Figure 1 - uploaded by Brooke A. Cassell
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An illustration of multiple fire scars along the same bole radius of a tree (from Morrison and Swanson, 1990).
Source publication
A dendropyrochronological study was conducted in the pine and pine-oak forests of the Las Joyas Scientific Research Station in the Sierra de Manantlán Biosphere Reserve located in the Sierra Madre del Sur mountain range in western México. This study was undertaken to expand our understanding of historical fire frequency in that region and to inform...
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Observations of environmental changes are on the rise in subarctic regions. Large-scale satellite image analysis using NDVI data shows the greening of the tundra biome. In Nunavik, in subarctic Québec, several aerial or satellite photos of the tundra taken at different periods reveal an increasing greening trend associated mainly with shrub expansi...
Key message
Under climate warming the presence of key microsite facilitators modify soil moisture levels associated with successful tree recruitment at the treeline ecotone ofPinus hartwegii.
Abstract
Alpine treelines in Mexico are represented by high-elevation forests dominated by P. hartwegii Ldl. To address the degree to which the presence of s...
Citations
... Consequently, they did not contribute significantly to deforestation. However, in cases where the fires have affected the canopy, they could be identified as deforestation [54,55]. ...
Monitoring forest cover change from Earth observation data streams in near-real-time presents a challenge for automated change detection by way of a continuously updated big dataset. Even though deforestation is a significant global problem, forest cover changes in pairs of subsequent images happen relatively infrequently. Detecting a change can require the download and processing of tens, hundreds or even thousands of images. In geoscientific applications of Earth observation, machine learning algorithms are increasingly used. Once trained, a machine learning model can be applied to new images automatically.
This paper introduces the open-access Python 3 package Pyeo - “Python for Earth Observation”. Pyeo provides a set of portable, extensible and modular Python functions for the automation of machine learning applications from Earth observation data streams, including automated search and download functionality, pre-processing and atmospheric correction, re-projection, creation of thematic base layers and machine learning classification or regression. Pyeo enables users to train their own machine learning models and then apply the models to newly downloaded imagery over their area of interest. This paper describes in detail how Pyeo works, its requirements, benefits, and a description of the libraries used. An application to the automated forest cover change detection in a region in Kenya is given. Pyeo can be used on cloud computing architectures such as Amazon Web Services, Microsoft Azure and Google Colab to provide scalable applications and processing solutions for the geosciences.
... Consequently, they did not contribute significantly to deforestation. However, in cases where the fires have affected the canopy, they could be identified as deforestation [54,55]. ...
The commitment by over 100 governments covering over 90% of the world’s forests at the COP26 in Glasgow to end deforestation by 2030 requires more effective forest monitoring systems. The near-real-time (NRT) change detection of forest cover loss enables forest landowners, government agencies, and local communities to monitor natural and anthropogenic disturbances in a much timelier fashion than the thematic maps that are released every year. NRT deforestation alerts enable the establishment of more up-to-date forest inventories and rapid responses to unlicensed logging. The Copernicus Sentinel-2 satellites provide operational Earth observation (EO) data from multi-spectral optical/near-infrared wavelengths every five days at a global scale and at 10 m resolution. The amount of acquired data requires cloud computing or high-performance computing for ongoing monitoring systems and an automated system for processing, analyzing, and delivering the information promptly. Here, we present a Sentinel-2-based NRT change detection system, assess its performance over two study sites, Manantlán in Mexico and Cartagena del Chairá in Colombia, and evaluate the forest changes that occurred in 2018. An independent validation with very high-resolution PlanetScope (~3 m) and RapidEye (~5 m) data suggests that the proposed NRT change detection system can accurately detect forest cover loss (> 87%), other vegetation loss (> 76%) and other vegetation gain (> 71%). Furthermore, the proposed NRT change detection system is designed to be attuned using in situ data. Therefore, it is scalable to larger regions, entire countries, and even continents.
... The absence of diffuse rings in all examined samples indicate a complete shutdown of cambial activity at the end of the growing season. This is unusual, since pine species in Mexico growing in tropical regions below the 1800 m above sea level, commonly form diffuse ring boundaries due to optimal growing conditions all year long (Cassell, 2012;Gutiérrez-García, 2014). We found seven missing rings, which represents 0.6 % of all dated series. ...
