Characterizing Wetland Inundation and Vegetation Dynamics in the Arctic Coastal Plain Using Recent Satellite Data and Field Photos
Notice bibliographique
Résumé
Arctic wetlands play a critical role in the global carbon cycle and are experiencing disproportionate impacts from climate change. Even though Alaska hosts 65% of U.S. wetlands, less than half of the wetlands in Alaska have been mapped by the U.S. Fish and Wildlife Service National Wetlands Inventory (NWI) or other high-resolution wetlands protocols. The availability of time series satellite data and the development of machine learning algorithms have enabled the characterization of Arctic wetland inundation dynamics and vegetation types with limited ground data input. In this study, we built a semi-automatic process to generate sub-pixel water fraction (SWF) maps across the Coastal Plain of the Arctic National Wildlife Refuge (ANWR) in Alaska using random forest regression and 139 Sentinel-2 images taken in ice-free seasons from 2016 to 2019. With this, we characterized the seasonal dynamics of wetland inundation and explored their potential usage in determining NWI water regimes. The highest levels of surface water expression were detected in June, resulting from seasonal active layer thaw and snowmelt. Inundation was most variable in riverbeds, lake and pond margins, and depressional wetlands, where water levels fluctuate substantially between dry and wet seasons. NWI water regimes that indicate frequent inundation, such as permanently flooded wetlands, had high SWF values (SWF ≥ 90%), while those with infrequent inundation, such as temporarily flooded wetlands, had low SWF values (SWF < 10%). Vegetation types were also classified through the synergistic use of a vegetation index, water regimes, synthetic-aperture radar (SAR) data, topographic data, and a random forest classifier. The random forest classification algorithms demonstrated good performance in classifying Arctic wetland vegetation types, with an overall accuracy of 0.87. Compared with NWI data produced in the 1980s, scrub-shrub wetlands appear to have increased from 91 to 258 km2 over the last three decades, which is the largest percentage change (182%) among all vegetation types. However, additional field data are needed to confirm this shift in vegetation type. This study demonstrates the potential of using time series satellite data and machine learning algorithms in characterizing inundation dynamics and vegetation types of Arctic wetlands. This approach could aid in the creation and maintenance of wetland inventories, including the NWI, in Arctic regions and enable an improved understanding of long-term wetland dynamics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».