Tidsserieanalys av vegetation med Sentinel 2

Relevanta dokument
Övervakning av vegetation med lågupplösande satellitdata

PER-OLA OLSSON INSTITUTIONEN FÖR NATURGEOGRAFI OCH EKOSYSTEMVETENSKAP

Fjällvegetationskartering med satellitdata och NNH data

Här finns en kort beskrivning av CropSAT

Skogens kolbalans ur ett klimatperspektiv

Tidsserier och vattenkraftoptimering presentation

ISIS2 Satellit- och meteorologibaserad undersökning av snö för rennäringens behov

Europeisk satsning kartlägger kolbalansen några exempel från ICOS Swedens mätstationer

Växternas årscykel - hur förutsäger vi fram9den?


Introduktion till Fjärranalys

Klimateffekter på vegetation och återkopplingar till klimatet

Introduktion till Fjärranalys

Laserskanning för bättre beslut i skogsbruket - nu eller i framtiden?

3 D data från optiska satelliter - Skogliga tillämpningar

Rapeseed Biodiesel and Climate Change Mitigation in the EU

Möjligheter med nya data från Sentinel-3

Laboration 5: Introduktion till digital fjärranalys & olika sensorer

Hur står sig svensk polarforskning nationellt och internationellt? Ulf Jonsell

Skogsstyrelsens vision och strategi för fjärranalysanvändning

Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto. Åsa Kasimir Klemedtsson

Metodik för skattning av skogliga variabler

Kvävegödsling i Gårdsjön efter 25 år: hur mycket tål skogen?

Torbjörn Westin, Spacemetric AB Simon Ahlberg, FORAN Remote Sensing AB

Svenska ICOS. En ny nationell forskningsinfrastruktur för mätning av växthusgaser. Maj-Lena Linderson

Satellitbaserad vattenkvalitetsövervakning. Petra Philipson, Brockmann Geomatics Sweden AB

Stående virkesförråd i Sverige

En undersökning av samband mellan förändringar i fenologi och temperatur med hjälp av GIMMS datasetet och klimatdata från SMHI

Vad kan fjärranalystekniken bidra med?

Algblomning och Envisats frånfälle

Forest regeneration in Sweden

Vad orsakar brunifieringen av svenska vatten detta vet vi idag Lars J. Tranvik Núria Catalan Anne Kellerman Dolly Kothawala Gesa Weyhenmeyer

Introduktion till Fjärranalys

Copernicus och Swea. Björn Lovén

TANA09 Föreläsning 8. Kubiska splines. B-Splines. Approximerande Splines. B-splines. Minsta kvadrat anpassning. Design av kurvor och ytor.

Vegetation, klimat och satellitdata. Satellitdata Biom Årstidscykler. Ekosystem Biodiversitet Övningsintro: Kenya

CropSat, gödsla efter satellitbilder, möjligheter med nollrutor. Hushållningssällskapet, Henrik Stadig

Vattenkvalitet.se. från forskning till fungerande tillämpning. Petra Philipson Vattenfall Power Consultant AB. Vattenfall AB

NORDIC GRID DISTURBANCE STATISTICS 2012

Fjärranalys för kartering av strandekosystem

Metodik för skattning av skogliga variabler

The source of nitrogen in the boreal forests identified (March 2016)

SKF i framtidens vindkraft. Tobias Finndin Energy Segment Business Manager SKF Regional Sales and Services - Sverige

Approximerande Splines. B-splines. Minsta kvadrat anpassning. Design av kurvor och ytor.

Vilka skogsskador kan vi förvänta oss framöver? Gunnar Isacsson, Skogsstyrelsen

Introduktion till Fjärranalys

Vad styr spridningen av luftföroreningar? Vilken meteorologi skall användas? Normalväder, typväder, medelväder, flexa år?

