NASA的GEDI太空激光为雨林树冠之谜提供答案

美国国家航空航天局（NASA）的空间激光器 GEDI 提供了一个突破性的、详细的世界热带雨林结构视图，使研究人员能够进一步了解这些复杂的生态系统。雨林树冠是世界上大多数物种生活的地方，我们对雨林树冠的了解还不如对火星表面或海底的了解。然而，由于美国国家航空航天局（NASA）的太空激光器 GEDI，这种情况即将发生改变，它首次提供了对世界雨林详细结构的洞察力。

最近发表在《环境研究生态学》（Environmental Research Ecology）杂志上的论文标题中写道："热带雨林主要是未分层的，尤其是在亚马孙地区和肥力较低或温度较高的地区。该论文由来自美国、英国和新加坡的研究人员撰写，北亚利桑那大学信息学、计算机和网络系统学院教授克里斯托弗-多蒂（Christopher Doughty）是该研究的第一作者，他认为这项研究对于进一步了解热带生态系统至关重要，而且早该进行。"

描述从 GEDI 获取的树冠信息的图表 资料来源：Nicolle Fuller 和 Chris Doughty

雨林结构的影响

Doughty 说："世界上大多数物种都生活在热带雨林中，其中大多数都在利用树冠，但我们却知之甚少。雨林结构很重要，因为它控制着动物如何获取资源和躲避捕食者，这些发现将帮助我们了解热带森林动物对气候变化的易感性。"

对森林树冠的研究已经走过了漫长的道路。早期的西方游客将热带森林描述为恐怖的真空（大自然憎恶真空），因为植被"急于用茎叶填满每一个可用的空间"。后来，科学家们开始研究热带森林，他们把茂盛的植物群分为森林层--上层树冠厚，中层树冠厚，中间一层薄。然而，这只是在少数几个研究得比较清楚的地方观察到的。大多数热带森林的结构仍不为人知。

进入 GEDI

GEDI 是美国国家航空航天局（NASA）用于生态系统调查的改变游戏规则的工具--全球生态系统动力学调查（Global Ecosystem Dynamics Investigation）。

新加坡国立大学（NUS）地理系教授、论文合著者唐浩说："GEDI 与许多其他卫星的一个关键区别在于它能测量三维树冠结构。"同时也是新加坡国立大学基于自然的气候解决方案中心首席研究员的唐浩补充说："传统卫星虽然能提供有关土地覆盖和冠层绿度的宝贵数据，但往往缺乏GEDI提供的详细垂直信息。这种垂直信息对于了解生态系统动态、碳储存和生物多样性至关重要，而这些信息无法从典型的卫星图像中轻易看到。"

NASA 的 GEDI 于 2018 年底发射，每天从国际空间站向地球森林发射数千次不可见激光。根据返回卫星的能量大小，它可以提供详细的三维地图，显示森林中树叶和树枝的位置以及它们随时间的变化情况。这将有助于研究人员了解森林储存的生物质和碳的数量，以及它们在受到干扰时损失的数量--这些信息对于了解地球的碳循环及其变化情况至关重要。

研究结果和影响

Doughty、Tang 和论文的其他作者分析了所有热带森林的 GEDI 数据，发现热带森林的结构比以前想象的要简单，暴露在阳光下的程度也更高。数据还显示，大多数热带森林（80%的亚马逊森林、70%的东南亚森林和刚果盆地森林）的叶片数量在15米处达到顶峰，而不是在树冠顶端，这推翻了早期研究人员提出的树冠顶端最饱满的理论。虽然森林各不相同，但一个在各种情况下似乎都保持不变的关键发现是，偏离更理想的条件（如更低的肥力或更高的温度）会导致森林更短、分层更少、生物量更低。

Doughty说："看到这种结构类型占主导地位确实令人吃惊，因为它与我们在有关这一主题的经典教科书中学到的知识不同。这些发现不仅有助于我们了解生活在雨林树冠中的数百万物种如何适应不断变化的气温，还有助于我们了解这些森林的碳储量以及它们应对气候变化的能力。"