Ground and remote sensing-based measurements of leaf area index in a transitional forest and seasonal flooded forest in Brazil

Abstract

Leaf area index (LAI) is a key driver of forest productivity and evapotranspiration; however, it is a difficult and labor-intensive variable to measure, making its measurement impractical for large-scale and long-term studies of tropical forest structure and function. In contrast, satellite estimates of LAI have shown promise for large-scale and long-term studies, but their performance has been equivocal and the biases are not well known. We measured total, overstory, and understory LAI of an Amazon-savanna transitional forest (ASTF) over 3 years and a seasonal flooded forest (SFF) during 4 years using a light extinction method and two remote sensing methods (LAI MODIS product and the Landsat-METRIC method), with the objectives of (1) evaluating the performance of the remote sensing methods, and (2) understanding how total, overstory and understory LAI interact with micrometeorological variables. Total, overstory and understory LAI differed between both sites, with ASTF having higher LAI values than SFF, but neither site exhibited year-to-year variation in LAI despite large differences in meteorological variables. LAI values at the two sites have different patterns of correlation with micrometeorological variables. ASTF exhibited smaller seasonal variations in LAI than SFF. In contrast, SFF exhibited small changes in total LAI; however, dry season declines in overstory LAI were counteracted by understory increases in LAI. MODIS LAI correlated weakly to total LAI for SFF but not for ASTF, while METRIC LAI had no correlation to total LAI. However, MODIS LAI correlated strongly with overstory LAI for both sites, but had no correlation with understory LAI. Furthermore, LAI estimates based on canopy light extinction were correlated positively with seasonal variations in rainfall and soil water content and negatively with vapor pressure deficit and solar radiation; however, in some cases satellite-derived estimates of LAI exhibited no correlation with climate variables (METRIC LAI or MODIS LAI for ASTF). These data indicate that the satellite-derived estimates of LAI are insensitive to the understory variations in LAI that occur in many seasonal tropical forests and the micrometeorological variables that control seasonal variations in leaf phenology. While more ground-based measurements are needed to adequately quantify the performance of these satellite-based LAI products, our data indicate that their output must be interpreted with caution in seasonal tropical forests.

Estimativa do balanço de radiação por sensoriamento remoto de diferentes usos de solo no sudoeste da Amazônia brasileira

“…O processamento da imagem consistiu em (i) converter os dados da imagem de números digitais para radiância espectral, (ii) obter a refletância e os índices SAVI (Soil-adjusted Vegetation Index) e de área foliar (IAF), (iii) estimar o albedo planetário e o albedo da superfície (α), (iv) obter o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index); (v) estimar a radiação de onda longa emitida pela superfície e pela atmosfera e da temperatura radiométrica da superfície (Ts); e (vi) estimativa do saldo de radiação. O detalhamento dos cálculos de Rn e dos parâmetros biofísicos pelo SEBAL estão descritos em (BEZERRA et al, 2014;LOPES et al, 2014;MACHADO et al, 2014;SALLO et al, 2014).…”

“…A medição dessas trocas em torres micrometeorológicas fornecem resultados pontuais, representativos de pequenas áreas homogêneas, não sendo adequados quando o objetivo é a escala regional (MACHADO et al, 2014).…”

“…Nesse sentido, técnicas de sensoriamento remoto têm se mostrado como uma alternativa com boa acerácea e baixo custo para estimativa das trocas radiativas e energéticas na superfície em escala regional (MACHADO et al, 2014). Portanto, essas técnicas permitem monitorar em escala regional o particionamento de energia e os ciclos de carbono e água com baixos custos operacionais e maior aquisição de dados espaciais e temporais (COURAULT et al, 2005;ALLEN et al, 2011), o que a torna uma poderosa ferramenta para obtenção de informações sobre manejo de recursos naturais, tais como água, solo e vegetação (BRAGA et al, 2009).…”

Estimativa Do Balanço De Radiação Por Sensoriamento Remoto De Diferentes Usos De Solo No Sudoeste Da Amazônia Brasileira

“…Nesse sentido, técnicas de sensoriamento remoto têm se mostrado como uma alternativa com boa acerácea e baixo custo para estimativa das trocas radiativas e energéticas na superfície em escala regional (MACHADO et al, 2014). Portanto, essas técnicas permitem monitorar em escala regional o particionamento de energia e os ciclos de carbono e água com baixos custos operacionais e maior aquisição de dados espaciais e temporais (COURAULT et al, 2005;ALLEN et al, 2011), o que a torna uma poderosa ferramenta para obtenção de informações sobre manejo de recursos naturais, tais como água, solo e vegetação (BRAGA et al, 2009).…”

“…A vegetação é a de contato de campos com florestas, com várias formações campestres (BRAUN & RAMOS, 1959 O processamento da imagem consistiu em (i) converter os dados da imagem de números digitais para radiância espectral, (ii) obter a refletância e os índices SAVI (Soil-adjusted Vegetation Index) e de área foliar (IAF), (iii) estimar o albedo planetário e o albedo da superfície (α), (iv) obter o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index); (v) estimar a radiação de onda longa emitida pela superfície e pela atmosfera e da temperatura radiométrica da superfície (Ts); e (vi) estimativa do saldo de radiação. O detalhamento dos cálculos de Rn e dos parâmetros biofísicos pelo SEBAL estão descritos em (BEZERRA et al, 2014;LOPES et al, 2014;MACHADO et al, 2014;SALLO et al, 2014).…”