ردیابی کربن ۱۰ میلیارد درخت توسط ناسا

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما: یک گروه بین‌المللی از دانشمندان از جمله پژوهشگران ناسا با استفاده از تصاویر با وضوح بالای ماهواره‌های تجاری و هوش مصنوعی، حدود ۱۰ میلیارد درخت را در مناطق خشک آفریقا علامت‌گذاری کردند تا مقدار کربن خارج از جنگل‌های انبوه استوایی این قاره را تعیین کنند.

این پروژه منجر به نخستین برآورد جامع از تراکم کربن درختان در مناطق ساحل، صحرای بزرگ و سودان آفریقا شده است که گروه پژوهشگران آن یافته‌های خود را به تازگی در مجله Nature منتشر کرده و داده‌های آن به صورت رایگان برای عموم در دسترس است.

ساحل، منطقه‌ای است با اقلیم و تنوع زیستی مشابه که میان صحرای بزرگ آفریقا و ساوانای سودان قرار گرفته است. این منطقه در شمال آفریقا از اقیانوس اطلس تا دریای سرخ کشیده شده است. نام ساحل برگرفته از واژه عربی ساحل است و علت نامگذاری آن این است که مراتع این منطقه، چون ساحلی در کنار شن‌زار‌ها می‌مانند.

ساحل (از غرب به شرق) مناطقی از شمال سنگال، جنوب موریتانی، مرکز مالی، جنوب الجزیره و نیجر، مرکز چاد، جنوب سودان، شمال سودان جنوبی و اریتره را در برمی‌گیرد.

صحرای بزرگ آفریقا نیز بزرگ‌ترین صحرای گرم جهان است و با مساحتی معادل ۹ میلیون و ۲۰۰ هزار کیلومتر مربع در شمال آفریقا واقع شده است. حدود دو و نیم میلیون نفر در این ناحیه زندگی می‌کنند که بیشتر مردمان صحرانشین بخش‌هایی از کشور‌های موریتانی، مراکش و الجزایر هستند.

این بیابان بزرگ از غرب به اقیانوس اطلس، از شمال به کوه‌های اطلس و دریای مدیترانه، از سوی شرق به دریای سرخ و مصر و از جنوب به سودان و دره رود نیل محدود می‌شود. صحرای بزرگ، قاره آفریقا را به دو بخش تقسیم می‌کند به نام‌های شمال آفریقا و آفریقای سیاه. انسان در لبه‌های این صحرا به مدت ۵۰ هزار سال زیسته است و قدمت این صحرا را دو و نیم میلیون سال می‌دانند.

این صحرا، بزرگترین بیابان گرم جهان و سومین منطقه بی‌درخت بزرگ پس از جنوبگان و شمالگان است که مساحت آن با چین یا ایالات متحده قابل مقایسه است.

دما در صحرا در هنگام روز و در سایه به ۵۷ درجه سانتی‌گراد و هنگام شب به علت کمبود رطوبت دما به زیر صفر درجه سانتی‌گراد می‌رسد. بلندترین تپه‌های ماسه‌ای جهان در این بیابان وجود دارند که ارتفاع آن‌ها گاهی به ۴۳۰ متر نیز می‌رسد. هوا در شب‌های صحرای بزرگ آفریقا در حدود ۱۰ درجه زیر صفر است.

اکنون پژوهشگران دریافته‌اند که جمعیت درختان در سراسر منطقه نیمه خشک آفریقا بسیار بیشتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. با این حال، مقدار کربن ذخیره شده کمتر از پیش بینی چند مدل است.

پژوهشگران در پژوهش‌های تازه خود تخمین زدند که آفریقای خشک دارای حدود ۰.۸۴ پِنتا گرم کربن (۱ پنتا گرم برابر با ۱ میلیون متریک تن) است.

کامپتون تاکر، دانشمند زمین‌شناس در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا در مریلند و دانشمند ارشد این پروژه گفت: گروه ما، داده‌های کربن را تا سطح درختان در سراسر مناطق وسیع و نیمه خشک آفریقا یا جا‌های دیگر جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کرد؛ کاری که قبلا فقط در مقیاس‌های کوچک و محلی انجام می‌شد. تخمین‌های ماهواره‌ای گذشته از کربن درختان در زمین‌های خشک آفریقا اغلب درختچه‌ها و علف‌ها را با درختان اشتباه می‌گرفتند که همین منجر به پیش‌بینی بیش از حد کربن در آنجا شده بود.

کربن دائماً بین خشکی، اقیانوس، جو و فراتر از آن در نوسان است. در طول فرآیند فتوسنتز، درختان تمایل دارند گاز گلخانه‌ایِ کربن دی اکسید را از جو زمین حذف و آن را در برگ‌ها، شاخه‌ها، تنه و ریشه‌های خود ذخیره کنند. به همین دلیل است که افزایش پوشش درختان اغلب به عنوان راهی برای مقابله با انتشار روزافزون کربن پیشنهاد می‌شود.

قدرت یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی

به گفته پژوهشگران، هر چیزی که دارای تاجی سبز و برگدار و سایه مجاور باشد، می‌تواند به عنوان یک درخت تعریف شود. نرم‌افزار یادگیری ماشینی با استفاده از این تعریف می‌تواند درختان را در حین ابررایانش با ابررایانه بلو واترز (Blue Waters) در دانشگاه ایلینوی بشمارد.

هنگامی که نتایج یادگیری ماشینی با ارزیابی‌های انسانی مقایسه شد، مشاهده شد که میزان دقت رایانه‌ها در اندازه‌گیری مساحت تاج درختان ۹۶.۵ درصد است.

پژوهشگران در طول این پژوهش، از یادگیری ماشینی پیچیده و الگوریتم هوش مصنوعی برای بررسی حدود ۳۲۶ هزار تصویر ماهواره‌ای تجاری از ماهواره‌های GeoEye-۱، WorldView-۲، QuickBird-۲ و WorldView-۳ استفاده کردند.

 به نقل از ناسا، پژوهشگران این تصاویر را از طریق مرکز شبیه‌سازی آب و هوای ناسا به دست آوردند و از آن‌ها برای آماده‌سازی و سازماندهی برای یادگیری ماشینی استفاده کردند.