Textural classification of land cover using support vector machines: an empirical comparison with parametric, non parametric and hybrid classifiers in the Bolivian Amazon

Land cover classification is a key research field in remote sensing and land change science as thematic maps derived from remotely sensed data have become the basis for analyzing many socio-ecological issues. However, land cover classification remains a difficult task and it is especially challenging in heterogeneous tropical landscapes where nonetheless such maps are of great importance. The present study aims to establish an efficient classification approach to accurately map all broad land cover classes in a large, heterogeneous tropical area of Bolivia, as a basis for further studies (e.g., land cover-land use change). Specifically, we compare the performance of parametric (maximum likelihood), non-parametric (k-nearest neighbour and four different support vector machines - SVM), and hybrid classifiers, using both hard and soft (fuzzy) accuracy assessments. In addition, we test whether the inclusion of a textural index (homogeneity) in the classifications improves their performance. We classified Landsat imagery for two dates corresponding to dry and wet seasons and found that non-parametric, and particularly SVM classifiers, outperformed both parametric and hybrid classifiers. We also found that the use of the homogeneity index along with reflectance bands significantly increased the overall accuracy of all the classifications, but particularly of SVM algorithms. We observed that improvements in producer’s and user’s accuracies through the inclusion of the homogeneity index were different depending on land cover classes. Earlygrowth/degraded forests, pastures, grasslands and savanna were the classes most improved, especially with the SVM radial basis function and SVM sigmoid classifiers, though with both classifiers all land cover classes were mapped with producer’s and user’s accuracies of around 90%. Our approach seems very well suited to accurately map land cover in tropical regions, thus having the potential to contribute to conservation initiatives, climate change mitigation schemes such as REDD+, and rural development policies.

Earth's Changing Land

Entre el 14 i el 18 de març de 1998 es va celebrar a Barcelona la conferència Earth’s Changing Land sota la tutela dels programes internacionals Global Change in Terrestrial Ecosystems (GCTE) i Land Use and Land Cover Change (LUCC). L’objectiu principal de la trobada era presentar les darreres aportacions científiques sobre els efectes presents i previsibles del canvi global sobre els ecosistemes terrestres i la societat. Al mateix temps, es volia afavorir l’establiment de ponts de diàleg entre els professionals implicats en el canvi global

Soporte geoespacial para modelos de distribución de especies (I): generalización del mapa de vegetación del Montseny apoyada en información de imágenes de satélite

Los mapas de vegetación son a menudo utilizados como proxis de una estratificación de hábitats para generar distribuciones geográficas contínuas de organismos a partir de datos discretos mediante modelos multi-variantes. Sin embargo, los mapas de vegetación suelen ser poco apropiados para ser directamente aplicados a este fin, pues sus categorías no se concibieron con la intención de corresponder a tipos de hábitat. En este artículo presentamos y aplicamos el método de Agrupamiento por Doble Criterio para generalizar un mapa de vegetación extraordinariamente detallado (350 clases) del Parque Natural del Montseny (Cataluña) en categorías que mantienen la coherencia tanto desde el punto de vista estructural (a través de una matriz de disimilaridad espectral calculada mediante una imágen del satélite SPOT-5) como en términos de vegetación (gracias a una matriz de disimilaridad calculada mediante propiedades de vegetación deducidas de la leyenda jerárquica del mapa). El método simplifica de 114 a 18 clases el 67% del área de estudio. Añadiendo otras agregaciones más triviales basadas exclusivamente en criterios de cubierta de suelo, el 73% del área de estudio pasa de 167 a 25 categorías. Como valor añadido, el método identifica el 10% de los polígonos originales como anómalos (a partir de comparar las propiedades espectrales de cada polígono con el resto de los de su clases), lo que implica cambios en la cubierta entre las fechas del soporte utilizado para generar el mapa original y la imagen de satélite, o errores en la producción de éste.

Climate Change or Land Use Dynamics: Do We Know What Climate Change Indicators Indicate?

Different components of global change can have interacting effects on biodiversity and this may influence our ability to detect the specific consequences of climate change through biodiversity indicators. Here, we analyze whether climate change indicators can be affected by land use dynamics that are not directly determined by climate change. To this aim, we analyzed three community-level indicators of climate change impacts that are based on the optimal thermal environment and averagelatitude of the distribution of bird species present at local communities. We used multiple regression models to relate the variation in climate change indicators to: i) environmental temperature; and ii) three landscape gradients reflecting important current land use change processes (land abandonment, fire impacts and urbanization), all of them having forest areas at their positive extremes. We found that, with few exceptions, landscape gradients determined the figures of climate change indicators as strongly as temperature. Bird communities in forest habitats had colder-dwelling bird species with more northerndistributions than farmland, burnt or urban areas. Our results show that land use changes can reverse, hide or exacerbate our perception of climate change impacts when measured through community-level climate change indicators. We stress the need of an explicit incorporation of the interactions between climate change and land use dynamics to understand what are current climate change indicators indicating and be able to isolate real climate change impacts

