NASA с помощью глубокого обучения и спутниковых снимков оценила углерод, запасенный 9,9 млрд деревьев

Исследовательская группа под руководством NASA использовала спутниковые снимки и методы искусственного интеллекта для картирования миллиардов отдельных крон деревьев с разрешением до 50 см. Снимки охватили обширную засушливую территорию северной Африки от Атлантического океана до Красного моря. С помощью аллометрических уравнений, основанных на предыдущих наземных исследованиях деревьев, ученые преобразовали данные изображений в оценки древесины, листвы, размера корней и запасов углерода.

Новая оценка NASA, опубликованная в журнале Nature, оказалась неожиданно низкой. В то время как типичная оценка запасов углерода региона может основываться на подсчете небольших площадей и экстраполяции результатов, продемонстрированная NASA методика учитывает только реально существующие деревья, вплоть до отдельных особей. Жюль Баяла и Мейне ван Нордвейк опубликовали в том же журнале комментарий к работе команды NASA.

Изначальное ожидание, что подсчет каждого разрозненного дерева в районах, которые предыдущие модели часто представляли нулевыми значениями, было нивелировано значительным завышением оценок в других районах в более ранних исследованиях. В предыдущих попытках с использованием спутников сельхозугодья и наземная растительность негативно влияли на оптические изображения. При использовании радаров топография, водно-болотные угодья и орошаемые территории влияли на радиолокационную обратную связь, что приводило к прогнозам более высоких запасов углерода по сравнению с текущими оценками NASA.

Исследователи применили картирование деревьев на основе глубокого обучения, вручную обученное на примерно 90 000 деревьях, к набору данных из почти 300 000 спутниковых снимков. Это позволило измерить более 9,9 млрд древесных растений, имеющих тень и площадь кроны более 3 квадратных метров. Выбирались только объекты с отчетливой площадью кроны и связанной тенью, что позволило исключить мелкие кустарники, пучки травы, камни и другие мешающие объекты.

Изученные регионы были соотнесены с четырьмя зонами количества осадков: сверхаридной, аридной, полуаридной и сухой субгумидной, поскольку осадки влияют на поглощение и хранение углерода. Хотя листва составляет лишь 3% от общей сухой массы, она использовалась как косвенный показатель для количественной оценки общей массы. Доля массы корней, составляющая в среднем 15–20% от общей массы, также была рассчитана на основе листвы.

Способность отслеживать эффективность связывания углерода может приобрести глобальное значение в борьбе с изменением климата. Лесовосстановление является одним из основных методов, к которому страны мира обязались прибегать для компенсации своего углеродного следа.