Onderzoekers kalibreren de camerasensor op een 3DR-quadcopter voordat ze de Arctische toendra op Qikiqtaruk (Herschel Island) in Yukon Territory onderzoeken, Canada. University of Edinburgh Press/Isla Meyers-Smith

Terwijl de aarde opwarmt, satellietbeelden geven sterke aanwijzingen voor arctische vergroening. Maar een vergroeningssignaal logenstraft grotere complexiteit. Klimaatverandering brengt een grondoorlog met zich mee op de toendra terwijl planten strijden om dominantie. In veel toendragebieden, hogere struiken vallen gebieden binnen die ooit kaal waren - of met een korte dekking - van soortgelijke planten zoals korstmos. Het begrijpen van veranderingen in arctische vegetatie is essentieel voor het begrijpen van koolstofopslag en feedbackmechanismen om klimaatveranderingsmodellen te helpen verbeteren.

Maar het onthullen van gedetailleerde details is een uitdaging in een omgeving die afgelegen is, moeilijk toegankelijk en dunbevolkt. Al decenia, teledetectie heeft arctische ogen in de lucht gegeven, maar met nadelen. Ecologen staan ​​voor de uitdaging om fijnschalige patronen te extrapoleren uit grofkorrelige satellietwaarnemingen. Opkomend onderzoek suggereert dat drones kunnen helpen om schaalverschillen te overbruggen.

Veel van het bewijs voor de vergroening van het Noordpoolgebied is afkomstig van gegevens van satellieten die sinds de jaren zeventig in een baan om de aarde draaien. Satellietgegevens bieden een resolutie op grove schaal. Pixelgroottes kunnen overeenkomen met gebieden zo groot als 24 vierkante mijl (64 vierkante kilometer), legt vegetatie-ecoloog Isla Myers-Smith van de Universiteit van Edinburgh uit.

In tegenstelling tot, gedurende bijna twee decennia in Qikiqtaruk in het Canadese Yukon Territory, Het onderzoeksteam van Myers-Smith heeft de verandering van arctische vegetatie gekwantificeerd in percelen van vierkante meter ter grootte van een salontafel. Jaar na jaar, haar team liet 100 spelden vallen in elk perceel, elke plant opnemen, blad en steel de pinnen contact. Het is nauwgezet werk. Het beoordelen van elk vierkant kost uren.

Maar de toendra is enorm. Alleen kleine Arctische fragmenten kunnen zo gedetailleerd worden onderzocht. Het algemene vergroeningssignaal dat door satellieten wordt geleverd - de genormaliseerde verschilvegetatie-index (NDVI) - is onmiskenbaar, maar worden planten groter? Zijn er verschillende planten aan het oprukken? Zijn veranderingen homogeen? Deze vragen intrigeren toendra-ecologen die willen weten wat er op de grond gebeurt.

Het is moeilijk om te schalen van percelen van vierkante meter naar wat satellieten zien over grote ruimtelijke uitgestrektheden. "Je eindigt met die kloof ertussen, " zegt Andrew Cunliffe, research fellow aan de Universiteit van Exeter in het Verenigd Koninkrijk. Hij leidde een recent onderzoek naar deze kloof, gepubliceerd in Environmental Research Letters. Co-auteur met Myers-Smith en drie anderen, de studie vertegenwoordigt een bredere inspanning om schaalhiaten te overbruggen met behulp van drones.

Extreme erosie in het Canadese Noordpoolgebied is onthuld door op drones gemonteerde camera's in een onderzoek onder leiding van wetenschappers uit Edinburgh. University of Edinburgh Press

De wazige lens verscherpen

Satellieten vertellen ons over het noordpoolgebied, "maar door een wazige lens, ", zegt co-auteur Jeff Kerby van de studie aan de universiteit van Aarhus in Denemarken. Satellietgegevens uit de jaren 70 en 80 kunnen nuttig zijn, maar "de pixels zijn misschien zo groot als Manhattan, "zegt hij. "Van deze satellietgegevens, we hebben bewijs van verandering, alleen niet de informatie om de verandering te begrijpen."

