Estimating forest aboveground biomass at fine spatial scales has become increasingly important for greenhouse gas estimation, monitoring, and verification efforts to mitigate climate change. Airborne LiDAR continues to be a valuable source of remote sensing data for estimating aboveground biomass. However airborne LiDAR collections may take place at local or regional scales covering irregular, non-contiguous footprints, resulting in a 'patchwork' of different landscape segments at different points in time. Here we addressed common obstacles including selection of training data, the investigation of regional or coverage specific patterns in bias and error, and map agreement, and model-based precision assessments at multiple scales. Three machine learning algorithms and an ensemble model were trained using field inventory data (FIA), airborne LiDAR, and topographic, climatic and cadastral geodata. Using strict selection criteria, 801 FIA plots were selected with co-located point clouds drawn from a patchwork of 17 leaf-off LiDAR coverages 2014-2019). Our ensemble model created 30m AGB prediction surfaces within a predictor-defined area of applicability (98% of LiDAR coverage) and resulting AGB predictions were compared with FIA plot-level and areal estimates at multiple scales of aggregation. Our model was overall accurate (% RMSE 13-33%), had very low bias (MBE $\leq$ $\pm$5 Mg ha$^{-1}$), explained most field-observed variation (R$^2$ 0.74-0.93), produced estimates that were both largely consistent with FIA's aggregate summaries (86% of estimates within 95% CI), as well as precise when aggregated to arbitrary small-areas (mean bootstrap standard error 0.37 Mg ha$^{-1}$). We share practical solutions to challenges faced when using spatiotemporal patchworks of LiDAR to meet growing needs for biomass prediction and mapping, and applications in carbon accounting and ecosystem stewardship.


翻译:在细小的空间范围内估计森林地表生物量对于温室气体估计、监测和核查气候变化的努力越来越重要。空气激光激光雷达仍然是用于估计地面生物量的遥感数据的宝贵来源。然而,空气中的激光雷达收集可能在地方或区域范围内进行,覆盖不规则、非毗连的足迹,导致在不同时间点对不同的地貌区块进行“批量 ” 。这里我们讨论了共同的障碍,包括选择培训数据,调查区域或覆盖面在偏差和错误方面的具体模式,以及地图协议和基于模型的多种规模的精确评估。三个机器学习算法和集合模型继续是利用实地库存数据(FIA)、空气激光雷达、地形、气候和地貌地理数据。使用严格的选择标准,选择了801个国际汽联图图,从17个叶叶-LDAR覆盖率(2014-2019年)中抽取了合点云层云层。我们的混合模型在预测范围内创建了3000个AGB变差面表(98 %的LIDAR覆盖范围),结果的直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直达(在地图直径直径直达的模型上,而直径直径直径直径直直直直直达的直直直直直直直直径直径直径直达,而直直直直直径直径直径直径直径直直距比比的直的直距比直径直径直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直达的直达的直达的直达的直的直的直的直的直的直距直距直距直的直的直的直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距直距值直距直距直距直距直距直距直距直距

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