Tropical Mountain Cloud Forests (TMCF) occur within narrow elevational limits with very specific climatic conditions; this type of vegetation is among the most vulnerable terrestrial ecosystems to climate change. The present study aims to analyze the local and regional climatic response of tree-ring widths of Pinus pseudostrobus at "El Cielo" Biosphere Reserve (CBR) over a 66-year period (1950–2016). We also investigated the temporal stability of the climate-growth response in four 20 years sub-periods (1950–1969, 1970–1989, 1990–2009, and 1997–2016). The results of the climate-growth analyses over the full-time period indicate a positive correlation with precipitation from previous-year November to current-year May and a negative correlation with maximum
temperature and evaporation from previous-year December to current-year April and current-year January to May, respectively. We found a positive correlation with April to June PDSI and no correlation with minimum temperature. Radial growth was correlated with the climate of northeastern Mexico (i.e. Coahuila, Nuevo Leon, and Tamaulipas) and with coupled-ocean atmosphere climate modes, such as the El Nino Southern Oscillation
(ENSO), the Pacific Decadal Oscillation (PDO), and the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO). Correlation analyses for different periods indicate changes over time in the sensitivity of trees to climatic variability and broad-scale atmospheric circulation patterns such as PDO and AMO. Compared to the full-time period analyses the response of radial-growth to precipitation and PDSI increased in 30 and 48 % in the last 20 years, respectively.
... 2010) y en la Sierra Madre Occidental (Heyerdahl y Alvarado 2003, Fulé et al. 2011. Aunque existen algunos estudios preliminares sobre la frecuencia histórica de incendios en bosques de pino de México al sur del Trópico de Cáncer (Rubio 2006, Cassell 2012, Llamas 2013, actualmente solo se ha publicado una cronología de incendios para los pinares de alta montaña del Pico de Orizaba, Veracruz (Yocom y Fulé 2012). Con el objetivo de extender este tipo de trabajos en el centro-occidente del país, se seleccionó la Reserva de la Biosfera Sierra de Manantlán (RBSM), localizada en los límites de los estados de Jalisco y Colima. ...
... En general se puede concluir que, en su mayoría, los incendios corresponden a la estación de primavera (98,3 %) (cuadro 1), similar a lo reportado por Cassell (2012) y Llamas (2013. Sin embargo, se diiere de estas autoras, en lo referente a la categorización de las cicatrices dentro del anillo anual que deinen la estacionalidad de los incendios. ...
Sierra de Manantlán Biosphere Reserve (RBSM) in Jalisco is the most important reserve in western Mexico, where fires are one of the main forest disturbances. In order to reconstruct historical fire regimes, partial sections of Pinus douglasiana with fire scars were collected. Using dendrochronological techniques, the exact dating of 293 scars from 51 trees allowed the reconstruction of fire frequency for the period 1867-2010. We reconstructed mean fire interval of 5.5 years (MFI: all scars) and 3.6 years for the Weibull mean probability interval (WMPI). The MFI (≥ 25 % scarred) was 8.9 years and WMPI was 6.9 years. The seasonal patterns of fire occurrence showed that most fires (68.3 %) were formed in middle earlywood, 30 % in early earlywood and 1.7 % in late earlywood. Considering the phenology of the species, it was determined that 98.3 % of fires occurred in spring and 1.7 % at the beginning of summer. The fires were recorded in dry years, but the relationship was not statistically significant. A strong relationship between droughts and widespread fires was observed. Likewise, it was determined that climate variability was strongly related to ENSO; fires reconstructed from 1956 to 2010 correspond with both El Niño and La Niña events.
... 2010) y en la Sierra Madre Occidental (Heyerdahl y Alvarado 2003, Fulé et al. 2011. Aunque existen algunos estudios preliminares sobre la frecuencia histórica de incendios en bosques de pino de México al sur del Trópico de Cáncer (Rubio 2006, Cassell 2012, Llamas 2013, actualmente solo se ha publicado una cronología de incendios para los pinares de alta montaña del Pico de Orizaba, Veracruz (Yocom y Fulé 2012). Con el objetivo de extender este tipo de trabajos en el centro-occidente del país, se seleccionó la Reserva de la Biosfera Sierra de Manantlán (RBSM), localizada en los límites de los estados de Jalisco y Colima. ...
