一项革命性的技术正在解开森林的秘密

一种新的成像系统使用了一套机载传感器,能够以惊人的速度提供详细的热带森林的三维图片——包括它们包含的物种和它们储存的二氧化碳量。这些进步可能会在保护世界上被围困的热带雨林方面发挥关键作用。

今年夏天,在秘鲁亚马逊雨林的上空,一组科学家和技术人员利用一种开拓性的技术进行了一项雄心勃勃的实验。他们部署了一对每秒发送40万个脉冲的扫描激光,以及一个成像光谱仪,可以探测7000英尺以下的单个植物和树木的化学和光反射特性,研究人员能够立即收集到大量关于飞机下方未被探索的云雾森林区域的信息。188最新下载地址

由格雷格·阿斯纳构思,一位科学家卡内基科学研究所这个新系统被称为AToMS或the机载分类测绘系统——有可能改变热带森林研究的现状

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卡耐基航空天文台秘鲁森林

卡内基机载天文台
CAO仪器揭示了热带森林的三维结构和化学多样性

进行的。通过结合几个突破性技术,艾斯纳尔和他的同事可以捕获个体树的详细图片的速度每分钟500000或更多,使他们能够创建一个高分辨率,物理结构的三维地图的森林,以及化学和光学特性。在秘鲁,科学家们不仅希望确定埋藏在地下的树种,还希望衡量生态系统如何应对去年的干旱——亚马逊有记录以来最严重的干旱——并帮助秘鲁建立一个更好的机制来监测森林砍伐和退化。

阿斯纳的新系统,在所谓的卡内基机载天文台在未来的几十年里,它也将在全球林业中发挥重要作用。这项技术可以帮助减轻森林砍伐和不同形式的森林管理所产生的碳排放的不确定性,这两者都是至关重要的新兴的REDD政策(减少因砍伐森林和森林退化而产生的排放),旨在补偿热带国家保护其森林的联合国方案。

“整个想法是测量植物生态学家在地面上评估生物多样性时所测量的每一样东西,”阿斯纳在飞越亚马逊云雾森林时说。188金博网注册就送188阿斯纳目前正在帮助美国国家科学基金会开发一架使用这套监测技术的飞机,并正在与美国宇航局就将该系统装备到卫星上进行谈判。

这些传感器能探测到数十种化学信号,并能区分单个植物种类。

阿斯纳使用的关键技术之一是激光雷达(LiDAR),它使用两种强大的激光穿透树冠植被,到达森林地面,并传回关于森林结构的大量信息。根据飞机的海拔高度,传感器可以以10厘米到1米的分辨率绘制森林地图,足以“看到”林下灌木和树冠上的附生植物。激光雷达还可以很好地测量地上生物量,或森林植被中存储的碳量。它还可以检测水面高度,以确定水域和水道。

然而,要真正了解一个生态系统,科学家需要了解更多关于它的特征,包括肉眼无法观察到的方面。这正是阿斯纳的CAO真正与众不同之处,它使用了由美国宇航局喷气推进实验室的工程师制造的新开发的传感器,可以探测到
数十种信号,包括光合色素浓度,叶片含水量,防御化合物,如酚类,结构化合物,如木质素和纤维素,以及磷和其他微量营养素-所有这些都可以用来建立标记来区分单个植物物种,以及其他测量森林状况的方法。其结果是,使用所谓的VSWIR成像光谱仪,一个系统可以描绘一个森林的化学和光谱属性,一个森林可能有超过200种树木在一公顷。

阿斯纳说:“当树叶与阳光相互作用时,这些化合物会以不同的模式和速率弯曲、伸展和振动。”“这些不同的速率导致了不同的光散射。光谱仪捕捉到了这些信号,我们能够从这些信号推断出化学物质。”

但是为了让CAO准确地评估生物多样性,Asner的团队必须首先做基础工作,188金博网注册就送188创建一个关于各种植物的化学和光谱特性的数据库,然后将这些数据输入CAO的单个植物物种信息库。然后将这些数据与CAO的各种传感器收集的数据进行关联。在亚马逊,阿斯纳和他的团队进行了广泛的实地工作,汇编了近5000种植物的信息。“我们有世界上最好的爬树团队,”阿斯纳说。“他们一天可以爬75棵树,进行完整的采样。”

搭载该系统的飞机可以让阿斯纳的团队绘制非常大的区域,有时一天超过4.9万公顷(12万英亩)。2009年,阿斯纳使用该系统的一个较老的、不那么复杂的版本,绘制了430万公顷的秘鲁马德雷德迪奥斯地区的地图。现在他正在更大规模地研究:几乎整个秘鲁亚马逊地区。之后,他去了哥伦比亚和巴拿马。

阿斯纳说:“我们正在研究那些从未被列188金博网注册就送188入科学地图的地区的生物多样性。”