NASA:s Global Ecosystem Dynamics Investigation-uppdrag (GEDI) släppte sin första allmänt tillgängliga data den 21 januari, 2020, ge forskare tillgång till mätningar av skogar runt om i världen.

GEDI (uttalas som Jedi av "Star Wars" berömmelse) kartlägger jordens skogar från ombord på den internationella rymdstationen, använder sina tre lasrar för att konstruera detaljerade 3-dimensionella (3-D) kartor över skogens höjd och fördelningen av grenar och löv i skogen. Genom att noggrant mäta skogar i 3D, GEDI-data spelar en viktig roll för att förstå hur mycket biomassa och kolskogar lagrar och hur mycket de förlorar när de störs – viktig information för att förstå jordens kolcykel och hur den förändras. Data från uppdraget kan också användas för att studera växt- och djurmiljöer och biologisk mångfald, och hur dessa kan förändras över tiden.

Det första datasläppet innehåller de första åtta veckorna av GEDI-data:Hundratals miljoner datapunkter, täcker jordklotet mellan södra Kanada och spetsen av Sydamerika. När den når sin andra födelsedag, GEDI kommer att ha samlat in uppskattningsvis 10 miljarder laserobservationer, representerar den mest omfattande globala satellitdatauppsättningen om skogsstruktur som någonsin producerats.

"Befintliga pantropiska biomassakartor använder laserdata som förvärvades för nästan 15 år sedan och baserades på mindre än 5 miljoner laserobservationer totalt, sa Ralph Dubayah, GEDI:s huvudforskare och professor i geografiska vetenskaper vid University of Maryland. "GEDI samlar in 6 miljoner laserobservationer varje dag. Så över tropikerna, vi har redan samlat in ungefär två storleksordningar mer data än vad som var "state-of-the-art" tidigare."

Det som gör GEDI unikt är mer än bara dess antal mätningar, dock. GEDI har en förmåga att "se" in i skogen bättre än något annat rymdburet instrument. Den använder ljusdetektion och avståndsintervall (LIDAR), som studsar snabba laserpulser från föremål för att upptäcka deras 3D-position och form, hur radar upptäcker former genom att studsa radiovågor.

"Mätningar över vegetation är utmanande, sa Bryan Blair, GEDI:s biträdande huvudutredare och instrumentforskare. "För att göra dessa exakta höjdmätningar, vi använder en teknik som kallas vågform LIDAR som kartlägger skogarnas 3D-struktur. För att göra detta korrekt, vi behöver penetrera genom taket och se en ibland mycket svag marksignal. Vi har använt denna mätning från flygplan i mer än 25 år, men när du implementerar det i rymden, du måste vara mycket effektiv med resurser som massa och kraft och du kan inte göra sensorn för komplex eller dyr."

GEDI:S LIDAR, Blair sa, använder flera unika teknologier inklusive lättvikts-, energieffektiva lasrar och innovativ optik som delar upp och skannar lasrarna i flera strålar, öka täckningen utan att lägga till vikt. Instrumentet kan också rotera för att peka på specifika spår på marken, så att GEDI kan ta prover på så mycket som möjligt av skogen.

GEDI:s syn på en skog framstår som en samling vågformer som visar trädtopparna, marken, och grenarna, löv och öppet utrymme däremellan. Sätta ihop, samlingar av vågformer börjar visa skogens struktur – inte bara vertikalt, men även horisontellt. Detta gör det möjligt för forskare att beräkna mängden biomassa och kol som finns i ett visst skogsområde.

Data om skogarnas vertikala struktur är en nyckel som saknas för studier av biomassa och biologisk mångfald, sa Dubayah. Med en global karta över massan som finns i skogsträdstammar, grenar och löv, forskare kan uppskatta hur mycket kol olika skogsområden innehåller och hur det förändras över tiden. Genom att kombinera GEDI-data med andra satellitdatakällor, det är möjligt att uppskatta hur skogsbiomassan har förändrats tidigare och hur den kan komma att förändras i framtiden.

"Mängden kol som hålls i markytan av träd, och hur det har förändrats över tiden genom störningar och efterföljande återväxt, är den minst förstådda aspekten av den globala kolcykeln, ", sa Dubayah. "Tills vi vet hur mycket kol det för närvarande finns i jordens skogar, och hur det har förändrats under de senaste 20-30 åren, vi kommer att ha svårt att förutsäga hur mycket mer kolskogar kommer att fortsätta att absorbera i framtiden, och vilken roll de kommer att spela för att hjälpa till att mildra eller påskynda atmosfäriska koldioxidkoncentrationer."

Forskare kommer också att kunna ta sina kartor ett steg längre och modellera biologisk mångfald runt om i världen och över tid, han lade till. GEDI samarbetar med offentliga och privata organisationer som är dedikerade till att forska och skydda vilda djur runt om i världen.

"Genom att ha vertikal strukturdata överallt, vi kan upptäcka samband mellan den strukturen och arternas mångfald och överflöd, och livsmiljökvalitet, ", sade han. "Detta borde också göra det möjligt för oss att identifiera biologiska och bevarande hotspots."

Teamet kommer att fortsätta att kalibrera data mot luftburen LIDAR-data och göra GEDI:s algoritmer mer exakta, i många fall med hjälp av forskare från hela världen som använder data, sa laget.

"Det hela är väldigt spännande!" sa Michelle Hofton, en co-utredare med GEDI och forskningsprofessor vid University of Maryland. "Det är förmågan att se globalt på skogens struktur på ett exakt sätt som gör att vi kan se så många olika förhållanden i skogarna. Och det är ofta på platser vi inte har kunnat gå med luftburna instrument. Nu kan vi se olika delar av dessa områden var 90:e minut. Det är fantastiskt!"

GEDI finansieras av NASA:s Earth Ventures-program, som konkurrenskraftigt väljer lågkostnadsuppdrag för att ta upp en mängd olika geovetenskapliga ämnen. GEDI valdes ut som kostnadsbegränsat uppdrag för 94,6 miljoner dollar, och har lyckats inte bara hålla sig inom budget, men även lansera tidigt.

"Jag är så imponerad att vi kunde starta uppdraget till denna anmärkningsvärt låga kostnad, sex månader före schemat, och har nu nästan ett år med nästan felfri drift, " sa Dubayah. "Till mig, det är en fantastisk prestation och återspeglar excellens hos våra NASA Goddard ingenjörspartners och hela GEDI Science Team."