ 'όλα αυτά, επίσης πολύ πυκνή χρονολογική σειρά πληροφορίες , δηλαδή η ενδοετήσια μεταβολή στο φασματικό σήμα , ήταν που χρησιμοποιήθηκε για να χαρτογραφήσει κωνοφόρα defoliators. Ένα χαρακτηριστικό που ήταν εξαιρετικό για τη χαρτογράφηση της αποψίλωσης των κωνοφόρων ήταν η συχνή χρήση κατηγοριών σοβαρότητας (δηλαδή ίχνος, χαμηλός, μεσαίος, ισχυρή defoliation) αντί για μια μετρήσιμη μονάδα κρούσης εντόμων (όπως με σκαθάρια φλοιού και φυλλοβόλους αποφυλλωτές).
3.3. Παρασιτοκτόνοι αποφυλλωτές
Μεσοπρόθεσμοι και χονδροί αισθητήρες χωρικής ανάλυσης ήταν πιο συχνά που χρησιμοποιείται για τη χαρτογράφηση της φυλλώδους αποφύλλωσης και πολλές μελέτες που χρησιμοποιήθηκαν με ετήσια ανάλυση χρονοσειρών για την ανάλυση αυτών των συνόλων δεδομένων. Αυτό δείχνει ότι για την χαρτογράφηση του αντίκτυπου των φυλλοβόλων φυλλωμάτων στην εσωτερική ετήσια διακύμανση του, το φασματικό σήμα έχει ιδιαίτερη σημασία. Αρκετές μελέτες έδειξαν ότι α οι πυκνότερες χρονικές σειρές βελτιώνουν την ανιχνευσιμότητα της αποφύλλωσης σε πλατύφυλλα δέντρα, επειδή τα περισσότερα πλατύφυλλα δέντρα είναι σε θέση να αναρροφήσουν το ίδιο έτος της διαταραχής. Επομένως, οι χρονοσειρές Denser καταλήγουν σε υψηλότερες πιθανότητες να παρατηρήσετε σύννεφο χωρίς παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια της σύντομης περίοδο μέγιστης αποψίλωσης. Επομένως, η υψηλότερη χρονική ανάλυση φαίνεται να αντισταθμίζει τα χονδροειδή χωρική ανάλυση των εφαρμοζόμενων αισθητήρων. Ωστόσο, υπήρχαν επίσης μελέτες που χρησιμοποιούν ενδοετή φασματική μεταβλητότητα Landsat ή συντηγμένα προϊόντα διαφόρων αισθητήρων. Συνεπώς, δεδομένα αναφοράς για τη μέτρηση της σοβαρότητας φυλλοβόλων φυλλωμάτων περιλάμβανε κυρίως πεδίο δεδομένα που μετρούσαν την απώλεια στην περιοχή των φύλλων.
4. Προκλήσεις και τρόποι προς τα εμπρός
4.1. Ξεχωριστές διαταραχές εντόμων από άλλους παράγοντες
Τα έντομα των δασών συχνά δεν είναι ο μόνος παράγοντας διαταραχής που υπάρχει σε α δασικού οικοσυστήματος. Προκειμένου να καταγραφούν οι διαταραχές των εντόμων και να εκτιμηθούν οι επιπτώσεις τους σοβαρότητα είναι αναγκαία η διάκριση μεταξύ εντόμων και άλλων παράγοντες παρενόχλησης. Οι ενόχλησεις των εντόμων προκαλούνται συχνά από άλλες διαταραχές στο φλοιό του barkbeetle με εκδηλώσεις μετά την εκκένωση ή με την αποφύλλωση μετά από ξηρασία, η οποία μπορεί να κάνει σαφή διάκριση μεταξύ διαφορετικών παραγόντων διαταραχών. Ένα δυναμικό βελτίωση των σημερινών προσεγγίσεων θα ήταν η βελτίωση των διακρίσεων των δυνάμεων μεταξύ διαταραχών των εντόμων και μη σχετιζόμενων άλλων διαταραχών(δηλαδή, πυρκαγιά, συγκομιδή, πλημμύρες, χιονοστιβάδες), ενώ ταυτόχρονα αναγνωρίζοντας ότι οι διαταραχές των εντόμων που συχνά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και έτσι δεν μπορούν να διαχωριστούν από άλλες διαταραχές(δηλ. εξαέρωση, ξηρασία).
