Connecting tree-rings and remote sensing data to describe forest spatial and temporal dynamics in peninsular Italy
Author(s)
Di Fiore, Luca
Date Issued
July 16, 2021
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Remote sensing has become essential to monitor the response of forests to climate change and extreme events, especially in vulnerable areas as the Mediterranean basin, but these new technologies need to be calibrated and validated with ground data. In this study, tree ring data were compared with the spatial position of the trees (for Pinus heldreichii) and with satellite multispectral derived data (for Pinus halepensis and Fagus sylvatica) along the Italian peninsula.
The spatial analysis of the Bosnian pines on the Pollino Massif highlighted how the older trees grow in the most remote areas (cliffs). The average phenology (2018-2020) of two Aleppo pine populations, evaluated using Sentinel-2 data, captured the key vegetation activity phases, roughly agreeing with the signal obtained correlating tree ring and climate data. For 25 beech forests a set of ten metrics derived from MODIS vegetation indices (VIs) time series (2000-2014) showed a differential link with the Basal Area Increment (BAI). A multiple linear regression predicted both the average (thanks to phenophases metrics) and interannual (mostly thanks to VI values metrics) tree growth. While winter frosts damaged the tree ring tissues of Aleppo pines especially in the past, recently spring late frosts frequently damaged the beech tree canopies causing a BAI and VI decrease, negatively affecting the forests productivity trends. The interaction between daily minimum temperatures and tree phenology determined the damage occurrence, more common in the colder populations of both the species.
These findings highlighted the general agreement between tree ring and remote sensing data, promising in a future perspective when there will be available longer remote sensing time series.
Il telerilevamento è ormai essenziale per monitorare la risposta delle foreste al cambiamento climatico e agli eventi estremi, specialmente in aree vulnerabili come il Bacino del Mediterraneo, ma queste nuove tecnologie devono essere calibrate e validate con dati a terra. In questo studio, i dati dendroecologici sono stati confrontati con le posizioni degli alberi (per Pinus heldreichii) e con i dati satellitari multispettrali (per Pinus halepensis e Fagus sylvatica) lungo l’Italia peninsulare.
L’analisi spaziale dei pini loricati sul Massiccio del Pollino ha evidenziato come le piante più vecchie crescano nelle aree meno accessibili (rupi rocciose). La fenologia media (2018-2020), derivata da dati Sentinel-2, dei due popolamenti di pino d’Aleppo ha permesso di identificare le principali fasi fenologiche, approssimativamente corrispondenti al segnale identificato dalle correlazioni tra la crescita legnosa e i dati climatici. Per 25 faggete, un gruppo di dieci metriche derivate da serie temporali (2000-2014) di indici di vegetazione MODIS ha mostrato una connessione differenziale con l’incremento di area basimetrica (BAI). Tramite una regressione lineare multipla sono state predette sia la crescita media (grazie alle metriche fenologiche) che annuale (grazie alle metriche dei valori degli indici di vegetazione). Mentre freddi invernali hanno colpito i tessuti degli anelli legnosi del pino d’Aleppo specialmente in passato, recenti gelate tardive primaverili hanno danneggiato frequentemente le chiome dei faggi causando una diminuzione di BAI e indici di vegetazione, condizionando negativamente gli andamenti di produttività delle foreste. L’interazione tra temperature minime giornaliere e fenologia degli alberi ha determinato il verificarsi dei danni, più comuni nei popolamenti freddi di entrambe le specie.
Questi risultati hanno evidenziato la generale concordanza tra dati dendroecologici e telerilevati, promettente in una prospettiva futura quando saranno disponibili serie temporali telerilevate più lunghe.
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Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione sostenibile delle risorse ambientali
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