1 of 34

Emily Sturdivant, M.Sc.

Universidad Nacional Autónoma de México

27 May, 2021

Cartographie de la biomasse, 2019

26 May 2021

1

2 of 34

Objectifs

Créez une carte haute résolution à l'échelle de l'île de la biomasse aérienne.
Estimer la précision de la carte.
Quantifier le stock de biomasse aérienne.

Cartographie de la biomasse, 2019

26 May 2021

2

3 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Cartographie de la biomasse

Nous cartographions la biomasse aérienne (AGB) en étalonnant les images de rétrodiffusion aux mesures sur le terrain.

Données au sol issues des enquêtes de terrain

2. Calibrer la rétrodiffusion

3. Appliquer le modèle pour produire la carte AGB

4. Valider la carte

26 May 2021

3

4 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Enquêtes sur le terrain

36 parcelles avec une gamme de composition végétale
Mesure du diamètre, de la hauteur et des espèces des arbres
Superficies parcellaires de 0,3 à 2,5 ha

26 May 2021

4

5 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Enquêtes sur le terrain

36 parcelles avec une gamme de composition végétale
Mesure du diamètre, de la hauteur et des espèces des arbres
Superficies parcellaires de 0,3 à 2,5 ha

26 May 2021

5

6 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Enquêtes sur le terrain

36 parcelles avec une gamme de composition végétale
Mesure du diamètre, de la hauteur et des espèces des arbres
Superficies parcellaires de 0,3 à 2,5 ha

26 May 2021

6

7 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Enquêtes sur le terrain

36 parcelles avec une gamme de composition végétale
Mesure du diamètre, de la hauteur et des espèces des arbres
Superficies parcellaires de 0,3 à 2,5 ha

26 May 2021

7

8 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Calculer la biomasse de la parcelle

Équation allométrique pantropicale de Chave et al. (2014; équation 4)

Diamètre à hauteur de poitrine (DBH) - mesuré pour chaque tige à 1,3 m du sol
Hauteur - interpolée à partir de la relation DBH-hauteur locale pour 45% des observations
Densité du bois - densité du bois des essences d'après la littérature

26 May 2021

8

9 of 34

Valeurs de référence AGB

World Bank – Charcoal in Haiti

Cette parcelle à Campeche a environ 100 Mg/ha AGB
De nombreux grands arbres, très rapprochés

26 May 2021

9

10 of 34

Valeurs de référence AGB

Cette parcelle à Augier a environ 70 Mg/ha AGB
Nombreux grands arbres, avec sol nu visible

26 May 2021

10

11 of 34

Valeurs de référence AGB

World Bank – Charcoal in Haiti

Cette parcelle aux Gonaïves a 26 Mg/ha AGB.
Très petits arbres / arbustes.
Casey Ryan suggère qu'une AGB> 20 Mg/ha pourrait être considérée comme un couvert arboré.

26 May 2021

11

12 of 34

Valeurs de référence AGB

Cette parcelle à Casimir a 14 Mg/ha AGB.
Prairies avec quelques petits arbres
En dessous du seuil suggéré de 20 Mg / ha pour identifier le couvert arboré.

26 May 2021

12

13 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Données radar

Les données radar («rétrodiffusion») sont sensibles à la structure. La longueur d'onde de la bande L se reflète sur les troncs et les branches des arbres. Il ignore la plupart du temps le feuillage. Ainsi, nous voyons des valeurs plus élevées dans les zones avec plus d'arbres.

PALSAR mosaic* from JAXA

Polarisation croisée HV en bande L
Résolution: 25 m
Année: 2019
Orthorectifié et corrigé de la pente
Filtre antibruit: 5x5 médian

*Shimada, M., & Ohtaki, T. (2010). Generating Large-Scale High-Quality SAR Mosaic Datasets: Application to PALSAR Data for Global Monitoring.

Right: Figure 5.10 in Saatchi, S. (2019). The SAR Handbook. Comprehensive Methodologies for Forest Monitoring and Biomass Estimation.

Bing aerial imagery

PALSAR mosaic

Lac de Péligre

26 May 2021

13

Now I’ll talk about how we use these biomass measurements from 36 sites to create a map of biomass for the entire island.

We are able to use radar imagery to “detect” biomass. The long wave-lengths of radar (especially around 24 cm wavelengths) ignore leaves and clouds and reflect off structures, such as tree trunks and thick branches. The radar reflectance values are called backscatter, which can be viewed as images. Thus, the backscatter images are brighter in areas with more trees and darker in flat tree-less areas as we can see in the example in the bottom right (yellow is greater backscatter).

The data we use for this project are from the Japanese Aerospace Exploration Agency. They assemble the best images from their PALSAR satellite into an annual mosaic, which is orthorectified and slope-corrected with 25 m pixel resolution. We use the 2019 annual mosaic and additionally apply a median filter to reduce noisiness in the image.

14 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Calibrer la rétrodiffusion vers AGB

Régression linéaire OLS reliant la rétrodiffusion (σ⁰) au tracé AGB

Modèle:

RMSE: 19.8 ± 6.9 Mg/ha

Biais de validation: 6.2 ± 4.5 Mg/ha

26 May 2021

14

15 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Cartographier la biomasse (AGB)

Post-traitement:

Fixer le point de saturation à haute biomasse à 300 Mg/ha.
Masquez l'eau et les zones urbaines sur la base de la carte de l'occupation des sols 2017.

20

60

100 Mg/ha

26 May 2021

15

16 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

AGB >20 Mg/ha

La carte est colorée uniquement là où AGB dépasse 20 Mg/ha.
Ryan et al. utiliser un seuil de 20 Mg/ha pour classer le couvert arboré.