Soil quality assessment through a multi-approach analysis in soils of abandoned terraced land in NE Spain

The abandonment of agricultural land in mountainous areas has been an outstanding problem along the last century and has captured the attention of scientists, technicians and administrations, for the dramatic consequences sometimes occurred due to soil instability, steep slopes, rainfall regimes and wildfires. Hidromorfological and pedological alterations causing exceptional floods and accelerated erosion processes has therefore been studied, identifying the cause in the loss of landscape heterogeneity. Through the disappearance of agricultural works and drainage maintenance, slope stability has resulted severely affected. The mechanization of agriculture has caused the displacement of vines, olives and corks trees cultivation in terraced areas along the Mediterranean catchment towards more economically suitable areas. On the one hand, land use and management changes have implicated sociological changes as well, transforming areas inhabited by agricultural communities into deserted areas where the colonization of disorganized spontaneous vegetation has buried a valuable rural patrimony. On the other hand, lacking of planning and management of the abandoned areas has produced badlands and infertile soils due to wildfire and high erosion rates strongly degrading the whole ecosystems. In other cases, after land abandonment a process of soil regeneration has been recorded. Investigations have been conducted in a part of NE Spain where extended areas of terraced soils previously cultivated have been abandoned in the last century. The selected environments were semi-abandoned vineyards, semi-abandoned olive groves, abandoned stands of cork trees, abandoned stands of pine trees, scrubland of Cistaceaea, scrubland of Ericaceaea, and pasture. The research work was focused on the study of most relevant physical, chemical and biological soil properties, as well as runoff and erosion under soils with different plant cover to establish the abandonment effect on soil quality, due to the peculiarity and vulnerability of these soils with a much reduced depth. The period of observation was carried out from autumn 2009 to autumn 2010. The sediment concentration of soil erosion under vines was recorded as 34.52 g/l while under pasture it was 4.66 g/l. In addition, the soil under vines showed the least amount of organic matter, which was 12 times lower than all other soil environments. The carbon dioxide (CO2) and total glomalin (TG) ratio to soil organic carbon (SOC) in this soil was 0.11 and 0.31 respectively. However, the soil under pasture contained a higher amount of organic matter and showed that the CO2 and TG ratio to SOC was 0.02 and 0.11 respectively indicating that the soil under pasture better preserves the soil carbon pool. A similar trend was found in the intermediate soils in the sequence of land use change and abandonment. Soil structural stability increased in the two soil fractions investigated (0.25-2.00 mm, 2.0-5.6 mm) especially in those soils that did not undergo periodical perturbations like wildfires. Soil quality indexes were obtained by using relevant physical and chemical soil parameters. Factor analysis carried out to study the relationship between all soil parameters allowed to related variables and environments and identify those areas that better contribute to soil quality towards others that may need more attention to avoid further degradation processes

Manifestació dels canvis en la interacció entre el medi natural i la societat: la influència del despoblament a Alins i Farrera

L’objectiu principal d’aquest projecte és analitzar les manifestacions dels canvis produïts en els medis natural i social influenciats pel despoblament (a la segona meitat del s.XX), als municipis d’Alins i Farrera, situats al Pallars Sobirà, i fer-ne una comparació, ja que es tracta de municipis de característiques diferents. Per dur a terme l’estudi, es fa un anàlisi de l’evolució del poblament, un anàlisi dels canvis físics, mitjançant l’avaluació dels canvis en les cobertes del sòl i de la transformació del paisatge amb les fotografies, i un anàlisi dels canvis en les activitats i comportaments socials mitjançant la realització d’entrevistes per elaborar un retrat social de cada època, distingint entre les aportacions de la població autòctona respecte de la nouvinguda. Amb tot, es pretén la realització d’una diagnosi transversal que permeti integrar les diferents temàtiques, i definir unes conclusions generals per mitjà d’uns patrons detectats. Finalment, la conclusió que millor permet recollir tota la informació és la que en resulta d’acceptar el fenomen de despoblament generalitzat, combinat amb el d’un canvi de l’estil de vida global, no només local, que és eina de justificació de moltes de les dinàmiques de canvi observades.

