Μέτρηση δασών σε 3D για τη βελτίωση των παγκόσμιων εκτιμήσεων άνθρακα
Τα δάση είναι το κλειδί για τη σταθεροποίηση του κλίματος της γης – συγκρατούν σχεδόν το ήμισυ του άνθρακα στη γη και αντισταθμίζουν το ένα τρίτο των ανθρώπινων εκπομπών άνθρακα. Ενώ τα δέντρα καλύπτουν 4 δισεκατομμύρια εκτάρια της επιφάνειας της Γης, είμαστε περιορισμένοι στην ικανότητά μας να τα διατηρήσουμε και να τα διαχειριστούμε τον επόμενο αιώνα, απλώς και μόνο επειδή αυτά τα φυτά παραμένουν εξαιρετικά δύσκολο να μετρηθούν λεπτομερώς χωρίς να κοπούν.
Στην πρόσφατη μελέτη μας με τίτλο «Αξιολόγηση της επίγειας σάρωσης λέιζερ για την ανάπτυξη μη καταστροφικής αλλομετρίας βιομάζας», που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Forest Ecology and Management , παρουσιάζουμε μια νέα, μη καταστροφική μέθοδο μέτρησης των δασών με εντυπωσιακές λεπτομέρειες που θα βελτιώσει τις παγκόσμιες εκτιμήσεις του άνθρακα που αποθηκεύεται στα δάση.
Ζύγιση δέντρων για άνθρακα
Το βάρος του δέντρου είναι ευθέως ανάλογο με την ποσότητα άνθρακα που κρατά - περίπου το μισό της ξηρής μάζας ενός δέντρου, ή βιομάζας, είναι άνθρακας - επομένως το ακριβές βάρος του δέντρου είναι κρίσιμο για την εκτίμηση του δασικού άνθρακα. Ουσιαστικά, ο πιο απλός τρόπος για να μετρήσετε πόσο άνθρακα περιέχει ένα δέντρο είναι να τον τοποθετήσετε σε μια ζυγαριά.
Το πρόβλημα είναι ότι το ζύγισμα των δέντρων είναι ακριβό, περίπλοκο και αντιπαραγωγικό. Εκατομμύρια δολάρια επενδύονται για την κοπή και το βάρος δεκάδων έως εκατοντάδων δέντρων, επομένως είναι σημαντικό να αξιοποιήσετε στο έπακρο τις λίγες διαθέσιμες μετρήσεις και να αποφύγετε την κοπή δέντρων, όσο το δυνατόν περισσότερο.
Οι έμμεσες εκτιμήσεις άνθρακα ενδέχεται να είναι εσφαλμένες
Η τυπική προσέγγιση για την εκτίμηση του βάρους του δέντρου (και του άνθρακα) χωρίς να τα κόψουμε είναι να αναπτυχθεί μια απλή σχέση μεταξύ της διαμέτρου του κορμού ενός δέντρου και του άνθρακα σε αυτό το δέντρο. Σε μια σειρά μεγεθών δέντρων, μια σχέση αρχίζει να αναδύεται – τα μεγαλύτερα δέντρα έχουν περισσότερο άνθρακα – και εφαρμόζουμε αυτά τα αλομετρικά σχέσεις ή αλλομετρία σε εκατομμύρια μετρήσεις διαμέτρου δέντρων παγκοσμίως. Τι συμβαίνει όμως εάν η αλλομετρία των δέντρων διασπαστεί και δεν είναι αντιπροσωπευτική του πραγματικού άνθρακα που συγκρατείται στα δέντρα;
Η αλλομετρία μπορεί να μην είναι αντιπροσωπευτική για διάφορους λόγους, αλλά το κύριο ζήτημα έγκειται στο ότι δεν υπάρχουν αρκετές μετρήσεις για τα μεγαλύτερα δέντρα. Πρέπει να διαφυλάξουμε τα δάση, ειδικά αυτά με μεγάλα δέντρα, αλλά αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν εκτιμήσεις άνθρακα για τα μεγαλύτερα πιο σημαντικά δέντρα στον πλανήτη. Χωρίς αξιολόγηση του άνθρακα που συγκρατείται στα μεγαλύτερα δέντρα, δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε με ακρίβεια τον άνθρακα που αποθηκεύεται στα παλαιότερα και ψηλότερα δάση στη Γη.
Τα λέιζερ βοηθούν στην εκτίμηση του δασικού άνθρακα
Αυτά τα ζητήματα θα μπορούσαν να λυθούν με μια μέθοδο αποτελεσματικής εκτίμησης του βάρους των δέντρων χωρίς να χρειάζεται να κοπεί άλλο δέντρο. Μια νέα τεχνολογία μπορεί να είναι το κλειδί:επίγεια σάρωση λέιζερ .
Οι επίγειοι σαρωτές λέιζερ είναι όργανα που φωτίζουν το δάσος με εκατομμύρια παλμούς λέιζερ, επιτρέποντας λεπτομερείς ανακατασκευές σε επίπεδο χιλιοστών της αρχιτεκτονικής διακλάδωσης σύνθετων δασικών περιβαλλόντων. Φανταστείτε ένα τρισδιάστατο δάσος που μπορείτε να περπατήσετε και να εξερευνήσετε με εκπληκτική λεπτομέρεια. Δημιουργούμε τρισδιάστατα μοντέλα δέντρων για να εκτιμήσουμε τον όγκο των δέντρων και, με την πυκνότητα του ξύλου, να ανακτήσουμε το βάρος του δέντρου. Τώρα έχουμε τη δυνατότητα να ζυγίζουμε με ακρίβεια τα δέντρα με λέιζερ και να βελτιώνουμε τις υπάρχουσες εκτιμήσεις του παγκόσμιου δασικού άνθρακα.
