Vorig jaar heeft het Europees Ruimteagentschap het GlobDiversity-project afgerond, het eerste grootschalige project dat is opgezet om op remote sensing (RS) gebaseerde variabelen te ontwikkelen die relevant zijn voor biodiversiteitsmonitoring. Met deze zogenaamde RS gebaseerde essentiële biodiversiteitsvariabelen (EBV's) kunnen belangrijke kenmerken van de biodiversiteit op wereldschaal worden geobserveerd en gemonitord.
Deze blog geeft een overzicht van de belangrijkste verwezenlijkingen van het GlobDiversity-project en zoomt in op de operationele haalbaarheid van een aantal op remote sensing gebaseerde EBV's (fenologie, chlorofylgehalte van het bladerdak en habitatfragmentatie). Blijf meer ontdekken over het potentieel van deze variabelen om bij te dragen tot een kennissysteem om het verlies aan biodiversiteit (Nature's Dangerous Decline 'Unprecedented' with Species Extinction Rates 'Accelerating) terug te draaien.
Een verhaal over biodiversiteit, Sentinel-2, bodembedekking, GlobDiversity
door Ruben Van De Kerchove
Naar een wereldwijd biodiversiteitsmonitoringssysteem
Satellietgegevens kunnen ons een enorme hoeveelheid onschatbare en objectieve informatie verschaffen, ook voor het monitoren van de biodiversiteit. Het Verdrag inzake Biologische Diversiteit (VBD) en het Intergouvernementeel Wetenschaps- en Beleidsplatform inzake Biodiversiteit (IPBES) hebben de nadruk gelegd op de noodzaak om satellietwaarnemingen te integreren in een eengemaakte en wereldwijde strategie voor biodiversiteitsmonitoring. Een kader voor een dergelijk wereldwijd en geïntegreerd biodiversiteitsmonitoringsysteem is ontwikkeld door de Groep voor aardobservatie (Group on Earth Observation Biodiversity Observation Network - GEO BON) onder het algemene concept van essentiële biodiversiteitsvariabelen (Essential Biodiversity Variables - EBV).
Het is in deze context dat het Europees Ruimteagentschap (ESA) het GlobDiversity-project heeft geïnitieerd, dat in juni 2017 van start is gegaan. GlobDiversity was het eerste grootschalige project dat expliciet was ontworpen om op remote sensing gebaseerde variabelen te ontwikkelen die relevant zijn voor biodiversiteitsmonitoring, in het project aangeduid als Remotely Sensed enabled Essential Biodiversity Variables (RS-enabled EBV's).
Aan het einde van het project in september 2020 heeft het GlobDiversity-consortium, een uniek team van biodiversiteitsexperts onder leiding van de universiteit van Zürich, gepresenteerd hoe zij een aantal op remote sensing gebaseerde EBV's met hoge resolutie over de structuur en functie van terrestrische ecosystemen hebben ontwikkeld, gevalideerd en voor het voetlicht gebracht.
Focus op drie essentiële biodiversiteitsvariabelen d.m.v. Remote Sensing
Om een wereldwijde kennis op te bouwen van de biodiversiteit van terrestrische ecosystemen (= op het land) en van het belang daarvan voor de samenleving, heeft het GlobDiversity-consortium algoritmen ontwikkeld voor het bepalen van drie variabelen op basis van remote sensing die van belang zijn voor het bewaken van de biodiversiteit:
- Fragmentatie van ecosystemen
- Fenologie van het landoppervlak
- Chlorofylgehalte van het bladerdak
Deze drie algoritmen zijn gebaseerd op satellietgegevens met hoge resolutie van Sentinel-2 (resolutie 10 m), Landsat-8 (resolutie 30 m) en in het geval van fragmentatie op beschikbare kaarten van bodembedekking zoals de Copernicus Global Land Service Land Cover kaarten gegenereerd door VITO Remote Sensing. De uiteindelijke algoritmen werden geselecteerd op basis van een trade-off analyse om het meest geschikte algoritme te vinden voor een wereldwijde toepassing voor biodiversiteitsmonitoring.
