Remote sensing derived edge location, magnitude, and class transitions for ecological studies

Abstract

Regionally intensive human activities related to resource extraction (i.e., harvesting, oil and gas extraction) are increasing the occurrence of edges found in some forested landscapes. Edges between different land cover types represent important transition zones for abiotic and biotic processes. However, boundary detection methods often identify edges solely in areas of high contrast, such as transitions between forest and non-forest areas, and are insensitive to the relative contrast and orientation of different transitions. Edge contrast and orientation can determine the magnitude and even the occurrence of ecological edge effects and should be measured to provide information on landscape condition and habitat potential. Wombling was applied to the wetness component of a tasselled cap transformation (TCT) of a Landsat scene acquired over a portion of the eastern slopes of the Rocky Mountains in Alberta, Canada. By incorporating wombled edge contrast and orientation, and edge class transition type obtained from a land cover dataset, the nature of all transitions between land cover classes within the image was characterized and quantified. The consistency between edges identified by wombling and other common methods of edge delineation (such as spatial clustering) and methods of edge quantification (such as landscape pattern indices, or LPIs) was also assessed. Land cover transitions showed a broad range of edge contrast. Comparisons of edge contrast and the LPI edge density showed a positive correlation (r² = 0.33); however, the strength of this relationship varied with the dominant land cover type (e.g., r² = 0.016 for broadleaf open forest to r² = 0.48 for dense coniferous forest). Stratifying edge contrast to higher values (i.e., >1 standard deviation) increased agreement with edge density, indicating that the LPI is preferentially relating high contrast edges. This study demonstrates how unique edge characteristics may be generated from a remotely sensed continuous variable (TCT wetness). This knowledge of the location, magnitude, and class transitions found at edges provides insights into the nature of the edge effects and enables the development and testing of hypotheses informing wildlife habitat use and selection.

Les activités humaines intensives au plan régional associées à l’extraction des ressources naturelles (c.-à-d. les coupes forestières et l’extraction de pétrole et de gaz) font augmenter la fréquence des contours rencontrés dans certains paysages forestiers. Les contours entre les différents types de couvert représentent des zones de transition importantes pour les processus abiotiques et biotiques. Cependant, les méthodes de détection de frontières ne permettent souvent d’identifier des contours que dans des zones de fort contraste, comme les transitions entre les zones forestières et non forestières, et celles-ci sont insensibles au contraste et à l’orientation relatifs des différentes transitions. Le contraste et l’orientation des contours peuvent déterminer l’importance et même l’occurrence des effets de contour écologique et devraient être mesurés pour fournir une information sur l’état du paysage et le potentiel des habitats. La technique d’estimation de frontières par la méthode de Womble a été appliquée à la composante humidité de l’espace indiciel transformé (tassseled cap transformation-TCT) d’une image Landsat acquise au-dessus d’une portion des versants est des montagnes Rocheuses en Alberta, au Canada. En incorporant, d’une part, le contraste et l’orientation des contours obtenus à l’aide de l’estimation de frontières par la méthode de Womble et, d’autre part, le type de transition de classe de contour obtenu à partir de l’ensemble des données du couvert, il a été possible de caractériser et de quantifier la nature de toutes les transitions entre les classes de couvert à l’intérieur de l’image. On a également évalué la cohérence entre les contours identifiés à l’aide de l’estimation de frontières par la méthode de Womble et les autres méthodes conventionnelles de délimitation de contours (comme le groupement spatial) et les méthodes de quantification de contours (comme les indices de patrons d’organisation spatiale du paysage, LPI). Les transitions du couvert ont affiché une grande diversité de contrastes de contour. Des comparaisons entre le contraste de contour et la densité de contour LPI ont montré une corrélation positive (r² = 0,33); toutefois, l’intensité de cette relation variait avec le type de couvert dominant (p. ex., de r² = 0,016 pour les forêts claires de feuillus à r² = 0,48 pour les forêts denses de conifères). La stratification du contraste de contour à des valeurs plus élevées (c.-à-d. écart-type >1) a accru la concordance avec la densité de contour suggérant que le LPI relie plutôt des contours de fort contraste. L’étude a démontré comment des caractéristiques inédites peuvent être générées à partir d’une variable continue (humidité dérivée de TCT). Cette connaissance de la localisation, de l’intensité et de la classe des transitions rencontrées à la limite des contours fournit des informations sur la nature des effets de contour et permet de développer et de tester des hypothèses sur l’utilisation et la sélection des habitats fauniques.[Traduit par la Rédaction]