Ο διαχωρισμός των ενοχλητικών εντόμων από άλλες διαταραχές είναι δύσκολο, αν και έχει σημειωθεί σημαντική βελτίωση τα τελευταία χρόνια. Συγκεκριμένα, η χρήση των φασματικών-χρονικών πληροφοριών έχουν καταστεί ιδιαίτερα σημαντικές για τον διαχωρισμό διαφόρων παραγόντων διαταραχής και εντόμων. Φασματικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι που προέρχονται από προσεγγίσεις μιας και πολλαπλών ημερομηνιών, καθώς και από πυκνή και πολύ πυκνή χρονολογική σειρά. Χρονικά χαρακτηριστικά, ωστόσο, τα οποία περιγράφουν τη διάρκεια ενός γεγονότος, μπορούν μόνο να ποσοτικοποιηθούν από πυκνή, δηλαδή ετήσιες ή ετησίων, χρονολογικές σειρές. Η διάρκεια βρέθηκε σημαντική σε μια ποικιλία μελετών που διαχωρίζουν τις διαταραχές των εντόμων από άλλοι παράγοντες διαταραχής. Τέλος, υπάρχουν πρόσφατες ενδείξεις ότι τα χωρικά χαρακτηριστικά, δηλαδή το μέγεθος και το σχήμα των διαταραχών, μπορεί να αποφέρει σημαντικά πληροφορίες για τον διαχωρισμό παραγόντων διαταραχής.
4.2. Επέκταση του χώρου και του χρονικού τομέα της ανάλυσης
Πολλές μελέτες που αναλύθηκαν εδώ περιορίστηκαν σε απλές λεκάνες απορροής, προστατευόμενες περιοχές ή άλλες γεωγραφικά διακριτές μονάδες τοπίου. Πολύ λίγες μελέτες κατέγραψαν διαταραχές εντόμων σε μεγαλύτερο γεωγραφικό επίπεδο κλίσεις, που καλύπτουν πολλές κλιματικές και / ή βιογεωγραφικές περιοχές Τέτοιες αξιολογήσεις μεγάλης κλίμακας είναι, ωστόσο, ζωτικής σημασίας για την καλύτερη κατανόηση των επιπτώσεων διαταραχών των δασών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο . Έτσι, ενώ τοπικές μελέτες κάποιων περιπτώσεων συχνά οδηγούν σε πολύ λεπτομερείς χάρτες προσβολής από έντομα που είναι χρήσιμες για τη διαχείριση των δασών.
Επί του παρόντος, ένας περιοριστικός παράγοντας είναι η δυνατότητα μεταφοράς των προσεγγίσεων που αναπτύχθηκαν για συγκεκριμένες περιπτωσιολογικές μελέτες σε ευρύτερη γεωγραφική έκταση. Βελτίωση της γενικευσιμότητας και της η δυνατότητα μεταφοράς των υπαρχουσών προσεγγίσεων θα βοηθήσει στη διεξαγωγή περιφερειακές έως παγκόσμιες αξιολογήσεις των διαταραχών των δασικών εντόμων.
4.3. Χρησιμοποιήστε πυκνή χρονολογική σειρά
Η συστηματική ανασκόπηση μας αποκάλυψε ότι για τη χαρτογράφηση των αποφυλλωτών και φυλλοβόλων φυκιών, η υψηλή διαθεσιμότητα δεδομένων σε ετήσια βάση είναι πλεονεκτική για την αξιόπιστη εκτίμηση της εμφάνισης μόλυνσης και τη σοβαρότητα. Ωστόσο, διαπιστώνεται επίσης ότι αυτή η απαίτηση αυτή τη στιγμή πληρείται μόνο από αισθητήρες χονδρικής ανάλυσης, όπως το MODIS, οι οποίοι έχουν σημαντικά μειονεκτήματα που προκύπτουν από τη χωρική τους ανάλυση (π.χ. εξαιρετικά ετερογενή τοπία της Κεντρικής Ευρώπης). Συνεπώς, η απεικόνιση χαρτογράφησης μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την αύξηση ετήσια διαθεσιμότητα δεδομένων για μεσαία και υψηλή χωρική ανάλυση Αισθητήρες.
Επιπλέον, η χρονική στιγμή της απόκτησης εικόνας εντός του έτους μπορεί να επηρεάσει ουσιαστικά την ανιχνευσιμότητα της αποφύλλωσης. Το εύρημα αυτό ισχύει επίσης και για διαταραχή του φλοιού των σκαθαριών, οι οποίες εντοπίζονται καλύτερα με τη χρήση παρατηρήσεων από τα τέλη του καλοκαιριού που επιτρέπουν την ανίχνευση των περισσοτέρων από τις εαρινές παρασιτώσεις και εξακολουθεί να απομακρύνεται από την τακτική απώλεια βελόνας που συμβαίνει το φθινόπωρο. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιώντας το χρονισμό της απόκτησης εικόνας, ο παράγοντας των εντόμων και η φαινολογία της βλάστησης θα ενίσχυαν περαιτέρω την ανιχνευσιμότητα και την κατανομή των παρασιτικών εντόμων.
