NASA menggunakan superkomputer dan AI yang kuat untuk memetakan pohon di Bumi, menemukan miliaran pohon di lahan kering di Afrika Barat.

Seorang astronot di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) menunjukkan sebagian besar negara Guinea-Bissau di Afrika Barat, sebuah foto miring yang muncul di samping negara tetangga Guinea, Gambia dan Senegal, serta Mauritania selatan. Pemandangan ini membentang dari vegetasi hutan hijau di pantai Atlantik dan iklim lembab hingga lanskap gurun Sahara yang hampir tak memiliki tumbuhan. Kredit: NASA

Ilmuwan NASAPusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard di Greenbelt, Maryland, dan kolaborator internasional telah mendemonstrasikan metode baru untuk memetakan lokasi dan ukuran pohon yang tumbuh di luar hutan, menemukan miliaran pohon di wilayah kering dan semi-kering, serta meletakkan dasar untuk dunia yang lebih akurat. pengukuran penyimpanan karbon kering.

Menggunakan superkomputer dan algoritme yang kuat untuk pembelajaran mesin, tim memetakan diameter tajuk (lebar pohon dari atas) menjadi lebih dari 1,8 miliar pohon di area seluas 500.000 kilometer persegi atau 1.300.000 kilometer persegi. Kelompok tersebut memetakan bagaimana perubahan diameter, tutupan, dan kerapatan tajuk pohon, tergantung pada curah hujan dan penggunaan lahan.

Pemetaan pohon non-hutan pada tingkat detail ini akan memakan waktu berbulan-bulan atau bertahun-tahun dengan metode analisis konvensional, kata kelompok tersebut, dibandingkan dengan beberapa minggu untuk melakukan penelitian ini. Penggunaan gambar beresolusi sangat tinggi dan kecerdasan buatan yang kuat mewakili kemajuan teknologi dalam pemetaan dan pengukuran pohon-pohon ini. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memetakan pohon non-hutan pada suatu wilayah yang luas serta memetakan jumlah karbon yang disimpannya. Untuk memahami siklus karbon Bumi dan bagaimana perubahannya dari waktu ke waktu.


Ilmuwan dan kolaborator internasional di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland menunjukkan metode baru untuk memetakan lokasi dan ukuran pohon yang tumbuh di luar hutan, menemukan jumlah pohon yang mencengangkan di kawasan semi-kering dan meletakkan fondasinya dengan lebih akurat. pengukuran global penyimpanan karbon di dalam tanah. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

Mengukur karbon di pohon

Karbon adalah salah satu bahan penyusun dasar dari semua kehidupan di Bumi, dan elemen ini bersirkulasi antara bumi, atmosfer, dan lautan melalui siklus karbon. Beberapa proses alam dan aktivitas manusia melepaskan karbon ke atmosfer, sementara proses lainnya mengeluarkannya dari atmosfer dan menyimpannya di darat atau di laut. Pohon dan tumbuhan hijau lainnya adalah “penyerap” karbon, yang digunakan untuk menumbuhkan karbon dan menyimpannya di atmosfer di batang, cabang, daun, dan akar. Kegiatan manusia, pembakaran pohon dan bahan bakar fosil, atau pembukaan lahan hutan, pelepasan karbon ke atmosfer sebagai karbon dioksida, dan peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer merupakan penyebab utama perubahan iklim.

Pakar konservasi yang bekerja untuk mengurangi perubahan iklim dan ancaman lingkungan lainnya telah berfokus pada penggundulan hutan selama bertahun-tahun, tetapi upaya tersebut tidak selalu mencakup pohon yang tumbuh di luar hutan, kata Compton Tucker, ilmuwan biosfer di divisi Ilmu Bumi Goddard NASA. Pohon-pohon ini tidak hanya penyerap karbon yang penting, mereka juga berkontribusi pada ekosistem dan ekonomi populasi manusia, hewan dan tumbuhan di sekitarnya. Namun, banyak metode saat ini untuk mempelajari kandungan karbon pohon hanya melibatkan hutan, bukan pohon yang tumbuh secara individu atau dalam kelompok kecil.

