Relating tree water content and satellite SAR data in boreal forests

Research Project, 2022 – 2025

Skogen spelar en viktig roll för jordens klimat och påverkar väder, ekosystem och biodiversitet. Klimatförändringarna innebär att förekomsten av skogsbränder, insektsangrepp och stormfällningar kommer att öka. Trädens vatteninnehåll är en nyckelparameter för att övervaka skogens vitalitet, förstå förändringar och motverka negativa konsekvenser. Det saknas dock teknik som kan mäta trädens vatteninnehåll över stora områden med tillräcklig noggrannhet och upplösning. Markmätningar är noggranna men begränsade till små områden och det finns därför stort behov av satellitmätningar. Bristen på mätningar innebär att viktiga vetenskapliga frågor ännu inte kunnat besvaras, t.ex.: Hur kommer klimatförändringens ökande medeltemperatur att påverka skogen, väder och ekosystem? Hur kommer den globala uppvärmningen att påverka vattencykeln? Bidrar skogen till en ökning eller minskning av regnförekomst?

Optiska satellittekniker har begränsad känslighet för trädens vatteninnehåll, ser inte genom moln och är beroende av solljus som belysning. I projektet kommer vi istället att använda mikrovågor. De har hög känslighet för vatteninnehåll i vegetation genom att dielektricitetskonstanten för vatten är stor. I projektet kommer vi att använda satellitradar med syntetisk aperturradar (SAR) som ger bilder oberoende av solljus och väderförhållanden samt med både stor rumslig täckning och hög upplösning.
Projektets mål är att skatta trädens vatteninnehåll med satellit-SAR kompletterat med meteorologiska data. Vi kommer att utnyttja och kombinera flera olika datakällor, dvs satellit-SAR, radartorn, fluxmast, väderstation och markmätningar. Primärdata kommer från SAR-satelliter som använder två olika våglängdsband (5 och 25 cm). En annan viktig komponent i projektet är radardata från BorealScat (www.borealscat.se), som är installerad på ett 50 m högt torn och producerar tidserier med data var 5:e minut. BorealScat är en avancerad tomografisk radar som mäter radarreflektivitet från skogen på tre våglängdsband (5, 25 och 70 cm). För närvarande är den lokaliserad strax väster om Skövde, i skogsförsöksparken Remningstorp, men kommer under 2021 att flyttas till SLU:s försöksområde Svartberget strax utanför Vindeln. Huvudorsaken till denna flytt är att samlokalisera BorealScat med den på Svartberget befintliga forskningsinfrastrukturen ICOS (www.icos-sweden.se/Svartberget) som bl.a. mäter vattenutbytet mellan skogen och atmosfären från en 150 m hög mast. Vi kommer också att direkt mäta vatteninnehållet med sensorer monterade på träd.

Projektet kommer att dra nytta av tekniska framsteg inom radarfjärranalys av skog under de senaste 15 åren och kommer att utnyttja de mest moderna radarsatellitsystemen, dvs europeiska Sentinel-1 och japanska ALOS. Projektet kommer att producera unik kunskap och ge nya insikter om skogens roll för klimatet, vädret och hydrologin.
Projektet är ett samarbete mellan Chalmers Tekniska Högskola och Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och samlar experter inom radar, skoglig fjärranalys och växtfysiologi.