Landscape genomics Physalia courses , November 6-10, 2017, Berlin Derived environmental variables from DEMs: short theoretical introduction Dr Stéphane Joost – Oliver Selmoni (Msc) Laboratory of Geographic Information Systems (LASIG) Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland ESF CONGENOMICS RNP Spring School - March 2014 – Stéphane Joost, Kevin Leempoel, Sylvie Stucki

Sliding windows Filtering process

Indicateurs locaux – Fenêtre mobiles Calculs par fenêtres glissantes Procédure de filtrage Fenêtre glissante centrée sur un pixel Variation de la taille de la fenêtre glissante Variation de la forme de la fenêtre Effets de bord Utiliser un MNA plus grand que la zone d’étude Lissage x   x   * slide 8 Comme la fenêtre mobile est toujours centrée sur le pixel dont il faut calculer la valeur, l’opération rencontre des situations impossibles pour les lignes et les colonnes des bords. C’est ce que l’on appelle les effets de bord. Dans ce cas, le système utilisé peut affecter la valeur zéro aux endroits où l’information est manquante, et produire une valeur erronée. Une manière simple d’éviter cette difficulté est d’effectuer les calculs sur un modèle numérique d’altitude plus grand que la zone d’étude. Il est important de mentionner que la taille de la fenêtre introduit un effet contextuel. Plus la taille s’étend, plus la valeur calculée du pixel d’intérêt est influencée par l’environnement. Souvent l’agrandissement de la fenêtre produit un lissage du relief. Voyons maintenant comment calculer la pente, l’orientation, la pente et la courbure.        

Slope and aspect Slope = gradient of a surface Ratio between the vertical and horizontal distances Aspect = direction of a cline, direction of the surface gradient

Sources of environmental data – fieldwork sources DEM variables Aspect (degrees clockwise from north) Slope (0-90° or %) Profile Curvature (°/100LU) where LU is a unit of length, measured in meters if Z is in meters Plan curvature (°/100LU)

Sources of environmental data – fieldwork sources DEM variables Sky View Factor (SVF) We use geographic information systems Vector Ruggedness Measure (VRM) (Sappington et al., 2007) Morphometric Protection Index (MPI)

Sources of environmental data – fieldwork sources DEM variables Insolation variables direct insolation, diffuse insolation, total insolation, duration of insolation, sunrise, sunset. From a period of 1 day to all year. Wetness index Tendency of a cell to produce runoff. 𝑊𝐼=𝑙𝑛 𝐶𝑎𝑡𝑐ℎ𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 Related to soil moisture. The higher the value of this index in a cell, the higher is soil moisture (saturated soil).

Exercise Digital elevation models, calculate a slope, calculate hill shade