Die GEDI-Mission der NASA hat mit der Veröffentlichung ihres neuesten Datenprodukts, das die erste nahezu globale Schätzung der oberirdischen Waldbiomasse und des darin gespeicherten Kohlenstoffs liefert, einen wichtigen Meilenstein erreicht und damit eine wichtige Lücke in der Klimaforschung geschlossen.
Die Daten ermöglichen die Erforschung, wie sich die Wälder der Erde verändern, welche Rolle sie beim Klimaschutz spielen und welche regionalen und globalen Auswirkungen das Pflanzen und Fällen von Bäumen hat.
Mit dem neuen Datenprodukt von GEDI, der Global Ecosystem Dynamics Investigation, können Ökosystem- und Klimaforscher ihre Interessensgebiete schnell lokalisieren und Waldstruktur und Kohlenstoffgehalt genauer als bisher untersuchen.
Die Veröffentlichung des neuen Biomasseprodukts erfolgt, da sich GEDI innerhalb einer einjährigen Missionsverlängerung befindet, und stellt den Höhepunkt entscheidender Fortschritte in der weltraumgestützten Lidar-Forschung (eine Art Laser) dar.
Kohlenstoffzählung in den Wäldern der Erde
GEDI ist ein hochauflösendes Lidar-Instrument, das speziell zur Messung der Vegetation entwickelt wurde. Von seinem Aussichtspunkt an Bord der Internationalen Raumstation aus sendet GEDI Laserpulse schnell von den Bäumen und Sträuchern darunter, um detaillierte 3D-Karten von Wäldern und Landformationen zu erstellen. Das resultierende Datenprodukt, das mit einer Auflösung von 1 km (0,39 Quadratmeilen) verarbeitet und gerastert wurde, ermöglicht es Forschern, Fragen zu Waldökosystemen, Lebensräumen von Tieren, Kohlenstoffgehalt und Klimawandel zu untersuchen.
In den ersten drei Jahren im Orbit hat GEDI Milliarden von Messungen zwischen 51,6 Grad nördlicher und südlicher Breite (ungefähr die Breitengrade von London bzw. den Falklandinseln) erfasst.
Das neue Datenprodukt kombiniert Daten von GEDI mit luft- und bodengestützten Lidars, um eine globale Biomassekarte zu erstellen, die die Menge an Vegetation in einem Gebiet aufzeigt.
Die Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) ist ein Vollwellenform-Lidar-Instrument, das detaillierte Beobachtungen der dreidimensionalen Struktur der Erdoberfläche liefert. GEDI misst präzise die Höhe der Baumkronen, die vertikale Struktur der Baumkronen und die Oberflächenhöhe, was unser Verständnis der globalen Kohlenstoff- und Wasserkreislaufprozesse, der Biodiversität und des Lebensraums verbessert. Bildnachweis: NASA
„Ein großer Unsicherheitsbereich ist, dass wir nicht wissen, wie viel Kohlenstoff in den Wäldern der Erde gespeichert ist“, sagte Ralph Dubayah, Hauptforscher von GEDI und Professor für Geographie an der University of Maryland. Bäume ziehen Kohlenstoff aus der Atmosphäre, um ihr Wachstum anzutreiben. Wissenschaftler müssen jedoch wissen, wie viel Kohlenstoff Wälder speichern, damit sie vorhersagen können, wie viel durch Abholzung oder Waldbrände freigesetzt wird. Etwa die Hälfte der pflanzlichen Biomasse besteht aus Kohlenstoff.
Das neue Produkt von GEDI ist nicht das erste globale Biomasseprodukt, aber es ist das erste, das gut beschriebene Unsicherheiten für seine Schätzungen unter Verwendung fortschrittlicher statistischer Modelle enthält. Das bedeutet, dass die Biomasseschätzungen von GEDI auch ein Gefühl dafür vermitteln, wie genau diese Messungen sind. „Das heißt, für jede 1-Kilometer-Schätzung der durchschnittlichen Biomasse weiß die Mission, wie zuverlässig diese Schätzung ist“, sagte Dubayah.
Das GEDI-Team hat seine Ergebnisse mit Waldbestandsverzeichnissen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und den Waldbestands- und Analysedaten des US Forest Service verglichen und festgestellt, dass die Biomasseschätzungen von GEDI im Vergleich zu beiden günstig waren. Fälle, in denen das GEDI-Produkt von den Inventaren abweicht, zeigen Möglichkeiten für weitere Untersuchungen und Kalibrierungen auf.
„Wir können diesen Rahmen anwenden, um die Biomasse für ganze Länder zu schätzen – zum Beispiel haben viele Länder in den pantropischen Regionen keine nationalen Waldinventare“, sagte John Armston, GEDIs Leiter für Validierung und Kalibrierung und außerordentlicher Forschungsprofessor an der Universität von Maryland. „Jetzt haben wir die Mittel, um eine Schätzung der oberirdischen Biomasse mit bekannter Unsicherheit bereitzustellen, die zur Unterstützung der Klimaberichterstattung und einer breiten Palette von Anwendungen verwendet werden kann.“
In vielen Ländern der Welt, sagte Armston, gebe es großes Interesse daran, GEDI zu verwenden, um Wald- und Walddefinitionen für die Kohlenstoffüberwachung zu untersuchen, aber auch um die Ökosystemstruktur für Biodiversitätsbewertungen zu charakterisieren.
„Die Auflösung der Struktur verschiedener Wald- und Waldökosysteme mit viel größerer Sicherheit wird nicht nur der Schätzung des Kohlenstoffbestands zugute kommen, sondern auch unserem Verständnis ihres ökologischen Zustands und der Auswirkungen verschiedener Landbewirtschaftungspraktiken“, sagte er.
Grundstein für künftige Missionen legen
Das Team wird seine Biomasseschätzungen auch in Zukunft weiter verfeinern und hat die Mission bis Januar 2023 verlängert, um Zeit zu haben, noch mehr Daten zu sammeln. Darüber hinaus hat die Internationale Raumstation kürzlich ihre Umlaufbahn von 262 Meilen (421 Kilometer) über der Erdoberfläche auf etwa 258 Meilen (417 Kilometer) angepasst. Die niedrigere Umlaufbahn ermöglicht GEDI eine einheitlichere Abdeckung, was weniger Lücken in seinen Daten von Ost nach West bedeutet und der Mission einen vollständigeren Überblick über die gemäßigten und tropischen Wälder der Erde gibt.
„Da GEDI bis 2023 Daten sammeln kann, nähern wir uns der Datensammlung gleichzeitig mit der nächsten Generation von Lidar- und Radarmissionen – wie NISAR (NASA-ISRO SAR, Start 2024)“ sagte Laura Duncanson, Assistenzprofessorin an der University of Maryland und eine der Forschungswissenschaftlerinnen von GEDI. „Die besten Produkte werden am Ende nicht nur auf GEDI basieren, sondern auf einer Kombination von Satellitendatenquellen.“