Οι παρατηρήσεις σχετικά με τις καλύτερες ημερομηνίες για την απόκτηση εικόνας μπορούν, για παράδειγμα, να αξιοποιηθούν από τη χρήση μοντέλων εντόμων πληθυσμών. Για παράδειγμα, οι De Beurs και Townsend (2008) χρησιμοποίησαν το Μοντέλο BioSIM (Régnière και Saint-Amant, 2014) για να μοντελοποιούνται ετησίως με την πληθυσμιακή ανάπτυξη του σκώρου και έτσι να προσδιορίζεται το βέλτιστο της ημέρα της απόκτησης της εικόνας.
4.4. Βελτιώστε τα δεδομένα αναφοράς για την εκτίμηση των διαταραχών των εντόμων
Κατά τη συστηματική ανασκόπηση διαπιστώθηκε ότι τα δεδομένα πεδίου ήταν η πιο σημαντική πηγή δεδομένων αναφοράς για τη βαθμονόμηση και την επικύρωση του εντόμου μοντέλα διαταραχής. Δεδομένα πεδίου είναι το «χρυσό πρότυπο» στη μοντελοποίηση, δεδομένου ότι αντιπροσωπεύει τις ακριβείς μετρήσεις που απεικονίζουν την πραγματική κατάσταση του έδαφος. Ωστόσο, τα δεδομένα πεδίου είναι επίσης δαπανηρά για την απόκτηση, γεγονός που περιορίζει τη χρήση του σε μεγάλες γεωγραφικές εκτάσεις. Μερικές μελέτες ως εκ τούτου, χρησιμοποίησε τα υπάρχοντα δεδομένα απογραφής που παρακολουθούν σχετικά μετρήσεις με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, τα δεδομένα απογραφής των δασών δεν είναι σταθερά, διατίθενται σε διάφορες χώρες και είναι συχνά δύσκολο να συνδυαστούν με δεδομένα τηλεπισκόπησης λόγω αναντιστοιχίας στο μέγεθος του οικοπέδου και χωρική ανάλυση αισθητήρων τηλεπισκόπησης. Για την καλύτερη ενσωμάτωση των υφιστάμενων τομέων και δεδομένα απογραφής με μεθόδους τηλεανίχνευσης προτείνονται δύο βελτιώσεις: Πρώτον, γίνεται κάλεσμα όλων των ερευνητών να αρχειοθετήσουν δημοσίως τα δεδομένα πεδίου κατά τη δημοσίευση τους, συμπεριλαμβανομένων ρητών χωρικών μεταδεδομένων για την ενεργοποίηση σύνδεσης με απομακρυσμένα ανίχνευσης πληροφοριών. Δεύτερον, οι ερευνητές και οι διαχειριστές να σχεδιάζουν νέες αποθέματα ή τις καμπάνιες πεδίου που θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν εκτιμήσεις απομακρυσμένων περιοχών ανιχνεύοντας τα σχέδια καμπάνιας τους για να συγκεντρώσουν την προστιθέμενη αξία από τη συγχώνευση χερσαίων και γεωσυνθετικών πηγών δεδομένων στο μέλλον.
5. Συμπέρασμα
Παρουσιάζεται μια συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας σχετικά με το τηλεανίχνευση των διαταραχών των εντόμων. Βρέθηκαν συγκεκριμένες μέθοδοι και οι αισθητήρες είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι για συγκεκριμένους τύπους παραγόντων εντόμων δηλαδή σκαθάρια φλοιού, αποφυλλωτές φυλλοβόλων δέντρων και αποφυλλωτές κωνοφόρων δέντρων. Ενώ η αναθεώρησή μας καταγράφει σημαντική αύξηση της μελέτες που καταγράφουν τις διαταραχές των εντόμων τα τελευταία χρόνια, εντοπίσθηκαν επίσης διάφορες προκλήσεις με την τρέχουσα προσέγγιση. Για να ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις, προτείνονται έξι τομείς βελτίωσης:1.Ξεχωριστές διαταραχές εντόμων από άλλους παράγοντες 2.Επέκταση της χωρικής και χρονικής περιοχής της ανάλυσης 3.Χρησιμοποιήστε πυκνή χρονολογική σειρά 4.Να λειτουργούν παρακολούθηση εντοπισμού εντόμων κοντά σε πραγματικό χρόνο 5.Προσδιορίστε τις διαταραχές των εντόμων στο πλαίσιο του συζευγμένου ανθρώπινου-φυσικού συστήματα και 6.Βελτίωση των δεδομένων αναφοράς για την εκτίμηση των διαταραχών των εντόμων. Η αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων σε μελλοντικές μελέτες μπορεί να βοηθήσει στην ενσωμάτωση των απομακρυσμένων τη δημιουργία χαρτών με βάση την αίσθηση στην επιχειρησιακή διαχείριση των δασών και την υποστήριξη την ένταξη των διαταραχών των εντόμων ως ολοκληρωμένων διαδικασιών σε περιφερειακό επίπεδο σε παγκόσμια μοντέλα οικοσυστημάτων.
