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Theses Year : 2022

Contributions of multi-temporal airborne LiDAR data to mapping carbon stocks and fluxes in tropical forests

Contributions du LIDAR multi-temporel à la caractérisation de la dynamique et de la structure des forêts tropicales

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Abstract

Current climate change affects tropical forests functioning in many ways and might jeopardize their role as a global carbon sink. Accurately documenting forest carbon fluxes at a meaningful scale is therefore a pressing challenge. Airborne LIDAR, which can provide a fine-grained description of canopy structure and dynamics has great potential in this respect. This thesis explores the capabilities and limitations of airborne multitemporal LiDAR (ALS) to map patterns of C fluxes (mortality and productivity) over space and time to reduce uncertainty in global models of carbon stocks and fluxes in tropical forests. We relied on a combination of repeated ALS overflights extending over a period of 10 years on the one hand and a large network of plots totaling more than 1.2 km2 of field inventories conducted at the Permanent Research Station of Paracou (French Guiana) on the other hand. Three main chapters are presented in the form of scientific papers. The first chapter (Q1. Efflux modeling - Mortality) addresses the possibility of developing reliable estimates of biomass, basal area and stem number loss (Efflux) from observed canopy height change with repeated ALS overflights and further evaluates whether these loss patterns are related to local canopy height and local topography. The second chapter (Q2. Allometry and carbon stock) quantifies the error reduction achieved in plot-level AGB estimates by using locally adjusted Height-Diameter allometries. Those allometries are established by merging field inventories and canopy height models derived from ALS and incorporating local canopy height and species identity as predictors. The third chapter (Q3. Influx modeling - Productivity) examines if canopy height gain derived from repeat ALS can be used to map aboveground woody net primary productivity (AWNPP) at a site with different characteristics of structure and dynamics in undisturbed and disturbed plots such as Paracou. A final chapter synthesizes the main conclusions of the first three articles, and develops a critical reflection on the work conducted during these three and a half years
Le changement climatique actuel affecte le fonctionnement des forêts tropicales de nombreuses façons et pourrait mettre en péril leur rôle de puits de carbone mondial. La documentation précise des flux de carbone forestier à une échelle significative est donc un défi urgent. Le LIDAR aéroporté, qui peut fournir une description fine de la structure et de la dynamique de la canopée, a un grand potentiel à cet égard. Cette thèse explore les capacités et les limites du LiDAR multitemporel aéroporté (ALS) pour cartographier les modèles de flux de carbone (mortalité et productivité) dans l'espace et le temps afin de réduire l'incertitude des modèles globaux de stocks et de flux de carbone dans les forêts tropicales. Nous nous sommes appuyés sur la combinaison de survols ALS répétés sur une période de 10 ans d'une part et d'un large réseau de parcelles totalisant plus de 1,2 km2 d'inventaires de terrain réalisés à la Station Permanente de Recherche de Paracou (Guyane française) d'autre part. Trois chapitres principaux sont présentés sous forme d'articles scientifiques. Le premier chapitre (Q1. Modélisation de l'efflux - Mortalité) traite de la possibilité de développer des estimations fiables de la perte de biomasse, de surface terrière et de nombre de tiges (efflux) à partir des changements observés de la hauteur de la canopée lors de survols répétés de la SLA et évalue en outre si ces modèles de perte sont liés à la hauteur de la canopée locale et à la topographie locale. Le deuxième chapitre (Q2. Allométrie et stock de carbone) quantifie la réduction de l'erreur obtenue dans les estimations de l'AGB au niveau de la parcelle en utilisant des allométries Hauteur-Diamètre ajustées localement. Ces allométries sont établies en fusionnant les inventaires de terrain et les modèles de hauteur de canopée dérivés de l'ALS et en incorporant la hauteur de canopée locale et l'identité des espèces comme prédicteurs. Le troisième chapitre (Q3. Modélisation de l'afflux - Productivité) examine si le gain de hauteur de canopée dérivé de l'ALS répété peut être utilisé pour cartographier la productivité primaire nette ligneuse aérienne (AWNPP) sur un site présentant différentes caractéristiques de structure et de dynamique dans des parcelles non perturbées et perturbées comme Paracou. Un dernier chapitre synthétise les principales conclusions des trois premiers articles, et développe une réflexion critique sur les travaux menés pendant ces trois années et demie.
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Dates and versions

tel-03850769 , version 1 (17-11-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03850769 , version 1

Cite

Claudia Huertas. Contributions of multi-temporal airborne LiDAR data to mapping carbon stocks and fluxes in tropical forests. Systematics, Phylogenetics and taxonomy. Université de Montpellier, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03850769⟩
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