Prediktera. Statistik för modellval och prediktion. Trend? - Syrehalt beroende på kovariater. Sambands- och trendanalys

Klimatförändringar Hur exakt kan vi förutsäga. Markku Rummukainen Lunds universitet

Snötäckningsgrad från satellitobservationer i HBV-96 Barbro Johansson Karen Lundholm Anders Gyllander

Nytt klimat nya skogsskador Gunnar Isacsson, Skogsstyrelsen

MAGASINBESTÄMNING OCH TILLRINNINGSBERÄKNING

Urban biologisk mångfald - Ska vi bygga täta eller glesa städer? ANNA SOFIE PERSSON, CEC, LUNDS UNIVERSITET

Ekosystem ekosystem lokala och globala

Fjärranalys. How do we discuss and catagorize remote sensing? the resolutions

Vad Betyder måtten MAPE, MAD och MSD?

SWETHRO. Gunilla Pihl Karlsson, Per Erik Karlsson, Sofie Hellsten & Cecilia Akselsson* IVL Svenska Miljöinstitutet *Lunds Universitet

Nationell skogliga skattningar från laserdata. Swedish University of Agricultural Sciences Forest Remote Sensing

SEKUNDERNA - THE SECONDS, FILM/PROJECT

Snabb introduktion till Fjärranalys

Fjärranalys från 1930 till idag. Håkan Olsson. Ljungbergsseminarium Årtalen är ungefärliga!

EFFEKTER AV KLIMATFÖRÄNDRINGAR PÅ SJÖPRODUKTIVITET

Analys av egen tidsserie

Skogliga skattningar med 3D data från flygbilder - Framtiden efter NNH

HYDROIMPACTS 2.0 Föroreningstransporten i den omättade markzonen. Magnus Persson. Magnus Persson, Lund University, Sweden

Nederbördshändelser extraherades från kommundata (avsnitt 2.2) enligt ett antal kriterier. Nederbördshändelserna hämtades enligt följande rutin

Frågor för klimatanpassning i skogsbruket

GIS-Väst. Smartare klimatinformation. David Wiselqvist

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö Pathways to Sustainable European Energy Systems

Klimatnyttor från skog och landskap Peter Holmgren Director General Center for International Forestry Research, CIFOR 13 November 2014

Kan åtgärder som gynnar den biologiska mångfalden motverka skadeangrepp av insekter? Ola Lundin Postdoc Institutionen för ekologi SLU Uppsala

DAGVATTENKVALITETSMODELLER VILKA FINNS OCH HUR VÄLJER MAN?

genom en kombination av satellitdata och N-sensorer

edna i en droppe vatten

Vattenekosystemet hur kan det påverkas av dikesrensning? Elisabet Andersson

Norra Ishavet och spåren av människans klimatpåverkan

Havsytan och CO 2 -utbytet

Behövs ängar och naturbetesmarker i ett multifunktionellt landskap?

Gnagarcykler i Fennoskandien: När, var, varför? Bodil Elmhagen & Heikki Henttonen Stockholm University Finnish Forest Research Institute

Copernicus. -och nya satelliter och sensorer i Sentinelprogrammet

Vilken klimatnytta gör svensk skog och hur man hävda att den inte gör det?

Skogsbrandsdetektion i Sverige. Rickard Hansen. rickard.hansen@msb.se

stadsklimatet värme och gröna strukturer

Kvävedynamik vid organisk gödsling

Långa tidsserier från Riksskogstaxeringen med bäring på biologisk mångfald. Anna-Lena Axelsson, Institutionen för skoglig resurshushållning, SLU, Umeå

Sannolikhetsprognoser för nedisning på vindturbiner

Ekosystem ekosystem lokala och globala

Vilka fågelarter förekommer här?

SMHIs nederbördsmätning

Landskapsförändring och fragmentering Simon Jakobsson

Klimat, observationer och framtidsscenarier - medelvärden för länet. Västmanlands län. Sammanställt

Service Contract No. 3601/B2007.EEA Presentation vid Fjärranalysseminariet 2009 Erik Willén Metria

CropSAT gödsla rätt med satellithjälp

Framtidens lövskog 15 mars 2013

Vallslåtter. årets viktigaste dag. Olika skördeintäkt samma netto agra vått. Bevattna och säkra din skörd. Stråförkortat går.

