Measurements of albedo changes resulting from the afforestation of boreal open woodlands with an unmanned aerial vehicle (drone)

La fraction du rayonnement solaire entrant qui est réfléchie par la surface de la Terre, appelée albédo, joue un rôle essentiel dans la régulation du climat terrestre. L'impact des changements d'utilisation des terres sur l’albédo de surface est donc un facteur à considérer pour déterminer leurs effets sur le climat. La forêt boréale canadienne comprend de vastes surfaces ouvertes, comme les landes à lichens, caractérisées par un albédo élevé en raison de la présence d'une couverture neigeuse pendant près de cinq mois de l’année. Celles-ci font l'objet d'efforts de boisement visant à augmenter la séquestration du carbone dans la forêt boréale. Toutefois, le boisement dans ces zones peut entraîner une diminution considérable de l'albédo de surface, en particulier pendant les mois d'hiver enneigés, ce qui peut annuler les avantages climatiques liés au piégeage du carbone. Cette recherche vise à mesurer le changement de l'albédo de surface résultant du boisement des landes boréales à lichens, en utilisant un véhicule aérien sans pilote (UAV) équipé de pyranomètres et d'un appareil photo numérique à haute résolution. Des mesures de l'albédo ont été effectuées sur deux sites expérimentaux situés dans la forêt boréale du Québec, Canada, près des villes de La Doré et de Chibougamau. À chaque site, l’albédo de surface a été mesuré sur quatre types de couverture terrestre : des landes à lichens non reboisées, des forêts matures (> 80 ans) d’épinette noire (Picea mariana [Mill]), ainsi que des plantations monospécifiques d'épinette noire et de pins gris (Pinus banksiana [Lamb]) âgées de 12 à 23 ans. L'étude a examiné les variations saisonnières de l’albédo sur chacune des parcelles, ainsi que les effets de la couverture neigeuse, de la densité des arbres et de la couverture de lichens. Les résultats montrent que les forêts matures ont un albédo inférieur, en particulier en hiver lorsque la couverture neigeuse est présente. À Chibougamau, les landes à lichens avaient un albédo hivernal moyen d'environ 0.35, tandis que les forêts matures enregistraient l'albédo le plus faible, soit 0.24. Les plantations d'épinette noire (0.32) et de pin gris (0.34) affichaient des valeurs légèrement inférieures à celles des landes à lichens. À La Doré, l'albédo hivernal variait de manière similaire entre les types de couverts, mais il était systématiquement inférieur de 0.05 à 0.09 par rapport à celui de Chibougamau, variant de 0.15 dans les forêts matures à 0.27 dans les landes à lichens. La relation albédo-couvert arboré n'était pas significative dans les plantations en hiver, suggérant que les différences d’albédo entre les deux sites provenaient des caractéristiques du couvert neigeux (par ex., épaisseur, âge). En été, les variations de l'albédo étaient moins prononcées mais les tendances restaient les mêmes. Les plantations de pin gris et d'épinette noire présentaient des valeurs moyennes d'albédo estival similaires (0.12-0.13), supérieures à celles des forêts matures (~0.09), mais légèrement inférieures à celles des landes à lichen (0.15 à La Doré et 0.12 à Chibougamau). Les landes à lichen présentaient systématiquement un albédo estival supérieur de 0.03 à 0.06 à celui des forêts matures sur les différents sites, ce qui pourrait s'expliquer par une différence de couleur et de structure de la canopée. La couverture de lichens n'a pas eu d'impact significatif sur l'albédo d'été. iii Ces résultats montrent que le boisement des landes boréales à lichens a un effet négligeable sur l’albédo de surface à court terme, mais que cet effet pourrait être de 0.11-0.12 en avril et de 0.03 à 0.06 en été sur le long terme. Ce travail souligne l'importance de prendre en compte l'albédo lors de l'évaluation de l'impact sur le climat du boisement des zones ouvertes de la forêt boréale. Les mesures par drone sont une technique précieuse pour la surveillance à haute résolution de l'albédo, qui fournit des données sur l'interaction terre-atmosphère importantes pour la modélisation du climat et l'élaboration de politiques liées au boisement. The fraction of incoming solar radiation reflected by the Earth's surface, referred to as albedo, plays a vital role in climate regulation. The impact of land-use changes on surface albedo is thus an essential factor in determining their climate impacts. The Canadian boreal forest includes vast areas of open woodlands (OWs), observed for their high albedo due to the presence of snow cover for almost five months of the year. These OWs are increasingly the focus of afforestation efforts intended to improve carbon sequestration. However, afforestation in these areas can result in considerable decreases in surface albedo, especially during the snow-covered winter months, which may offset the climatic advantages of carbon sequestration. This research aims to measure albedo variation resulting from the afforestation of boreal OWs, utilizing an unmanned aerial vehicle (UAVs) mounted with pyranometers and a high-resolution digital camera. Albedo measurements were performed at experimental sites in La Doré and Chibougamau, located in the boreal forest of Quebec, Canada, across a range of land cover types, including OWs, mature forest, and 12- to 23-year-old black spruce (Picea mariana [Mill.]) and jack pine (Pinus banksiana [Lamb]) plantations. The study examined seasonal variations to assess the effects of snow cover, tree density, and lichen cover on albedo. Results show that afforestation leads to a significant decrease in surface albedo, particularly during winter when snow cover was present. In Chibougamau, OWs had the highest winter albedo around 0.35, while mature forests recorded the lowest at 0.24, whereas black spruce (0.32) and jack pine (0.34) plantations (0.32 and 0.34, respectively) displayed slightly lower values than OWs. At La Doré, winter albedo followed a similar pattern but remained consistently lower by 0.05–0.09, ranging from 0.15 in mature forests to 0.27 in OWs. In plantations, the albedo-tree cover relationship in winter was not significant at both sites. During the summer, the variations in albedo were less pronounced. Jack pine and black spruce plantations showed similar average summer albedo values (0.12–0.13), which were higher than those of mature forests (~0.09) but lower than those in OWs (0.15 at La Doré and 0.12 at Chibougamau). Open woodlands consistently exhibited a summer albedo that was 0.03–0.06 higher than that of mature forests across both sites, likely due to differences in canopy colour and structure. Lichen cover was not found to significantly impact summer albedo. These results show that afforestation of OWs has a negligible short-term effect on surface albedo, but that this effect could reach 0.11–0.12 in April and 0.03–0.06 in summer over the long term. These findings highlight the importance of considering albedo effect when making climate impact assessments of boreal afforestation. UAV-based measurements are a valuable technique for high-resolution monitoring of albedo, which provides land-atmosphere interaction data important for climate modeling and policy-making related to afforestation.

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