Monitoring Seasonal Variations in Boreal Ecosystems Using Multi-Temporal Spaceborne SAR Data

RÉSUMÉ

Le caractère exceptionnel du contenu informationnel d'une série de données multidates de surfaces terrestres à des latitudes septentrionales polaires, obtenues à partir d'un radar à antenne synthètique embarqué à bord du satellite ERS-1, est illustré à l'aide de trois exemples. Plus particulièrement, on a démontré que les images RAS en bande C étaient utiles pour distinguer la végétation palustre de la végétation non palustre dans les biomes de type toundra, déceler les différences de niveau des eaux dans la toundra, surveiller les variations saisonnières relatives à la végétation et au niveau des eaux dans la toundra, surveiller la forme générale de la prise en glace des chutes d'eau dans différentes régions de végétation en Alaska, surveiller les variations intra et inter-saisonnières de l'humidité du sol dans les forêts perturbées par le feu et, potentiellement, estimer les niveaux de biomasse des strates herbacées consumées par le feu dans les forêts d'épinettes noires. Ces résultats ont une incidence importante pour le radar à antenne synthétique monté à bord de RADARSAT qui pourra couvrir de vastes territoires aux latitudes septentrionales à des fréquences élevées d'échantillonnage. Cette capacité peut se révéler importante pour surveiller des processus essentiels au cycle du carbone dans la toundra et la taïga, y compris la surveillance des effets engendrés par les feux de forêt, la durée de la saison de croissance et le niveau des eaux dans la toundra (principal facteur de contrôle de la production de méthane).

SUMMARY

Using spaceborne radar imagery collected through the ERS-1 SAR, three examples are presented illustrating the unique information content of multi-temporal data sets collected over land surfaces in high northern latitudes. Specifically, it was demonstrated that ERS-1 C-band SAR imagery could be used to: discriminate between wetland and non-wetland vegetation in tundra biomes; detect differences in levels of water inundation in tundra; monitor seasonal variations related to vegetation and water-level differences in tundra; monitor the general pattern of fall freeze-up in different vegetation regions throughout the State of Alaska; monitor inter- and intra-seasonal variations in soil moisture in fire-disturbed forests; and potentially estimate the levels of ground-layer biomass consumption during fire in Black Spruce forests. These results have important implications for the RADARSAT SAR, which will be able to cover large areas in northern latitudes on a very high sampling frequency. This capability can be important to the monitoring of several processes central to carbon cycling in tundra and taiga biomes, including the monitoring of the effects of forest fires, length of growing season, and water levels in tundra (a primary factor controlling the production of methane).

Additional information

Notes on contributors

Eric S. Kasischke

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Eric S. Kasischke is with the School of the Environment, Duke University, Durham, North Carolina, USA.

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Eric S. Kasischke, Nancy H.F. French, and Laura L. Bourgeau-Chavez are with the Center for Earth Sciences, Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA.

Leslie Morrissey

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Leslie Morrissey, Joel A. Stern, and Gerald P. Livingston are with the NASA Ames Research Center, Maffett Field, California, USA.

Jobea Way

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Jobea Way and Eric Rignot are with the Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, USA.

Nancy H.F. French

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Eric S. Kasischke, Nancy H.F. French, and Laura L. Bourgeau-Chavez are with the Center for Earth Sciences, Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA.

Laura L. Bourgeau-Chavez

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Eric S. Kasischke, Nancy H.F. French, and Laura L. Bourgeau-Chavez are with the Center for Earth Sciences, Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA.

Eric Rignot

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Jobea Way and Eric Rignot are with the Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, USA.

Joel A. Stearn

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Leslie Morrissey, Joel A. Stern, and Gerald P. Livingston are with the NASA Ames Research Center, Maffett Field, California, USA.

Gerald P. Livingston

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Leslie Morrissey, Joel A. Stern, and Gerald P. Livingston are with the NASA Ames Research Center, Maffett Field, California, USA.