GEDI: инструмент для картографирования углерода лесов

Система Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) была запущена в декабре 2018 года на ракете Falcon 9 компании SpaceX. Одной из основных целей было использование технологии LIDAR для измерения здоровья лесов, в частности, наличия деревьев, что может обеспечить более точные измерения в таких областях, как количество углерода, хранящегося в различных лесах. [1] Леса являются хранилищем углерода, помогая избежать более высоких уровней CO2, а также потенциальной угрозой, если углерод попадает в атмосферу при вырубке или сжигании деревьев.



Технология картографирования лесов GEDI

Технология, используемая на борту GEDI, аналогична импульсному лазерному излучению от Lidar, используемому для измерения ландшафтных особенностей, часто прикрепленных к летательным аппаратам. Лазерный импульс может быть использован для обнаружения верха и низа кроны деревьев, куда направляется плотный импульс, чтобы комплексно покрыть всю крону.

Этот точный способ измерения позволит гораздо лучше оценить, сколько углерода хранится или потенциально высвобождается в лесах, что обеспечит более точные данные о выбросах углерода для измерения в климатических моделях, используемых для прогнозирования будущего изменения климата. Лазерный импульс может срабатывать 242 раза в секунду, освещая 25-метровое пятно, которое формирует его наилучшее разрешение, с плотным лазерным покрытием. Есть три лазера, которые создают восемь параллельных треков для наблюдений, каждый из которых разделен расстоянием около 600 метров.[2] См.

GEDI: инструмент для картографирования углерода лесов Система Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) была запущена в декабре 2018 года на ракете Falcon 9 SpaceX. Одной из основных целей было использование технологии LIDAR для измерения здоровья лесов, в частности, наличия деревьев, что может обеспечить более точные измерения в таких областях, как количество углерода, хранящегося в различных лесах. [1] Леса являются хранилищем углерода, помогая избежать более высоких уровней CO2, а также потенциальной угрозой, если углерод попадает в атмосферу при вырубке или сжигании деревьев. Технология картографирования лесов, используемая на борту GEDI, аналогична импульсному лазерному излучению лидара, используемому для измерения особенностей ландшафта, часто прикрепленного к летательным аппаратам. Лазерный импульс может быть использован для обнаружения верхней и нижней части кроны деревьев, куда направляется плотный импульс, чтобы комплексно охватить всю крону. Такой способ измерения позволит гораздо точнее оценить, сколько углерода хранится или потенциально высвобождается в лесах, что обеспечит более точные данные о выбросах углерода в климатические модели, используемые для прогнозирования будущего изменения климата. Лазерный импульс может срабатывать 242 раза в секунду, освещая 25-метровое пятно, которое формирует его наилучшее разрешение, с плотным лазерным покрытием. Есть три лазера, которые создают восемь параллельных треков для наблюдений, каждый из которых разделен расстоянием около 600 метров. [2] См.

Поток данных для создания информационных продуктов, основанных на GEDI, чтобы помочь менеджерам и политикам в оценке, мониторинге и принятии решений, связанных с лесными пожарами. Фото: Биргит Петерсон. Источник: Gedi.umd.edu

Четыре уровня для продукта данных, производимого GEDI

Геолоцированные осциллограммы (уровень 1), показатели высоты и профиля полога (уровень 2), метрики высоты и полога (уровень 3), а также оценки углерода в области углерода по пятну и над землей (уровни 4a и 4b). Это позволяет эффективно получать необработанные данные измерений полога, а также ключевые оценки, которые являются наиболее выгодными для продукта. [3] См.



Поток данных для создания информационных продуктов, основанных на GEDI, в помощь руководителям и политикам в оценке, мониторинге и принятии решений, связанных с лесными пожарами. Фото: Биргит Петерсон.

Модель демографии экосистемы (ED) позволяет оценить запасы и потоки углерода на больших площадях с высоким разрешением.

Причина, по которой GEDI так важен, заключается в том, что ученые все чаще используют воздушные методы для измерения 3D-поверхностей, в том числе в лесах, чтобы лучше фиксировать такие измерения, как содержание углерода в лесах.

Модель демографии экосистемы (ED) позволяет оценить запасы и потоки углерода на больших площадях с высоким разрешением. Источник: страница продуктов GEDI. Причина, по которой GEDI так важен, заключается в том, что ученые все чаще используют воздушные методы для измерения 3D-поверхностей, в том числе в лесах, чтобы лучше фиксировать такие измерения, как содержание углерода в лесах.



Преимущества картографирования лесов GEDI

С момента запуска в 2018 году GEDI получила и другие преимущества, помимо более эффективного измерения накопления углерода в лесах, особенно в таких областях, как измерение биоразнообразия. Несмотря на то, что тропические леса являются одними из наиболее важных экосистем, на которые нацелена GEDI, эта система на борту Международной космической станции (МКС) эффективно используется для измерения лесов в Соединенных Штатах.

