Des scientifiques du Goddard Area Flight Heart de la NASA à Greenbelt, Maryland, et des collaborateurs internationaux ont démontré une nouvelle méthode pour cartographier l’emplacement et la taille des arbres poussant en dehors des forêts, découvrir des milliards d’arbres dans les régions arides et semi-arides et jeter les bases pour additionally de précision mesure globale du stockage du carbone sur terre.




À l’aide de puissants superordinateurs et d’algorithmes d’apprentissage automatique, l’équipe a cartographié le diamètre de la couronne – la largeur d’un arbre vue d’en haut – de plus de 1,8 milliard d’arbres sur une superficie de as well as de 500 000 miles carrés, soit 1 300 000 kilomètres carrés. L’équipe a cartographié la façon dont le diamètre, la couverture et la densité des cimes des arbres variaient en fonction des précipitations et de l’utilisation des terres.

Une étude sur le calcul intensif inaugure la cartographie des arbres et la recherche sur le carbone

La cartographie des arbres non forestiers à ce niveau de détail prendrait des mois ou des années avec les méthodes d’analyse traditionnelles, a déclaré l’équipe, contre quelques semaines pour cette étude. L’utilisation d’images à très haute résolution et d’une puissante intelligence artificielle représente une avancée technologique pour cartographier et mesurer ces arbres. Cette étude est destinée à être la première d’une série d’articles dont le but n’est pas seulement de cartographier les arbres non forestiers sur une vaste zone, mais aussi de calculer la quantité de carbone qu’ils stockent – des informations vitales pour comprendre le cycle du carbone de la Terre et remark cela transform avec le temps.




Mesurer le carbone dans les arbres

Le carbone est l’un des principaux éléments constitutifs de toute vie sur Terre, et cet élément circule entre la terre, l’atmosphère et les océans by using le cycle du carbone. Certains processus naturels et activités humaines libèrent du carbone dans l’atmosphère, tandis que d’autres le tirent hors de l’atmosphère et le stockent sur terre ou dans l’océan. Les arbres et autres végétaux verts sont des « puits » de carbone, ce qui signifie qu’ils utilisent le carbone pour la croissance et le stockent hors de l’atmosphère dans leurs troncs, branches, feuilles et racines. Les activités humaines, comme brûler des arbres et des combustibles fossiles ou défricher des terres boisées, libèrent du carbone dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone, et les concentrations croissantes de dioxyde de carbone atmosphérique sont une des principales leads to du changement climatique.

Les experts en conservation qui travaillent pour atténuer le changement climatique et d’autres menaces environnementales ciblent la déforestation depuis des années, mais ces attempts n’incluent pas toujours les arbres qui poussent hors des forêts, a déclaré Compton Tucker, scientifique principal en biosphère à la Division des sciences de la Terre de la NASA Goddard. Non seulement ces arbres pourraient être des puits de carbone importants, mais ils contribuent également aux écosystèmes et aux économies des populations humaines, animales et végétales voisines. Cependant, de nombreuses méthodes actuelles pour étudier la teneur en carbone des arbres n’incluent que les forêts, pas les arbres qui poussent individuellement ou en petits groupes.

Tucker et ses collègues de la NASA, en collaboration avec une équipe internationale qui étaient suffisamment haute résolution pour repérer les arbres individuels et mesurer la taille de leur couronne. Les images provenaient des satellites commerciaux QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2 et WorldView-3. L’équipe s’est concentrée sur les régions arides – zones qui reçoivent moins de précipitations que ce qui s’évapore des plantes chaque année – y compris le côté sud aride du désert du Sahara, qui s’étend à travers la zone semi-aride du Sahel et dans les sous-tropiques humides de Afrique de l’Ouest. En étudiant une variété de paysages allant de quelques arbres à des ailments presque boisées, l’équipe a formé ses algorithmes de calcul pour reconnaître les arbres sur divers kinds de terrain, des déserts du nord aux savanes arborées du sud.

Apprendre sur le tas

L’équipe a exécuté un puissant algorithme informatique appelé réseau neuronal entièrement convolutif (« apprentissage en profondeur ») sur Blue Waters de l’Université de l’Illinois, l’un des supercalculateurs les furthermore rapides au monde. L’équipe a formé le modèle en marquant manuellement près de 90 000 arbres individuels sur une variété de terrains, puis en lui permettant « d’apprendre » quelles formes et ombres indiquaient la présence d’arbres.

Le processus de codage des données de development a pris furthermore d’un an, a déclaré Martin Brandt, professeur adjoint de géographie à l’Université de Copenhague et auteur principal de l’étude. Brandt a marqué les 89 899 arbres par lui-même et a aidé à superviser la formation et à faire fonctionner le modèle. Ankit Kariryaa de l’Université de Brême a dirigé le développement du traitement informatique d’apprentissage en profondeur.

« Dans un kilomètre de terrain, disons que c’est un désert, il n’y a souvent pas d’arbres, mais le programme veut trouver un arbre », a déclaré Brandt. « Il trouvera une pierre, et pensera que c’est un arbre. Additionally au sud, il trouvera des maisons qui ressemblent à des arbres. Cela semble facile, pensez-vous – il y a un arbre, pourquoi le modèle ne devrait-il pas savoir que c’est un arbre ? Mais les défis viennent avec ce niveau de détail. As well as il y a de détails, furthermore il y a de défis.  »

L’établissement d’un dénombrement précis des arbres dans cette zone fournit des informations vitales aux chercheurs, aux décideurs et aux défenseurs de l’environnement. En outre, mesurer la façon dont la taille et la densité des arbres varient en fonction des précipitations – avec des régions in addition humides et in addition peuplées abritant des arbres furthermore nombreux et in addition grands – fournit des données importantes pour les efforts de conservation sur le terrain.

« Il y a des processus écologiques importants, non seulement à l’intérieur, mais aussi à l’extérieur des forêts », a déclaré Jesse Meyer, un programmeur à la NASA Goddard qui a dirigé le traitement sur Blue Waters.