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Challenging the link between functional and spectral diversity with radiative transfer modeling and data

Pacheco-Labrador, Javier und Migliavacca, Mirco und Ma, Xuanlong und Mahecha, Miguel und Carvalhais, Nuno und Weber, Ulrich und Benavides, Raquel und Bouriaud, Olivier und Barnoaiea, Ionut und Coomes, David A. und Bohn, Friedrich J. und Kraemer, Guido und Heiden, Uta und Huth, Andreas und Wirth, Christian (2022) Challenging the link between functional and spectral diversity with radiative transfer modeling and data. Remote Sensing of Environment, 280, Seite 113170. Elsevier. doi: 10.1016/j.rse.2022.113170. ISSN 0034-4257.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S003442572200284X?via%3Dihub#!

Kurzfassung

In a context of accelerated human-induced biodiversity loss, remote sensing (RS) is emerging as a promising tool to map plant biodiversity from space. Proposed approaches often rely on the Spectral Variation Hypothesis (SVH), linking the heterogeneity of terrestrial vegetation to the variability of the spectroradiometric signals. Yet, due to observational limitations, the SVH has been insufficiently tested, remaining unclear which metrics, methods, and sensors could provide the most reliable estimates of plant biodiversity. Here we assessed the potential of RS to infer plant biodiversity using radiative transfer simulations and inversion. We focused specifically on “functional diversity,” which represents the spatial variability in plant functional traits. First, we simulated vegetation communities and evaluated the information content of different functional diversity metrics (FDMs) derived from their optical reflectance factors (R) or the corresponding vegetation “optical traits,” estimated via radiative transfer model inversion. Second, we assessed the effect of the spatial resolution, the spectral characteristics of the sensor, and signal noise on the relationships between FDMs derived from field and remote sensing datasets. Finally, we evaluated the plausibility of the simulations using Sentinel-2 (multispectral, 10 m pixel) and DESIS (hyperspectral, 30 m pixel) imagery acquired over sites of the Functional Significance of Forest Biodiversity in Europe (FunDivEUROPE) network. We demonstrate that functional diversity can be inferred both by reflectance and optical traits. However, not all the FDMs tested were suited for assessing plant functional diversity from RS. Rao's Q index, functional dispersion, and functional richness were the best-performing metrics. Furthermore, we demonstrated that spatial resolution is the most limiting RS feature. In agreement with simulations, Sentinel-2 imagery provided better estimates of plant diversity than DESIS, despite the coarser spectral resolution. However, Sentinel-2 offered inaccurate results at DESIS spatial resolution. Overall, our results identify the strengths and weaknesses of optical RS to monitor plant functional diversity. Future missions and biodiversity products should consider and benefit from the identified potentials and limitations of the SVH.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187600/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Challenging the link between functional and spectral diversity with radiative transfer modeling and data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pacheco-Labrador, JavierMax Planck Institute for BiogeochemistryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Migliavacca, MircoMax-Planck-Institute for Biogeochemistry, Jena, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, XuanlongInternational Research Center of Big Data for Sustainable Development GoalsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mahecha, MiguelRemote Sensing Center for Earth System Research, Leipzig University, Leipzig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Carvalhais, NunoMax Planck Institute for BiogeochemistryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weber, UlrichMax Planck Institute for BiogeochemistryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Benavides, RaquelDepartamento de Sistemas y Recursos Naturales. E.T.S. Ingeniería de Montes, Forestales y del Medio Natural, Universidad Politécnica de MadridNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bouriaud, OlivierUniversity ‘Ștefan cel Mare’ of SuceavaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barnoaiea, IonutUniversity ‘Ștefan cel Mare’ of SuceavaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Coomes, David A.Department of Plant Sciences and the Conservation Research InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bohn, Friedrich J.Department of Computational Hydrosystems, Helmholtz Centre for Environmental Research – UFZNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kraemer, GuidoRemote Sensing Center for Earth System Research, Leipzig UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heiden, Utauta.heiden (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3865-1912NICHT SPEZIFIZIERT
Huth, AndreasGerman Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Halle-Jena-LeipzigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wirth, ChristianMax Planck Institute for BiogeochemistryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2022
Erschienen in:Remote Sensing of Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:280
DOI:10.1016/j.rse.2022.113170
Seitenbereich:Seite 113170
Verlag:Elsevier
ISSN:0034-4257
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Spectral diversity, Functional diversity, Radiative transfer model, Biodiversity, Sentinel-2, DESIS
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Optische Fernerkundung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Photogrammetrie und Bildanalyse
Hinterlegt von: Heiden, Dr.rer.nat. Uta
Hinterlegt am:27 Jul 2022 13:32
Letzte Änderung:29 Jun 2023 07:20

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