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首次：使用激光技術測量世界上著名的大樹的生物量

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2020年11月21日 -
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江蘇激光產業創新聯盟激光技術首次被用來測量 加州巨大的紅杉樹的體積和生物量,這是倫敦大學學院首次進行的記錄備注:(University College London,倫敦大學學院,簡寫為UCL)這一先進的技術發表在<Scientific Reports>期刊上,為我們提供了前所未有的關於樹木的3D結構，幫助科學家來估計碳是如何吸收和如何隨著氣候的變化而如何變化的．加州巨大的紅杉樹油畫創作者：Albert Bierstadt備注:該畫創作年代：1874 ;風格：Luminism ;體裁：風景畫材質：布面油畫 ;現位於：Berkshire Museum, Pittsfield, MA, US ;實際尺寸：133.35 x 109.22 cm來自倫敦大學學院地球科學專業的教授 Mat Disney,這一研究的第一作者,說到,巨大的樹木可以用不成比例的重要來形容,不管是從地上部生物量(above ground biomass (AGB))還是其碳的儲存量的角度來說,這類樹木對生態平衡系統的廣泛而深刻的影響角度來說,均是如此.同時,這些樹木也是非常難以進行測量的,屬於測量領域未被充分代表的部分和地上生物量不被充分研究的部分.研究人員首次展示了詳細的3D 地面激光掃描(terrestrial laser scanning (TLS))來評估巨大的海岸紅杉(Sequoia sempervirens, 北美紅杉)地上部生物量(above ground biomass (AGB)),從北加利福利亞的三個不同的區域進行了測量,在一定程度上代表了地球上生物量最高的生態系統.3D 地面激光掃描（Terrestrial Laser Scanning (TLS)） 實物圖及其測量地形和樹木的結果這一研究成果的貢獻在於日益受到重視的氣候變化的研究方面取得了新的進展。 Disney教授補充說到：氣候科學中的巨大問題在於不斷增加的CO2的排放量問題，是否以及在哪裏，更多的樹木可以被栽種和如何最大限度的保護現有的森林。 為了回答這些問題，科學家們首先需要理解碳是如何在不同的生物物種中進行儲存的。 評估非常巨大的樹木的尺寸及其生物量是一個極端困難的任務。 在以前，樹木只有在被砍伐之後才能被稱量，或者采用非直接的辦法來進行評估，如遠程傳感或通過人工的辦法測量樹幹直徑進行按照比例放大或縮小來進行，以上兩種方法都潛在的存在誤差幅度大的問題。 同NASA的同事一起進行研究，以及在NASA的碳監控系統項目的支持下，研究人員使用地基激光測量系統來創建了加州巨大的紅杉樹的詳細的3D地圖。 NASA的新的空間激光發射，GEDI,，是一種從空間對森林的碳進行圖形化（空間地圖）的一種技術。 並且 GEDI團隊使用Disney教授的工作來測試和提高他們測量時所使用的模型。 這些樹木的測量掃描包括88米高的獨立的阿姆斯特朗樹（ Colonel Armstrong tree），其樹木的直徑為3.39米，其質量大約為110噸，相當於10個雙層巴士的質量。 研究人員還比較了同地面激光掃描(terrestrial laser scanning (TLS))所估計的結果同其他技術測量的結果，發現他們采用3D勾繪樹冠投影圖　（3D crown mapping），是美國植物學家Stephen C. Sillett　發展的一種先進技術，這是一種攀岩專家按照一定的比例，手工的記錄巨大紅杉樹的詳細的高度和質量的一種技術。 Disney教授的團隊發現他們的AGB所估計的結果在3D勾繪樹冠投影圖　（3D crown mapping）的２％的誤差範圍內。 關鍵性地，他們同時也發現這兩個3D技術均表明這些巨大的樹木比目前的間接方法所估計的結果，其質量要至少高出30% 。 研究人員同時推薦激光技術和3D勾繪樹冠投影圖（3D crown mapping），可以用來提供互補的，獨立的3D測量結果。 助理教授 Laura Duncanson（系NASA和美國馬裏蘭大學的地球科學研究人員），論文的最後一名作者，同時是NASA GEDI的科學團隊成員，說到，估計巨大樹木的生物量對量化他們的碳循環是至關重要的，尤其是在地球的最富碳的森林中。 這一激動人心的概念性研究的結果展示了使用該技術對巨大樹木進行測量的潛在優勢，我們下一步的工作就是將拓展在全球的範圍內，期望可以提高GEDI在全世界範圍內的高碳密度的森林中的生物量的評估。 這一研究工作得到了NASA和自然環境研究委員會和倫敦大學學院的資助。 文章來源: “New 3D measurements of large redwood trees for biomass and structure” by Mathias Disney, Andrew Burt, Phil Wilkes, John Armston and Laura Duncanson, 15 October 2020, Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-020-73733-6參考資料：VERIS，Estimation of aboveground biomass of large tropical trees with terrestrial LiDARJose Gonzalez de Tanago Alvaro Lau Harm Bartholomeus Martin Herold Valerio Avitabile Pasi Raumonen Christopher Martius Rosa C. Goodman Mathias Disney Solichin Manuri Andrew Burt Kim Calders，First published: 25 September 2017 https://doi.org/10.1111/2041-210X.12904備注:生物有機體的重量稱為生物量
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江蘇激光產業創新聯盟

