Misurando accuratamente le foreste in 3D, I dati GEDI svolgono un ruolo importante nel comprendere quanta biomassa e foreste di carbonio immagazzinano e quanto perdono quando vengono disturbate:informazioni vitali per comprendere il ciclo del carbonio della Terra e come sta cambiando. Credito:Studio di visualizzazione scientifica della NASA / Lori Losey
La missione Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) della NASA ha rilasciato i suoi primi dati pubblicamente disponibili il 21 gennaio, 2020, dando ai ricercatori l'accesso alle misurazioni delle foreste di tutto il mondo.
GEDI (pronunciato come il Jedi della fama di "Star Wars") esamina le foreste della Terra a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, utilizzando i suoi tre laser per costruire mappe tridimensionali (3D) dettagliate dell'altezza della chioma forestale e della distribuzione di rami e foglie nella foresta. Misurando accuratamente le foreste in 3-D, I dati GEDI svolgono un ruolo importante nella comprensione della quantità di biomassa e delle foreste di carbonio immagazzinate e quanto perdono quando vengono disturbate:informazioni vitali per comprendere il ciclo del carbonio della Terra e come sta cambiando. I dati della missione possono essere utilizzati anche per studiare gli habitat di piante e animali e la biodiversità, e come questi possono cambiare nel tempo.
La prima versione dei dati contiene le prime otto settimane di dati GEDI:centinaia di milioni di punti dati, che copre il globo tra il Canada meridionale e la punta del Sud America. Quando raggiunge il suo secondo compleanno, GEDI avrà raccolto circa 10 miliardi di osservazioni laser, che rappresenta il set di dati satellitari globale più completo sulla struttura forestale mai prodotto.
La vista di una foresta di GEDI appare come una raccolta di forme d'onda che mostrano le cime degli alberi, il terreno, e i rami, foglie e spazio aperto in mezzo. Mettere insieme, raccolte di forme d'onda iniziano a mostrare la struttura della foresta - non solo verticalmente, ma anche in orizzontale. Questo scatto della foresta pluviale amazzonica mostra l'altezza della chioma e la struttura sottostante. Credito:NASA Earth Observatory / Lauren Dauphin
"Le mappe della biomassa pantropicale esistenti utilizzano dati laser acquisiti quasi 15 anni fa e si basavano su meno di 5 milioni di osservazioni laser in totale, " ha detto Ralph Dubayah, Ricercatore principale GEDI e professore di scienze geografiche presso l'Università del Maryland. "GEDI raccoglie 6 milioni di osservazioni laser ogni giorno. Quindi oltre i tropici, abbiamo già raccolto circa due ordini di grandezza in più di dati rispetto a quello che era "stato dell'arte" prima".
Ciò che rende GEDI unico è più del semplice numero di misurazioni, però. GEDI ha la capacità di "vedere" nella foresta meglio di qualsiasi altro strumento spaziale. Utilizza il rilevamento e la distanza della luce (LIDAR), che fa rimbalzare rapidi impulsi laser sugli oggetti per rilevarne la posizione e la forma 3D, il modo in cui il radar rileva le forme facendo rimbalzare le onde radio.
"Le misurazioni sulla vegetazione sono impegnative, " ha detto Bryan Blair, Vice investigatore principale e scienziato degli strumenti del GEDI. "Per effettuare queste misurazioni accurate dell'altezza, usiamo una tecnica chiamata LIDAR a forma d'onda che mappa la struttura 3-D delle foreste. Per farlo con precisione, dobbiamo penetrare attraverso la vela e vedere un segnale a terra a volte molto debole. Usiamo questa misurazione dagli aerei da più di 25 anni, ma quando lo implementi nello spazio, devi essere molto efficiente con risorse come massa e potenza e non puoi rendere il sensore troppo complesso o costoso."
I tre laser di GEDI coprono un percorso largo circa 2,5 miglia, catturare l'altezza della chioma e la struttura della foresta attraverso l'andana. Questa traccia mostra dove è stata misurata l'area della foresta amazzonica (sopra). Credito:NASA Earth Observatory / Lauren Dauphin
LIDAR di GEDI, Blair ha detto, utilizza diverse tecnologie uniche tra cui leggerezza, laser ad alta efficienza energetica e ottiche innovative che dividono e scansionano i laser in più raggi, aumentare la copertura senza appesantire. Lo strumento può anche ruotare per puntare su tracce specifiche sul terreno, permettendogli di assicurarsi che GEDI campiona la maggior parte possibile della foresta.
