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Título: O green-up da estação seca na Amazônia Central é consistente em três diferentes escalas espaciais
Autor: Gonçalves, nathan
Orientador: Nelson, Nathan
Palavras-chave: fenologia foliar
sazonalidade
green-up
Data do documento: 16-Jan-2024
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Ciências de Florestas Tropicais - CFT
Abstract: Dry season green-up of Central Amazon upland forest, as detected in the Enhanced Vegetation Index (EVI) of the Moderate resolution imaging spectro-radiometer (Modis) has been a subject of recent controversy. Progressive decrease in solar zenith angle during the dry season reduces sub-pixel shade content, causing artefactual increase in NIR reflectance, with consequent increase in EVI. Cloud contamination has also been difficult to detect and to filter given the large Modis pixel. To reduce these artifacts, we used 16y of 1km Modis-MAIAC (Multi-Angle Implementation of Atmospheric Correction) images, corrected to nadir view and 45o solar zenith angles and having an improved cloud filter. We then obtained seasonal 30m Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) surface reflectance at two Central Amazon sites, to provide independent corroboration of Modis-MAIAC seasonality for EVI, Near Infra-red (NIR) and Green chromatic coordinate (Gcc). We controlled for sun-sensor geometry effects in OLI by using dates with similar solar elevation angles and by comparing pixels with the same phase angles. For three different dates (Feb, May, Aug) at one site, OLI and Modis-MAIAC showed the same temporal ranking for EVI, for NIR and for Gcc. For two dates (May, Dec) at the second site -- having nearly identical solar elevation angles and near-nadir view angles -- EVI and NIR seasonal changes were also corroborated. We used Central Amazon tower-mounted RGB cameras, running for 4y at the Amazon Tall Tower (ATTO, 2° 8'36"S and 59°0’2"W) and 7y at the Manaus k34 tower (2°36'33"S, 60°12'33"W), to obtain landscape-scale and crownscale Gcc, monthly Leaf Area Index (LAI, based on the fraction of upper canopy crowns that are leafy) and monthly leaf age class abundances by crown (based on time since last flush) in the camera view. These were compared to seasonal patterns of Gcc and EVI in 88 pixels of Modis-MAIAC centered on each tower. Modis-MAIAC Gcc was not always consistent with mean camera-derived Gcc but was positively correlated with the inter-crown variance of camera-derived Gcc (R2 = 0.68 and 0.53 at ATTO and k34, respectively). At both sites, EVI was well correlated with the abundance of mature leaves 2-7 months old (R2=0.82 and 0.80, respectively), but was poorly explained by LAI (R2 = 0.20 and 0.15, respectively), which show that leaf demography and not leaf amount, is the main driver of seasonal EVI and of dry season green-up. After 6-7 months of lower-than-expected rainfall in 2015/16, we saw a small precocious positive flush anomaly in Feb-Mar, then a large negative flush anomaly in Jun-Jul, when a peak of flushing crowns would occur in normal climate years. These two flush anomalies were evident at both tower sites in Modis-MAIAC EVI and Gcc.
Resumo: O green-up da estação seca em florestas de terra firme na Amazônia Central, detectado pelo Índice de Vegetação Melhorado (EVI) do sensor MODIS, tem sido objeto de recente controvérsia. A diminuição progressiva do ângulo zenital solar durante a estação seca reduz a quantidade de sombra no sub-pixel, causando um aumento na reflectância do NIR (Infravermelho próximo), e consequente aumento do EVI. A contaminação por nuvens também é fonte de artefatos, ainda mais em sensores com baixa resolução espacial como o MODIS. Para reduzir esses artefatos, utilizamos 16 anos de observações do produto MODIS-MAIAC (MultiAngle Implementation of Atmospheric Correction), corrigidas para uma visão nadiral e 45o de ângulo zenital solar. Em seguida, obtivemos a reflectância de superfície para o sensor OLI LANDSAT 8 em dois locais da Amazônia Central, para fornecer corroboração independente da sazonalidade MODIS-MAIAC para o EVI, NIR e a Coordenada cromática verde (Gcc). Nós controlamos os efeitos de geometria de visada e iluminação no OLI usando datas com ângulos de elevação solar similares e comparando pixels com os mesmos ângulos de fase. Para três datas diferentes (fevereiro, maio, agosto) em um sítio, OLI e MODIS-MAIAC mostraram o mesmo ranking temporal para EVI, para NIR e para Gcc. Para duas datas (maio, dezembro) no segundo sítio -- tendo ângulos de elevação solar quase idênticos e ângulos de visada ao nadir -- as mudanças sazonais de EVI e NIR também foram corroboradas. Utilizamos, também, câmeras fenológicas instaladas em torres na Amazônia Central, 4 anos no ATTO (Amazon Tall Tower Observatory, 2 ° 8'36 "S e 59 ° 0'2" W) e 7 anos na torre k34 em Manaus (2 ° 36'33 "S, 60 ° 12'33" W), com intuito de obter Gcc na escala de copa e de paisagem e o LAI (Leaf Area index, com base na fração das copas com folhas). Obtivemos ainda a abundância das copas para determinadas classes de idade de suas folhas, com base na data do último flush foliar. Estas observações foram comparadas aos padrões sazonais de Gcc e EVI do MODIS-MAIAC centrados em cada torre. O Gcc do MODIS-MAIAC foi correlacionado positivamente com a variância entre copas do Gcc (R2 = 0,68 e 0,53 na ATTO e k34, respectivamente). Em ambos os sítios, o EVI foi bem correlacionado com a abundância de folhas maduras, de 2-7 meses de idade (R2 = 0,82 e 0,80, respectivamente), mas foi mal explicado pelo LAI (R2 = 0,20 e 0,15, respectivamente), o que mostra que a demografia foliar e não quantidade de folhas controlam o EVI sazonal. No El Niño de 2015/16, observamos uma pequena anomalia de flush foliar em fevereiro-março e depois uma grande anomalia negativa em junho-julho, quando um pico de copas com flush ocorreria em anos com clima normal. Essas duas anomalias foram evidentes em ambos sítios, ATTO e K34, com o EVI e o Gcc do MODIS-MAIAC
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