Using Landsat to Assess the Relationship Between Spatiotemporal Patterns of Western Spruce Budworm Outbreaks and Regional-Scale Weather Variability

Abstract

AbstractWestern spruce budworm is a defoliator of coniferous forests of North America. Past research has shown that climate is a principal driver of budworm outbreaks, though the underlying relationships are not well understood. We utilized Landsat time series to investigate the relationships between spatiotemporal patterns of budworm outbreaks and weather variability. Landsat-based maps of budworm infestations from (1995?2013) were produced and used to describe patterns of the most recent budworm outbreak in British Columbia. Superposed epoch and regression analysis were used to explore relationships between outbreak patterns and annual temperature and precipitation anomalies. We found that western spruce budworm outbreaks were preceded by autumn precipitation deficits that were 12% lower than the long-term average, and co-occurred with summer precipitation up to 20% below the long-term average. Spring temperatures shortly before outbreaks were 0.7°C lower than normal, while winter temperatures during outbreaks were above average by 0.5°C. We concluded that the most recent outbreak of western spruce budworm in British Columbia co-occurred with a distinct weather patterns that probably facilitated budworm population development and synchronized host-herbivore phenology. While Landsat has been used to map insect disturbances, our study demonstrated its usefulness for understanding landscape- to regional-scale drivers of budworm outbreaks.RésuméLa tordeuse occidentale de l’épinette est un défoliateur des forêts de conifères de l’Amérique du Nord. Des recherches antérieures ont montré que le climat est le principal moteur des épidémies de tordeuse, même si les relations sous-jacentes ne sont pas bien comprises. Nous avons utilisé des séries temporelles Landsat pour étudier les relations entre les patrons spatiotemporels des épidémies de tordeuse et la variabilité du climat. Les cartes des infestations de tordeuse de 1995 à 2013 produites à partir de l’imagerie Landsat sont utilisées pour décrire les patrons des épidémies de tordeuse les plus récentes en Colombie-Britannique. Une analyse des époques superposées et une régression ont été utilisées pour examiner les relations entre les patrons d’épidémie et la température annuelle et les anomalies de précipitations. Nous avons constaté que les épidémies de la tordeuse occidentale de l’épinette ont été précédées par des déficits de précipitations à l’automne qui étaient de 12 % inférieur à la moyenne à long terme, et elles se sont produites lorsque les précipitations estivales étaient de 20 % inférieures à la moyenne à long terme. Les températures printanières peu avant les épidémies étaient de 0,7°C inférieur à la normale, tandis que les températures d’hiver durant les épidémies étaient supérieures à la moyenne de 0,5°C. Nous avons conclu que l’épidémie la plus récente de la tordeuse occidentale de l’épinette en Colombie-Britannique est survenue en conjonction avec des conditions météorologiques distinctes qui ont probablement facilité le développement de la population de la tordeuse, et une phénologie hôte-herbivore synchronisée. Alors que Landsat a été utilisé pour cartographier des perturbations d’insectes, notre étude a démontré son utilité pour comprendre les moteurs des épidémies de tordeuse à l?échelle régionale et à l?échelle du paysage.