Monitoring of a National-Scale Indirect Indicator of Biodiversity Using a Long Time-Series of Remotely Sensed Imagery

Abstract

Remote sensing provides continuous, large-area coverage that supports synoptic, consistent, and repeatable monitoring of vegetation and, therefore, can be used to derive indirect indicators of biodiversity. We used a 21-year archive of Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) (1987–2007) data to assess changes in an indirect indicator of biodiversity, the Dynamic Habitat Index (DHI), which has proven useful in predicting patterns of species richness and abundance at broad spatial scales (>1 km²). The index has 3 components reflecting integrated vegetation greenness, vegetation seasonality, and minimum vegetated cover. We used a Theil–Sen nonparametric rank-based test and computed the proportion of cells with positive or negative DHI trends within both the Canadian protected area network and the Canadian ecoprovinces. In general, the smaller protected and natural areas close to urban development had relatively larger proportions of trending DHI components over the 21-year period, than the larger, more remote protected regions. Most protected areas and ecoprovinces observed an overall increase in integrated greenness and a reduction in vegetation seasonality over the analysis period. We conclude that the ability to derive trends from long time-series of remote sensing data helps focus local biodiversity monitoring programs by guiding actions to areas of the greatest observed change.

Résumé

La télédétection offre l’observation continue de vastes étendues, qui appuie la surveillance synoptique, cohérente et répétable de la végétation, et peut donc être utilisée pour obtenir des indicateurs indirects de la biodiversité. Nous avons utilisé une archive de 21 années de données du capteur AVHRR (1987–2007) pour évaluer les changements dans un indicateur indirect de la biodiversité, l’indice des habitats dynamiques (IHD), qui s’est avéré utile pour la prédiction des distributions de la richesse spécifique et de l’abondance des espèces à larges échelles spatiales (>1 km²). L’indice comporte 3 composantes reflétant la verdure intégrée, la variation saisonnière de la végétation et le minimum de couverture végétale. Nous avons utilisé un test non paramétrique basé sur le rang de Theil–Sen et calculé la proportion de cellules avec des tendances IHD positives ou négatives tant au sein du réseau canadien des aires protégées que des écoprovinces canadiennes. En général, les aires protégées plus petites et les zones naturelles à proximité de développements urbains avaient des proportions plus grandes de tendances dans les composantes IHD que les régions protégées plus grandes et éloignées au cours des 21 ans. La plupart des aires protégées et des écoprovinces ont montré une augmentation globale de verdure intégrée et une réduction de la variation saisonnière de la végétation au cours de la période d’analyse. Nous concluons que la capacité de dégager des tendances à partir de longues séries chronologiques de données de télédétection permet d’orienter les programmes de surveillance de la biodiversité locale en guidant les actions dans les régions où le plus grand changement est observé.

Notes

www.cec.org

Additional information

Funding

This research was undertaken as part of the “BioSpace: Biodiversity Monitoring with Earth Observation Ddata” project jointly funded by the Canadian Space Agency (CSA) Government Related Initiatives Program (GRIP), Canadian Forest Service (CFS) Pacific Forestry Centre (PFC), and the University of British Columbia (UBC). Fontana's work at UBC was funded by the Swiss National Research Foundation (SNF). Environment Canada (EC) is gratefully acknowledged for the provision of the CAPS software.