... En general se puede concluir que, en su mayoría, los incendios corresponden a la estación de primavera (98,3 %) (cuadro 1), similar a lo reportado por Cassell (2012) y Llamas (2013. Sin embargo, se diiere de estas autoras, en lo referente a la categorización de las cicatrices dentro del anillo anual que deinen la estacionalidad de los incendios. ...
... A pesar de la alta diversidad arbórea y de la buena correlación que existe con factores climáticos como la precipitación de invierno-primavera y el fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur "ENOS" (Stahle y Cleaveland, 1993;Stahle et al., 1998), poca investigación dendrocronológica se ha llevado a cabo en el país. Ha habido esfuerzos por localizar nuevas especies útiles para investigación dendrocronológica Biondi y Fessenden, 1999;Williams-Linera et al., 2000;Biondi, 2001;Diaz et al., 2001;Therrell et al., 2002;Gutiérrez-García, 2003;Martijena, 2003;Bernal, 2004;Constante-García et al., 2009;Brienen et al., 2010;Santillán-Hernández et al., 2010;Cassell, 2012;Amaro-Sánchez, 2012;Llamas-Casillas, 2013;Pompa-García et al., 2013). Actualmente, existen alrededor de 150 cronologías de anillos arbóreos para México, la mayoría desarrolladas en bosques templados subtropicales en la Sierra Madre Occidental y Oriental, en el Norte del país, y templados tropicales en algunas localidades de centro y sur del país (Villanueva-Diaz, comunicación personal). ...
El estudio de los anillos de crecimiento en especies de árboles en bosques templados ha sido ampliamente utilizado para analizar la relación entre clima y crecimiento arbóreo, así como para reconstruir el clima del pasado. En contraste, el estudio de los anillos en especies de selvas húmedas tropicales es un campo de investigación todavía relativamente poco explorado. La causa del incipiente desarrollo de la dendrocronología tropical se debe a que existe la amplia percepción que los árboles de bosque húmedo tropical no forman anillos de crecimiento. Esta percepción está basada en la idea que en este tipo de ecosistemas prevalecen condiciones climáticas homogéneas, como la ausencia de una estación fría suficientemente fuerte, y lluvia casi todo el año. Sin embargo, existen estudios que demuestran que la formación de anillos en árboles tropicales puede presentarse en ciertas especies y bajo ciertas condiciones climáticas.
Los objetivos de esta tesis fueron: (a) predecir dentro de la Reserva de la Biosfera de Los Tuxtlas las áreas en donde es factible encontrar anillos de crecimiento, (b) probar la existencia de anillos de crecimiento en especies de bosque húmedo tropical en la reserva, (c) analizar el clima en la misma zona, y (d) estudiar la relación entre clima y crecimiento arbóreo.
La predicción de anillos de crecimiento se llevó a cabo desarrollando un Índice Potencial de Formación de Anillos de Crecimiento (IPFAC), basado en un Sistema de Información Geográfica y validado con colectas de virutas en 22 sitios de la Reserva de la Biosfera de Los Tuxtlas. Los resultados del análisis de la matriz de confusión muestran que no fue posible predecir la presencia de anillos a nivel del paisaje dentro de la reserva. Sin embargo, el modelo no presentó capacidad de predicción estadísticamente significativa en las tres categorías de anillos analizadas (visible, poco visible, y no visible). Esto se debió a una alta proporción de anillos visibles y poco visibles en sitios donde el modelo suponía niveles de humedad moderados y altos. La alta proporción de anillos en estos sitios de menor estrés hídrico predicho podría deberse a pendientes pronunciadas o inundaciones temporales. El 37% de las 181 virutas colectadas presentó anillos de crecimiento visibles, correspondiendo al 33% de las 79 especies analizadas. La presencia o ausencia de anillos fue estadísticamente independiente de la especie analizada. Las especies caducifolias presentaron una proporción dos veces mayor de anillos visibles con respecto a las brevicaducifolias y perennifolias. Los resultados obtenidos en el presente estudio indican primero que la formación de anillos de crecimiento en especies tropicales de selvas muy húmedas es un fenómeno relativamente común, y segundo que no es necesario una época seca intensa y prolongada para que el cambium vascular entre en latencia y forme anillos de crecimiento, contrario a lo que se ha reportado en la literatura. Los resultados obtenidos en Los Tuxtlas indican que sería posible expandir el análisis de anillos de crecimiento a todas las regiones tropicales, aunque no tengan un periodo seco marcado.
