2018 年，美国航天局将发射激光进入太空，以评估世界上的树木。
这并非美国宇航局首次涉足激光雷达技术——向物体发射激光并记录返回的光线——但这将是该机构首次发射专门用于测量森林复杂结构的激光。
该任务的目标，恰如其分地命名为 GEDI，即全球生态系统动力学调查激光雷达的首字母缩写，是绘制从树干到树冠的森林地图，或者换句话说，测量世界森林的体积并在 3D 中可视化它们。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来有关于当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事。
通过将木材中储存的碳量数据与 GEDI 的测量结果相结合，研究人员希望首次汇编出森林中储存的碳的可靠估计。
“这绝对会改变游戏规则，”NASA 戈达德太空飞行中心的博士后研究员劳拉·邓肯森说，她负责 GEDI 团队的工作。“激光雷达是唯一可以穿透森林地面并估算碳的技术。”
据估计，全球森林吸收了当前温室气体排放总量的 10% 到 14%。包括森林在内的土地利用部门的活动以及农业和土地利用变化约占全球温室气体排放量的 24%。许多统计排放量的研究人员承认，如果没有森林的碳封存，世界几乎不可能将升温幅度控制在商定的 2 摄氏度阈值以下。
但并非所有森林的碳储存能力都相同。此外，随着森林资源丰富的国家考虑如何实现去年年底在巴黎气候谈判中提出的气候目标，了解碳在它们的树木中存储的位置和方式将变得越来越重要。
许多人希望 GEDI 将开启森林和碳绘图的下一个前沿领域。
技术促进增长
据专家称，在过去的几年中，森林碳监测和绘图领域已经扩大并且发展迅速。
联合国支持的减少发展中国家毁林和森林退化造成的排放（REDD+）计划越来越受欢迎，这推动了对世界森林中储存的碳的基线数据和监测的需求。与此同时，计算能力、卫星数量和遥感技术的成本都得到了快速提高。
世界资源研究所的在线互动森林数据项目“全球森林观察”的研究经理南希·哈里斯说：“技术使我们能够走得更远。可能甚至在不到 10 年前，我们还依赖于粮农组织每五年报告一次的关于森林生物量和面积信息的数据。”
森林界的人士长期以来一直致力于测量森林和森林砍伐并估算碳。众所周知，巴西政府在 1980 年代面临亚马逊地区令人担忧的森林流失率，在 1990 年代宣布了一项开始监测森林砍伐的计划，同时当局也打击了那些砍伐森林的人。
在 2000 年代初期，巴西政府推出了多个旨在检测森林砍伐的计划，其中包括 DETER，这是一个基于卫星的监测系统，可以每月检测森林覆盖率的变化。
通过使用监测技术，巴西政府自 2004 年以来森林砍伐率降低了约 80%，尽管目前森林砍伐率再次上升。
长期以来一直用于可视化森林数据的另一个工具是全球森林观察。哈里斯说，该平台成立于 1997 年，目标是揭开数据的神秘面纱，并将其转换为决策者可以使用的格式。上周，该平台宣布了新的 GLAD（全球土地分析和发现）警报系统，该系统可在不到一周的时间内检测到秘鲁、刚果共和国和印度尼西亚婆罗洲的树木覆盖损失。
华盛顿特区智库全球发展中心的资深研究员弗朗西斯·西摩说：“全球森林观察使任何拥有笔记本电脑和互联网连接的人都可以访问数据。”
但真正的转折点发生在两年前。
一位科学家如何改变森林监测
2013 年，马里兰大学地理科学系的教授马修·汉森发表了一个数据集，该数据集使用从陆地卫星计划拍摄的图像，该计划是美国运行时间最长的卫星计划，收集了数百万张地球表面的图像。
汉森也在 GEDI 团队工作，他长期以来对遥感数据感兴趣，并使用遥感数据绘制大规模土地变化图，尤其是森林。
