Kartering av stormfälld skog med SAR Resultat från försökskampanjerna 2006 och 2009

Chalmers University of Technology

Fjärranalysdagarna Stockholm 2011-03-14

Kartering av stormfälld skog med SAR Resultat från försökskampanjerna 2006 och 2009

Leif E.B. Eriksson, Maciej J. Soja, Lars M.H. UlanderChalmers tekniska högskola

Institutionen för rymd- och geovetenskapGöteborg

Johan E.S. Fransson, Andreas PantzeSveriges lantbruksuniversitet

Institutionen för skoglig resurshållning Umeå



• Bakgrund

• Mål

• Tillgängliga data

• Resultat

• Slutsatser

Innehåll



Stormen ”Gudrun” (Jan. 8/9 2005)

Source: http://www.smhi.se



Storm damage• On the 8th of January 2005 the hurricane Gudrun hit

southern Sweden.• About 70 million m3 damaged timber. Costs billions

of Euros.• In some areas forest equivalent to seven annual

harvests was blown down in one night.• Initially over 400000 homes were left without

electricity and over 200000 without a phone connection.

• International Charter: Space and Major Disasters was activated on the 14th of January 2005.



Fältbesök efter stormen 2005

Väg



Mapping needs after hurricane

• Strategic (days/weeks)– Statistics on how much damage?

– Rough indication of extent?

• Operational (weeks/months)

– Detailed maps indicating damaged areas.

– Logistical planning

– Damage and risk assessment

• insect and fire outbreaks

• archeological sites, nature reserves, key habitats

• electrical power grid



Mål

Generellt mål:• Storskalig kartering av stormfälld skog

med satellitbilder

Mål för studien:• Undersöka möjligheterna att detektera

stormfälld skog med radardata (SAR) från nya satelliter som TerraSAR-X, Radarsat-2 och ALOS.



Testområde – Remningstorp

• 1600 ha hemi-boreal skog i Västra Götalands län (58° N)

SwedenFinland

Norway

Denmark

30°E

20°E

20°E

10°E

10°E0°

70°N

70°N

65°N65°N

60°N60°N

55°N55°N

Remningstorp



Detektering av stormfälld skog

TimeAugusti 2006 December 2006Första kampanjen:

Andra kampanjen: September 2009 November 2009





Fältdata

Mosaik av digitala flygfoto från UAV. Mosaiken visar tre simulerat

stormfällda bestånd från 2009, vardera ca 110 × 110 m2

Fotografi av ett av de simulerat stormfällda bestånden 2009.



Tillgängliga SAR data• 2005 storm:

– Envisat ASAR, Radarsat-1,

– Carabas-II (flygburen VHF SAR)

• 2006 kampanj vid Remningstorp:– ALOS PALSAR

– Carabas och Lora (airborne VHF and UHF)

• 2009 kampanj vid Remningstorp– TerraSAR-X

– Radarsat-2

– ALOS PALSAR



System Freq. Polarization Resolution

Envisat WSM 5.3 GHz VV 150 m

Envisat IMP 5.3 GHz VV 30 m

Envisat APP 5.3 GHzHH/HV,VV/VH

30 m

Radarsat-1 Fine 5.3 GHz HH 9 m

International Charter: Space and Major Disasters 2005

L.M.H. Ulander, G. Smith, L. Eriksson, K. Folkesson, J.E.S. Fransson, A. Gustavsson, B. Hallberg, S. Joyce, M. Magnusson, H. Olsson, A. Persson, and F. Walter, “Mapping of wind-thrown forests in southern Sweden using space- and airborne SAR,” in Proc. IGARSS 2005, Seoul, Korea, July 25-29, 2005, pp. 3619–3622.



