Global Savannah Phenology : Integrating Earth Observation, Ecosystem Modeling, and PhenoCams
(2017)- Abstract
- Savannahs are land areas where grass and trees co-exists to create a landscape that is neither a grassland nor a forest. It is estimated that savannahs cover approximately one sixth of the global land surface. They also play an important role in the global carbon cycle due to their total size. Most savannahs are characterized with two distinct seasons, one dry season and one wet season where a majority of rainfall and vegetation growth is occurring. This makes the seasonality in climate especially important since it controls the timing of growth by affecting for example leaf emergence and leaf fall. Those timing of growth are most often collectively termed vegetation phenology.
Phenology is the science of observing and describing life... (More) - Savannahs are land areas where grass and trees co-exists to create a landscape that is neither a grassland nor a forest. It is estimated that savannahs cover approximately one sixth of the global land surface. They also play an important role in the global carbon cycle due to their total size. Most savannahs are characterized with two distinct seasons, one dry season and one wet season where a majority of rainfall and vegetation growth is occurring. This makes the seasonality in climate especially important since it controls the timing of growth by affecting for example leaf emergence and leaf fall. Those timing of growth are most often collectively termed vegetation phenology.
Phenology is the science of observing and describing life cycles and events of plants or animals over time. Vegetation phenology has a long history and observations were probably used for the first time thousands of years ago to note down changes in vegetation and harvests. Nowadays we can represent vegetation phenology at different scales using many different techniques. It can, for example, be analyzed and estimated using earth observation, site level measurements, or ecosystem modelling. Earth observation, or remote sensing, is the science of obtaining information about an object or area from a distance. For phenology vegetation indices measured from satellites are normally used. They often take advantage of the fact that plants during photosynthesis absorb the light in specific wavelengths. Site level measurements are instead carried out on the ground to monitor the ecosystem properties at the site level. They typically consist of measurement of temperature, soil moisture, precipitation, and carbon fluxes. But they could also be expanded with PhenoCams which is term referring to a digital camera producing images of the vegetation at a regular interval. Finally, ecosystem models are a mathematical representation of the ecological system and are used to understand and predict the real system. However, there exists a knowledge gap regarding the precise mechanisms affecting the vegetation phenology on savannahs. The aim of this thesis was therefore to use all of the above mentioned fields to improve our understanding and ability to estimate savannah vegetation phenology. The main results showed that soil water is of great importance for estimation of savannah vegetation phenology. It further showed the potential of using remotely sensed soil moisture and PhenoCams to improve our estimates of savannah vegetation phenology. (Less) - Abstract (Swedish)
- Savanner är ett landskap med både träd och gräs som skapar en miljö som varken är skog eller gräsmark. Savanner tar upp cirka en sjättedel av världens totala landyta och de har på grund av detta en stor betydelse för den globala kolbalansen. De flesta savanner har två distinkta säsonger, en regnperiod då vegetationen grönskar samt en period med torka utan nederbörd. Detta gör att förändringar i det säsongsbetonade klimatet har stor betydelse eftersom det påverkar längden på växtperioden men även tidpunkten för när gräset börjar växa, når maximum och vissnar. Dessa tidpunkter kan kollektivt benämnas växtfenologi.
Fenologi är läran eller vetenskapen som beskriver de återkommande händelserna inom djur- och växtriket. För växter handlar... (More) - Savanner är ett landskap med både träd och gräs som skapar en miljö som varken är skog eller gräsmark. Savanner tar upp cirka en sjättedel av världens totala landyta och de har på grund av detta en stor betydelse för den globala kolbalansen. De flesta savanner har två distinkta säsonger, en regnperiod då vegetationen grönskar samt en period med torka utan nederbörd. Detta gör att förändringar i det säsongsbetonade klimatet har stor betydelse eftersom det påverkar längden på växtperioden men även tidpunkten för när gräset börjar växa, når maximum och vissnar. Dessa tidpunkter kan kollektivt benämnas växtfenologi.
