NASA supercomputing study breaks ground for tree mapping, carbon research

Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда NASA и их международные коллеги представили новый метод картирования местоположения и размеров деревьев, растущих вне лесов. Они обнаружили миллиарды деревьев в аридных и семиаридных регионах, заложив основу для более точного глобального измерения запасов углерода на суше.

Используя мощные суперкомпьютеры и алгоритмы машинного обучения, команда нанесла на карту диаметр кроны более 1.8 миллиарда деревьев на площади более 500 000 квадратных миль (1 300 000 км²). Было показано, как диаметр, покрытие и плотность крон деревьев меняются в зависимости от количества осадков и характера землепользования. Это технологический прорыв: традиционные методы анализа заняли бы месяцы или годы, тогда как новое исследование — всего несколько недель. Эта работа — первая в серии, цель которой не только картировать отдельно стоящие деревья, но и рассчитать количество углерода, который они запасают.

Многие текущие методы изучения углерода в биомассе включают только леса, но не отдельные деревья или небольшие группы. Деревья являются углеродными "поглотителями", а их сохранение важно для смягчения изменения климата. Команда использовала коммерческие спутниковые снимки DigitalGlobe (QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2, WorldView-3), достаточно детальные, чтобы различать отдельные деревья. Исследование охватило засушливые районы на южной границе пустыни Сахара.

"С точки зрения углеродного цикла, эти засушливые районы плохо изучены. Это белое пятно на картах", — сказал Мартин Брандт, ведущий автор исследования из Копенгагенского университета.

Алгоритм глубокого обучения (полносверточная нейронная сеть) был запущен на суперкомпьютере Blue Waters. Его обучили, вручную пометив почти 90 000 деревьев на различных типах местности. После проверки точности программа проанализировала всю область и выявила более 1.8 миллиарда деревьев — неожиданно большое количество для региона, считавшегося малолесистым.

Будущие исследования на этой основе, с привлечением данных миссий NASA GEDI и ICESat-2 для измерения высоты и биомассы, позволят оценить запас углерода в изолированных деревьях. Это откроет новые возможности для понимания углеродного цикла и практических мер по его восстановлению.