VENµS monitors the resillience of Bouconne forest to caterpillar defoliation

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I left you in mid-July with an unbearable suspense: would the Bouconne oak forest, the real lung of the Toulouse conurbation, resist the caterpillar attack of which it was the victim? The gypsy moth is a small butterfly whose voracious caterpillar appreciates oaks. This year, the moth caterpillars have flourished in some areas of the Bouconne forest, to the point where its damage has become visible from 700 km above sea level. Everything was explained in this post at the beginning of July.

But rest assured, our satellites have continued to watch over the forest, and it is with joy that we can see that everything is better, thanks to this beautiful series of images from the Venµs satellite of CNES and the Israeli Space Agency. In these images, we used false colors, and the vegetation appears in red. It is the observation in the near infra-red band that is most sensitive to vegetation strength, and it is this spectral band that appears here in red. On this series, we notice the defoliation effect is most significant in June, on two areas of the forest whose color turns brown, and that from mid-July, the situation improves. In the last image of August 4, there is only a slight difference between the areas attacked in June and the others.

 

Series of Venµs images in false colors, from May to early August 2019, above the Bouconne forest, west of Toulouse, France. The data are presented in false colors, the near infrared is in red, while the blue and green channels correspond to the blue and green bands. The more vigorous the vegetation, the more red the colour.

Now that the caterpillars have metamorphosed into butterflies that enjoy their summer thinking only about gathering pollen and breeding, the oaks have been able to take advantage of this break to produce new leaves, and start storing reserves for the winter. Experts indicate that in years of moths attacks, which fortunately do not occur every year, the rings on the trunks are tighter, which proves that the attack has an impact on tree growth. If some of these specialists are passing through here, I would like to know why the attacks were concentrated on two bands of the forest, and not on the whole forest. Why did some parts resist better than others? Do we have different tree species, different ages, different soils?

By the way, you can note the large number of clear images available in this series, thanks to the temporal repetitiveness of Venµs, which makes observations every other day. These data have been corrected for atmospheric effects, this is what we call Level 2A products. You can see that the image colours change very slowly with time, without the variations due to the amount of aerosols in the atmosphere. This shows that our treatments, performed with MAJA, work quite well. If you wish to access the data, it is available, free of charge, on https://theia.cnes.fr.

 

You are now reassured, so I wish you an as good summer as the one enjoyed by the gypsy moths (in their butterfly form)!

[VENµS] La forêt de Bouconne a résisté à l'attaque à la bombyx

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Je vous avez laissés à la mi-juillet avec un suspense insoutenable: la forêt de chênes de Bouconne, véritable poumon de l'agglomération de Toulouse, allait-elle résister à l'attaque à la bombyx dont elle était la victime ? Le bombyx disparate est un petit papillon dont la chenille vorace apprécie les chênes, qui cette année a pullulé dans certaines zones de la forêt de Bouconne, au point où ses dégâts sont devenus visibles depuis 700 km d'altitude. Tout était expliqué dans ce billet de début Juillet.

 

Mais rassurez vous, nos satellites ont continué à veiller sur la forêt, et c'est avec joie que nous pouvons constater que tout va mieux, grâce à cette belle série d'images du satellite Venµs du CNES et de l'agence spatiale Israélienne. Sur ces images, nous avons utilisé des fausses couleurs, et la végétation apparaît en rouge. C'est l'observation dans le proche-infra rouge qui est la plus sensible à la vigueur de la végétation, et c'est cette bande spectrale qui apparaît ici en rouge. Sur cette série, on remarque que c'est en juin que l'effet de défoliation est le plus important, sur deux zones de la forêt dont la couleur tourne au brun, et que dès la mi juillet, la situation s'améliore. Sur la dernière image du 4 août, on ne distingue plus qu'une légère différence entre les zones attaquées en juin et les autres.

Série d'images Venµs en fausses couleurs, de mai à début août 2019, au dessus de la forêt de Bouconne à l'ouest de Toulouse. Les données sont présentées en fausses couleurs, le proche infra rouge est en rouge, alors que les canaux bleu et vert correspondent aux bandes bleues et vertes. Plus la végétation est vigoureuse, plus la couleur est rouge.

Maintenant que les chenilles se sont métamorphosées en papillons qui ne pensent plus qu'à butiner et se reproduire (vivent les vacances !), les chênes ont pu en profiter pour produire de nouvelles feuilles, et commencer à stocker des réserves pour l'hiver. Les spécialistes indiquent que les années d'attaques à la bombyx, qui heureusement n'ont pas lieu tous les ans, les cernes sur les troncs sont plus resserrées, ce qui prouve que l'attaque a un impact sur la croissance des arbres. Si  certains de ces spécialistes passent par ici, j'aimerais bien savoir pourquoi les attaques se sont concentrées sur deux bandes de la forêt, et pas sur toute celle-ci. Pour quelles raison certaines parties ont-elle mieux résisté que d'autres ? Avons nous des espèces d'arbres différents, des ages différents, des sols différents ?