Преимущества картографирования лесов GEDI

Вид на лес на атолле Пальмира, тропическом рифовом острове в Тихом океане. Фото: Кевин Лафферти, Западный экологический исследовательский центр Геологической службы США. Всеобщее достояние.

В недавнем исследовании, проведенном Университетом Северной Аризоны, GEDI был использован для реконструкции в 3D целых лесных структур, что позволило гораздо точнее оценить биоразнообразие, обнаруженное в лесах. Технология, используемая на борту GEDI, аналогична импульсному лазерному излучению от Lidar, используемому для измерения ландшафтных особенностей, часто прикрепленных к летательным аппаратам. Преимущество GEDI заключается в том, что теперь он может предоставлять данные, полученные с летательных аппаратов космической системы, что означает, что он обеспечивает глобальное покрытие.

Лазерный импульс может быть использован для обнаружения верха и низа кроны деревьев, куда направляется плотный импульс, чтобы комплексно покрыть всю крону. В исследовании информация, полученная от GEDI, была объединена с полевыми данными для определения структуры и взаимосвязи между биоразнообразием деревьев, измеренным с данными Национальной сети экологических наблюдений. Информация о ветвях, листьях и хвое, то есть от нижней до верхней части кроны, может быть измерена с помощью лазерных импульсов GEDI.

С помощью информации о видах, полученной в полевых условиях, исследователи смогли определить взаимосвязь между структурами деревьев и биоразнообразием для больших лесных массивов, помогая показать, насколько большие и густые леса имеют решающее значение для биоразнообразия деревьев, позволяя процветать более разнообразному спектру видов, если деревья могут расти до разной высоты. Такие результаты могут быть расширены, чтобы охватить другие регионы за пределами США, и есть надежда, что теперь мы сможем начать лучше понимать здоровье лесов в связи с плотностью и биоразнообразием, обнаруженными в лесах. [4] См.

Такие результаты не ограничиваются США. В другом аналогичном исследовании, посвященном разнообразию высоты деревьев, присутствующих в лесах Северной Италии и Германии, лесные участки с большим разнообразием и разной высотой деревьев, измеренные GEDI, продемонстрировали большее биоразнообразие в лесах. Поскольку биоразнообразие лесов имеет важное значение для здоровья лесов, измерение разнообразия по высоте кроны деревьев помогает показать, насколько здоровы леса в этих районах Европы. Это означает, что данные GEDI могут быть использованы в качестве полезного показателя для измерения состояния лесов в различных типах лесов. [5] См.

Вид на лес на атолле Пальмира, тропическом рифовом острове в Тихом океане. Фото: Кевин Лафферти, Западный экологический исследовательский центр Геологической службы США. Всеобщее достояние.

Данные GEDI могут быть использованы в качестве полезного показателя для измерения состояния лесов в различных типах лесов. Фото: Кейтлин Демпси, Государственный парк Генри Коуэлл Редвудс.

Другая недавняя работа демонстрирует как разнообразие экологии лесов, так и результаты накопления углерода с использованием возможностей импульсного лазера GEDI, и измерения являются ключевыми результатами, полученными в лесных районах Танзании. [7] См.


GEDI продолжает следить за состоянием лесов

Леса являются хранилищем углерода, помогая избежать более высоких уровней CO2, но также и потенциальной угрозой, если углерод попадает в атмосферу при вырубке или сжигании деревьев. Первоначально планировалось, что проект GEDI продлится два года, но система GEDI продолжает работать с МКС, предоставляя больше данных, которые могут быть использованы для мониторинга состояния лесов, особенно в таких областях, как хранение углерода. Проект GEDI возглавляет Университет Мэриленда. Исследование, проведенное в Университете Северной Аризоны, и исследование, проведенное в Европе, показывают, как GEDI может быть использован и в других областях, таких как биоразнообразие [6].

Появление системы GEDI было очень долгожданным для ученых, изучающих биоразнообразие деревьев, а также глобальные уровни углерода, поскольку высота деревьев, включая разнообразие высот, обнаруженных в лесах, теперь может быть лучше измерена, что помогает понять здоровье лесов и улавливание углерода в наших лесах. Объединение этих данных с другими данными, включая результаты полевых измерений, позволяет даже идентифицировать конкретные породы деревьев в лесах с помощью GEDI. Методы картографирования с использованием результатов на основе лидаров были ограничены в масштабе, поскольку лидар в основном был прикреплен к летательным аппаратам. До тех пор, пока GEDI может продолжаться, могут быть разработаны более точные оценки биоразнообразия лесов для гораздо больших площадей, а также могут быть достигнуты первоначальные цели по оценке потенциала лесов по удержанию накопленного углерода.