Mapping urban tree canopy cover using airborne laser scanning. Applications to urban ecosystem accounting for Oslo

Abstract

Hanssen, F., D.N. Barton, M. Nowell, Z. Cimburova 2019. Mapping urban tree canopy cover using airborne laser scanning – applications to urban ecosystem accounting for Oslo. NINA Report 1677. Norwegian Institute for Nature Research. Økosystemregnskap kan gi bykommuner informasjon om deres naturkapital og grønne infrastruktur. Kommuner kan rapportere om naturkapital på linje med rapportering om annen kommunal infrastruktur som krever investering og vedlikehold. Økosystemregnskap viser endring over tid i areal, vegetasjonstilstand, økosystemtjenester og deres økonomiske verdi. Spesielt bytrær bidrar med en rekke opplevelse- og regulerende økosystemtjenester til byens innbyggere, og utgjør habitat for dyreliv i byen. Det er imidlertid ikke vanlig å føre regnskap over trær i byggesonen, og ihvertfall ikke på privat eiendom. Spesialiserte modeller, som f.eks. i-Tree Eco, kan beregne regulerende økosystemtjenester fra trær. De er avhengige av kvantifisering av trekrone-volum for å beregne bladareal (som også avhenger av treslag). Treets høyde, kronestørrelse og lokalisering i bybildet er også viktig for visuelle og estetiske effekter i ulike private og offentlige byrom. I denne rapporten tester vi mulighetene for å beregne trekrone - egenskaper ved hjelp av laser scannede data fra fly – «airborne laser scanning» (ALS). Vi bruker eksisterende ALS data og ortofoto fra Norge Digitalt, og demonstrerer en metode for identifisering av individuelle trekroner i byggesonen. Dette gir et nytt perspektiv på bylandskapet. Trær definerer byen like mye som bygg. I rapporten vurderer vi også endringer i antall trær og trekroner for årene ALS data for Oslo er tilgjengelig: 2011 – 2014 – 2017. Vi demonstrerer ulike kart- og regnskapsfremstillinger av disse dataene, med tanke på videreutvikling av Oslo Kommunes grøntregnskap, som en del av miljø- og klimarapportering i Oslo Kommune. Vi rapporterer om endringer i trekrone-dekke for områder av spesiell interesse for bevaring av store trær. Hovedresultater i rapporten: - I 2017 var det det 4384 hektar med trekrone-areal i byggesonen. Dette er over to ganger så stort som byens takareal i byggesonen. Innenfor Ring 2 var trekrone-arealet 205 hektar. Dette er et større areal til sammen enn arealet til transport, og mer enn halvparten så stort som takarealet i indre by. Trekrone-regnskapet konstaterer betydningen av trær som en hoveddel av byens infrastruktur. - Antall større trær (>10m) har økt i tiden 2011-2017 i byen som helhet, og har vært omtrent konstant for mindre trær. - I området dekket av Småhusplanen er det motsatt. Antall trær over 10m har blitt redusert, mens antall mindre trær har økt i samme område. Dette kan tyde på en fortettingseffekt som går spesielt utover store trær. Samtidig med vesentlige tap av store trær plantes det en del nytt i samme område. - Den totale endringen i trekrone-volum er mindre omfattende i prosent enn for endring i antall trær. Det kan tyde på at endring i regulerende økosystemtjenester fra trær – som avhenger av bladareal – ikke er så stort som endringen i antall store trær skulle tilsi. Dette må vurderes lokalt, men kan skyldes bedre lysforhold for gjenværende trekroner. Rapporten ender med en vurdering av kvaliteten på ALS data i forhold til ulike formål. ALS data er så langt bestilt av kommunen fra private leverandører hovedsakelig for identifisering av terrengforhold, bygg og annen teknisk infrastruktur. En begrensning i ALS data bestilt av kommunen hittil er mangler eller variasjon i klassifisering av vegetasjon og tetthet av laser-punkter. For fremtidig laserskanning anbefaler vi at kommunen prioriterer klassifisering av vegetasjon i ulike høyder, og tar i bruk en mest mulig homogen punkt-tetthet. Dette vil øke sammenlignbarheten over tid. Med disse forbedringene vil det være mulig å inkludere kartlegging av trekrone-areal i kommunens fremtidige Grøntregnskap.

Hanssen, F., D.N. Barton, M. Nowell, Z. Cimburova 2019. Mapping urban tree canopy cover using LIDAR – applications in urban ecosystem accounting for Oslo. NINA Report 1677. Norwegian Institute for Nature Research. Ecosystem accounting applied to urban areas aims to provide municipal authorities with information on their natural capital, changes in physical assets over time, ecosystem services provided and their monetary value. Trees in urban areas are providers of a range of cultural and regulating ecosystem services of potential benefit to urban inhabitants. Tree canopy is not usually identified in landcover mapping of urban built zones. Specialised models for computing ecosystem services from urban forests, such as i-Tree Eco, rely on inventorying or sampling at the level of individual trees. This is necessary in order to identify tree canopy volume which is a key predictor of regulating ecosystem services. Individual tree height, canopy size and location are also key to evaluating visual impacts of trees in private and public open spaces. Mapping tree canopy provides a new way of seeing the urban landscape. Trees define the urban form of Oslo as much as buildings do. In this report we demonstrate the use of available airborne laser scanning (ALS) and orthophoto data from Digital Norway, for the segmentation of individual tree crowns. In our study tree crown segmentation for 2011 – 2014 – 2017 in Oslo’s built zone was compared to demonstrate different map and tabular approaches to urban tree accounts for different policy analysis purposes. We evaluate the trend in tree canopy characteristics in suburban “small house areas” currently undergoing urban densification. Main results include: - total tree canopy cover within Oslo’s built zone in 2017 was 4384 hectares, more than twice the surface area of buildings in the built zone. Even within the inner city (ring 2), the tree canopy cover was 205 hectares, greater than the combined surface area of roads, and more than half the surface area of all buildings. - in the city as a whole, trees > 10 m increased in numbers between 2011-2017, while in the Småhusplan area the number of tall trees decreased in the same period. In the Småhusplan area the number of small trees < 10 m high increased, while for Oslo as a whole it was roughly constant. - The change in the total tree canopy volume of large trees is less pronounced in percentage terms than the change in number of tall trees. This means that the change in regulating services – which depend on canopy volume and leaf area index – may be less pronounced than changes in the number of trees would indicate. The report ends with a discussion of the limitations in the vegetation classification using ALS data, which thus far has primarily been classified for the purpose of identifying terrain conditions, buildings and other technical infrastructures. In order to do this consistently, future airborne laser scanning projects should include classified vegetation points, and in addition have a uniform point density between the accounting periods. With these improvements we recommend that Oslo municipality in future includes tree canopy accounting in their green accounts.