由俄勒岡州立大學(xué)林業(yè)學(xué)院研究員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)合作使用超高分辨率衛(wèi)星圖像開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，旨在提高氣候科學(xué)家估計(jì)亞馬遜地上碳儲(chǔ)量的能力。

研究結(jié)果發(fā)表在《碳平衡與管理》雜志上。

亞馬遜在南美洲占地超過2萬平方英里，是世界上最大的熱帶森林，盡管覆蓋了不到地球陸地面積的5%，但對(duì)地球起著巨大的生態(tài)作用。

地上生物質(zhì)中儲(chǔ)存的所有碳中有一半以上被封存在熱帶雨林中，熱帶雨林也是所有陸地物種的60%以上的家園。第二次生長和退化的森林現(xiàn)在比完整的森林覆蓋的面積更大，但科學(xué)家表示，熱帶森林退化的全部程度尚不完全清楚。

“熱帶森林對(duì)全球碳預(yù)算至關(guān)重要，火災(zāi)和選擇性伐木造成的森林退化在亞馬遜地區(qū)很普遍，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的俄勒岡州立大學(xué)地理空間科學(xué)家Ekena Rangel Pinagé說。“更重要的是，土地覆蓋分類存在很多不確定性 - 分類哪些區(qū)域已被砍伐，哪些區(qū)域已被燒毀，哪些是完整的森林，哪些是二次生長等。

Rangel Pinagé和美國林務(wù)局，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和科羅拉多州萊克伍德的數(shù)據(jù)科學(xué)公司Neptune and Company，Inc.的合作者使用商用衛(wèi)星生成超高分辨率或VHR圖像，像素比例為3平方米。相比之下，美國宇航局和美國地質(zhì)調(diào)查局長期合作的Landsat制作的衛(wèi)星圖像的分辨率為30平方米。

“我們還在飛機(jī)上使用激光傳感器來估計(jì)森林退化時(shí)損失了多少碳，”她說。“森林砍伐和森林退化都是大氣碳的重要來源。

科學(xué)家們在巴西亞馬遜地區(qū)的三個(gè)研究地點(diǎn)工作;其中兩個(gè)是完整森林與伐木區(qū)或燒毀地區(qū)的混合物，而第三個(gè)還包括一些已轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)的地塊。

通過結(jié)合VHR圖像和激光傳感器數(shù)據(jù)，研究人員可以將地上碳儲(chǔ)量的變化歸因于特定類型的森林退化，并確定有多少溫室氣體二氧化碳通過伐木或火災(zāi)事件釋放到大氣中。

“我們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法能夠在86%的時(shí)間內(nèi)區(qū)分退化的森林和完整的森林，”Rangel Pinagé說。“有時(shí)它將伐木的森林與完整的森林混淆，但它非常擅長識(shí)別燒毀區(qū)域。為了最準(zhǔn)確地確定森林退化對(duì)碳儲(chǔ)量的影響，我們的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為森林退化等級(jí) - 伐木或燃燒 - 具有不確定性，其相應(yīng)的碳儲(chǔ)量變化也是如此。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將這些不確定性納入模型導(dǎo)致三個(gè)測試地點(diǎn)中有兩個(gè)的平均碳密度估計(jì)值降低了6.5%。這意味著沒有考慮固有不確定性的早期估計(jì)可能過于樂觀。

該研究還表明，砍伐的森林含有與完整森林幾乎相同的碳量，但火災(zāi)可以使森林地區(qū)的碳含量減少多達(dá)35%。

“我們的研究結(jié)果表明，當(dāng)將生物量變化歸因于森林退化時(shí)，估計(jì)需要考慮不確定性，這是分配退化分類的一部分，”Rangel Pinagé說。“重要的是要充分了解森林退化對(duì)碳收支的影響以及再生可能產(chǎn)生的收益。

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