 

Au passage, vous pouvez noter le grand nombre d'images claires disponibles sur cette série, grâce à la répétitivité temporelle de Venµs, qui fait des observations tous les deux jours. Ces données ont été corrigés des effets atmosphériques, ce sont des produits de niveau 2A. Vous pouvez observer que les  teintes changent très lentement, sans les variations dues à la quantité d'aérosols dans l'atmosphère, ce qui montre que nos traitements, réalisés avec MAJA, fonctionnent bien. Si vous souhaitez accéder aux données, celles-ci sont disponibles, gratuitement, sur https://theia.cnes.fr.

 

Vous voilà rassurés, vous pouvez donc passer d'aussi bonnes vacances que les bombyx disparates (sous leur forme de papillons) !

 

Sentinel-2 sees caterpillars nibbling French forests

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One of my colleagues from CESBIO and CNES, a specialist in automatic classification methods and creator of free software named after Monteverdi's opera, told me that during his last Sunday walk in the Bouconne forest, the trees were being devoured by caterpillars. By listening, you could even hear them nibbling on the leaves. Even if he doesn't have my exaggeration tendencies, I wanted to check with my favourite satellite, Sentinel-2.

The image below compares, in false colours (the more red the vegetation is, the more vigorous the vegetation), the images acquired on 5 July 2017 and 5 July 2019 (the same period was cloudy in 2018). The differences are impressive, the red colour fades and almost disappears in places.

False color comparison (vegetation appears red) of Sentinel-2 level 2A images (processed by Theia) acquired on July 5, 2017 and 2019 over Boucone Forest near Toulouse. Some forest areas appear darker in 2019, due to the appetite of gypsy moth caterpillar...

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Une attaque à la bombyx vue par Sentinel-2

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Un de mes collègues du CESBIO et du CNES, spécialiste des méthodes de classification automatique et créateur de logiciels libres, m'a raconté que lors de sa dernière ballade dominicale dans la forêt de Bouconne, les arbres étaient en train d'être dévorés par des chenilles. En tendant l'oreille, on pouvait même les entendre grignoter les feuilles.  Même s'il n'a pas mes tendances à l’exagération,  j'ai voulu vérifier avec mon satellite préféré, Sentinel-2.

L'image ci dessous compare, en fausses couleurs (plus c'est rouge plus la végétation est vigoureuse), les images acquises le 5 juillet 2017 et le 5 juillet 2019 (la même période était nuageuse en 2018). Les différences sont impressionnantes, la couleur rouge s'atténue et disparaît presque par endroits, signe que les chenilles ont consommé une bonne partie des feuilles.

 

Comparaison en fausse couleur (la végétation apparaît en rouge) d'images Sentinel-2 de niveau 2A (traitées par Theia) acquises les 5 juillet 2017 et 2019 sur la forêt de Bouconne, près de Toulouse. Certaines zones forestières apparaissent plus sombres en 2019, du fait de l’appétit des larves de bombyx..

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Near real time detection of deforestation in French Guiana

Marie Ballère started in October 2018 a Ph.D. funded by WWF and CNES. The aim of her Ph.D. is to characterize animal habitats in tropical forest using radar and optical data. The first results on near real time forest disturbances assessment using radar Sentinel-1 data in French Guiana were shown at the ESA Living Planet Symposium 2019 in Milano, and they are striking !

 

The near real time forest disturbances detection method used by Marie has been described in Bouvet et al. (2018) and successfully tested over a test site in Peru. Classical methods are based on the hypothesis that the radar backscatter decreases when disturbances occur. However, the backscatter does not necessarily decrease, because rainfalls and/or trees remaining on the ground for example, lead to an increase of radar backscatter.

 

To get around this problem, the method from Bouvet et al. (2018) is based on the detection of radar shadowing. Shadowing occurs in radar images because of the particular side-looking viewing geometry of radar systems. A shadow in a radar image is an area that cannot be reached by any radar pulse. Shadows created by trees at the borders between forest and non-forest areas can be observed in high-resolution radar images (Figure 1), depending on the viewing direction. Shadows that appear are characterized by a sudden drop of backscatter in the radar time series. Thanks to the purely geometrical nature of the shadowing effects, this decrease of backscatter is expected to be persistent over time. New shadows should consequently remain visible for a long time and are easily detectable when dense time series of radar data, such as Sentinel-1 time series, are available.

Figure 1 Illustration of the SAR shadowing effect at the border between forests and deforested areas

 

This method has been tested over various sites in South American, African and Asian tropical forests for three years now and significantly improved. Marie Ballère participated to the improvement of the method, applied it over the whole French Guiana using Sentinel-1 data acquired from 2016 to 2018, and validated the resulting maps. Slashing deforestation (farming method that involves the cutting and burning of trees) detection has been validated using 94 reference data (surface area of 48.2 ha) kindly shared by Pierre Joubert and Eloise Grebic from the Parc Amazonien de Guyane. Producer and user accuracies related to disturbed forests reached 83% and 99% respectively. Gold mining detection has been validated using 36 reference data (surface area of 76 ha), leading to producer and user accuracies of 86% and 99% respectively.