Οι εκτιμήσεις για τον άνθρακα των δασών μπορεί να είναι λανθασμένες. Γιατί και τι μπορεί να γίνει;
Χρησιμοποιήσαμε αυτή τη νέα μέθοδο για να θέσουμε δύο βασικές ερωτήσεις:είναι ακριβής η τρέχουσα αλλομετρία δέντρων και, εάν όχι, πώς μπορούμε να τη βελτιώσουμε με επίγεια σάρωση λέιζερ;
Τα δάση στις ΗΠΑ μπορεί να έχουν πολύ περισσότερο άνθρακα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Η νέα μας μέθοδος βρήκε 25% περισσότερο άνθρακα στα δέντρα από την παραδοσιακή προσέγγιση. Τα καλά νέα είναι ότι έχουμε ένα ακόμη μεγαλύτερο κίνητρο για τη διατήρηση των δασών για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής. Από την άλλη πλευρά, τα ευρήματά μας υποδηλώνουν επίσης ότι η αποψίλωση των δασών μπορεί να εκπέμπει πολύ περισσότερο άνθρακα από ό,τι καταλάβαμε προηγουμένως. Ουσιαστικά, ο άνθρακας που κερδίζεται και χάνεται σε ένα δάσος είναι πολύ μεγαλύτερος από ό,τι περιμέναμε.
Χρειαζόμασταν επίσης να γνωρίζουμε τι κάνει μια υψηλής ποιότητας αλλομετρική σχέση για την πιο ακριβή εκτίμηση του δασικού άνθρακα. Εν ολίγοις, βρήκαμε μια σαφή ανάγκη για πολλά περισσότερα βάρη σε κάθε μέγεθος δέντρου που είναι δυνατόν να έχουμε αμερόληπτη αλλομετρία. Τι συμβαίνει όταν μας λείπουν αρκετά δείγματα δέντρων ή δεν συμπεριλαμβάνουμε μεγάλα δέντρα; Οι εκτιμήσεις του άνθρακα γίνονται μεροληπτικές, συχνά υποτιμώντας. Γνωρίζουμε τώρα τις ελάχιστες απαιτήσεις για τη δημιουργία της ιδανικής αλλομετρίας και γιατί οι υπάρχουσες εξισώσεις είναι προκατειλημμένες. Γιατί όμως να σταματήσουμε εκεί; Με αυτή τη νέα μέθοδο μέτρησης των δέντρων, μπορούμε εύκολα να συλλέξουμε χιλιάδες δείγματα, δίνοντάς μας τελικά την καλύτερη δυνατή αλλομετρία για ακριβείς εκτιμήσεις του δασικού άνθρακα.
Βελτίωση του GEDI της NASA από το έδαφος
Αυτή η έρευνα συνδέεται άμεσα με την αποστολή GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) της NASA (που έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση τον Νοέμβριο του 2018) που θα μετρήσει τα δάση της Γης με δισεκατομμύρια παλμούς λέιζερ. Συνδυάζοντας αυτές τις προσεγγίσεις αιχμής επίγειας σάρωσης λέιζερ στο έδαφος με τις μετρήσεις της δασικής δομής του GEDI από το διάστημα, θα δημιουργήσουμε τον πιο λεπτομερή και ακριβή χάρτη του παγκόσμιου δασικού άνθρακα. Αναλυτικά τα αναμενόμενα αποτελέσματα από την εργασία μας σε μια πρόσφατη μελέτη με τίτλο "Βελτιωμένη βαθμονόμηση και επικύρωση βιομάζας με επίγειο LiDAR:Implications for Future LiDAR and SAR Missions", στο περιοδικό IEEE JSTARS .
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο «Αξιολόγηση της επίγειας σάρωσης λέιζερ για την ανάπτυξη μη καταστροφικής αλλομετρίας βιομάζας», που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Forest Ecology and Management. Αυτή η εργασία διεξήχθη από την Atticus E.L. Stovall από το University of Virginia και το Smithsonian Conservation Biology Institute, Kristina J. Anderson-Teixeira από το Smithsonian Conservation Biology Institute and the Smithsonian Tropical Research Institute, και Herman H. Shugart από το University of Virginia.
Πετάξτε μέσα από ένα εικονικό δάσος που δημιουργήθηκε με επίγεια σάρωση λέιζερ
https://youtu.be/tcNYcPK267A
https://youtu.be/XRTFY3q2d3o
Σχετικές εργασίες:
- Stovall, A.E.L., Anderson-Teixeira, K.J., Shugart, H.H., 2018β. Αξιολόγηση της επίγειας σάρωσης λέιζερ για την ανάπτυξη μη καταστροφικής αλλομετρίας βιομάζας. Δασική Οικολογία και Διαχείριση 427, 217–229. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.06.004
- Stovall, A.E.L., Shugart, H.H., 2018. Βελτιωμένη βαθμονόμηση και επικύρωση βιομάζας με επίγειο LiDAR:Implications for Future LiDAR and SAR Missions. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing Preprint, 1–11. https://doi.org/10.1109/JSTARS.2018.2803110
- Stovall, A.E.L., Anderson-Teixeira, K.J., Shugart, H.H., 2018a. Εκτιμήσεις μη καταστροφικής ξυλώδους βιομάζας που προέρχονται από το LiDAR για 10 είδη σκληρού ξύλου στη Βιρτζίνια. Στοιχεία εν συντομία. https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.06.046
- Stovall, A.E.L., Vorster, A.G., Anderson, R.S., Evangelista, P.H., Shugart, H.H., 2017. Μη καταστροφική εκτίμηση υπέργειας βιομάζας κωνοφόρων δέντρων με χρήση χερσαίου LiDAR. Remote Sensing of Environment 200, 31–42. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.08.013