El análisis climático en la región de Los Tuxtlas consistió en: (a) crear una base de datos climatológica con control de calidad robusto para toda la región, (b) construir capas “raster” de alta resolución (90 m) de precipitación y temperatura mensual para toda el área de estudio, y (c) analizar los registros climáticos para detectar tendencias indicadoras de un cambio climático en la región. Los resultados del análisis climático de la región indican la existencia de un gradiente espacial altamente significativo entre estaciones meteorológicas tanto en temperatura como en precipitación. Por otra parte, no se encontró evidencia estadísticamente significativa de un cambio climático en el registro de precipitación y temperatura, en contraste a lo predicho por los modelos de circulación general CSIROMK3, ECHAM5, y HadGEM1
La relación entre el clima y el crecimiento arbóreo se analizó empleando métodos dendrocronológicos tradicionales en la especie Pinus oocarpa, la única especie de pino en la región de Los Tuxtlas. Los resultados del análisis clima-crecimiento para el periodo de 1967-2004 indican una correlación positiva del incremento anual con la precipitación total mensual de diciembre del año anterior de crecimiento a junio del año presente (r = 0.56, p = 0.001). Además, existe una correlación negativa con la temperatura máxima y mínima promedio para los periodos de junio (r = 0.51, p = 0.001) y de junio a diciembre (r = 0.41, p = 0.01) en el año actual de crecimiento. Las proyecciones del crecimiento en base a las condiciones climáticas futuras promedio de los modelos de circulación general CSIROMK3, ECHAM5, y HadGEM1 predicen una reducción del crecimiento de Pinus oocarpa del 86% para el escenario de altas emisiones (A2), y del 48% para escenarios de bajas emisiones (B1).
Some have proposed that fire return intervals lengthen with elevation in montane tropical coniferous forests, such as those found in central Mexico. This would generate patterns of synchronous tree establishment in higher elevation forests dominated by Abies sp. Mill., and patterns of continuous tree establishment in lower elevation forests dominated by Pinus sp. L. However, it is common to find codominant stands of both genera at intermediate elevations. The Monarch Butterfly Biosphere Reserve (MBBR) is located in this region, and is covered by Abies religiosa (Kunth) Schltdl. & Cham-dominant forest, A. religiosa–Pinus pseudostrobus Lindley-codominant forest, and P. pseudostrobus-dominant forest. Despite the ecological importance of the MBBR’s coniferous forests, little is known about their fire return intervals, including their relationship with climate, and their effects on tree establishment patterns according to the elevational range proposed above. In this study, using dendrochronological techniques, we reconstructed the historical fire return intervals for each forest type, evaluated their relationship with droughts and with the El Niño Southern Oscillation (ENSO), and assessed the effect of fire return intervals on tree establishment patterns. A total of 110 cross-sections were obtained, from 23 sites across the MBBR. The fire chronology covered the period between 1925 and 2015. Fire return intervals averaged two years in stands dominated by A. religiosa, by P. pseudostrobus, and codominated by both species, regardless of elevation. No fire-free periods were detected, even after the establishment of the reserve in 2000. Fire frequency was not associated with periods of drought and ENSO. There was no relationship between fire return intervals and patterns of tree establishment, which was continuous in all three forest types. Our results suggest that coniferous forests of the MBBR have historically experienced frequent fires that are unrelated to climate and tree establishment. This may be evidence that natural fire regimes in these coniferous forests have been drastically altered by human activities. Although these frequent low-severity fires could adversely affect tree regeneration, and eventually decrease the integrity of the overwintering habitat of the Monarch Butterfly, the continuous tree regeneration observed suggests that these effects have not yet taken place.