在《科学》杂志上发表的“汉森数据”是第一个全球森林数据集，以高分辨率显示了 2000 年至 2012 年之间的森林损失情况。以前的森林变化趋势是使用 MODIS 卫星的数据测量的，其分辨率在 250 到 300 米之间。例如，Landsat 8 是该计划中最新发射的卫星，它以 30 米的空间分辨率拍摄图像。
汉森和他的团队一直在使用 MODIS 数据和气象仪器拍摄的图像进行练习。当他们有能力时，他们会使用来自陆地卫星的更高分辨率的图像。
然后，八年前，美国宇航局开放了陆地卫星档案。
哈里斯说：“马特·汉森数据集是监测森林方式的一种范式转变。”
西摩补充说，通过像全球森林观察这样的平台以及汉森数据的发布，现在几乎所有国家都可以像十年前的巴西一样访问数据。
西摩说：“他们现在在开发国家监测系统时所做的工作是根据他们国家的情况进行调整。这些数据虽然全面且规模庞大，但将使建立参考水平和衡量森林随时间变化的情况变得容易得多。”
汉森认为，计划从 GEDI 收集的数据是实施任何森林政策的“支柱”，无论该政策是绘制碳地图、恢复退化土地还是保护生物多样性。
GEDI 将在国际空间站上至少停留两年。美国宇航局戈达德太空飞行中心开发的三个激光器将分布在 14 条路径上，并且能够收集北纬 50 度和南纬 50 度之间陆地的数据，其中包括地球上几乎所有的热带和温带森林。
汉森说：“我们在全球范围内管理森林资源的程度，来自 GEDI 和其他任务的数据将至关重要。”
仍然需要爱树人士
尽管技术已经突飞猛进，但仍然需要美国宇航局的邓肯森所谓的“专业爱树人士”。
为了使碳测量准确，在某个时间点，必须有人走到森林里，并真正地拥抱一棵树。这可以作为测量树的直径的方法。然后，研究人员估计高度并记录其物种。在某个时候，科学家会校准一个物种中储存了多少碳。这些数据用于帮助校准从卫星和激光雷达系统获取的测量值。
在遥感仪器出现之前，实地测量是唯一可用于尝试测量森林碳的工具。
不过，如今，通过将两者结合起来，科学家们正在获得更加准确的数据。尽管如此，仍然需要更多的实地工作。
邓肯森说：“GEDI 是最好的新技术，但获得更好的实地碳估计值也至关重要。”
此外，卫星在测量地下储存的碳方面做得不好，例如在印度尼西亚的泥炭地中发现的碳，这是科学家们正在努力解决的问题。
目前，正在通过印度尼西亚政府和戴维和露西尔·帕卡德基金会联合举办的奖金竞赛接受研究提案，该竞赛旨在寻找一种更准确，更快速的方法来绘制印度尼西亚富含碳的泥炭地的范围和深度。
卫星也无法分辨是什么原因导致森林覆盖率的变化。目前正在努力通过一个名为 LandMark 的平台绘制土著人民的土地权和边界图。
西摩在谈到实地测量时说：“人们越来越感觉到，仅仅因为我们拥有这些数据，并不意味着我们应该放弃拥抱树木。森林变化不仅发生在生物物理现实中，也发生在地面上的社会现实中。”
而且，不仅仅是美国宇航局对提升森林绘图技术感兴趣。欧洲航天局预计将在 2020 年发射 Biomass 卫星，该卫星专门用于绘制热带森林地图。多个机构也计划发射使用雷达技术的任务。
哈里斯说：“长期以来，我们一直局限于对世界的这种二维视角，因此绘制树冠结构将非常酷。这提供了一个很好的机会。如果只有一个数据集，您不必质疑什么是正确的，但是随着您获得越来越多的数据，关键将是以一种允许洞察力的方式使用这些数据。”
经 Environment & Energy Publishing, LLC. 许可，转载自 Climatewire。www.eenews.net，202-628-6500