Mapping Coastal Forest Retreat Using Convolutional Neural Networks and Different Satellite Imagery
Cette étude utilise des réseaux de neurones convolutifs et l'imagerie satellitaire multi-sources pour démontrer que l'incorporation d'indices phénologiques et topographiques améliore la détection des forêts fantômes, révélant que 21 % des forêts côtières de Caroline du Nord ont été perdues entre 1985 et 2021 en raison de l'accélération de l'élévation du niveau de la mer, de la salinité et de la proximité des chenaux, avec un taux de conversion en marais et en forêts fantômes augmentant de manière significative au cours de la dernière décennie.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Le long du littoral de basse altitude de l'est des États-Unis, une transformation silencieuse façonne le paysage. Pendant des siècles, l'eau salée a rencontré les forêts d'eau douce à la lisière de la terre, mais la montée des eaux et le déplacement des marées poussent cette limite vers l'intérieur des terres. Lorsque l'eau salée envahit un sol que les arbres ne sont pas bâtis pour supporter, les arbres ne se contentent pas de tomber ; ils restent immobiles, leurs feuilles devenant brunes et leurs branches se dénudant, créant un paysage squelettique et silencieux connu sous le nom de « forêt fantôme ». Avec le temps, ces arbres morts sont remplacés par des herbes et des arbustes tolérants au sel, et finalement, la terre devient une marais ouvert ou de l'eau. Ce processus, piloté par l'avancée lente de l'océan et l'augmentation de la salinité du sol, est un signe visible du changement climatique, mais suivre exactement où et à quelle vitesse cela se produit a été difficile. Les scientifiques ont besoin de savoir non seulement que les forêts disparaissent, mais aussi quels facteurs spécifiques — comme la proximité d'un arbre avec un chenal d'eau ou la hauteur du terrain — causent la mort des arbres, afin que les efforts de conservation puissent être dirigés là où ils sont le plus nécessaires.
Pour résoudre ce casse-tête, les chercheurs se sont tournés vers une combinaison d'imagerie satellite et d'apprentissage informatique avancé. Ils se sont concentrés sur une vaste étendue de la côte de la Caroline du Nord, une zone connue pour sa montée rapide du niveau de la mer et son mélange de marécages d'eau douce, de forêts de collines et de marais salants. L'équipe a utilisé deux types différents de satellites pour observer ce paysage au fil du temps. Un satellite, Landsat, orbite autour de la Terre depuis des décations, fournissant un long enregistrement historique de la terre, bien que ses images soient quelque peu floues. L'autre, Sentinel-2, est plus récent et capture des images beaucoup plus nettes et détaillées, mais n'est présent que depuis une période plus courte. Les chercheurs voulaient voir s'ils pouvaient utiliser ces images pour apprendre à un ordinateur à repérer les différences subtiles entre les forêts vertes et saines, le gris mort des forêts fantômes et la végétation arbustive qui pousse souvent entre les deux. Ils savaient qu'observer la terre à différentes périodes de l'année était crucial, car les arbres sains suivent un cycle prévisible de verdissement au printemps et de perte de feuilles en hiver, tandis que les arbres morts et les arbustes ne suivent pas ce même rythme.
Les scientifiques ont construit un modèle informatique capable de reconnaître ces motifs. Au lieu de simplement regarder un cliché unique du paysage, ils ont alimenté le modèle avec des données suivant comment la végétation changeait au fil des saisons. Ils ont également inclus des informations sur la forme du terrain, telle que sa hauteur et sa pente, ainsi que sa proximité avec les rivières et les canaux. En entraînant l'ordinateur avec des milliers d'exemples de ce à quoi ressemblent les forêts saines, les forêts fantômes et les marais, ils ont créé un système capable de cartographier ces changements avec une précision remarquable. Lorsqu'ils ont testé le modèle, les images plus nettes de Sentinel-2 ont légèrement mieux performé que les anciennes images de Landsat, identifiant correctement les types de couverture terrestre dans presque tous les cas. Cependant, les chercheurs ont constaté que les données à long terme de Landsat étaient toujours essentielles pour comprendre toute l'histoire de la façon dont le paysage a changé au cours des dernières décennies.
En utilisant les meilleures données disponibles, l'équipe a cartographié la plaine côtière de 1985 à 2021. Les résultats ont révélé un changement spectaculaire. Sur ces trente-six années, la région a perdu environ 21 % de sa couverture forestière. Dans la première partie de l'étude, de 1985 à 2010, la perte de forêt a été significative, mais le rythme s'est accéléré brutalement au cours de la dernière décennie. Entre 2010 et 2021 seulement, près de 24 000 hectares de forêt ont été convertis en marais, forêt fantôme ou zone arbustive. Ce taux de perte était une fois et demie plus élevé que la perte observée au cours des vingt-cinq années précédentes. L'étude a montré que cette transition ne se produit pas de manière aléatoire ; elle est pilotée par des pressions environnementales spécifiques. Plus une forêt est proche d'un chenal d'eau, plus elle est susceptible de mourir, car ces chenaux agissent comme des voies permettant à l'eau salée de pénétrer à l'intérieur des terres. Des niveaux élevés de sel dans le sol et l'accélération du taux de montée du niveau de la mer étaient les prédicteurs les plus forts de l'apparition des forêts fantômes.
Les chercheurs ont également découvert que le paysage change de manières complexes qui vont au-delà d'une simple conversion de la forêt en marais. Bien que de nombreux arbres meurent et deviennent des forêts fantômes, d'autres sont remplacés par des arbustes, et certaines zones voient même de nouvelles forêts croître sur des terres qui étaient autrefois des terres agricoles. Cependant, la tendance générale est celle d'un recul. L'étude a confirmé que la perte de forêt est concentrée dans les zones de basse altitude près de la côte, mais qu'elle s'enfonce également plus loin à l'intérieur des terres le long des fossés de drainage et des canaux. Les conclusions suggèrent qu'à mesure que le niveau de la mer continuera de monter et que les événements météorologiques extrêmes deviendront plus fréquents, la pression sur ces écosystèmes côtiers ne fera que s'intensifier. En fournissant une carte claire et détaillée de l'endroit où ces changements se produisent et de pourquoi, l'étude offre un outil vital pour les planificateurs et les conservateurs. Elle met en évidence les régions spécifiques les plus vulnérables à l'avancée du sel, permettant des efforts ciblés pour protéger ce qui reste de ces forêts ou pour gérer la transition vers de nouveaux écosystèmes tolérants au sel avant qu'il ne soit trop tard.
Noyé(e) sous les articles dans votre domaine ?
Recevez des digests quotidiens des articles les plus récents correspondant à vos mots-clés de recherche — avec des résumés techniques, dans votre langue.