Analisi espacial del canvi climàtic al continent europeu. Incerteses i exposicions principals

El canvi climàtic del segle XXI és una realitat, hi ha moltes evidències científiques que indiquen que l’escalfament del sistema climàtic és inequívoc. Malgrat això, també hi ha moltes incerteses respecte els impactes que pot comportar aquest canvi climàtic global. L’objectiu d’aquest projecte és estudiar la possible evolució futura de tres variables climàtiques, que són el rang de la temperatura diürna a prop de la superfície (DTR), la temperatura mitjana a prop de la superfície (MT) i la precipitació mensual (PL_mes) i valorar l’exposició que poden experimentar diferents cobertes del sòl i diferents regions biogeogràfiques del continent europeu davant d’aquests possibles patrons de canvi. Per això s’han utilitzat Models Climàtics Globals que fan projeccions de variables climàtiques que permeten preveure el possible clima futur. Mitjançant l’aplicatiu informàtic Tetyn s’han extret els paràmetres climàtics dels conjunts de dades del Tyndall Centre for Climate Change Research, del futur (TYN SC) i del passat (CRU TS). Les variables obtingudes s’han processat amb eines de sistemes d’informació geogràfica (SIG) per obtenir els patrons de canvi de les variables a cada coberta del sòl. Els resultats obtinguts mostren que hi ha una gran variabilitat, que augmenta amb el temps, entre els diferents models climàtics i escenaris considerats, que posa de manifest la incertesa associada a la modelització climàtica, a la generació d’escenaris d’emissions i a la naturalesa dinàmica i no determinista del sistema climàtic. Però en general, mostren que les glaceres seran una de les cobertes més exposades al canvi climàtic, i la mediterrània, una de les regions més vulnerables

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Land use changes, landscape ecology and their socioeconomic driving forces in the Spanish Mediterranean coast (the Maresme County, 1850-2005)

[cat] Utilitzem un conjunt de mètriques del paisatge per estudiar l'evolució a llarg termini seguida en una típica zona costanera del Mediterrani des de 1850 fins a 2005, que mostren una greu deterioració del medi ambient entre 1950 i 2005. Les principals forces motores d'aquesta degradació del paisatge han estat el creixement urbà experimentat a les antigues zones agrícoles situades a les planes litorals, juntament amb l'abandonament i la reforestació dels vessants dels pujols interceptats per àrees residencials de baixa densitat, carreteres i altres infraestructures lineals. Duem a terme una anàlisi estadística de redundància (RDA) amb la finalitat d'identificar els que considerem com alguns agents rectors socioeconòmics i polítics d'última instància d'aquests impactes ambientals. Els resultats confirmen les nostres hipòtesis interpretatives, que són que: 1) els canvis en les cobertes i usos del sòl determinen canvis en les propietats dels paisatge, tant estructurals com funcionals; 2) aquests canvis no es produeixen per atzar, sinó que estan relacionats amb factors geogràfics i forces socioeconòmiques i polítiques.

Climate Change and the Cost of Carbon Sequestration: The Case of Forest Management

The Kyoto protocol allows Annex I countries to deduct carbon sequestered by land use, land-use change and forestry from their national carbon emissions. Thornley and Cannell (2000) demonstrated that the objectives of maximizing timber and carbon sequestration are not complementary. Based on this finding, this paper determines the optimal selective management regime taking into account the underlying biophysical and economic processes. The results show that the net benefits of carbon storage only compensate the decrease in net benefits of timber production once the carbon price has exceeded a certain threshold value. The sequestration costs are significantly lower than previous estimates

A first attempt of geographically-distributed Multi-scale integrated analysis of societal and ecosystem metabolism (MuSIASEM): mapping human time and energy throughput in metropolitan Barcelona

This study presents a first attempt to extend the “Multi-scale integrated analysis of societal and ecosystem metabolism (MuSIASEM)” approach to a spatial dimension using GIS techniques in the Metropolitan area of Barcelona. We use a combination of census and commercial databases along with a detailed land cover map to create a layer of Common Geographic Units that we populate with the local values of human time spent in different activities according to MuSIASEM hierarchical typology. In this way, we mapped the hours of available human time, in regards to the working hours spent in different locations, putting in evidence the gradients in spatial density between the residential location of workers (generating the work supply) and the places where the working hours are actually taking place. We found a strong three-modal pattern of clumps of areas with different combinations of values of time spent on household activities and on paid work. We also measured and mapped spatial segregation between these two activities and put forward the conjecture that this segregation increases with higher energy throughput, as the size of the functional units must be able to cope with the flow of exosomatic energy. Finally, we discuss the effectiveness of the approach by comparing our geographic representation of exosomatic throughput to the one issued from conventional methods.

