Approximativement 40 pour cent de l’intérieur de l’Alaska reposent sur un pergélisol riche en glace – des sols gelés en permanence composés de sol, de gravier et de sable – liés par la glace. Certaines disorders, comme le réchauffement climatique, ont intensifié les feux de forêt dans la toundra, ce qui a de profondes répercussions sur le dégel du pergélisol.
La végétation de surface area joue un rôle dominant dans la protection du pergélisol contre la chaleur estivale, de sorte que toute altération de la construction de la végétation, en particulier à la suite de graves incendies de forêt, peut provoquer un dégel descendant dramatique.
Les incendies de forêt violents enlèvent la végétation et la matière organique du sol de surface area, et la perte de cette isolation augmente le flux de chaleur du sol et favorise le dégel du pergélisol. Ce dégel déclenche l’affaissement du sol et le développement du thermokarst (effondrement de la floor du sol dû au dégel du pergélisol) et entraîne une inondation des eaux de surface, des changements de végétation, des modifications du bilan carbone du sol et des émissions de carbone, tous ayant un impression sur le réchauffement climatique.
Le système pergélisol-feu-climat est un issue chaud de la recherche depuis des décennies. Les effets à grande échelle de ces incendies de forêt sur le changement de la couverture terrestre, la résilience submit-incendie et le tassement consécutif au dégel restent inconnus. Le tassement du dégel est difficile à mesurer motor vehicle il n’y a souvent pas de cadres de référence absolus à comparer aux changements topographiques subtils mais répandus dans les paysages de pergélisol.
Des chercheurs de la Florida Atlantic College, en collaboration avec le United States Military Corps of Engineers Chilly Areas Analysis & Engineering Laboratory et Alaska Ecoscience, ont analysé systématiquement les effets de 6 grands incendies qui se sont produits depuis 2000 dans les basses terres de Tanana Flats, dans l’intérieur de l’Alaska. changement de couverture, dynamique de la végétation et affaissement ou affaissement du terrain.
Pour la première fois, ils ont développé une approche d’ensemble basée sur l’apprentissage automatique pour quantifier le tassement du dégel induit par le feu dans l’ensemble des plaines de Tanana, qui englobent moreover de 3 millions d’acres (environ 1 250 km2). Les chercheurs ont lié des données lidar répétées aéroportées à des produits Landsat de séries chronologiques (photographs satellites) pour délimiter les schémas de tassement du dégel sur les six cicatrices de feu. Cette nouvelle approche a permis d’expliquer approximativement 65 % de la variance du changement d’altitude détecté par le lidar.
Les résultats de l’étude, publiés dans Environmental Investigate Letters, ont montré qu’au overall, les six incendies ont entraîné une perte de près de 99 000 acres (environ 400 km2) de forêt à feuilles persistantes de 2000 à 2014 parmi près de 155 000 acres (approximativement 590 km2) de forêts influencées par le feu. forêts avec divers degrés de gravité des brûlures. Les incendies ont fourni des problems favorables au développement de marais arbustifs (arbustes à faible croissance), ce qui a entraîné une couverture submit-incendie equivalent d’arbustes et de forêts à feuilles persistantes et un empiètement croissant des arbustes sur des zones à végétation clairsemée.
Fait crucial, les chercheurs n’ont pas observé la repousse des forêts après 13 ans du additionally ancien incendie en 2001, sur la base des observations de Landsat.
“Notre étude a montré que la liaison du lidar à répétition aéroporté avec les produits Landsat est un outil encourageant pour la quantification à grande échelle du tassement de dégel induit par le feu”, a déclaré Caiyun Zhang, Ph.D. auteur principal et professeur au Département des géosciences au sein de Collège des sciences Charles E. Schmidt de la FAU. “Parce que les mesures lidar aéroportées sont de moreover en furthermore effectuées dans les régions de pergélisol du nord, notre méthode est un moyen précieux de projeter le changement d’altitude sur des cicatrices de feu entières dans des paysages uniformes affectés par le pergélisol en utilisant des tactics d’apprentissage automatique basées sur les données.”
Les plaines de Tanana, qui s’étendent sur as well as de 6 millions d’acres (approximativement 2 500 km2), sont représentatives du paysage des basses terres au sud de Fairbanks, dans l’intérieur de l’Alaska. Il se compose d’une mosaïque complexe de pergélisol riche en glace et d’écosystèmes sans pergélisol et constitue un lobby de thermokarst. Une grande partie du terrain fait partie d’une zone d’entraînement militaire gérée par le département américain de la Défense.
Pour l’étude, les chercheurs ont évalué trois algorithmes d’apprentissage automatique couramment utilisés, notamment le réseau de neurones artificiels, la machine à vecteurs de guidance et la forêt aléatoire pour la modélisation du règlement du dégel induit par le feu.
“L’apprentissage automatique a été largement appliqué pour la modélisation en géosciences”, a déclaré Zhang. “L’idée est que chaque algorithme a ses avantages et ses inconvénients, et une analyse d’ensemble de modèles comparatifs peut produire une estimation furthermore robuste que l’application d’un modèle exclusive.”
Les augmentations actuelles et futures prévues de la température annuelle moyenne de l’air, de la durée de la saison de croissance estivale et de la gravité et de l’étendue des incendies de forêt devraient entraîner un rôle de furthermore en furthermore dominant des incendies de forêt dans les écosystèmes du pergélisol.
« La cartographie du tassement du dégel à la suite des incendies de forêt est essentielle automobile elle est associée au développement ultérieur du thermokarst, à l’accumulation de neige, à l’hydrologie, aux changements de végétation et aux changements proportionnels dans l’échange terre-atmosphère d’eau, d’énergie et de gaz à effet de serre », a déclaré Zhang. “La combinaison de capteurs lidar aéroportés actifs avec des capteurs optiques spatiaux passifs permettra aux scientifiques de mesurer des zones étendues et étendues touchées par les incendies de forêt dans les régions froides, en particulier avec le réchauffement climatique et l’augmentation des incendies.”
Cette recherche a été financée par le US Army Corps of Engineers, le Engineer Exploration and Advancement Heart Utilized Investigation System Business for Installations and Operational Ecosystem and Essential Investigate Software (PE 0601102/AB2), le Strategic Environmental Exploration and Advancement Plan du US Section of Defense (projets RC2110 et RC18-1170) et le département américain de l’énergie, Office environment of Science, programme Environmental System Science (0000260300).
Les co-auteurs de l’étude sont Thomas A. Douglas, Ph.D. chimiste chercheur et chercheur principal, US Military Cold Regions Study & Engineering David Brodylo, un Ph.D. étudiant au Département des géosciences de la FAU et M. Torre Jorgenson, Alaska Ecoscience.