激光技術首次被用來測量加州巨大的紅杉樹的體積和生物量,這是倫敦大學學院首次進行的記錄

備注
:(University College London,倫敦大學學院,簡寫為UCL)

這一先進的技術發表在<Scientific Reports>期刊上,為我們提供了前所未有的關於樹木的3D結構，幫助科學家來估計碳是如何吸收和如何隨著氣候的變化而如何變化的
．

加州巨大的紅杉樹油畫創作者：Albert Bierstadt

備注
:該畫創作年代：1874 ;風格：Luminism ;體裁：風景畫

材質：布面油畫 ;現位於：Berkshire Museum, Pittsfield, MA, US ;實際尺寸：133.35 x 109.22 cm

來自倫敦大學學院地球科學專業的教授 Mat Disney,這一研究的第一作者,說到,巨大的樹木可以用不成比例的重要來形容,不管是從地上部生物量(above ground biomass (AGB))還是其碳的儲存量的角度來說,這類樹木對生態平衡系統的廣泛而深刻的影響角度來說,均是如此.同時,這些樹木也是非常難以進行測量的,屬於測量領域未被充分代表的部分和地上生物量不被充分研究的部分.

研究人員首次展示了詳細的3D 地面激光掃描(terrestrial laser scanning (TLS))來評估巨大的海岸紅杉(Sequoia sempervirens, 北美紅杉)地上部生物量(above ground biomass (AGB)),從北加利福利亞的三個不同的區域進行了測量,在一定程度上代表了地球上生物量最高的生態系統.

3D 地面激光掃描（Terrestrial Laser Scanning (TLS)）實物圖及其測量地形和樹木的結果

這一研究成果的貢獻在於日益受到重視的氣候變化的研究方面取得了新的進展。

Disney教授補充說到：氣候科學中的巨大問題在於不斷增加的CO2的排放量問題，是否以及在哪裏，更多的樹木可以被栽種和如何最大限度的保護現有的森林。為了回答這些問題，科學家們首先需要理解碳是如何在不同的生物物種中進行儲存的
。

評估非常巨大的樹木的尺寸及其生物量是一個極端困難的任務。在以前，樹木只有在被砍伐之後才能被稱量，或者采用非直接的辦法來進行評估，如遠程傳感或通過人工的辦法測量樹幹直徑進行按照比例放大或縮小來進行，以上兩種方法都潛在的存在誤差幅度大的問題。

同NASA的同事一起進行研究，以及在NASA的碳監控系統項目的支持下，研究人員使用地基激光測量系統來創建了加州巨大的紅杉樹的詳細的3D地圖
。NASA的新的空間激光發射，GEDI,，是一種從空間對森林的碳進行圖形化（空間地圖）的一種技術。並且 GEDI團隊使用Disney教授的工作來測試和提高他們測量時所使用的模型。

這些樹木的測量掃描包括88米高的獨立的阿姆斯特朗樹（ Colonel Armstrong tree），其樹木的直徑為3.39米，其質量大約為110噸，相當於10個雙層巴士的質量。

研究人員還比較了同地面激光掃描(terrestrial laser scanning (TLS))所估計的結果同其他技術測量的結果，發現他們采用3D勾繪樹冠投影圖　（3D crown mapping），是美國植物學家Stephen C. Sillett　發展的一種先進技術，這是一種攀岩專家按照一定的比例，手工的記錄巨大紅杉樹的詳細的高度和質量的一種技術。

Disney教授的團隊發現他們的AGB所估計的結果在3D勾繪樹冠投影圖　（3D crown mapping）的２％的誤差範圍內。關鍵性地，他們同時也發現這兩個3D技術均表明這些巨大的樹木比目前的間接方法所估計的結果，其質量要至少高出30% 。

研究人員同時推薦激光技術和3D勾繪樹冠投影圖
（3D crown mapping），可以用來提供互補的，獨立的
3D測量結果
。

助理教授 Laura Duncanson（系NASA和美國馬裏蘭大學的地球科學研究人員），論文的最後一名作者，同時是NASA GEDI的科學團隊成員，說到，估計巨大樹木的生物量對量化他們的碳循環是至關重要的，尤其是在地球的最富碳的森林中。這一激動人心的概念性研究的結果展示了使用該技術對巨大樹木進行測量的潛在優勢，我們下一步的工作就是將拓展在全球的範圍內，期望可以提高GEDI在全世界範圍內的高碳密度的森林中的生物量的評估。

這一研究工作得到了NASA和自然環境研究委員會和倫敦大學學院的資助。

文章來源: “New 3D measurements of large redwood trees for biomass and structure” by Mathias Disney, Andrew Burt, Phil Wilkes, John Armston and Laura Duncanson, 15 October 2020, Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-020-73733-6

參考資料：VERIS，Estimation of aboveground biomass of large tropical trees with terrestrial LiDAR

Jose Gonzalez de Tanago Alvaro Lau Harm Bartholomeus Martin Herold Valerio Avitabile Pasi Raumonen Christopher Martius Rosa C. Goodman Mathias Disney Solichin Manuri Andrew Burt Kim Calders，First published: 25 September 2017 https://doi.org/10.1111/2041-210X.12904

備注:生物有機體的重量稱為生物量