Exploring the potentials of satellite remote sensing for carbon monitoring in European forest systems

Richard Azu Crabbe

Doctoral thesis

Abstract:

Lesy hrají důležitou roli v ukládání uhlíku. Proto je v těchto ekosystémech věnována velká pozornost různým aspektům uhlíkového cyklu pomocí různých přístupů od terénních měření až po vyhodnocení údajů ze satelitů. Disertační práce využila kombinaci těchto přístupů pro vyhodnocení vlivu meteorologických faktorů a hospodaření na různé lesní ekosystémy. Zaměřila se na zkoumání výskytu teplých period na fenologii a produktivitu lesů, na vyhodnocení využití dat ze satelitů k odhadu toku CO2 z půdy se specifickými cíli odvodit povrchovou teplotu půdy a na zhodnocení výmladkového hospodářství a redukci srážek tok CO2 z půdy a půdní vlhkost v dubovém lese. Výsledky ukázaly, že jarní teplé periody jsou v poslední době častější a vedou k dřívějšímu začátku vegetačního období a k vyšší produktivitě lesů. Výsledky navíc umožnily vytvořit proxy index pro odhad produktivity lesů pomocí satelitních indexů vegetace. Druhá část práce potvrdila, že model LANDSAT-8 LST používající povrchovou teplotu je vhodný k odhadu toku CO2 z půdy, ale měl by být zlepšen zahrnutím půdní vlhkosti. Třetí část dospěla k závěru, že kácení a probírka lesního porostu vedlo ke zvýšení vlhkosti půdy, zatímco redukce srážek vedlo k trvalému snížení jak vlhkosti půdy, tak i toku CO2 z půdy.

Abstract:

Forests are the important carbon sinks. Therefore, great attention is paid to different aspect of the carbon cycle in these ecosystems using different approaches from field measurements to remote sensing data evaluation. The thesis used the combination of these approaches for evaluation of meteorological factors and management on different forest ecosystems. It focused on investigation of warm periods on forest phenology and productivity, on the evaluation of using data from satellites to estimate soil CO2 efflux with the specific aims of deriving land surface temperature, and on evaluation of coppicing and throughfall reduction on soil CO2 efflux and moisture in an oak forest. The results showed that spring warm periods are recently more frequent and lead to earlier onset of the growing season and to higher forest productivity. Moreover, the results enabld to create a proxy index for estimation of forest productivity using satelite vegetation indexes. The second part of the thesis confirmed that the model LANDSAT-8 LST using land surface temperature is suitable to predict soil CO2 efflux but should be improved by involving soil moisture. The third part concluded that harvest and thinning of the coppiced stand led to the increase in soil moisture, while throughfall reduction led to permanent decrease in both soil moisture and soil CO2 efflux.

Keywords

Fenologie, LANDSAT-8, produktivita lesa, redukce srážek, teplé periody, teplota půdy, tok CO2 z půdy, vegetační index, vlhkost půdy

Keywords

LANDSAT-8, phenology, vegetation index, warm periods, Forest productivity, soil moisture, soil CO2 efflux, soil temperature, throughfall reduction

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Dalibor Janouš, CSc.
• Reader: Vilém Pechanec, doc. RNDr., Ph.D., Jakub Hruška, prof. RNDr., Janusz Olejnik, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Doctoral programme / field:
Landscape Engineering / Forest Ecology