När jorden värmer, satellitbilder skickar starka indikationer på grönska i Arktis. Men en grönare signal förklarar större komplexitet. Klimatförändringar leder till ett krig i tundran när växterna tävlar om dominans. I många tundraområden, högre buskar invaderar områden när de är nakna - eller med kort täckning - från liknande växter som lav. Att förstå förändringar i den arktiska vegetationen är avgörande för att förstå koldioxidlagrings- och återkopplingsmekanismer för att förbättra modellerna för klimatförändringar.

Men att avslöja detaljerade detaljer är utmanande i en avlägsen miljö, svårtillgänglig och glesbygd. I årtionden, fjärranalys har gett arktiska ögon på himlen, men med nackdelar. Ekologer utmanas med att försöka extrapolera finskaliga mönster från grovkorniga satellitobservationer. Framväxande forskning tyder på att drönare kan hjälpa till att överbrygga skalmatchningar.

Mycket av bevisen för grönförstoring från Arktis kommer från data från satelliter som kretsar kring jorden sedan 1970 -talet. Satellitdata ger upplösning i grov skala. Pixelstorlekar kan motsvara områden så stora som 64 kvadratkilometer, förklarar vegetationsekologen Isla Myers-Smith vid University of Edinburgh.

I kontrast, i nästan två decennier vid Qikiqtaruk i Kanadas Yukon -territorium, Myers-Smiths forskargrupp har kvantifierat förändring av arktisk vegetation i kvadratmeter tomter om storleken på ett soffbord. År efter år, hennes team tappade 100 stift i varje tomt, registrerar varje planta, blad och skaft stiften kontakt. Det är ett noggrant arbete. Att bedöma varje kvadrat tar timmar.

Men tundran är enorm. Endast små arktiska fragment kan undersökas så detaljerat. Den övergripande grönningssignalen från satelliterna - det normaliserade skillnadsvegetationsindexet (NDVI) - är omisskännligt, men växer växterna större? Kräver olika växter? Är förändringar homogena? Dessa frågor intrigerar tundraekologer som vill veta vad som händer på marken.

Det är svårt att skala från kvadratmeter tomter till vad satelliter ser över stora rumsliga omfattningar. "Du hamnar med det gapet emellan, "säger Andrew Cunliffe, forskare vid University of Exeter i Storbritannien. Han ledde en nyligen genomförd studie om detta gap, publicerad i Environmental Research Letters. Medförfattare med Myers-Smith och tre andra, studien representerar en bredare insats för att överbrygga skalluckor med hjälp av drönare.

Slipning av Fuzzy Lens

Satelliter berättar om Arktis, "men genom en suddig lins, "säger studieförfattare Jeff Kerby vid Aarhus universitet i Danmark. Satellitdata från 1970- och 1980-talen kan vara till hjälp, men "pixlarna är kanske storleken på Manhattan, "säger han." Från denna satellitdata, vi har bevis på förändring, bara inte informationen för att förstå förändringen. "

High-Latitude Drone Ecology Network skapar ett standardiserat protokoll för övervakning av tundravegetation. Tundran är ett fluktuerande och komplext ekosystem, med klimatvariabler som påverkar korrekt tolkning av satellitdata. Arktiskt snötäcke kan inträffa när som helst på året och dölja vad som händer med växterna nedan. Ofta grumligt, Arktis är också mörkt under halva året. När den är närvarande, vinkeln på arktiskt solljus kan skapa enorma skuggor. "Skuggor är bra om du tar landskapsbilder för skojs skull men dåligt om du försöker förstå växter med en dator, "Säger Kerby. En grön växt i skugga ser inte grön ut.

Gå in i drönaren. Även om den är utrustad med ganska enkel, digitala kameror på hyllan, drönare kan skapa en tydlig bild av vad som händer på marken. Bilder på samma sak från olika vinklar, sytt ihop, kan producera 3D -modeller. Kerby och Myers-Smith har bildat High-Latitude Drone Ecology Network, skapa ett standardiserat protokoll för övervakning av tundravegetation.

Ursprungligen skeptisk till nyttan av drönare, Scott Goetz, Northern Arizona University, som inte var inblandad i den senaste studien, är nu övertygad om deras värde. "Skala är en av nyckelfrågorna med fjärranalys, "säger Goetz, vetenskaplig ledare för NASA:s Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) och biträdande huvudutredare för vetenskap om NASA:s Global Ecosystem Dynamics Investigation.

En fullständig bild är inte möjlig med fältmätningar ensam, men att länka fjärranalys av satellit till fältdata har varit en lång och utmanande väg, Goetz förklarar, noterar också att fjärranalysupplösningen förbättras. "Det är inte så att NDVI inte fungerar eller att vi inte kan övervaka [växttillväxt] på ett systematiskt sätt. Det är mer en fråga om komponenten i systemet som du vill mäta."

NDVI -data, hittade Cunliffe och medarbetare, presterade dåligt när det gällde att indikera växtbiomassa eftersom denna storskaliga indikator på grönska inte diskriminerar mellan små gröna organismer som mossa eller lav och större former som buskar.

Alemu Gonsamo, en fjärranalysator för vegetation och klimatförändringar vid McMaster University i Kanada som inte var inblandad i den aktuella studien, säger att om drone-härledda strukturåtgärder är korrekt integrerade med lidar- och grönhetsåtgärder, "de ger en oöverträffad möjlighet att övervaka förändringar både i tundra -grönska och baldakinstruktur som baldakshöjd och biomassa ovan jord."

När det gäller nyttan av drönare i detta sammanhang, människor har precis börjat, säger Northern Arizona University's Logan Berner, en samarbetspartner på NASA:s ABoVE -projekt. Om Cunliffes studie, Berner, som leder en studie som bedömer Landsat NDVI -trender över Arktis tundrabiom sedan 1980 -talet, säger, "Det finns en enorm potential för den typ av arbete som de har gjort för att förbättra vår förståelse för vad dessa förändringar i tundragrönhet innebär, varför de händer, och hur Arktis kan förändras i framtiden. "

Denna berättelse uppträdde ursprungligen i Eos och publiceras här igen som en del av Täcker klimatet nu , ett globalt journalistiskt samarbete som stärker täckningen av klimathistorien.