RAPPORT INFRASTRUKTURNÄRA VEGETATION I GÖTEBORG. Fredrik Lindberg Lars Johansson Sofia Thorsson

Två klimatmodeller, motsatta slutsatser

Bättre inventeringar av marina miljöer Kunskap för planering och förvaltning av kust och hav Johnny Berglund, Länsstyrelsen Västerbotten

Klimatet, Skogen och Granbarkborren

Sammanfattning till Extremregn i nuvarande och framtida klimat

Transkript:

Tidsserieanalys av vegetation med Sentinel 2 Lars Eklundh Institutionen för Naturgeografi och Ekosystemvetenskap Fjärranalysdagarna, 21 22 oktober, 2015, Stockholm Innehåll Vegetationsstudier med satellit Tidsserieanalys Nytt vegetationsindex Möjligheter och svårigheter med Sentinel 2 Sentinel 2 150812

Information från satellit om växtlighet Var? Vilken slags? o Arter o Marktäcke o Struktur Hur mycket? o Täckningsgrad o Biomassa: timmer, bladvolym Vilken funktion? o Ekosystemtjänster o Fotosyntes o Kolets och vattnets kretslopp När? o Fenologi och säsongsdynamik o Förändringar i tiden Tidsdimensionen kan hjälpa till att förstå funktionen och identifiera vegetationen Sentinel 2 150812

Vegetationens spektrala signal B G R Akly, C., 2005 Crum, Shannon (after Hoffer, 1978) Modified from: http://www.ndpteachers.org/millers/links.htm

Vegetationens produktion av biomassa (kol) Enkel produktionsmodell: GPP 365 APAR 1 Produktion av av biomassa (kol) Effektivitet i = Absorption av synligt ljus fotosyntesen Vegetationstyp + klimatdata Fotokemisk reflektans (PRI) Fluorescens Spektrala vegetationsindex från satellit, t.ex. NDVI MODIS data, 250 1000 m upplösning

Vegetationens kolupptag i olika miljöer Svenska skogar Afrikanska savanner Grönländsk tundra Uppmätt GPP GPP (g C m -2 day -1 ) 12 10 8 6 4 2 0 All coniferous sites R 2 = 0.70-2 0 5 10 15 20 25 EVI2xPPFD (mol m -2 day -1 ) GPP från MODIS Uppmätt GPP GPP från MODIS GPP från Landsat år Schubert et al., 2012, Rem Sens Env, 126. Sjöström et al., 2009, Biogeosciences, 6. Sjöström et al., 2011, Rem Sens Env, 115. Tagesson et al. 2012, JAG, 18.

Tidsserieanalys av FA data Satellitbilder för olika tidpunkter Kurva för varje pixel Resultatkarta

Typer av tidsserienalys Datautjämning: minska oönskat brus i tidsserierna Extrahera säsongsdata (fenologi): parametrar för växtsäsonger (start, slut, längd, amplitud, ) Trendanalys: studera förändring över tid pga klimatvariationer, markanvändningsförändring, m.m.) Identifiera plötsliga händelser: störningar (avverkning, insektsangrepp, stormar ) Vanligtvis används vegetationsindex (NDVI, EVI m.fl.) och grovupplösande data NDVI NDVI 1 0,5 0 1 0,5 0 1 24 47 70 93 116 139 162 185 Time 1 24 47 70 93 116 139 162 185 Time

TIMESAT: datautjämning och definition av växtsäsonger Hantera brusiga tidsserier Jämna ut data Extrahera växtsäsonger Kartera säsongsdata TIMESAT hämtas gratis från: http://web.nateko.lu.se/timesat Jönsson & Eklundh 2002, 2004

Steg i databehandlingen Data 1 0.8 0.6 0.4 0.2 8-dagars Row: 1 Col: MODIS-data 1 0 1 47 93 139 185 Time Data 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Utrensning Row: 1 Col: av outliers 1 0 1 47 93 139 185 Time 1 Identifikation Row: 1 av Col: antal 1 säsonger 1 Funktionsanpassning Row: 1 Col: till 1 säsongerna 0.8 0.8 Data 0.6 0.4 Data 0.6 0.4 0.2 0.2 0 1 47 93 139 185 Time 0 1 47 93 139 185 Time

