Le rôle du Gis dans la surveillance des effets des changements climatiques sur les écosystèmes locaux

Comprendre les SIG et ses capacités

Les systèmes d'information géographique (SIG) sont des cadres puissants pour la capture, le stockage, l'analyse et l'affichage de données référencées spatialement. Au cœur de ces systèmes, les systèmes intègrent le matériel, les logiciels et les données pour gérer et analyser l'information géographique. Les plateformes SIG modernes comme ArcGIS et QGIS combinent des couches de données provenant de satellites, de drones, de capteurs au sol et de cartes historiques.

L'analyse spatiale, comme les zones tampons, l'analyse des recouvrements et l'analyse des réseaux, permet de modéliser les processus écologiques. Par exemple, un modèle d'adéquation de l'habitat utilise plusieurs intrants spatiaux pour prédire où une espèce peut survivre dans différents scénarios climatiques. L'analyse des séries chronologiques est une autre fonction essentielle : en comparant les images satellitaires de différentes années, les SIG peuvent quantifier les taux de déforestation, de recul des glaciers ou d'expansion urbaine.

Surveillance des effets des changements climatiques sur les écosystèmes locaux

Les changements climatiques se manifestent différemment d'une région à l'autre. Bien que les moyennes mondiales soient utiles, les écosystèmes locaux réagissent de façon unique aux variations de température, de précipitations et d'événements extrêmes.

Cartographie des températures et des précipitations

Les chercheurs peuvent cartographier les îles thermiques urbaines en combinant les données des satellites thermiques avec la classification de la couverture terrestre, montrant comment le réchauffement localisé stresse les plantes et les animaux. Dans les zones agricoles, les SIG aident à suivre les changements dans les degrés de croissance et les changements dans les dates de gel, reliant directement les tendances climatiques aux rendements des cultures et aux cycles naturels de végétation.

L'élévation du niveau de la mer et la surveillance côtière

Les modèles SIG combinent les relevés des marégraphes, les modèles numériques d'élévation et les projections des ondes de tempête pour cartographier les zones d'inondation dans divers scénarios d'élévation du niveau de la mer. NOAA Sea Level Rise Viewer est un exemple important, offrant des cartes interactives qui montrent quelles zones de basse altitude seront inondées par 1, 2 ou 5 pieds de niveau de la mer. En plus des inondations, le SIG suit le changement de rivage au fil des décennies à l'aide de photos aériennes historiques et d'images satellite, permettant aux scientifiques de calculer les taux d'érosion et d'identifier les zones où les zones humides peuvent migrer vers le sol.

Étude de cas : Érosion côtière dans le delta du Mississippi

Les chercheurs de l'USGS et de l'Université de l'État de Louisiane utilisent les SIG pour superposer des cartes historiques des années 1800 avec des relevés lidars modernes pour quantifier la perte de terres humides. Ces analyses spatiales ont permis de documenter une perte de plus de 1 800 milles carrés de terres côtières en moins d'un siècle. Les cartes qui en résultent sont utilisées par les planificateurs d'État pour établir les priorités des projets de restauration, comme les détournements de sédiments et la création de marais, et pour évaluer l'efficacité des digues et des barrières existantes.

Changement de végétation et de couverture

L'indice de végétation de différence normalisée (NDVI) dérivé de capteurs satellites comme MODIS et Sentinel-2 fournit un enregistrement continu de la verdure. En analysant les tendances de NDVI, les écologistes peuvent identifier les zones en voie de désertification, de dépérissement forestier ou d'abandon agricole. Par exemple, dans la forêt tropicale amazonienne, l'analyse SIG des alertes de déforestation aide les forces de l'ordre à cibler l'exploitation forestière illégale.

Biodiversité et changements dans l'habitat

En combinant les données sur les espèces provenant des registres des musées ou des plateformes de science citoyenne comme iNaturalist avec les couches environnementales (température, précipitations, élévation), les chercheurs peuvent projeter comment une aire de répartition d'une espèce se déplacera dans les scénarios climatiques futurs. Par exemple, SDM a montré que l'habitat du pika américain se rétrécit dans le Grand Bassin à mesure que les températures augmentent, poussant les populations vers le haut des pentes de montagne. De même, le SIG est utilisé pour suivre la migration des espèces marines, comme les homards se déplaçant vers le nord le long du plateau continental nord-est des États-Unis en raison du réchauffement des températures océaniques.

Migration des espèces de piégeage: un regard plus étroit

Les déplacements des espèces terrestres sont souvent suivis au moyen de la radiotélémétrie et de colliers GPS, et le SIG est l'outil qui regroupe ces emplacements dans les aires de répartition et les corridors de migration. Dans l'Arctique, les ours polaires suivent la glace de mer au moment de leur retrait; les scientifiques de l'USGS utilisent le SIG pour cartographier les conditions de glace et prévoir où les ours seront les plus vulnérables.

SIG dans la planification politique et communautaire

Les gouvernements locaux utilisent les SIG pour établir des évaluations de la vulnérabilité climatique, cartographier les quartiers les plus exposés aux risques liés aux vagues de chaleur, aux inondations ou aux glissements de terrain. Ces cartes éclairent les décisions de zonage, les plans de gestion des urgences et les investissements dans les infrastructures vertes comme les parcs et les jardins pluviaux.

Par exemple, les communautés autochtones de l'Alaska utilisent le SIG combiné à des histoires orales pour documenter l'érosion côtière et les changements de la glace de mer, fournissant des données critiques sur la vérité au sol qui complètent les observations satellitaires. Les programmes jeunesse et étudiants, comme le Esri GeoInquiry Program, encouragent la prochaine génération à utiliser le SIG pour explorer les défis environnementaux locaux, des îles thermales urbaines à la propagation d'espèces envahissantes.

Défis et orientations futures

Malgré sa puissance, la surveillance du climat basée sur les SIG est confrontée à des obstacles importants. La disponibilité et la qualité des données peuvent varier considérablement, en particulier dans les pays en développement où les stations au sol sont rares. L'imagerie satellitaire peut être masquée par les nuages, et les lacunes temporelles peuvent masquer d'importants événements à court terme.

Les nouvelles technologies promettent de remédier à certaines de ces limitations. Les algorithmes d'apprentissage automatique sont intégrés au SIG pour automatiser la classification de la couverture terrestre et détecter les changements subtils que les humains pourraient manquer. Les plateformes basées sur le cloud comme Google Earth Engine permettent aux chercheurs d'analyser les petaoctets de données satellitaires sans avoir besoin d'ordinateurs locaux puissants.

Le USGS Earth Resources Observation and Science (EROS) Center continue de fournir des ensembles de données essentielles sur le changement de la couverture terrestre mondiale, tandis que des projets de collaboration comme le Groupe sur l'observation de la Terre (GEO) travaillent à l'établissement de données ouvertes et accessibles sur l'observation de la Terre.

Conclusion

En intégrant divers flux de données — satellites, relevés de terrain, sciences citoyennes et dossiers historiques — le SIG apporte une clarté aux modèles spatiaux complexes des changements environnementaux. De la surveillance de l'érosion côtière dans les deltas fragiles à la cartographie des aires de déplacement des espèces emblématiques, le SIG fournit la base de données nécessaire pour prendre des décisions éclairées. À mesure que la technologie progresse et devient plus accessible, son rôle dans la préservation de la biodiversité et la planification de collectivités résilientes ne fera que devenir plus critique.