Als een van de GlobDiversity-partners waren wij verantwoordelijk voor de demonstratie van de operationele haalbaarheid van deze verschillende op RS gebaseerde EBV-prototypealgoritmen. Daarom begonnen we met de implementatie van de prototype-algoritmen op ons VITO Remote Sensing private cloud-platform en pasten we de algoritmen vervolgens toe op twee landen: Finland en Senegal.
Test cases: Finland en Senegal
We kozen Finland en Senegal niet willekeurig. Beide landen werden geselecteerd op basis van een aantal belangrijke elementen, waaronder
- zij omvatten een scala van verschillende ecosystemen en bijbehorende landbedekkingen
- het leveren van zinvolle resultaten voor alle drie op RS gebaseerde EBV's
- potentieel een grote gebruikersbasis hebben
De fenologische metriek van het landoppervlak boven Senegal toont bijvoorbeeld duidelijk de latere data van het begin van het seizoen (SOS) en de vroegere data van het einde van het seizoen (EOS) in het noorden van Senegal, wat resulteert in kortere groeiseizoenen in vergelijking met het zuiden. Dit verschil wordt veroorzaakt door de klimatologische gradiënt, hoofdzakelijk de hoeveelheid neerslag.
Per pixel Land Surface Phenology (LSP) metriek over Senegal: Begin van het Seizoen (SOS, DoY), Einde van het Seizoen (SOS, DoY) data, Groeiseizoenslengte (GSL, DoY) en Amplitude (AMP).
Evenzo tonen hoge-resolutiekaarten van het chlorofylgehalte van het bladerdak (CCC) boven Finland de relatief gelijke seizoensgebonden lage waarden over het hele land met hogere maximum CCC-waarden naar het zuiden (westen) toe dankzij de milde invloed van de Baltische Zee.
Per pixel Canopy Chlorophyll (CCC) tijdreeks percentielen over Finland: 10e percentiel (P10), 50e percentiel (P50), 90e percentiel (P90) en een RGB composiet met R= P10, G= P50 en B=P90).
Tenslotte wil ik ook de habitatkaarten delen die zijn gemaakt voor de poolvos in Finland en de chimpansee in Senegal. Deze kaarten kunnen zeer nuttig zijn om de resterende potentiële habitats voor deze soorten te beoordelen en deze te vergelijken met hun huidige verspreiding.
Clusters van samenhangende potentiële leefgebieden voor de poolvos (groen) in Finland (links) en de chimpansee (blauw) in Senegal (rechts).
In het algemeen was deze demonstratie op landenschaal van het prototype van de EBV-algoritmen met RS-ondersteuning zeer succesvol. Het toonde aan dat, hoewel de implementatie nog wat geoptimaliseerd en geflexibiliseerd moet worden, het technisch haalbaar is om de prototypes van de op RS gebaseerde EBV's op wereldschaal te berekenen.
Wat is de volgende stap?
GlobDiversity heeft vooruitgang geboekt bij de gecoördineerde inspanningen om te komen tot een uniform en wereldwijd biodiversiteitsmonitoringsysteem dat als basis kan dienen voor de indicatoren ter beoordeling van de vooruitgang bij de verwezenlijking van diverse doelstellingen. Daarmee heeft GlobDiversity de inspanningen gesteund van het Verdrag inzake Biologische Diversiteit (CBD), de IPBES en GEOBON, om een wereldwijde kennis op te bouwen van de toestand van en veranderingen in de biologische diversiteit van terrestrische ecosystemen en de diensten die zij aan de samenleving leveren. Deze inspanning wordt nu voortgezet in het onlangs gestarte "EuropaBON"-project, waarin ons team verantwoordelijk is voor het opzetten van de gegevensstroom van teledetectie in een Europees systeem om de biodiversiteit te bewaken en het beleid te ondersteunen.
GlobDiversity was een door ESA gefinancierd project dat werd gefinancierd in het kader van EOEP-4 Data User Element. Meer informatie is te vinden op www.globdiversity.net of klik hier om GlobDiversity-documenten en informatiemateriaal te downloaden.