 

In addition, we compared our results with the deforestation patches detected in the University of Maryland (UMD) Global Land Analysis and Discovery (GLAD) Forest Alert dataset (Hansen et al., 2016), a Landsat-based humid tropical forest disturbance alert system over the tropics (http://glad.geog.umd.edu/alerts). Producer accuracies of 24% and 44% were found for slashing deforestation and gold mining respectively. A small area showing the comparison between the CESBIO and UMD-GLAD methods is shown in the maps in Figure 2.

Figure 2 Comparison between the CESBIO and UMD-GLAD near real time forest disturbances detection methods in French Guiana in 2018. Gold mining reference plots are shown in green. Producer accuracies of 86% and 44% were found using the CESBIO and UMD-GLAD respectively

Figure 3 shows the number of disturbed areas detected per month using the CESBIO and UMD-GLAD methods (note that disturbed plots that were not detected using the UMD-GLAD method were not taken into account). Slashing deforestation, occurring mainly during the dry season, was detected timely using both methods. However, because clouds hamper the GLAD optical-based forest disturbances detection during the rainy season, gold mining occurring all year long was detected 72±58 days in advance using the CESBIO method.

Figure 3 Slashing deforestation, occurring mainly during the dry season, was detected timely using CESBIO and UMD-GLAD methods. Gold mining occurring all year long was detected 72±58 days in advance using the CESBIO method

Figure 4 Forest disturbances detection using the CESBIO method in French Guiana from 2016 to 2018

The CESBIO method has been applied over the whole French Guiana for the years 2016, 2017 and 2018 (Figure 4). The deforestation rates were found to be -0.7%, -0.5% and -0.5% respectively, relatively to French Guyana area.

 

A lot of exciting research can now be performed based on these results (e.g. for understanding the causes related to the spatial and temporal evolution of disturbances patterns). In addition, Sentinel-1 and Sentinel-2 data are being currently used by Marie to identify the drivers of deforestation.

References:
  • Bouvet, A., Mermoz, S., Ballère, M., Koleck, T., & Le Toan, T. (2018). Use of the SAR Shadowing Effect for Deforestation Detection with Sentinel-1 Time Series. Remote Sensing, 10(8), 1250.
  • Hansen, M. C., Krylov, A., Tyukavina, A., Potapov, P. V., Turubanova, S., Zutta, B., ... & Moore, R. (2016). Humid tropical forest disturbance alerts using Landsat data. Environmental Research Letters, 11(3), 034008.

4 thèses en cours à Toulouse pour étudier les forêts tempérées par télédétection

Le pôle toulousain de recherche publique en télédétection est surtout connu sur la thématique forestière grâce à la mission BIOMASS, qui sera lancée vers 2021 et qui est portée par le CESBio, mais qui concerne surtout les forêts tropicales. L’objectif de cet article est de présenter les travaux en cours sur les forêts tempérées, dans le contexte de la France métropolitaine, qui sont portées en synergie par l’UMR Dynafor (collègues INRA, Ensat et EI Purpan) et par l’UMR CESBio. En effet, 4 thèses sont actuellement en cours dont 2 qui seront soutenues fin 2019. Le point commun à ces 4 thèses comme aux travaux qui les ont précédées est l’utilisation de séries temporelles, d’abord basse résolution (Modis), puis, depuis 2015, en haute résolution spatiale avec Sentinel 1 et 2 (‘S1’ et ‘S2’).

 

Différence de phenologie entre chênes

Figure 1. Différences de phénologie entre espèces de chênes.

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Les conséquences de la sécheresse de l'an dernier en Provence sont toujours visibles en 2018 sur les images de Sentinel-2

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En rentrant de nos vacances dans les Alpes, nous avons passé une journée près des gorges du Verdon, le grand Canyon européen (je sais, il y a une différence d'échelle avec l'Américain).  Ceci dit, le paysage était superbe, comme vous pouvez le voir dans le panorama ci-dessous.

Panorama depuis le "point sublime" (et modeste)

 

 

Mais ne vous inquiétez pas, je ne vais pas vous parler ici de mes aventures estivales, je réserve cela pour les collègues à l'heure du repas, et je pense que les deux premiers de la semaine leur ont suffi.

 

Allons au fait, j'ai par la même occasion remarqué un grand nombre de pins desséchés, voire morts, ce qui m'a étonné parce que la région a été relativement humide ce printemps et début d'été. J'ai demandé au gens du coin, qui m'ont dit que c'est la sécheresse de l'été et l'automne 2017 en Provence qui en est la cause, particulièrement dans les zones où la roche est juste sous la surface et la profondeur du sol est très faible..

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