NASA skovstrukturmission frigiver første data

NASAs Global Ecosystem Dynamics Investigation-mission (GEDI) frigav sine første offentligt tilgængelige data den 21. 2020, giver forskere adgang til målinger af skove rundt om i verden.

GEDI (udtales som Jedi af "Star Wars" berømmelse) undersøger jordens skove fra ombord på den internationale rumstation, ved hjælp af sine tre lasere til at konstruere detaljerede 3-dimensionelle (3-D) kort over skovkronens højde og fordelingen af ​​grene og blade i skoven. Ved nøjagtigt at måle skove i 3D, GEDI-data spiller en vigtig rolle i forståelsen af, hvor meget biomasse og kulstofskove lagrer, og hvor meget de taber, når de bliver forstyrret – vital information for at forstå Jordens kulstofkredsløb, og hvordan den ændrer sig. Data fra missionen kan også bruges til at studere plante- og dyrehabitater og biodiversitet, og hvordan disse kan ændre sig over tid.

Den første dataudgivelse indeholder de første otte ugers GEDI-data:Hundredvis af millioner af datapunkter, dækker kloden mellem det sydlige Canada og spidsen af ​​Sydamerika. Når den når sin anden fødselsdag, GEDI vil have indsamlet anslået 10 milliarder laserobservationer, repræsenterer det mest omfattende globale satellitdatasæt om skovstruktur, der nogensinde er produceret.

"Eksisterende pan-tropiske biomassekort bruger laserdata erhvervet for næsten 15 år siden og var baseret på mindre end 5 millioner laserobservationer i alt, " sagde Ralph Dubayah, GEDIs hovedefterforsker og professor i geografiske videnskaber ved University of Maryland. "GEDI indsamler 6 millioner laserobservationer hver dag. Så over troperne, vi har allerede indsamlet omkring to størrelsesordener flere data end hvad der var 'state-of-the-art' før."

Det, der gør GEDI unik, er mere end blot dets antal målinger, imidlertid. GEDI har en evne til at "se" ind i skoven bedre end noget andet rumbårent instrument. Den bruger lysdetektion og rækkevidde (LIDAR), som afviser hurtige laserpulser fra objekter for at detektere deres 3-D placering og form, den måde, radaren registrerer former på ved at hoppe radiobølger.

"Målinger over vegetation er udfordrende, " sagde Bryan Blair, GEDI's stedfortrædende hovedefterforsker og instrumentforsker. "For at foretage disse nøjagtige højdemålinger, vi bruger en teknik kaldet bølgeform LIDAR, der kortlægger skovenes 3-D struktur. For at gøre dette præcist, vi skal trænge gennem baldakinen og se et til tider meget svagt jordsignal. Vi har brugt denne måling fra fly i mere end 25 år, men når du implementerer det i rummet, du skal være meget effektiv med ressourcer som masse og kraft, og du kan ikke gøre sensoren for kompleks eller dyr."

GEDI's LIDAR, Blair sagde, bruger flere unikke teknologier, herunder letvægts, energieffektive lasere og innovativ optik, der opdeler og scanner laserne i flere stråler, øge dækningen uden at øge vægten. Instrumentet kan også rotere for at pege på bestemte spor på jorden, giver den mulighed for at sikre, at GEDI prøver så meget af skoven som muligt.

GEDIs syn på en skov fremstår som en samling af bølgeformer, der viser trætoppene, jorden, og grenene, blade og åben plads imellem. Lægge sammen, samlinger af bølgeformer begynder at vise skovens struktur - ikke kun lodret, men også vandret. Dette giver forskere mulighed for at beregne mængden af ​​biomasse og kulstof indeholdt i et givet skovområde.

Data om skovenes vertikale struktur er en nøgle, der mangler i undersøgelser af biomasse og biodiversitet, sagde Dubayah. Med et globalt kort over massen indeholdt i skovtræstammer, grene og blade, forskere kan vurdere, hvor meget kulstof forskellige skovområder indeholder, og hvordan det ændrer sig over tid. Ved at kombinere GEDI-data med andre satellitdatakilder, det er muligt at vurdere, hvordan skovens biomasse har ændret sig i fortiden, og hvordan den kan ændre sig i fremtiden.

"Mængden af ​​kulstof, der holdes i jordoverfladen af ​​træer, og hvordan det har ændret sig over tid gennem forstyrrelser og efterfølgende genvækst, er det mindst forståede aspekt af det globale kulstofkredsløb, " sagde Dubayah. "Indtil vi ved, hvor meget kulstof der i øjeblikket er i jordens skove, og hvordan det har ændret sig i løbet af de sidste 20-30 år, vi vil have svært ved at forudsige, hvor meget mere kulstofskove, der vil fortsætte med at absorbere i fremtiden, og hvilken rolle de vil spille i at hjælpe med at mindske eller accelerere atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer."

Forskere vil også være i stand til at tage deres kort et skridt videre og modellere biodiversitet rundt om i verden og over tid, han tilføjede. GEDI samarbejder med offentlige og private organisationer, der er dedikeret til at forske i og beskytte dyreliv rundt om i verden.

"Ved at have vertikale strukturdata overalt, vi kan se sammenhænge mellem denne struktur og artsdiversitet og overflod, og habitatkvalitet, " sagde han. "Dette burde også gøre os i stand til at identificere biologiske og bevarelses-hotspots."

Holdet vil fortsætte med at kalibrere dataene mod luftbårne LIDAR-data og gøre GEDI's algoritmer mere nøjagtige, i mange tilfælde med hjælp fra forskere fra hele verden, der bruger dataene, sagde holdet.

"Det hele er meget spændende!" sagde Michelle Hofton, en co-investigator med GEDI og forskningsprofessor ved University of Maryland. "Det er evnen til at se globalt på skovens struktur på en præcis måde, der giver os mulighed for at se så mange forskellige skovkroneforhold. Og det er ofte steder, vi ikke har kunnet gå med luftbårne instrumenter. Nu kan vi se forskellige dele af disse områder hvert 90. minut. Det er fantastisk!"

GEDI er finansieret af NASAs Earth Ventures-program, som konkurrencedygtigt udvælger billige missioner for at tage fat på en række geovidenskabelige emner. GEDI blev udvalgt som omkostningsbegrænset mission for $94,6 millioner, og har formået ikke kun at holde sig inden for budgettet, men selv lancere tidligt.

"Jeg er så imponeret over, at vi var i stand til at lancere missionen til denne bemærkelsesværdigt lave pris, seks måneder før planlagt, og har nu næsten et år med næsten fejlfri drift, " sagde Dubayah. "Til mig, det er en fantastisk præstation og afspejler ekspertisen hos vores NASA Goddard ingeniørpartnere og hele GEDI Science Team."