La vista di una foresta di GEDI appare come una raccolta di forme d'onda che mostrano le cime degli alberi, il terreno, e i rami, foglie e spazio aperto in mezzo. Mettere insieme, raccolte di forme d'onda iniziano a mostrare la struttura della foresta, non solo verticalmente, ma anche in orizzontale. Ciò consente agli scienziati di calcolare la quantità di biomassa e carbonio contenuta in una determinata area di foresta.
I dati sulla struttura verticale delle foreste sono un tassello fondamentale per gli studi sulla biomassa e sulla biodiversità, ha detto Dubai. Con una mappa globale della massa contenuta nei tronchi degli alberi forestali, rami e foglie, i ricercatori possono stimare quanto carbonio contengono diverse aree forestali e come cambia nel tempo. Combinando i dati GEDI con altre fonti di dati satellitari, è possibile stimare come è cambiata la biomassa forestale in passato e come potrebbe cambiare in futuro.
Mentre le foreste nel nord-ovest del Pacifico (mostrate qui) sono alte e dense come quelle dell'Amazzonia, uno sguardo più attento ai dati GEDI mostra variazioni strutturali tra i due, compresi alberi molto più alti nel nord-ovest del Pacifico. GEDI può "vedere" nella foresta meglio di qualsiasi altro strumento spaziale, fornendo ai ricercatori indizi su come differiscono le strutture delle foreste della Terra. Credito:NASA Earth Observatory / Lauren Dauphin
"La quantità di carbonio trattenuta nella superficie terrestre dagli alberi, e come è cambiato nel tempo attraverso il disturbo e la successiva ricrescita, è l'aspetto meno compreso del ciclo globale del carbonio, " Ha detto Dubayah. "Fino a quando non sapremo quanto carbonio c'è attualmente nelle foreste della Terra, e come è cambiato negli ultimi 20-30 anni, avremo difficoltà a prevedere quanto più foreste di carbonio continueranno ad assorbire in futuro, e quale ruolo giocheranno nell'aiutare a mitigare o accelerare le concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica".
I ricercatori saranno anche in grado di fare un passo avanti con le loro mappe e modellare la biodiversità in tutto il mondo e nel tempo, Ha aggiunto. GEDI collabora con organizzazioni pubbliche e private dedicate alla ricerca e alla protezione della fauna selvatica in tutto il mondo.
"Avendo dati sulla struttura verticale ovunque, possiamo individuare le relazioni tra quella struttura e la diversità e l'abbondanza delle specie, e qualità dell'habitat, " ha detto. "Questo dovrebbe anche consentirci di identificare gli hotspot biologici e di conservazione".
LIDAR di GEDI utilizza leggerezza, laser ad alta efficienza energetica e ottiche innovative che dividono e scansionano i suoi laser in più raggi, aumentare la copertura senza appesantire. Lo strumento può anche ruotare per puntare su tracce specifiche sul terreno, permettendogli di assicurarsi che GEDI campiona la maggior parte possibile della foresta. Questa traccia mostra dove è stata misurata la fascia del Pacifico nord-occidentale (sopra). Credito:Osservatorio della Terra / Lauren Dauphin
Il team continuerà a calibrare i dati rispetto ai dati LIDAR dispersi nell'aria e a rendere gli algoritmi di GEDI più accurati, in molti casi con l'aiuto di ricercatori di tutto il mondo che utilizzano i dati, ha detto la squadra.
"È tutto molto eccitante!" disse Michelle Hofton, un co-investigatore con GEDI e professore di ricerca presso l'Università del Maryland. "È la capacità di osservare globalmente la struttura forestale in un modo preciso che ci consente di vedere una tale varietà di condizioni della copertura forestale. Ed è spesso in luoghi in cui non siamo stati in grado di andare con strumenti aerei. Ora possiamo vedere diversi porzioni di queste aree ogni 90 minuti. È fantastico!"
GEDI è finanziato dal programma Earth Ventures della NASA, che seleziona in modo competitivo missioni a basso costo per affrontare una varietà di argomenti di scienze della Terra. GEDI è stato selezionato come missione a costo limitato per $ 94,6 milioni, ed è riuscito non solo a rispettare il budget, ma anche lanciare presto.
"Sono così impressionato che siamo stati in grado di lanciare la missione a questo costo notevolmente basso, sei mesi prima del previsto, e ora abbiamo quasi un anno di funzionamento quasi impeccabile, " Dubayah ha detto. "Per me, questo è un risultato straordinario e riflette l'eccellenza dei nostri partner ingegneristici Goddard della NASA e dell'intero GEDI Science Team."
