Skattning av förändringar i skogens egenskaper med avancerad radar

Kartläggning av förändringar i  skogens egenskaper, som till exempel trädhöjd eller biomassa, kan utgöra underlag för miljöövervakning, rapportering, planering av klimatåtgärder och ett hållbart skogsbruk. I kombination med traditionell fältinventering kan fjärranalys användas för att skapa frekventa heltäckande skattningar som är praktiskt omöjliga att åstadkomma med endast fältinventering. Syntetisk aperturradar (SAR) avbildar skogen oberoende av solljus, moln, snöfall eller regn, och SAR-satelliter kan därför göra tillförlitliga och frekventa observationer som kan användas till sådana skattningar.

Interaktionen med skogen är beroende av våglängden hos SAR-systemet, där långa våglängder främst interagerar med större strukturer som stammar och tjocka grenar, och korta våglängder främst reflekteras från den övre delen av trädkronorna. Därför kan våglängden väljas för att passa specifika tillämpningar. Information kan dessutom extraheras ut radarsignalens oscillationsriktning, vilken kallas polarisation.

Ivan Huuvas doktorsarbete kan delas in i två huvudspår. I det första spåret skattades förändringar i trädbiomassa med hjälp av långvågig SAR (23 – 86 cm). Studierna undersökte interaktionen med skogsstrukturerna hos olika polarisationsriktningar och särskilt hur interaktionerna bäst kunde användas för att förutsäga förändringar i biomassa. En metod för fuktkorrigering av intensiteten i SAR-data togs fram, och det konstaterades att utnyttjande av polarisationsinformation i SAR-data gav förbättrade skattningar av biomassaförändring.

I det andra spåret användes SAR-data med relativt kort våglängd (3 cm). Interferens mellan SAR-mätningar från olika sensorpositioner kan användas för att skatta höjdskillnader på marken i en process kallad SAR-interferometri, eller InSAR. Tidsserier av sådana höjdmätningar användes för att skatta trädhöjder under flera år. Utifrån tidsserierna av skattade trädhöjder skattades i sin tur trädens ålder och ståndortsindex (SI), ett mått som beskriver tillväxtpotentialen hos skogen. Ålder och SI kunde på detta sätt skattas utan systematiskt fel för orörd skog, och precisionen skulle sannolikt minska med tätare och/eller längre tidsserier. För skog med känd ålder kunde SI skattas med en precision liknande den hos fältinventerade värden.

Avhandlingens resultat understryker potentialen hos SAR-data för generaliserbara metoder för skattning av förändringar i skogliga variabler. SAR-data används idag inte operationellt för skogliga tillämpningar i någon stor skala i Sverige. En framtida spridning av dessa metoder kommer att bero både på fortsatt metodutveckling och på tillgängligheten och kvaliteten  hos data från framtida SAR-satelliter. Andra sensorer som till exempel högupplösta laserdata kan erbjuda minst lika noggranna skattningar, men observationsfrekvensen hos satellitburna SAR-sensorer är en fördel som gör att dessa till exempel lämpar sig väl för fortlöpande uppdatering av skattningar.

Bild: Kartor över biomassaförändring skapade med hjälp av radardata i L- och P-band (våglängd 23 respektive 86 cm). För jämförelse visas också en förändringskarta baserad på högupplösta laserdata (lidar). Tillväxt av biomassa visas i grönt och minskning i rött.

----------------------------------

Ivan Huuva (civilingenjör teknisk fysik), försvarar sin doktorsavhandling, "Estimation of change in forest variables using synthetic aperture radar", den 7 december 2023 vid SLU i Umeå.

Länk till avhandlingen: https://publications.slu.se/?file=publ/show&id=126586&lang=se

Mer om disputationen: https://www.slu.se/ew-kalender/2023/12/disputation-ivan-huuva/

Mer information

Ivan Huuva, doktorand
Institutionen för skoglig resurshushållning
Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå
ivan.huuva@slu.se, 090-786 84 02