Olika matematiska metoder för anpassning 1 Global metod 0.8 0.6 Data 0.4 0.2 Lokal metod 0-0.2 24 47 70 93 116 Time Globala metoder Dubbel logistiska funktioner Asymmetriska Gaussiska funktioner Lokala metoder Savitzky Golay filter Splines LOESS

Anpassning till dataegenskaper Anpassning till övre envelopen Hantering av datakvalitet (t.ex. pga. moln) med viktningar

Extrahering av säsongsdata i TIMESAT peak value peak date amplitude start small integral end length base level large integral Eklundh, L., and Jönsson, P., 2015, TIMESAT 3.2 with parallel processing Software Manual. Lund University, 88 pp.

Trendanalys av långa tidsserier (NOAA, MODIS) Linjära metoder Linjär minsta-kvadrat Icke-parametriska metoder Data 1 0,5 0 1 24 47 70 93 116 139 162 185 Time Icke-linjära metoder Polynom Segmentering Data 2 1,5 1 0,5 0 1 1 24 47 70 93 116 139 162 185 Time NDVI 0,5 0 1 24 47 70 93 116 139 162 185 Time

Trendanalys med polynom Jamali et al. 2014: Remote Sensing of Environment, vol 141, pp 79 89 dolda trender

Trendtyper i Sahel 1982 2006 (NOAA NDVI)

Segmentering av tidsserier med DBEST Jamali et al. 2015, Remote sensing of Environment, 156, pp 182 195.

Förändringar i Irak 1982 2006 (NOAA NDVI) Förändringstyp Storlek Start Varaktighet Jamali et al. 2015, Rem Sens Env, 156, 182 195.

Studier av skogsstörningar SPOT image Angrepp av ungersk gransköldlus, Skåne, 2010 damage MODIS Grid Skador MODIS NDVI Olsson et al. 2012, For. Ecol. Man., 285. Upplösningen i SPOT behövs för att Identifiera alla angrepp Tidsserier (MODIS) låter oss titta bakåt i tiden: skador från 2009 upptäcktes

Angrepp av björkmätare (Abisko) samt tallsteklar (Norge, Finland) June July Aug. 10 km Stora insektsskador lätta att se i homogena områden Eklundh et al. 2009, Rem. Sens. Env., 113. Mindre skador och områden med intensiv skogsskötsel kräver hög upplösning Olsson et al. 2015, Silva Fennica, submitted Utveckling av en metod för nära realtidsövervakning av skador baserat på Kalmanfilter Olsson et al. 2015, Rem. Sens. Env., submitted.

PPI Nytt vegetationsindex för växtdynamik Baserat på strålningsteori fysikalisk förklaring Linjärt relaterat till bladyteindex (leaf area index) Fungerar även i tät vegetation Tämligen okänsligt för snö Framtaget för tidsseriestudier Starkt relaterat till GPP Jin, H. and Eklundh, L., 2014, A physically based vegetation index for improved monitoring of plant phenology. Remote Sensing of Environment, 152, 512 525.

Hur förändras växtsäsongerna? Förändring av säsongsstart SOS Trend 2000 2014 Påverkan av temperatur på förändringen Jin et al. 2015, manuskript

NordSpec spektrala mätningar i fält Zackenberg High Arctic fen NDVI 2008- Abisko Subarctic birch forest NDVI - PRI, 2005-06, 2009- Stordalen Peatland NDVI - PRI 2009- Degerö Peatland NDVI 2013 - Hyytiälä Pine forest NDVI 2009- Stordalen Degerö Skogaryd Hyytiälä Norunda Fäjemyr Norunda Coniferous forest NDVI - PRI 2009- Norunda Clearcut NDVI 2011- Skogaryd Spruce forest NDVI 2013- Fäjemyr Peatland NDVI 2009- Sudan Savanna NDVI 2010- Senegal Savanna NDVI 2012- Multispektralt sensornätverk Närhet till fluxtorn: ICOS, FLUXNET Mäter året runt med 10 min intervall Kalibrerade för långtidsstabilitet Eklundh et al., 2011, Sensors, 11. Jin & Eklundh, 2014, IEEE TGRS, 53.

