Surficial Geology and Climatic Effects on Forest Clearcut Tone in RADARSAT Images of Northern Vancouver Island

RÉSUMÉ

Le “British Columbia Forest Practices Code” comporte l'obligation de protéger les biefs des rivières et des ruisseaux qui constituent des habitats pour les poissons au moyen d'un système de zones de réserve et de gestion riveraines. Les zones de réserve se présentent comme des lisières boisées recouvertes de boisé ancien au milieu des nouvelles zones de coupe à blanc. Les données RADARSAT en mode faisceau fin 2 peuvent imager ces lisières et leur détectabilité dépend de la condition et du contraste de ces lisières par rapport au fond environnant de la zone récente de coupe à blanc. Le présent article fait le point sur la plausibilité de l'effet combiné de la géologie des formations meubles (formes de relief) et du climat sur la teinte dans les images RADARSAT dans les zones de coupe à blanc au nord de l'île de Vancouver, en Colombie-britannique. Une forme de relief se définit comme une configuration de matériaux meubles constituant une unité de terrain identifiable sur une photo aérienne. Le relief de chaque parterre de coupe a été interprété par photointerprétation à partir des photographies aériennes couleur conventionnelles d'août 1995 à l'échelle du 1:20000, et pour la région de la zone d'étude, à partir des photographies aériennes panchromatiques de 1986 à l'échelle du 1:60000. Les formes de relief comprennent des moraines de fond, des tills et substratum rocheux, des plaines de till drumlinisées et des lits glacio-marins et lacustres. La photointerprétation a été corroborée par des données de terrain. Trente-deux zones récentes de coupe à blanc (depuis 1991) ont été évaluées pour la teinte sur les images RADARSAT en mode fin 2 acquises à six dates différentes, du 4 décembre 1996 au 24 mars 1999. Des échantillons de sites d'entraînement ont été utilisés pour dériver 53 valeurs moyennes de compte numérique (DN) en tant qu'indicateurs de la teinte des parterres de coupe pour les 32 parterres de coupe situés sur les cinq formes de relief différentes pour chacune des images RADARSAT. Des valeurs moyennes de DN ont aussi été dérivées pour onze peuplements anciens de cèdre et de pruche de l'Ouest et dix peuplements matures de pruche de l'Ouest et de sapin. Les valeurs moyennes de DN des parterres de coupe ont été classifiées selon les formes de relief ou l'année de coupe. Les parterres de coupe situés sur les cinq formes de relief ont été comparés aux peuplements forestiers. Les résultats suggèrent qu'au nord de l'île de Vancouver, les matériaux meubles de concert avec le climat jouent un rôle sur la teinte dans les coupes à blanc sur les images RADARSAT. Au cours de l'année, les parterres de coupe localisés sur des tills sont généralement plus pâles que les parterres de coupe sur les sédiments lacustres. Comparativement aux peuplements cèdre/pruche de l'Ouest et pruche de l'Ouest/sapin environnants, les parterres de coupe sont plus pâles durant les mois d'hiver, foncés ou plus foncés que la forêt en été, et pâle à nouveau en hiver. Le patron cyclique du pâle vers le foncé puis vers le pâle des parterres de coupe peut être utilisé dans le développement d'une stratégie de télédétection pour le suivi des terres forestières. Dans le cas des applications de RADARSAT en foresterie particulièrement en ce qui concerne le suivi des parterres de coupe et des lisières riveraines, il est recommandé d'utiliser des compositions colorées multidates créées à partir de deux images de parterres de coupe pâles et d'une image de parterres foncés.

SUMMARY

The British Columbia Forest Practices Code requires protection of fish-bearing river and stream reaches through a system of riparian reserve and riparian management zones. The reserve zones appear as strips of the old-growth forest left in new clearcuts. RADARSAT Fine 2 beam mode data can image these strips and their detectability depends on strip condition and contrast with surrounding background of the recent clearcut. This paper reports on the plausible combined surficial geology (landform) and climatic effects on RADARSAT image tone of forest clearcuts on northern Vancouver Island, British Columbia. A landform is defined as configuration of surficial materials into an airphoto recognizable terrain unit. The landform of each cutblock was photo-interpreted from August 1995, 1:20,000 normal colour aerial photographs, and for the region of the study area from 1986, 1:60,000 panchromatic aerial photographs. The landforms included ground moraine, till/rock, drumlinized till plain, glacio-marine and lake beds. The photo interpretations were confirmed by field data. Thirty-two recent (since 1991) clearcuts were evaluated for image tone on Fine 2 mode RADARSAT data acquired on 6 dates, starting December 4, 1996 and ending March 24, 1999. Training area samples were used to derive 53 mean digital number (DN) values as indicators of cutblock tone for the 32 cutblocks on the 5 different landforms for each date of RADARSAT imaging. Mean DN values were also derived for 11 old-growth cedar/hemlock stands and 10 mature hemlock/balsam stands. Cutblock mean DN values were sorted according to the landforms or year of cutting. Cutblocks on the five landforms were compared to the forest stands. The results suggest that on northern Vancouver Island, surficial materials in concert with climate play a role in the tonal appearance of clearcuts on RADARSAT images. Throughout the year cutblocks on glacially-derived till are usually lighter than are cutblocks on lacustrine sediments. Relative to the surrounding cedar/hemlock and hemlock/balsam stands, cutblocks are lighter in the winter months, as dark or darker than the forest in the summer, and light again in the winter. The cyclic pattern of light-to-dark-to-light cutblocks can be taken advantage of in developing a remote sensing strategy for monitoring the forest lands. For RADARSAT applications to forestry with special reference to monitoring cutblocks and riparian strips, multi-temporal colour composites created with two light cutblock-dates of imaging and one dark cutblock-date of imaging are recommended.

Key words::

• RADARSAT
• Fine 2
• Forest monitoring
• clearcuts
• riparian reserve zone
• surficial geology
• climatic effects
• western hemlock
• western red cedar

Mots clés:

• RADARSAT
• mode fin 2
• suivi de la forêt
• coupes à blanc
• zone de réserve riveraine
• géologie des formations meubles
• effets climatiques
• pruche de l'Ouest
• cèdre rouge de l'Ouest

Additional information

Notes on contributors

P.A. Murtha

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Peter A. Murtha is with the Department of Forest Resources Management, University of British Columbia, Vancouver BC, V6T 1Z4, E-mail: [email protected].