La mission Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) de la NASA a publié ses premières données accessibles au public le 21 janvier 2020, donner aux chercheurs l'accès aux mesures des forêts du monde entier.

GEDI (prononcé comme le Jedi de la renommée de "Star Wars") surveille les forêts de la Terre depuis la Station spatiale internationale, utilisant ses trois lasers pour construire des cartes détaillées en 3 dimensions (3D) de la hauteur du couvert forestier et de la distribution des branches et des feuilles dans la forêt. En mesurant avec précision les forêts en 3D, Les données GEDI jouent un rôle important dans la compréhension de la quantité de biomasse et des forêts de carbone emmagasinées et de ce qu'elles perdent lorsqu'elles sont perturbées - des informations vitales pour comprendre le cycle du carbone de la Terre et son évolution. Les données de la mission peuvent également être utilisées pour étudier les habitats végétaux et animaux et la biodiversité, et comment ceux-ci peuvent changer au fil du temps.

La première publication de données contient les huit premières semaines de données GEDI :des centaines de millions de points de données, couvrant le globe entre le sud du Canada et la pointe de l'Amérique du Sud. Au moment où il atteint son deuxième anniversaire, GEDI aura collecté environ 10 milliards d'observations laser, représentant l'ensemble de données satellitaires mondial le plus complet jamais produit sur la structure des forêts.

"Les cartes de biomasse pantropicales existantes utilisent des données laser acquises il y a près de 15 ans et étaient basées sur moins de 5 millions d'observations laser au total, " dit Ralph Dubayah, Chercheur principal du GEDI et professeur de sciences géographiques à l'Université du Maryland. « GEDI collecte chaque jour 6 millions d'observations laser. Ainsi, au-dessus des tropiques, nous avons déjà collecté environ deux ordres de grandeur de plus de données que ce qui était "à la pointe de la technologie" auparavant."

Ce qui rend GEDI unique, c'est bien plus que son nombre de mesures, toutefois. GEDI a la capacité de « voir » dans la forêt mieux que tout autre instrument spatial. Il utilise la détection et la télémétrie de la lumière (LIDAR), qui fait rebondir des impulsions laser rapides sur des objets pour détecter leur emplacement et leur forme en 3D, la façon dont le radar détecte les formes en faisant rebondir les ondes radio.

« Les mesures sur la végétation sont difficiles, " a déclaré Bryan Blair, Chercheur principal adjoint et scientifique des instruments de GEDI. "Pour effectuer ces mesures de hauteur précises, nous utilisons une technique appelée forme d'onde LIDAR qui cartographie la structure 3D des forêts. Pour le faire avec précision, nous devons pénétrer à travers la canopée et voir un signal au sol parfois très faible. Nous utilisons cette mesure à partir d'avions depuis plus de 25 ans, mais lorsque vous implémentez cela dans l'espace, vous devez être très efficace avec des ressources telles que la masse et la puissance et vous ne pouvez pas rendre le capteur trop complexe ou coûteux."

LIDAR de GEDI, Blair a dit, utilise plusieurs technologies uniques, y compris la légèreté, des lasers économes en énergie et des optiques innovantes qui divisent et scannent les lasers en plusieurs faisceaux, augmenter la couverture sans ajouter de poids. L'instrument peut également pivoter pour pointer sur des pistes spécifiques au sol, lui permettant de s'assurer que GEDI échantillonne autant de forêt que possible.

La vue GEDI d'une forêt apparaît comme une collection de formes d'onde qui montrent la cime des arbres, le sol, et les branches, feuilles et espace ouvert entre les deux. Mettre ensemble, des collections de formes d'onde commencent à montrer la structure de la forêt, non seulement verticalement, mais aussi horizontalement. Cela permet aux scientifiques de calculer la quantité de biomasse et de carbone contenue dans une zone de forêt donnée.

Les données sur la structure verticale des forêts sont une pièce manquante clé pour les études sur la biomasse et la biodiversité, dit Doubayah. Avec une carte globale de la masse contenue dans les troncs d'arbres forestiers, branches et feuilles, les chercheurs peuvent estimer la quantité de carbone que contiennent les différentes zones forestières et son évolution dans le temps. En combinant les données GEDI avec d'autres sources de données satellitaires, il est possible d'estimer comment la biomasse forestière a changé dans le passé et comment elle pourrait changer à l'avenir.

« La quantité de carbone retenue à la surface des terres par les arbres, et comment il a changé au fil du temps par la perturbation et la repousse ultérieure, est l'aspect le moins compris du cycle mondial du carbone, " a déclaré Dubayah. " Jusqu'à ce que nous sachions combien de carbone il y a actuellement dans les forêts de la Terre, et comment cela a changé au cours des 20-30 dernières années, nous aurons du mal à prédire combien les forêts de carbone continueront d'absorber à l'avenir, et quel rôle ils joueront pour aider à atténuer ou à accélérer les concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère."

Les chercheurs pourront également aller plus loin dans leurs cartes et modéliser la biodiversité dans le monde et dans le temps, il ajouta. GEDI s'associe à des organisations publiques et privées dédiées à la recherche et à la protection de la faune dans le monde.

"En ayant des données de structure verticale partout, nous pouvons repérer les relations entre cette structure et la diversité et l'abondance des espèces, et la qualité de l'habitat, ", a-t-il déclaré. "Cela devrait également nous permettre d'identifier les points chauds biologiques et de conservation."

L'équipe continuera à calibrer les données par rapport aux données LIDAR aéroportées et à rendre les algorithmes de GEDI plus précis, dans de nombreux cas avec l'aide de chercheurs du monde entier utilisant les données, dit l'équipe.

"C'est très excitant !" dit Michelle Hofton, un co-chercheur avec GEDI et professeur de recherche à l'Université du Maryland. « C'est la capacité d'observer globalement la structure de la forêt d'une manière précise qui nous permet de voir une telle variété de conditions de canopée forestière. Et c'est souvent dans des endroits que nous n'avons pas pu aller avec des instruments aéroportés. Maintenant, nous pouvons voir différentes portions de ces zones toutes les 90 minutes. C'est fantastique !"

GEDI est financé par le programme Earth Ventures de la NASA, qui sélectionne de manière compétitive des missions à faible coût pour traiter une variété de sujets liés aux sciences de la Terre. GEDI a été sélectionné comme mission à coût plafonné pour 94,6 millions de dollars, et a réussi non seulement à respecter le budget, mais même lancer tôt.

"Je suis tellement impressionné que nous ayons pu lancer la mission à ce coût remarquablement bas, six mois plus tôt que prévu, et ont maintenant presque un an de fonctionnement presque sans faille, " a dit Dubayah. " A moi, c'est une réalisation incroyable qui reflète l'excellence de nos partenaires d'ingénierie Goddard de la NASA et de toute l'équipe scientifique de GEDI. »