Kontinuerlig multispektral datainsamling 2 4 kanaler 10 min intervall Året runt mätningar spektral mast Fluxtorn PAR upp multispektral upp PAR ner multispektral ner

Jämförelser av fältmätningar med satellitdata Abisko björkskog 2010 GPP (gc m -2 day -1 ) 8 6 4 2 0 Abisko Tower NDVI MODIS NDVI EC Tower GPP Fält NDVI -2 0,9 0,6 FPAR / NDVI 0,3 0 MODIS MOD43A2 NBAR NDVI -0,3 0 60 120 180 240 300 360 DOY in 2010 Modifierad från Eklundh et al. (2011)

Tidsserieanalys med Sentinel 2 Möjlighet att analysera enskilda vegetationsbestånd snarare än ekosystemet Bättre matchning mot fältdata Skalan motsvarar bättre de behov som finns inom areella näringar, naturvård, planering m.m. TIMESAT fenologi extraherad med SPOTdata Kombination av tidsinformation med spektral och rumslig upplösning ger möjlighet till säkrare klassningar

SPOT5 Take 5 nkning av SPOT 5 s bana 2015 för simulering av Sentinel 2 tidssteg och upplösning

tmaningar för tidsserieanalys av Sentinel 2 Oregelbundna data i tiden Molnighet Långa perioder utan data, t.ex. vintertid Mycket stora datamängder Robusta och snabba anpassningsmetoder helt avgörande Utnyttja statistiska metoder för att skatta trolig säsongsutveckling när data saknas Kombination av Sentinel 2 med t.ex. Landsat

Tack! Web: http://www.nateko.lu.se/ TIMESAT: http://www.nateko.lu.se/timesat E mail: lars.eklundh@nateko.lu.se

Referenser L., Jin H., Schubert P., Guzinski R. and Heliasz M. (2011) An Optical Sensor Network for Vegetation Phenology Monitoring and ite Data Calibration. Sensors 11, 7678 7709. L., Johansson T. and Solberg S. (2009) Mapping insect defoliation in Scots pine with MODIS time series data. Remote Sensing ironment 113, 1566 1573. L. and Olsson L. (2003) Vegetation index trends for the African Sahel 1982 1999. Geophys Res Lett 30, 1430 1433., Jönsson P., Eklundh L., Ardö J. and Seaquist J. (2015) Detecting changes in vegetation trends using time series ntation. Remote Sensing of Environment 156, 182 195., Seaquist J., Eklundh L. and Ardö J. (2014) Automated mapping of vegetation trends with polynomials using NDVI imagery he Sahel. Remote Sensing of Environment 141, 79 89. Eklundh L. (2014) A physically based vegetation index for improved monitoring of plant phenology. Remote Sensing of nment 152, 512 525. Eklundh L. (2014) In situ calibration of light sensors for long term monitoring of vegetation. IEEE Transactions of Geoscience emote Sensing 53, 3405 3416. nsson A.M., Olsson C., Lindström J., Bolmgren K., Langvall O. and Eklundh L. (2015) Plant phenology trends at European ern latitudes and relationships with climate variability. Manuscript P. and Eklundh L. (2004) TIMESAT a program for analysing time series of satellite sensor data. Computers and Geosciences 3 845., Eklundh L. and Ardö J. (2005) A recent greening of the Sahel trends, patterns and potential causes. Journal of Arid nments 63, 556 566., Jönsson P., & Eklundh, L., (2012), A new invasive insect in Sweden Physokermes inopinatus tracing forest damage with te based remote sensing, Forest Ecology and Management, 285, 29 37. P., Lagergren F., Aurela M., Christensen T., Grelle A., Heliasz M., Klemedtsson L., Lindroth A., Pilegaard K., Vesala T. and dh L. (2012) Modeling GPP in the Nordic forest landscape with MODIS time series data comparison with the MODIS GPP ct. Remote Sensing of Environment 126, 136 147. M., Ardö J., Arneth A., Cappelaere B., Eklundh L., de Grandcourt A., Kutsch W.L., Merbold L., Nouvellon Y., Scholes B., ist J. and Veenendaal E.M. (2011) Exploring the potential of MODIS EVI for modeling gross primary production across African