Forecasting the state of vegetation in response to climate and weather events is a major challenge. Its implementation will prove crucial in predicting crop yield, forest damage, or more generally the impact on ecosystems services relevant for socio-economic functioning, which if absent can lead to humanitarian disasters. Vegetation status depends on weather and environmental conditions that modulate complex ecological processes taking place at several timescales. Interactions between vegetation and different environmental drivers express responses at instantaneous but also time-lagged effects, often showing an emerging spatial context at landscape and regional scales. We formulate the land surface forecasting task as a strongly guided video prediction task where the objective is to forecast the vegetation developing at very fine resolution using topography and weather variables to guide the prediction. We use a Convolutional LSTM (ConvLSTM) architecture to address this task and predict changes in the vegetation state in Africa using Sentinel-2 satellite NDVI, having ERA5 weather reanalysis, SMAP satellite measurements, and topography (DEM of SRTMv4.1) as variables to guide the prediction. Ours results highlight how ConvLSTM models can not only forecast the seasonal evolution of NDVI at high resolution, but also the differential impacts of weather anomalies over the baselines. The model is able to predict different vegetation types, even those with very high NDVI variability during target length, which is promising to support anticipatory actions in the context of drought-related disasters.


翻译:预测气候和天气事件引起的植被状况是一项重大挑战,在预测作物产量、森林破坏或更广义地预测与社会经济功能相关的生态系统服务影响方面,执行这一任务将证明对预测作物产量、森林损害或更普遍地对与社会经济功能相关的生态系统服务的影响至关重要,如果没有这种影响,则可能导致人道主义灾难。植被状况取决于气候和环境条件,这些条件使若干时间尺度的复杂生态过程发生调节。植被和各种环境驱动因素之间的互动反应在瞬间但也有时间滞后的影响,往往显示地貌和地区规模上新出现的空间环境。我们把地表预报任务设计成一个强有力的指导视频预测任务,其目标是利用地形和天气变量预测植被发展非常精细的植被。我们使用一个革命性LSTM(CONLSTM)结构来应对这项任务,并预测非洲植被状况的变化,使用Sentinel-2号卫星NDVI(NDVI)进行即时效分析、SMAP卫星测量和地形测量(SRTMv4.1德国)作为预测的变量。我们的结果突出表明,ConLSTMTMM模型不仅能够预测到NDVI的季节性变化变化变化变化变化,在高分辨率的基线期间,而且影响也非常大。

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