Mapping Coastal Forest Retreat Using Convolutional Neural Networks and Different Satellite Imagery
Questo studio utilizza reti neurali convoluzionali e immagini satellitari multi-sorgente per dimostrare che l'incorporazione di indici fenologici e topografici migliora il rilevamento delle foreste fantasma, rivelando che il 21% delle foreste costiere della Carolina del Nord è andato perduto tra il 1985 e il 2021 a causa dell'accelerazione dell'innalzamento del livello del mare, della salinità e della prossimità ai canali, con il tasso di conversione in paludi e foreste fantasma aumentato significativamente nell'ultimo decennio.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Lungo la costa pianeggiante dell'est degli Stati Uniti, una trasformazione silenziosa sta rimodellando il paesaggio. Per secoli, l'acqua salata ha incontrato le foreste di acqua dolce al limite della terraferma, ma l'innalzamento del livello del mare e il movimento delle maree stanno spingendo quel confine verso l'interno. Quando l'acqua salata invade un suolo che gli alberi non sono strutturati per gestire, gli alberi non si limitano a cadere; restano immobili, con le foglie che diventano brune e i rami che rimangono spogli, creando un paesaggio silenzioso e scheletrico noto come "foresta fantasma". Con il tempo, questi alberi morti vengono sostituiti da erbe e arbusti tolleranti al sale e, infine, il terreno diventa palude aperta o acqua. Questo processo, guidato dall'avanzata lenta dell'oceano e dalla crescente salinità del terreno, è un segno visibile del cambiamento climatico, ma tracciare esattamente dove e quanto velocemente ciò accada è stato difficile. Gli scienziati devono sapere non solo che le foreste stanno scomparendo, ma quali fattori specifici — come la vicinanza di un albero a un canale d'acqua o l'altezza del terreno — stiano causando la morte degli alberi, affinché gli sforzi di conservazione possano essere diretti dove sono più necessari.
Per risolvere questo enigma, i ricercatori si sono rivolti a una combinazione di immagini satellitari e apprendimento informatico avanzato. Si sono concentrati su un vasto tratto della costa della Carolina del Nord, un'area nota per la rapida ascesa del livello del mare e per la sua miscela di paludi d'acqua dolce, foreste collinari e paludi salmastre. Il team ha utilizzato due diversi tipi di satelliti per osservare questo paesaggio nel tempo. Un satellite, Landsat, orbita attorno alla Terra da decenni, fornendo un lungo record storico della terra, sebbene le sue immagini siano un po' sfocate. L'altro, Sentinel-2, è più recente e cattura immagini molto più nitide e dettagliate, ma è presente da un periodo di tempo più breve. I ricercatori volevano vedere se potessero usare queste immagini per insegnare a un computer come individuare le sottili differenze tra le foreste verdi e sane, il grigio dei morti delle foreste fantasma e la vegetazione arbustiva che spesso cresce nel mezzo. Sapevano che osservare la terra in diversi momenti dell'anno era fondamentale, poiché gli alberi sani seguono un ciclo prevedibile di fioritura verde in primavera e perdita delle foglie in inverno, mentre gli alberi morti e gli arbusti non seguono lo stesso ritmo.
Gli scienziati hanno costruito un modello informatico capace di imparare a riconoscere questi schemi. Invece di guardare solo un singolo scatto della terra, hanno fornito al modello dati che tracciavano come la vegetazione cambiasse durante le stagioni. Hanno anche incluso informazioni sulla forma del terreno, come la sua altezza e pendenza, e quanto fosse vicino a fiumi e canali. Addestrando il computer con migliaia di esempi di ciò che caratterizza le foreste sane, le foreste fantasma e le paludi, hanno creato un sistema in grado di mappare questi cambiamenti con una precisione straordinaria. Quando hanno testato il modello, le immagini più nitide di Sentinel-2 hanno performato leggermente meglio delle vecchie immagini di Landsat, identificando correttamente le tipologie di copertura del suolo in quasi tutti i casi. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che i dati a lungo termine di Landsat erano comunque essenziali per comprendere la storia completa di come il paesaggio sia cambiato negli ultimi decenni.
Utilizzando i migliori dati disponibili, il team ha mappato la pianura costiera dal 1985 al 2021. I risultati hanno rivelato un cambiamento drammatico. In questi trentasei anni, la regione ha perso circa il 21 percento della sua copertura forestale. Nella prima parte dello studio, dal 1985 al 2010, la perdita di foresta è stata significativa, ma il ritmo è accelerato bruscamente nell'ultimo decennio. Tra il 2010 e il 2021 da soli, quasi 24.000 ettari di foresta sono stati convertiti in palude, foresta fantasma o boscaglia. Questo tasso di perdita è stato uno e mezzo superiore rispetto alla perdita osservata nei venticinque anni precedenti. Lo studio ha dimostrato che questa transizione non avviene casualmente; è guidata da specifiche pressioni ambientali. Più una foresta è vicina a un canale d'acqua, più è probabile che muoia, poiché questi canali fungono da percorsi per l'avanzata dell'acqua salata verso l'interno. Alti livelli di sale nel suolo e l'accelerazione del tasso di innalzamento del livello del mare sono stati i predittori più forti di dove apparirebbero le foreste fantasma.
I ricercatori hanno anche scoperto che il paesaggio sta cambiando in modi complessi che vanno oltre la semplice conversione da foresta a palude. Mentre molti alberi muoiono e si trasformano in foreste fantasma, altri vengono sostituiti da arbusti, e alcune aree vedono persino la crescita di nuove foreste su terreni che un tempo erano terreni agricoli. Tuttavia, la tendenza generale è di arretramento. Lo studio ha confermato che la perdita di foresta è concentrata nelle zone basse vicino alla costa, ma sta spingendo anche più all'interno lungo i fossi di drenaggio e i canali. I risultati suggeriscono che, man mano che il livello del mare continuerà a salire e gli eventi meteorologici estremi diventeranno più frequenti, la pressione sugli ecosistemi costieri si intensificherà. Fornendo una mappa chiara e dettagliata di dove avvengono questi cambiamenti e perché, lo studio offre uno strumento vitale per pianificatori e conservazionisti. Esso evidenzia le regioni specifiche più vulnerabili all'avanzata del sale, permettendo sforzi mirati per proteggere ciò che resta di queste foreste o per gestire la transizione verso nuovi ecosistemi tolleranti al sale prima che sia troppo tardi.
Sommerso dagli articoli nel tuo campo?
Ricevi digest giornalieri degli articoli più recenti corrispondenti alle tue parole chiave di ricerca — con riassunti tecnici, nella tua lingua.