Door NASA gefinancierde wetenschappers schatten de koolstof die is opgeslagen in Afrikaanse Dryland-bomen

[univers]

In een door NASA geleid onderzoek brachten wetenschappers bijna 10 miljard individuele bomen in kaart in semi-aride gebieden van Afrika, zoals de hier getoonde. Credit: met dank aan Martin Brandt, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken

Met behulp van commerciële satellietbeelden met hoge resolutie en kunstmatige intelligentie heeft een internationaal team, waaronder NASA-wetenschappers, bijna 10 miljard individuele bomen in de droge gebieden van Afrika in kaart gebracht om de hoeveelheid koolstof te beoordelen die is opgeslagen buiten de dichte tropische bossen van het continent. Het resultaat is de eerste uitgebreide schatting van de koolstofdichtheid van bomen in de Sahara-, Sahel- en Soedanese zones van Afrika. Het team rapporteerde zijn bevindingen op 1 maart in Nature en de gegevens zijn gratis en openbaar beschikbaar.

De onderzoekers ontdekten dat er veel meer bomen verspreid zijn over semi-aride gebieden van Afrika dan eerder werd gedacht, maar dat ze ook minder koolstof opslaan dan sommige modellen hadden voorspeld. In de nieuwe studie schatte het team dat er ongeveer 0,84 petagram koolstof is opgesloten in Afrikaanse droge gebieden; een petagram is 1 miljard ton.

Een nauwkeurige schatting van de koolstof van bomen is essentieel voor projecties van klimaatverandering, die worden beïnvloed door hoe lang bomen en andere vegetatie koolstof opslaan. Deze 'koolstofverblijftijd', zoals wetenschappers het noemen, is erg kort voor grassen en struiken, die seizoensgebonden groeien, maar veel langer voor bomen die jarenlang groeien. Weten hoeveel koolstof een landschap opslaat, is afhankelijk van precies weten wat daar groeit.


Individuele bomen geïdentificeerd in satellietbeelden, kleur in kaart gebracht door de hoeveelheid koolstof die ze bevatten. Diep paars geeft lagere koolstofgehalten aan; geel-wit geeft hogere niveaus aan.
Credits: NASA's Scientific Visualization Studio

Voorbij de uitgestrekte tropische wouden verspreid over het midden van het continent, variëren Afrikaanse landschappen van droge graslanden met een paar bomen tot savannes met her en der bomen tot meer vochtige gebieden met veel verspreide bomen. Deze verspreide boombedekking heeft het voor wetenschappers moeilijk gemaakt om het aantal bomen in deze gebieden te schatten, en er zijn vaak over- of onderschattingen geweest. Toch zijn dergelijke metingen essentieel voor inspanningen op het gebied van natuurbehoud en voor het begrijpen van de koolstofcyclus op onze planeet .


Wetenschappers brachten de schaarse boombedekking in semi-aride Afrika in kaart om beter te kunnen berekenen hoeveel koolstof wordt opgeslagen.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

"Ons team verzamelde en analyseerde koolstofgegevens tot op het niveau van de individuele boom in de uitgestrekte semi-aride regio's van Afrika of elders - iets dat voorheen alleen op kleine, lokale schaal werd gedaan", zegt Compton Tucker, hoofdwetenschapper van het project en een aardwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Eerdere op satellieten gebaseerde schattingen van boomkoolstof in de droge gebieden van Afrika zagen grassen en struiken vaak aan voor bomen. "Dat leidde tot te hoge voorspellingen van de koolstof daar."


Wetenschappers hebben de omtrek van bomen gemeten en andere metingen gedaan om het boomkroongebied in de satellietbeelden te helpen relateren aan de hoeveelheid koolstof die is opgeslagen.
Credits: Martin Brandt, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken


Veldwetenschappers meten het gebied van boomkronen en de bijbehorende massa's bladeren, wortels en wortels van elke boom in de allometrie die wordt gebruikt om te bepalen hoeveel koolstof is opgeslagen in verschillende delen van de boom. Het moeizame werk is nodig om het boomkroongebied om te zetten in koolstofschattingen van bomen.
Credits: Martin Brandt, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken

Koolstof fietst constant tussen het land, de atmosfeer, de oceaan en terug. Bomen verwijderen koolstofdioxide - een broeikasgas - uit de atmosfeer van de aarde tijdens het proces van fotosynthese en slaan het op in hun wortels, stammen, takken en bladeren. Om deze reden wordt het vergroten van het aantal bomen vaak voorgesteld als een manier om de steeds toenemende koolstofemissies te compenseren.

In de nieuwe studie gebruikte het team geavanceerde algoritmen voor machinaal leren en kunstmatige intelligentie om meer dan 326.000 commerciële satellietbeelden van de QuickBird-2-, GeoEye-1-, WorldView-2- en WorldView-3-satellieten (beheerd door Maxar Technologies) te sorteren. De onderzoekers verkregen de beelden via NASA's Center for Climate Simulation en maakten gebruik van de Explore/ADAPT Science Cloud om de beelden te organiseren en voor te bereiden op verwerking door machine learning.

Martin Brandt van de Universiteit van Kopenhagen verzamelde AI-trainingsgegevens van 89.000 individuele bomen. Collega Ankit Kariyaa, ook in Kopenhagen, paste een neuraal netwerk aan zodat computers de individuele bomen konden detecteren in afbeeldingen op een schaal van 50 centimeter met een hoge resolutie van de drogere, minder groene landschappen van Afrika.

De onderzoekers definieerden een "boom" als alles met een groene bladkroon en een aangrenzende schaduw. Hieruit hebben ze de machine learning-software getraind om de bomen te tellen tijdens miljoenen uren supercomputing op de Blue Waters-supercomputer aan de Universiteit van Illinois. Toen het team hun machine-learningresultaten vergeleek met menselijke beoordelingen van het landschap, waren de computers voor 96,5% correct in het meten van het boomkroongebied.

Uit metingen van het boomkroongebied kunnen de wetenschappers de hoeveelheid koolstof in de bladeren, wortels en hout van elke boom afleiden met behulp van allometrie - de studie van hoe de kenmerken van levende wezens veranderen met de grootte. Een groep onder leiding van Pierre Hiernaux van de Universiteit van Toulouse onderzocht 30 verschillende boomsoorten om bladmassa, houtmassa en wortelmassa te meten. Ze beoordeelden die koolstofmassa's en legden een statistische relatie vast met het boomkroongebied.

De koolstofgegevens van Afrikaanse bomen zijn openbaar beschikbaar met een door het team ontwikkelde viewer-app. Hiermee kunnen mensen elke boom in het studiegebied bekijken en de hoeveelheid koolstof die erin is opgeslagen.

Deze gegevens kunnen nuttig zijn voor wetenschappers en studenten die de koolstofcyclus bestuderen, voor beleidsmakers die inspanningen voor natuurbehoud willen verbeteren en voor boeren die willen bepalen hoeveel koolstof er op hun boerderij is opgeslagen.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... land-trees