Satellietgegevens onthullen 15-jarige trends in wereldwijde koolstofopslag in bossen

Deze kaart toont de dichtheid van vegetatie boven de grond in bossen, toendra’s en graslanden over de hele wereld, zoals waargenomen door de Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) missie van ESA met zijn L-band radar remote-sensing instrument. De legenda is zonder eenheden, omdat het een maat is voor de mate waarin radiogolven door de vegetatie kunnen doordringen, waarbij ‘0’ (paars) de lichtste vegetatie en ‘1,5’ (donkergroen) de dichte vegetatie aangeeft.

Bossen spelen een centrale rol in de wereldwijde koolstofcyclus omdat bomen koolstof opslaan in hun stammen, takken, wortels en bladeren. Echter, klimaatverandering en menselijke activiteiten kunnen de capaciteit van bossen om koolstof op te nemen veranderen, en de jaarlijkse veranderingen in deze koolstofvoorraden zijn sterk variabel in ruimte en tijd over de hele wereld. Daarom is het belangrijk om continue waarnemingen van de evolutie van bosbiomassa over een lange periode te hebben voor het monitoren van deze essentiële klimaatvariabele.

In de studie gepubliceerd in Earth System Science Data hebben onderzoekers een methode geanalyseerd voor het schatten van bosbiomassa over een periode van 15 jaar met behulp van gegevens over de optische diepte van vegetatie van ESA’s SMOS. Deze meting, kortweg VOD, kwantificeert de opaciteit van een laag vegetatie en dient als een betrouwbare proxy voor bovengrondse biomassa. Gebaseerd op waarnemingen van 2011 tot 2025, verbetert de studie ons begrip van hoe SMOS-afgeleide optische diepte van vegetatie kan worden gebruikt om koolstof in bosecosystemen te monitoren.

SMOS: Meer doen dan verwacht

SMOS, gelanceerd in 2009, is een van ESA’s Earth Explorer missies, die het wetenschappelijke en onderzoekselement van het aardobservatieprogramma van het agentschap vormen. De missie beschikt over één instrument, de Microwave Imaging Radiometer, die werkt in het L-band microgolfgebied. Hoewel SMOS is ontworpen om wereldwijde kaarten van bodemvocht en oceaanverzilting af te leiden, heeft het veel meer gedaan dan zijn oorspronkelijke wetenschappelijke opdracht en heeft het gegevens geleverd voor andere toepassingen, zoals het nauwkeurig meten van dun ijs dat in de poolzeeën drijft voor voorspellings- en scheepvaartdoeleinden.

De mogelijkheid om de optische diepte van vegetatie te meten, wat kan worden gebruikt om meer te begrijpen over biomassa, is pas in de laatste jaren volledig benut en is een voorbeeld van hoe deze missie veel meer rendement heeft opgeleverd dan verwacht.

De optische diepte van vegetatie is een maat voor de opaciteit van een laag vegetatie—in dit geval bossen. Het niveau van opaciteit wordt bepaald door de hoeveelheid biomassa, de structuur en het water dat in de vegetatielaag is opgeslagen. Het is een essentiële maat, en vanwege de gevoeligheid voor bovengrondse biomassa is het ook een indicator van de opgeslagen koolstof. De studie onderzocht de methode die is gebruikt om de relatie tussen bosbiomassa en metingen van de optische diepte van vegetatie te analyseren.

Matthias Drusch, hoofdwetenschapper van Land Surfaces bij ESA, merkte op dat SMOS in staat is om te detecteren hoe het microgolfstraling signaal van zijn instrument verzwakt wanneer het door vegetatie gaat. “Dat vertelt ons iets over de totale massa: droge biomassa plus waterinhoud. Het is niet direct, maar het is zeer nuttig.”

En de manager van ESA’s SMOS en Biomass-missie, Klaus Scipal, legde uit waarom de methode van het gebruik van de gegevens over optische diepte van vegetatie van SMOS geanalyseerd en beter begrepen moest worden. Hij zei: “Over de tijdreeks van SMOS kun je belangrijke trends zien—grote droogtes, overstromingen of verschuivingen in de structuur van vegetatie—maar het interpreteren ervan is niet altijd eenvoudig. Omdat het signaal zowel biomassa als water omvat, moeten we voorzichtig zijn met wat we daadwerkelijk zien.”

Hoewel satellietobservaties van missies zoals SMOS en Biomass vegetatie-eigenschappen op grote schaal kunnen analyseren, zijn continue grondwaarnemingen ook nodig om de gegevens te valideren.

Paul Vermunt, een wetenschapper van de Universiteit Twente in Nederland, doet onderzoek naar bosbiomassa vanaf de grond. Hij benadrukte de noodzaak van zowel grondgebonden gegevens als lange termijn datasets: “Je hebt lange tijdseries nodig, maar ook een manier om ze te interpreteren. Daarom combineren we satellietgegevens met metingen op de grond. Het idee is om te koppelen wat we vanuit de ruimte zien met wat er binnen bossen en zelfs individuele bomen gebeurt.”

Meer gedetailleerde gegevens van Biomass

ESA’s Biomass-missie, die in april van dit jaar werd gelanceerd, levert ook gegevens over de biomassa-inhoud van bossen. Net als SMOS beschikt Biomass ook over een radar remote-sensing instrument, maar het kan radiogolven detecteren op langere golflengten dan SMOS. Terwijl SMOS golflengten in het L-band detecteert en door sommige vegetatie kan doordringen, detecteert de Biomass-missie langere golflengten in het P-band. Dit stelt het in staat dieper in bossen door te dringen en veel nauwkeurigere gegevens over hun biomassasamenstelling en bodemdeformatie vast te leggen.

Drusch zei: “Biomass geeft ons gedetailleerde structurele gegevens, vooral in de tropen. Maar het dekt niet de hele wereld en mist een lange tijdreeks. Als we kaarten zonder hiaten willen, moeten we meerdere satellieten combineren—en dat is alleen mogelijk als we de onzekerheden in elk begrijpen.”

En Scipal voegde toe: “Biomass heeft een veel fijnere resolutie dan SMOS, dus het helpt ons om in te zoomen op de structurele details. Maar om langetermijntrends te zien, heb je nog steeds SMOS nodig. Samen vertellen ze ons meer dan elk van beide afzonderlijk.”

De gegevens over bovengrondse biomassa afgeleid van SMOS zijn consistent met gegevens over biomassa van ESA’s Climate Change Initiative. De Biomass-missie zal in staat zijn om op deze kennis voort te bouwen en in de toekomst meer detail te geven over de gezondheid van de organische stof op aarde. Scipal merkte op: “SMOS stelt ons in staat om naar langetermijntrends op wereldschaal te kijken—en Biomass zoomt nu in op ruimtelijke details en specifiek op structurele veranderingen in het bladerdak.”