System Frekvens Polarisation Upplösning(azimuth)

ALOS PALSAR FineBeamDualPol

1.3 GHz (L-band)

HH + HV ~ 20 m

Radarsat-2 Fine QuadPol

5.4 GHz (C-band)

HH+HV+VH+VV ~ 8 m

Radarsat-2 Ultra Fine

5.4 GHz (C-band)

HH ~ 3 m

TerraSAR-X High Res SpotLight

9.6 GHz(X-band)

HH ~ 1 m

SAR sensorer 2009



Resultat 2006



Flygburna data 2006

LORA

P-band

CARABAS

VHF-band

Före

Flygriktning 80°

Efter

35°

80°

Flygriktning 35°



Simulerad stormfällning

Kalhygge

Gammal granskog

Som

mar

200

6H

öst 2

006

Vin

ter

2006

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

Summer Fall Winter

Season

Bac

ksca

tter

ing

coef

ficie

nt (d

B)

Treatment

Reference

Medelintensitet från ALOS PALSAR bilder (look angle 34.3°, HH-polarisation) för 4 referensbestånd and 4 behandlade bestånd

Satellitdata 2006



Resultat 2009



ALOS PALSAR FBD

Before simulated wind-throwAcquisition date: 2009-07-08 HH polarization Look angle 34.3°Ascending orbit

After simulated wind-throwAcquisition date: 2009-10-08 HH polarization Look angle 34.3°Ascending orbit

Ratio of images acquired on 2009-10-08 and 2009-07-08



Radarsat-2 UltraFine

Before simulated wind-throwAcquisition date: 2009-08-23 HH polarization Look angle 41°Ascending orbit

After simulated wind-throwAcquisition date: 2009-10-10 HH polarization Look angle 41°Ascending orbit




TerraSAR-X

Before simulated wind-throwAcquisition date: 2009-09-04 HH polarization Look angle 38°Ascending orbit

After simulated wind-throwAcquisition date: 2009-10-07 HH polarization Look angle 38°Ascending orbit




2009/09/09före stormsimulering



2009/10/23under stormsimulering



2010/09/07Efter träden tagits bort



Alla tre datum(röd: före, grön: under, blå: efter)

Aha! Kalhygge!



Skuggor beroende av satellitbanaDate: 20091009Track: 002Descending orbitInc. angle: ~44°

Date: 20091007Track: 146Ascending orbitInc. angle: ~41°

Date: 20091012Track: 055Ascending orbitInc. angle: ~50°

Date: 20091014Track: 078Descending orbitInc. angle: ~34°



Förändring i radarintensitetB

acks

catte

r [d

B]

Stormfällning KalhyggeMogen skog

Sex TerraSAR-X bilder från track 146

Skuggade områden exkluderade!



Sammanfattning

• Data från nya radarsatelliter gör det möjligt att förbättra kartläggningen av stormfälld skog och kalhyggen.

• Skuggeffekterna som skapas mellan stående och fällda träd är en viktig indikator för att detektera stormfälld skog. Kräver radarbilder med hög upplösning, tex TerraSAR-X, COSMO-SkyMed eller Radarsat-2.



Sammanfattning• Med radarsatelliter som TerraSAR-X,

Radarsat-2 och COSMO-SkyMed kan man snabbt få bilder över stormskadad skog, oberoende av moln och solljus.

• För radarbilder med kort våglängd (X-band) är intensiteten för stormfälld skog något högre (1-2 dB) än för omgivande skog.

• Radarbilder med lång våglängd ger en mer direkt koppling till förändring i biomassa och är mer lämpade för kartering av hyggen.



Acknowledgments

• Rymdstyrelsen• Hildur och Sven Wingquist’s stiftelse• TerraSAR-X – provided by German Aerospace

Center (DLR) under the agreement for proposal LAN0126

• Radarsat-2 – within the Canadian program for Science and Operational Applications Research for Radarsat-2 (SOAR), Project Number 3931

• ALOS PALSAR – JAXA EORC, within the framework of the JAXA Kyoto & Carbon Initiative

Documents

Kartering av stormfälld skog med SAR Resultat från försökskampanjerna 2006 och 2009