2018 年，美國航天局將發射雷射進入太空，以評估世界上的樹木。
這並非美國宇航局首次涉足雷射雷達技術——向物體發射雷射並記錄返回的光線——但這將是該機構首次發射專門用於測量森林複雜結構的雷射。
該任務的目標，恰如其分地命名為 GEDI，即全球生態系統動力學調查雷射雷達的首字母縮寫，是繪製從樹幹到樹冠的森林地圖，或者換句話說，測量世界森林的體積並在 3D 中視覺化它們。
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透過將木材中儲存的碳量資料與 GEDI 的測量結果相結合，研究人員希望首次彙編出森林中儲存的碳的可靠估計。
“這絕對會改變遊戲規則，”NASA 戈達德太空飛行中心的博士後研究員勞拉·鄧肯森說，她負責 GEDI 團隊的工作。“雷射雷達是唯一可以穿透森林地面並估算碳的技術。”
據估計，全球森林吸收了當前溫室氣體排放總量的 10% 到 14%。包括森林在內的土地利用部門的活動以及農業和土地利用變化約佔全球溫室氣體排放量的 24%。許多統計排放量的研究人員承認，如果沒有森林的碳封存，世界幾乎不可能將升溫幅度控制在商定的 2 攝氏度閾值以下。
但並非所有森林的碳儲存能力都相同。此外，隨著森林資源豐富的國家考慮如何實現去年年底在巴黎氣候談判中提出的氣候目標，瞭解碳在它們的樹木中儲存的位置和方式將變得越來越重要。
許多人希望 GEDI 將開啟森林和碳繪圖的下一個前沿領域。
技術促進增長
據專家稱，在過去的幾年中，森林碳監測和繪圖領域已經擴大並且發展迅速。
聯合國支援的減少發展中國家毀林和森林退化造成的排放（REDD+）計劃越來越受歡迎，這推動了對世界森林中儲存的碳的基線資料和監測的需求。與此同時，計算能力、衛星數量和遙感技術的成本都得到了快速提高。
世界資源研究所的線上互動森林資料專案“全球森林觀察”的研究經理南希·哈里斯說：“技術使我們能夠走得更遠。可能甚至在不到 10 年前，我們還依賴於糧農組織每五年報告一次的關於森林生物量和麵積資訊的資料。”
森林界的人士長期以來一直致力於測量森林和森林砍伐並估算碳。眾所周知，巴西政府在 1980 年代面臨亞馬遜地區令人擔憂的森林流失率，在 1990 年代宣佈了一項開始監測森林砍伐的計劃，同時當局也打擊了那些砍伐森林的人。
在 2000 年代初期，巴西政府推出了多個旨在檢測森林砍伐的計劃，其中包括 DETER，這是一個基於衛星的監測系統，可以每月檢測森林覆蓋率的變化。
透過使用監測技術，巴西政府自 2004 年以來森林砍伐率降低了約 80%，儘管目前森林砍伐率再次上升。
長期以來一直用於視覺化森林資料的另一個工具是全球森林觀察。哈里斯說，該平臺成立於 1997 年，目標是揭開資料的神秘面紗，並將其轉換為決策者可以使用的格式。上週，該平臺宣佈了新的 GLAD（全球土地分析和發現）警報系統，該系統可在不到一週的時間內檢測到秘魯、剛果共和國和印度尼西亞婆羅洲的樹木覆蓋損失。
華盛頓特區智庫全球發展中心的資深研究員弗朗西斯·西摩說：“全球森林觀察使任何擁有筆記型電腦和網際網路連線的人都可以訪問資料。”
但真正的轉折點發生在兩年前。
一位科學家如何改變森林監測
2013 年，馬里蘭大學地理科學系的教授馬修·漢森發表了一個數據集，該資料集使用從陸地衛星計劃拍攝的影像，該計劃是美國執行時間最長的衛星計劃，收集了數百萬張地球表面的影像。
漢森也在 GEDI 團隊工作，他長期以來對遙感資料感興趣，並使用遙感資料繪製大規模土地變化圖，尤其是森林。