Het High-Latitude Drone Ecology Network creëert een gestandaardiseerd protocol voor monitoring van toendravegetatie. De toendra is een fluctuerend en complex ecosysteem, met klimaatvariabelen die de nauwkeurige interpretatie van satellietgegevens beïnvloeden. Arctische sneeuwbedekking kan op elk moment van het jaar voorkomen en verdoezelen wat er met de onderstaande planten gebeurt. Vaak bewolkt, het noordpoolgebied is ook de helft van het jaar donker. Indien aanwezig, de hoek van Arctisch zonlicht kan enorme schaduwen creëren. "Schaduwen zijn geweldig als je landschapsfoto's maakt voor de lol, maar slecht als je planten probeert te begrijpen met een computer, "zegt Kerby. Een groene plant in de schaduw ziet er niet groen uit.

Betreed de drone. Zelfs wanneer uitgerust met vrij eenvoudige, kant-en-klare digitale camera's, drones kunnen een duidelijk beeld geven van wat er op de grond gebeurt. Foto's van hetzelfde vanuit verschillende hoeken, aan elkaar genaaid, 3D-modellen kan maken. Kerby en Myers-Smith hebben het High-Latitude Drone Ecology Network opgericht, het creëren van een gestandaardiseerd protocol voor het monitoren van toendravegetatie.

Aanvankelijk sceptisch over het nut van drones, Scott Goetz van de Northern Arizona University, die niet betrokken was bij het recente onderzoek, is nu overtuigd van hun waarde. "Schaal is een van de belangrijkste problemen bij teledetectie, " zegt Goets, wetenschappelijk leider van NASA's Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) en plaatsvervangend hoofdonderzoeker voor de wetenschap van NASA's Global Ecosystem Dynamics Investigation.

Tussen vluchten door, onderzoekers rugzak met hun enorme drones over de sponsachtige toendra van Qikiqtaruk. University of Edinburgh Press/Jeff Kirby

Een compleet beeld is niet mogelijk met veldmetingen alleen, maar het koppelen van remote sensing via satelliet aan veldgegevens is een lange en uitdagende weg geweest, Goetz legt uit, ook opmerkend dat de resolutie van teledetectie verbetert. "Het is niet dat NDVI niet werkt of dat we [plantengroei] niet op een systematische manier kunnen volgen. Het is meer een kwestie van het onderdeel van het systeem dat je wilt meten."

NDVI-gegevens, vond Cunliffe en medewerkers, presteerde slecht als het ging om het aangeven van plantaardige biomassa omdat deze brede indicator van groenheid geen onderscheid maakt tussen kleine groene organismen zoals mos of korstmos en grotere vormen zoals struiken.

Alemu Gonsamo, een remote sensing vegetatie- en klimaatveranderingswetenschapper aan de McMaster University in Canada die niet betrokken was bij de huidige studie, zegt dat als van drones afgeleide structurele maatregelen goed worden geïntegreerd met lidar- en groenmaatregelen, "ze bieden een ongekende mogelijkheid om veranderingen in zowel de toendra-groenheid als de structuur van het bladerdak, zoals de hoogte van het bladerdak en de bovengrondse biomassa, te volgen."

Als het gaat om het nut van drones in deze context, mensen beginnen net zegt Logan Berner van de Northern Arizona University, een medewerker van NASA's ABoVE-project. Van de studie van Cunliffe, Berner, die een onderzoek leidt naar de beoordeling van Landsat NDVI-trends in het arctische toendra-bioom sinds de jaren tachtig, zegt, "Er is een enorm potentieel voor het soort werk dat ze hebben gedaan om ons begrip te verbeteren van wat deze veranderingen in toendra-groenheid betekenen, waarom ze gebeuren, en hoe het noordpoolgebied in de toekomst zou kunnen veranderen."

Wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Edinburgh gebruikten op een drone gemonteerde camera's om de erosie van de permafrostkustlijn op het eiland Qikiqtaruk Herschel te bestuderen, Yukon-gebied, in het Canadese Noordpoolgebied. University of Edinburgh Press

Dit verhaal verscheen oorspronkelijk in Eos en wordt hier opnieuw gepubliceerd als onderdeel van Nu over klimaat , een wereldwijde journalistieke samenwerking die de berichtgeving over het klimaatverhaal versterkt.