20

60

100 Mg/ha

26 May 2021

16

17 of 34

Validation externe

World Bank – Charcoal in Haiti

Avitabile et al. 2016

RMSE: 44 Mg/ha

Mean diff: -27.8

ESA CCI Biomass 2017

RMSE: 37 Mg/ha

Mean diff: -7.3

Baccini et al. 2012

RMSE: 33 Mg/ha

Mean diff: -2.8

GlobBiomass

2010

RMSE: 26 Mg/ha

Mean diff: -13.9

20

60

100 Mg/ha

26 May 2021

17

18 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Comparaison

20

60

100 Mg/ha

GlobBiomass, 2010

Cette étude, 2019

20

60

100 Mg/ha

26 May 2021

18

19 of 34

Parc national La Visite

World Bank – Charcoal in Haiti

22/6/2019

GlobBiomass

0

100

200 Mg/ha

ESA

Cette étude

Baccini

22/6/2019

26 May 2021

19

The two areas of greatest biomass density according to experts are the conservation areas La Visite and Macaya. All products find high biomass within La Visite. Note that our map is now in the upper right corner and purple represents 0 and dark green represents 200 Mg/ha. Similar to the ESA product, we find a mostly continuous area of high biomass, around 200 Mg/ha within the core of the park and patches of high biomass in the linear forested area to the east. The GlobBiomass product is more patchy and doesn’t include data for the more sparsely vegetated area to the south and the Baccini map suggests a much more extreme pattern of no biomass in the sparser area to the south and continuous biomass of about 150 Mg/ha in the park.

I’ll give you a moment to look at these side-by-side maps.

20 of 34

Parc national du Pic Macaya

World Bank – Charcoal in Haiti

22/6/2019

GlobBiomass

ESA

Cette étude

Baccini

12/2018

0

100

200 Mg/ha

26 May 2021

20

21 of 34

Port-Margot

World Bank – Charcoal in Haiti

GlobBiomass

ESA

Cette étude

Baccini

12/2018

0

100

200 Mg/ha

26 May 2021

21

22 of 34

Comparer les résultats

World Bank – Charcoal in Haiti

Nos résultats

82% (2,2 millions d'hectares) d'Haïti ont une AGB> 20 Mg/ha, ce qui est parfois utilisé comme seuil pour identifier le couvert arboré (Ryan, communication personnelle).
Le stock de biomasse aérienne totalise 122 millions de Mg (en ne considérant que les zones avec AGB >20 Mg/ha).

L'AGB moyen pour le «couvert arboré» dans la classification de 2017 est de 60 Mg/ha (pour 954 000 ha). Cela représente 56 millions de Mg de biomasse dans les zones forestières.

Résultats précédents

La majorité des estimations précédentes sont de 20 à 40% (Churches et al., 2014)

Les estimations du stock total de biomasse aérienne varient de 12 à 232 millions de Mg.

FRA: ~12 millions
Global Forest Watch: ~106 millions
Baccini: ~232 millions

GlobBiomass indique une AGB de superficie forestière moyenne de 73 Mg / ha, mais a également identifié moins de zones boisées (532 000 ha).

26 May 2021

22

Another external validation is to compare our findings of overall biomass with those previously reported. On the left, I present our findings compared to the equivalent metrics from other sources on the right.

According to our map, 82% of the country has greater than 20 Mg/ha biomass density, which is sometimes used as the threshold to identify tree cover. This is much more than the 20-40% reported elsewhere. However, I believe that it indicates a difference in the threshold used to identify tree cover rather than an inaccuracy in our map.
We calculate a total above-ground biomass stock of 122 million Mg. Previous findings have a very wide range of estimates. Ours is about in the middle. We find much more biomass than the FAO’s forest resource assessment for the year 2010 and much less than would be estimated by Baccini’s biomass map. Our findings are very similar to the biomass reported by Global Forest Watch based on maps by Hansen.
When we look only at the areas classified as tree cover in Richard’s land cover map, we find an average AGB of 60 Mg/ha for tree covered areas. This is less than the average reported by GlobBiomass, but also GlobBiomass appears to have a more limited definition of forest as it identifies only 530 thousand forested hectares, which is half of the area covered by the tree cover class in our map.

23 of 34

Conclusions

World Bank – Charcoal in Haiti

Nous produisons une carte haute résolution de la biomasse aérienne d'Haïti et d'Hispaniola qui peut être utilisée pour évaluer les modèles spatiaux et temporels du stock forestier.
Sur la base des données disponibles, nous trouvons une précision élevée (RMSE: ~ 20 Mg/ha).
Haïti a un stock AGB total de 122 millions de Mg, bien supérieur à celui estimé par la FRA et à peu près le même que celui estimé par Global Forest Watch.
Les travaux futurs devraient inclure la collecte de plus de données in situ pour l'étalonnage et la validation du modèle.

26 May 2021

23

24 of 34

Thank you!

World Bank – Charcoal in Haiti

26 May 2021

24

25 of 34

Extra Slides

World Bank – Charcoal in Haiti

26 May 2021

25

26 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Uncertainty

Standard deviation of AGB by land cover patches

0

30

50 Mg/ha

26 May 2021

26

27 of 34

World Bank – Charcoal in Haiti

Field work

26 May 2021

27

28 of 34

26 May 2021

28

29 of 34

Casimir 1

26 May 2021

29

30 of 34

Casimir 2

26 May 2021

30

31 of 34

Cuyo 2

26 May 2021

31

32 of 34

Cuyo 2

26 May 2021

32

33 of 34

Augier

26 May 2021

33

34 of 34

Baspapay

26 May 2021

34