La transformació del paisatge del delta de la Tordera en els darrers cent cinquanta anys : una anàlisi per mitjà dels canvis en els usos i les cobertes del sòl

This article compares the mid-nineteenth century landscape of the River Tordera delta with the present day landscape, based, above all, on the changes that have occurred in land use and land cover. The mid 19th century landscape was reconstructed using data obtained from the amillaraments (land inventories) and other historical documents. Present-day land use and cover was established through photo interpretation and field work. The most important changes detected concern the almost complete disappearance of certain crops, such as vineyards, which were very important in the 19th century; the expansion of forest in place of abandoned tilled land and the increase in built up areas, which, taken together, produce a highly fragmented landscape pattern

Biodièsel: impacte en origen del biodièsel consumit a Catalunya i a Espanya

Actualment la situació del mercat espanyol i català del biodièsel es caracteritza per les grans importacions d’oli de palma africana. Per a produir aquesta matèria primera s’estan establint plantacions a gran escala d’Elaeis guineensis (palma africana) a Indonèsia. El monocultiu d’Elaeis guineensis i la producció de l’oli tenen associats grans impactes ambientals i socials. Per una banda, els impactes ambientals són principalment la desforestació, el canvi d’ús del sòl, la pèrdua de biodiversitat, l’erosió del sòl i la contaminació de l’aire, del sòl de l’aigua. Per altra banda, els impactes socials més destacats són la violació dels drets humans dels pobles indígenes, els conflictes d’adquisició de terres i que es compromet la seguretat alimentària del país. Per tant, l’ús del biodièsel produït amb oli de palma africana redueix les emissions de GEH a Espanya i a Catalunya provocant un gran impacte ambiental i social a Indonèsia.

Model d'adequació de l'hàbitat del llop a Catalunya

Des de l’any 2000 es té constància de la presencia del llop a Catalunya. Des de llavors, com a mínim 14 llops diferents han entrat i sortit del territori català, encara que cap d’ells s’ha assentat de manera permanent. L’estudi analitza l’entorn català utilitzant GIS, creant un model d’adequació de l’hàbitat tenint en compte les següents variables: la distància a la carretera més propera, la biomassa disponible a la zona, l’altitud i el tipus i tant per cent de recobriment. El model es basa en la informació obtinguda mitjançant la consulta a experts tant del llop com del territori català, així com en una recerca bibliogràfica sobre l’adequació de l’hàbitat del llop. L’enquesta que es dirigí als experts té en compte els valors que cada variable pot prendre dins l’àrea d’estudi, estableix rangs dels valors de cada variable i pregunta als experts com cada rang pot afectar a l’adequació de l’hàbitat pel llop. Els resultats mostren com bona part de la zona Nord de Catalunya té unes condicions adequades perquè el llop pugui arribar a reproduir-s’hi. Es desenvolupa també una anàlisi dels possibles punts de conflicte humà-llop i una superposició dels espais protegits amb les zones més adequades per l’establiment del llop.

De viles rurals a indrets de la regió metropolitana de Barcelona: transformacions històriques del paisatge a la Vall del Congost (Figaró-Montmany, l’Ametlla del Vallès i la Garriga, 1850-2010)

El projecte ha assolit la majoria d’objectius, ajustats a la reducció d'una quarta part de l'import concedit: 1) caracteritzar la transformació del paisatge agro-forestal i urbà a dos municipis de la vall del Congost, La Garriga i Figaró-Montmany, reconstruint amb SIG els mapes d'ús del sòl de 1854, 1949, 1956 i 2005, obtenint per intersecció de cobertes les matrius dels canvis d'ús; i 2) avaluar amb l’índex de connectivitat ecològica l'impacte ambiental d'aquells canvis des del punt de vista de la biodiversitat i la resiliència del paisatges, amb un especial èmfasi en la reforestació induïda per l'abandonament rural i la pèrdua de paisatges en mosaic, en un àmbit més gran pel període 1956-1993-2005. Aquests resultats han permès preparar varis articles per publicar en co-autoría a revistes com Landscape History, Environment and History o Landscape and Urban Planning. Ja és a punt de poder-se lliurar el primer amb el títol de "Looking backwards into a Mediterranean edge environment: Landscape changes and ecological connectivity in El Congost Valley (province of Barcelona, Catalonia) 1850-2005", incloent dos objectius esmentats a la memòria: identificar les principals forces motores d'aquells canvis en el paisatge relacionant els usos del sòl amb les formes d'ordenació del territori, caracteritzar-ne les forces rectores econòmico-socials i el paper jugat per la protecció del Parc Natural del Montseny i els Cingles de Bertí. Els resultats també permetran abordar en el futur altres aspectes, com per exemple estimar el potencial energètic de la biomassa local tot cercant que el seu aprofitament generi sinèrgies territorials positives per a l'ecologia del paisatge amb la recuperació d’una ramaderia extensiva i una agricultura ecològica que facin possible la restauració dels paisatges en mosaic. L'estudi ha pogut incorporar un aspecte inicialment no previst, el cens d'orquídies mediterrànies a Figaró-Montmany elaborat pel naturalista Paul Wilcox