Fenologi är läran eller vetenskapen som beskriver de återkommande händelserna inom djur- och växtriket. För växter handlar det om de naturligt återkommande händelserna som till exempel knoppsprickning och lövfällning men kan också handla om den kompletta säsongsvarierande cykeln. Växtfenologi användes troligen redan för tusentals år sedan, för enkla manuella observationer av växtlighet och skörd. Nuförtiden uppskattar man växtfenologi på olika skalor med hjälp av olika mätmetoder och modeller. Det uppskattas med hjälp av till exempel fjärranalys, platsbaserade automatiska mätinstrument eller ekosystemmodellering. Fjärranalys är ett begrepp som handlar om att på avstånd mäta och kvantifiera information om ett objekt eller område. För fenologi kan olika satellitbaserad vegetationsindex användas. De nyttjar kunskapen att växter använder specifika våglängder av ljus i fotosyntesen. Platsbaserade mätningar genomförs istället på lokal nivå och består vanligtvis av mätningar av nederbörd, temperatur, markfuktighet och kolutbyten mellan växtlighet och atmosfär. De kan även utökas med PhenoCams, digitalkameror som regelbundet tar bilder av växtligheten. Ekosystemmodeller är en matematisk beskrivning av ett eller flera ekologiska system som används för att förstå och förutspå hur till exempel förändringar i klimatet påverkar ekosystemet. Det finns ett kunskapsgap när det gäller de exakta mekanismerna som styr savanners växtfenologi. Det slutgiltiga målet med denna avhandling är därför att använda metoder och data från fjärranalys, platsbaserad mätningar och ekosystemodeller för att öka förståelsen och möjligheten att simulera savanners växtfenologi. Det huvudsakliga resultatet visade att markfuktighet är en avgörande faktor vid uppskattning av savanners växtfenologi. Det visas även att markfuktighet uppmätt med fjärranalys samt PhenoCams båda har potential till att användas för att förbättra växtfenologi för savanner.
(Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/6ff3753c-30ae-4580-9387-1d8fba7f035b
- author
- Boke-Olén, Niklas LU
- supervisor
-
- Veiko Lehsten LU
- Jonas Ardö LU
- Lars Eklundh LU
- Thomas Holst LU
- opponent
-
- Prof. Dr. Hickler, Thomas, Senckenberg Biodiversity and Climate Research Centre (BiK-F) & Goethe-University Frankfurt, Germany
- organization
- publishing date
- 2017-02
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- pages
- 136 pages
- publisher
- Lund University, Faculty of Science, Department of Physical Geography and Ecosystem Science
- defense location
- Lecture hall “Pangea”, Geocentre II, Sölvegatan 12, Lund
- defense date
- 2017-03-10 10:00:00
- ISBN
- 978-91-85793-75-4
- 978-91-85793-76-1
- project
- Global Savannah Phenology: Integrating Earth Observation, Ecosystem Modeling, and PhenoCams
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- 6ff3753c-30ae-4580-9387-1d8fba7f035b
- date added to LUP
- 2016-06-28 14:18:34
- date last changed
- 2020-09-25 15:16:35
@phdthesis{6ff3753c-30ae-4580-9387-1d8fba7f035b,
abstract = {{Savannahs are land areas where grass and trees co-exists to create a landscape that is neither a grassland nor a forest. It is estimated that savannahs cover approximately one sixth of the global land surface. They also play an important role in the global carbon cycle due to their total size. Most savannahs are characterized with two distinct seasons, one dry season and one wet season where a majority of rainfall and vegetation growth is occurring. This makes the seasonality in climate especially important since it controls the timing of growth by affecting for example leaf emergence and leaf fall. Those timing of growth are most often collectively termed vegetation phenology.<br/>Phenology is the science of observing and describing life cycles and events of plants or animals over time. Vegetation phenology has a long history and observations were probably used for the first time thousands of years ago to note down changes in vegetation and harvests. Nowadays we can represent vegetation phenology at different scales using many different techniques. It can, for example, be analyzed and estimated using earth observation, site level measurements, or ecosystem modelling. Earth observation, or remote sensing, is the science of obtaining information about an object or area from a distance. For phenology vegetation indices measured from satellites are normally used. They often take advantage of the fact that plants during photosynthesis absorb the light in specific wavelengths. Site level measurements are instead carried out on the ground to monitor the ecosystem properties at the site level. They typically consist of measurement of temperature, soil moisture, precipitation, and carbon fluxes. But they could also be expanded with PhenoCams which is term referring to a digital camera producing images of the vegetation at a regular interval. Finally, ecosystem models are a mathematical representation of the ecological system and are used to understand and predict the real system. However, there exists a knowledge gap regarding the precise mechanisms affecting the vegetation phenology on savannahs. The aim of this thesis was therefore to use all of the above mentioned fields to improve our understanding and ability to estimate savannah vegetation phenology. The main results showed that soil water is of great importance for estimation of savannah vegetation phenology. It further showed the potential of using remotely sensed soil moisture and PhenoCams to improve our estimates of savannah vegetation phenology.}},
author = {{Boke-Olén, Niklas}},
isbn = {{978-91-85793-75-4}},
language = {{eng}},
publisher = {{Lund University, Faculty of Science, Department of Physical Geography and Ecosystem Science}},
school = {{Lund University}},
title = {{Global Savannah Phenology : Integrating Earth Observation, Ecosystem Modeling, and PhenoCams}},
url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/21760230/Niklas_Boke_Olen_webb.pdf}},
year = {{2017}},
}