1. A new method for quantifying treeline-ecotone change based on multiple spatial pattern dimensions
- Author
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Birre, Déborah, Feuillet, Thierry, Lagalis, Roman, Milian, Johan, Alexandre, Frédéric, Sheeren, David, Serrano-Notivoli, Roberto, Vignal, Matthieu, Bader, Maaike, Centre de recherche pluridisciplinaire en Lettres, Langues, Sciences Humaines et des Sociétés (Pléiade), Université Sorbonne Paris Nord, Identité et Différenciation de l’Espace, de l’Environnement et des Sociétés (IDEES), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH), Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire Homme et Société (IRIHS), Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU), Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire Dynamiques Sociales et Recomposition des Espaces (LADYSS), Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (UP1)-Université Paris 8 Vincennes-Saint-Denis (UP8)-Université Paris Nanterre (UPN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Mnemonic Synergy (Mnemosyne), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut des Maladies Neurodégénératives [Bordeaux] (IMN), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Dynamiques et écologie des paysages agriforestiers (DYNAFOR), École nationale supérieure agronomique de Toulouse (ENSAT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Universidad de Zaragossa, Études des Structures, des Processus d’Adaptation et des Changements de l’Espace (ESPACE), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Philipps Universität Marburg = Philipps University of Marburg, ANR-21-CE03-0002,SpatialTreeP,Mobilité de la limite supérieure de la forêt subalpine dans les Pyrénées : pour une meilleure compréhension des interactions entre changement climatique, mutations anthropiques et effets de site(2021), École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
- Subjects
Ecology ,Alpine treeline ecotone Landscape metrics Structural shift Spatio-temporal PCA French Pyrenees ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Geography, Planning and Development ,French Pyrenees ,Landscape metrics ,Spatio-temporal PCA ,Structural shift ,Alpine treeline ecotone ,Nature and Landscape Conservation - Abstract
Context Treeline-ecotone spatial patterns and their dynamics reflect underlying processes. Changes in ecotone pattern may reflect changes in climatic drivers or land-use practices. However, characterizing these dynamics presents a major challenge, limiting our ability to map, understand and predict changes in the upper limits of mountain forests. Objective This paper proposes a new method using multiple pattern dimensions to describe treeline-ecotone spatial pattern shifts. This standardized protocol should be able to (i) distinguish different types of treeline-ecotone patterns within a large study area, (ii) characterize temporal pattern shifts in spatial pattern between two or more dates. Method We mapped alpine treeline ecotones (ATE) at 648 sites in the eastern French Pyrenees using aerial images from ~ 1955 and ~ 2015, identifying forest and non-forest areas at the hillslope scale. Extracted patch metrics were summarized using a Principle Component Analysis (PCA) and spatial pattern change was quantified from the shift in the PCA space and compared to elevational shifts. Results Three clusters of patterns were distinguished: diffuse, discrete and island-forming ATEs. Between 1955 and 2015, about half of the sites changed from one pattern cluster to another. Shifts into discrete ATEs were associated with smaller and negative elevational shifts, while shifts into diffuse ATEs coincided with the highest positive elevational shifts. Conclusion The proposed method allows a standardized and repeatable quantification of vegetation pattern change in alpine treeline ecotones based on historical aerial imagery. Seeing the importance of treeline-ecotone shifts for alpine biodiversity, we encourage the use of this protocol to better understand treeline dynamics at treelines globally.
- Published
- 2023
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