Innovativt GEDI-instrument indsamler nu skovdata

NASAs instrumentforsker Bryan Blair var netop færdig med at skrive flyvesoftwaren til agenturets Mars Orbiter Laser Altimeter, eller MOLA, da han i 1991 blev inviteret til at flyve et lidarinstrument ombord på et P-3 forskningsfly for at teste nye lidarteknikker over indlandsisen i Grønland. På vej, han samlede målinger af skovområder i staten New York. Hvad han opdagede i dataene forbløffede ham, resulterede i en 27-årig mission for at bygge en rumbåren lidar til måling af skove.

Det instrument - Global Ecosystems Dynamics Investigation, eller GEDI - indsamler nu data som en nyttelast knyttet til det japanske eksperimentmodul, den største videnskabelige facilitet på den internationale rumstation. Det forventes at indsamle data i mindst to år.

"Vi skød laser over skove, og det, vi så, var vanvittigt, komplicerede resultater i de signaler, der kom tilbage, muligvis indikerer strukturen af ​​skovene nedenfor, huskede Blair, GEDI stedfortrædende hovedefterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Flyflyvningen og opdagelsen fik ham til at tænke:kunne lysdetektion og rækkevidde, eller lidar – den teknik, som videnskabsmænd brugte til at kortlægge den golde marstopografi med MOLA – være lige så effektiv til at kortlægge skove? Ved hjælp af forsknings- og udviklingsmidler slyngede han sammen fra forskellige NASA R&D-programmer, han avancerede en innovativ idé til den første mission nogensinde dedikeret til at give tredimensionelle visninger af skove og detaljer om skovenes rolle i kulstofkredsløbet.

"GEDIs næsten tre årtiers udvikling er et vidnesbyrd om værdien af ​​forskning og udvikling, som ofte modner 'skøre ideer' til instrumenter. Det understreger også vigtigheden af ​​at udtænke en idé, bygge en prototype, test af instrumentet, og, som i GEDI's tilfælde, bygge et flyinstrument først for at færdiggøre måleteknikken og de nødvendige teknologier, " sagde Goddards chefteknolog Peter Hughes. "GEDI er et plakatbarn for, hvad der kan ske, når NASA investerer i gode ideer."

Innovative teknologier aktiverer GEDI

Ledet af University of Maryland professor Ralph Dubayah, GEDI, udtales Jedi, som i Star Wars berømmelse, udfører sit job med flere innovative teknologier. Centralt for GEDIs muligheder er dens trio af specialiserede lasere, der sender laserstråler mod Jorden, hvor de trænger ind i skove og rikochetterer alt, hvad de rammer, som kan være blade på toppen af ​​en tæt baldakin, udragende grene, og, til sidst, jorden, hvorfra skoven dukker op. Dets indbyggede teleskop modtager derefter de reflekterede signaler, der mærker den tid, det tager at vende tilbage.

Imidlertid, GEDI, som NASAs Earth Venture-program valgte til udvikling for fire år siden, gør mere. I modsætning til mange andre lidar-instrumenter fløjet i rummet, GEDI anvender den såkaldte bølgeform-baserede måleteknik, der analyserer formen af ​​det returnerede lyssignal, ikke kun den tid, det tog at vende tilbage. Bølgeformen afslører fordelingen af ​​overflader over terrænet, hvilket gør det særligt nyttigt til at måle tætheden og strukturen af ​​træer og vegetation, og endda strukturen af ​​blade og grene i en skovs baldakin.

Derfor, det giver videnskabsmænd mulighed for at opnå den tredimensionelle struktur af vegetation fra rummet. Disse oplysninger er nyttige til at kortlægge dyrelivets levesteder, biodiversitet, samt mængden af ​​biomasse og kulstof lagret i vegetationen.

Den 1, 160-pund GEDI sidder også på en kardan, og derfor, er aktivt peget på specifikke jordspor på jorden nedenfor. For at give det et endnu bredere udsyn over overfladen, GEDI bruger sofistikeret optik, der opdeler de tre laserstråler i otte jordspor - to af laserne genererer to jordspor hver, og den tredje genererer fire. Sammen, disse teknologier giver GEDI mulighed for at prøve alt land mellem 51,6 grader nordlig bredde og 51,6 grader sydlig bredde, der dækker tempererede og tropiske skove.

"Uden pegesystemet, det ville have taget tre gange så lang tid at fuldføre den dækning, vi har brug for, " forklarede Blair.

LVIS:The Essential Pathfinder

Blair understreger, at GEDI ikke ville have været mulig uden sin forgænger, et flybaseret instrument kaldet Land, Vegetations- og issensor, eller LVIS, som Blair begyndte at flyve i slutningen af ​​1990'erne, kun få år efter, at han udtænkte instrumentkonceptet. Siden da, LVIS er blevet noget af en grundpille for mere lokaliserede målinger. Udover at kortlægge skove, LVIS har målt indlandsis.

LVIS leverede ikke kun aldrig tidligere opnåede data om skovkroner, det skabte et fællesskab af databrugere, der er fortrolige med måleteknikken og dens anvendelighed – et fællesskab, der vil gøre brug af GEDIs mere globale målinger i løbet af de kommende måneder, sagde Blair. "Uden dette allerede etablerede fællesskab af brugere, det ville have været sværere at få missionen finansieret, " han sagde.

"Vi var pionerer i denne mission hos Goddard, " tilføjede Blair. "Vi kunne ikke have opnået dette uden støtte fra Goddard og NASAs hovedkvarters Earth Science Division gennem årene. Dette er et hjemmedyrket instrument baseret på en hjemmedyrket måleteknik."