在《科學》雜誌上發表的“漢森資料”是第一個全球森林資料集，以高解析度顯示了 2000 年至 2012 年之間的森林損失情況。以前的森林變化趨勢是使用 MODIS 衛星的資料測量的，其解析度在 250 到 300 米之間。例如，Landsat 8 是該計劃中最新發射的衛星，它以 30 米的空間解析度拍攝影像。
漢森和他的團隊一直在使用 MODIS 資料和氣象儀器拍攝的影像進行練習。當他們有能力時，他們會使用來自陸地衛星的更高解析度的影像。
然後，八年前，美國宇航局開放了陸地衛星檔案。
哈里斯說：“馬特·漢森資料集是監測森林方式的一種正規化轉變。”
西摩補充說，透過像全球森林觀察這樣的平臺以及漢森資料的釋出，現在幾乎所有國家都可以像十年前的巴西一樣訪問資料。
西摩說：“他們現在在開發國家監測系統時所做的工作是根據他們國家的情況進行調整。這些資料雖然全面且規模龐大，但將使建立參考水平和衡量森林隨時間變化的情況變得容易得多。”
漢森認為，計劃從 GEDI 收集的資料是實施任何森林政策的“支柱”，無論該政策是繪製碳地圖、恢復退化土地還是保護生物多樣性。
GEDI 將在國際空間站上至少停留兩年。美國宇航局戈達德太空飛行中心開發的三個雷射器將分佈在 14 條路徑上，並且能夠收集北緯 50 度和南緯 50 度之間陸地的資料，其中包括地球上幾乎所有的熱帶和溫帶森林。
漢森說：“我們在全球範圍內管理森林資源的程度，來自 GEDI 和其他任務的資料將至關重要。”
仍然需要愛樹人士
儘管技術已經突飛猛進，但仍然需要美國宇航局的鄧肯森所謂的“專業愛樹人士”。
為了使碳測量準確，在某個時間點，必須有人走到森林裡，並真正地擁抱一棵樹。這可以作為測量樹的直徑的方法。然後，研究人員估計高度並記錄其物種。在某個時候，科學家會校準一個物種中儲存了多少碳。這些資料用於幫助校準從衛星和雷射雷達系統獲取的測量值。
在遙感儀器出現之前，實地測量是唯一可用於嘗試測量森林碳的工具。
不過，如今，透過將兩者結合起來，科學家們正在獲得更加準確的資料。儘管如此，仍然需要更多的實地工作。
鄧肯森說：“GEDI 是最好的新技術，但獲得更好的實地碳估計值也至關重要。”
此外，衛星在測量地下儲存的碳方面做得不好，例如在印度尼西亞的泥炭地中發現的碳，這是科學家們正在努力解決的問題。
目前，正在透過印度尼西亞政府和戴維和露西爾·帕卡德基金會聯合舉辦的獎金競賽接受研究提案，該競賽旨在尋找一種更準確，更快速的方法來繪製印度尼西亞富含碳的泥炭地的範圍和深度。
衛星也無法分辨是什麼原因導致森林覆蓋率的變化。目前正在努力透過一個名為 LandMark 的平臺繪製土著人民的土地權和邊界圖。
西摩在談到實地測量時說：“人們越來越感覺到，僅僅因為我們擁有這些資料，並不意味著我們應該放棄擁抱樹木。森林變化不僅發生在生物物理現實中，也發生在地面上的社會現實中。”
而且，不僅僅是美國宇航局對提升森林繪圖技術感興趣。歐洲航天局預計將在 2020 年發射 Biomass 衛星，該衛星專門用於繪製熱帶森林地圖。多個機構也計劃發射使用雷達技術的任務。
哈里斯說：“長期以來，我們一直侷限於對世界的這種二維視角，因此繪製樹冠結構將非常酷。這提供了一個很好的機會。如果只有一個數據集，您不必質疑什麼是正確的，但是隨著您獲得越來越多的資料，關鍵將是以一種允許洞察力的方式使用這些資料。”
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