Afrika Barat Kering

Kelompok ini berfokus pada daerah kering di Afrika Barat, di bagian selatan gurun Sahara yang gersang, membentang dari Area Sahel yang semi-gersang hingga subtropis lembab. Menjelajahi berbagai lanskap dari beberapa pohon hingga kondisi hampir hutan, tim melatih algoritme komputer mereka untuk menemukan pohon dari berbagai jenis tanah, dari gurun utara hingga sabana pohon di selatan. Kredit: Studio Ilmiah Visualisasi NASA; Data Blue Marble disediakan oleh Reto Stockli (NASA / GSFC).

Tucker dan rekannya di NASA, bersama dengan tim internasional, menggunakan citra satelit DigitalGlob untuk mendeteksi pohon individu resolusi tinggi dan mengukur ukuran tajuk. Gambar diambil dari satelit komersial QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2 dan WorldView-3. Kelompok ini berfokus pada daerah kering – daerah yang menerima curah hujan lebih sedikit setiap tahun daripada yang menguap dari tumbuhan – termasuk Gurun Sahara selatan yang gersang, yang membentang dari Daerah Sahel semi-kering dan subtropis lembab di Afrika Barat. . Menjelajahi berbagai lanskap dari beberapa pohon hingga kondisi hampir hutan, tim melatih algoritme komputer mereka untuk menemukan pohon dari berbagai jenis tanah, dari gurun utara hingga sabana pohon di selatan.

Belajar di tempat kerja

Tim tersebut menjalankan algoritme komputasi yang kuat yang disebut jaringan saraf yang sepenuhnya berbelit-belit (“pembelajaran mendalam”) di Blue Waters dari Universitas Illinois, salah satu superkomputer tercepat di dunia. Tim melatih model tersebut dengan menandai hampir 90.000 pohon individu di berbagai lahan, dan kemudian mengizinkan mereka untuk “mempelajari” bentuk dan bayangan yang menunjukkan keberadaan pohon.

Proses pengkodean data pelatihan memakan waktu lebih dari satu tahun, kata Martin Brandt, asisten profesor geografi di University of Copenhagen dan penulis utama studi tersebut. Brandt menandai sendiri 89.899 pohon dan membantu mengawasi pelatihan dan pengelolaan model. Ankit Karirya dari Universitas Bremen memimpin studi mendalam tentang pemrosesan komputer.

“Di satu mil tanah, katakanlah itu gurun, seringkali tidak ada pohon, tetapi program ingin menemukan pohon,” kata Brandt. “Dia akan menemukan batu dan mengira itu adalah pohon. Lebih jauh ke selatan, dia akan menemukan rumah-rumah yang terlihat seperti pepohonan. Tampaknya mudah, Anda mungkin berpikir – ada pohon, mengapa para model tidak tahu bahwa itu adalah pohon? Tetapi tantangan datang dengan tingkat detail seperti ini. Semakin banyak detailnya, semakin banyak tantangan yang akan datang. “

Menentukan jumlah pohon yang tepat di kawasan tersebut memberikan informasi penting bagi peneliti, pembuat kebijakan, dan konservasionis. Selain itu, perubahan ukuran dan kepadatan pohon dengan curah hujan (karena daerah yang lebih basah dan lebih padat mendukung pohon yang lebih banyak dan lebih besar) memberikan data penting untuk upaya konservasi lahan.


Layar dimulai pada skala global dan kemudian menunjukkan area yang diperiksa. Untuk menunjukkan bahwa ini adalah daerah kering, zona iklim ditunjukkan dengan menggunakan rata-rata curah hujan tahunan 1982-2017: daerah sangat terang (hujan 0-150 mm / tahun), kering (150-300 mm / tahun), semi-kering (300-600 mm) / tahun), sub-lembab (600-1000 mm / tahun). Kemudian kami memperbesar area semi-gersang Senegal hingga kami dapat melihat pohon satu per satu. Tampilan tersebut kemudian menampilkan bidang gambar pohon resolusi tinggi dan kemudian menghamparkan hasil pembelajaran mesin yang diisi dengan wilayah tajuk pohon untuk setiap pohon. Pohon-pohon tersebut kemudian akan dihitung. Permukaan pohon juga dibentuk oleh daerah tajuk pohon. Kami kemudian mengecilkan seluruh area studi dan melihat jumlah pohon dan total area. Kredit: Studio Ilmiah Visualisasi NASA

“Ada proses ekologi yang penting, tidak hanya di dalam, tetapi juga di hutan di luar,” kata Jesse Meyer, programmer NASA Goddard, yang memimpin pemrosesan di Blue Waters. “Untuk konservasi, restorasi, perubahan iklim dan keperluan lainnya, data tersebut sangat penting untuk dijadikan dasar. Dalam satu atau dua atau sepuluh tahun, studi ini dapat diulangi dengan data baru dan dibandingkan dengan data saat ini untuk melihat apakah upaya revitalisasi dan pengurangan deforestasi efektif. Ini memiliki implikasi yang cukup praktis. “

Setelah pengukuran program ketepatan Dibandingkan dengan data berkode manual dan data perdesaan regional, tim melakukan program di seluruh wilayah studi. Meyer dan Tucker mengatakan jaringan saraf telah mengidentifikasi lebih dari 1,8 miliar pohon.

“Berdasarkan dasar-dasar penghitungan pohon di makalah mendatang dalam seri ini, mereka akan memperluas area yang dipelajari dan mencari cara untuk menghitung kandungan karbonnya,” kata Tucker. Data yang sudah digunakan untuk mengukur tinggi hutan dan biomassa telah dikumpulkan oleh misi NASA untuk data seperti misi Investigasi Dinamika Ekosistem Global atau GEDI dan ICESat-2 atau Satelit Es, Awan, dan Ketinggian Tanah-2. Di masa depan, menggabungkan sumber data ini dengan kekuatan kecerdasan buatan dapat membuka peluang penelitian baru.

“Tujuan kami adalah untuk melihat berapa banyak karbon yang ada di pohon karbon terisolasi dan semi-kering di dunia,” kata Tucker. “Kemudian kita perlu memahami mekanisme yang mendorong penyimpanan karbon di daerah kering dan semi-kering. Mungkin informasi ini dapat digunakan untuk menyimpan lebih banyak karbon di vegetasi dengan mengekstraksi lebih banyak karbon dioksida dari atmosfer.”

“Dari perspektif siklus karbon, kawasan kering ini tidak terpetakan dengan baik, mengingat kepadatan pohon dan karbon,” kata Brandt. Ini adalah ruang putih di peta. Area kering ini sebagian besar terselubung. Ini karena satelit normal tidak melihat pepohonan; mereka melihat hutan, tetapi jika pohon itu diisolasi, mereka tidak dapat melihatnya. Kami sedang dalam perjalanan untuk mengisi titik-titik putih itu di peta. Dan itu sangat menarik. “

Referensi: Martin Brandt, Compton J. Tucker, Ankit Kariryaa, Kjeld Rasmussen, Christin Abel, Jennifer Small, Jerome Chave, Laura Vang Rasmussen, Pierre Hiernaux, Abdoul Aziz “Sejumlah besar pohon yang tak terduga” Diouf, Laurent Kergoat, Ole Mertz, Christian Igel, Fabian Gieseke, Johannes Schöning, Sizhuo Li, Katherine Melocik, Jesse Meyer, Scott Sinno, Eric Romero, Erin Glennie, Amandine Montagu, Morgane Dendoncker dan Rasmus Fensholt, 14 Oktober 2020, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2824-5

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.