激光扫描仪帮助科学家发现热带森林吸碳能力正在减弱

亚马逊雨林常被称为“世界之肺”，它每年生产氧气并储存数十亿吨碳。这一发现来自于绘制植被在哪里排放和从大气中吸收二氧化碳的努力。地球上的树木和植物在光合作用过程中从大气中吸收了大量二氧化碳，并将其中的一些碳结合到木材等结构中。

吸收碳多于排放的区域称为“碳汇”（carbon sink）。但是植物也可以在呼吸、死亡植物腐烂或火灾燃烧等过程中排放出温室气体。当前，研究人员对森林等生态系统是否以及如何在日益变暖的世界中充当碳汇，特别感兴趣。

■南美洲亚马逊热带森林鸟瞰图（来源：美国农业部林务局）

此前，美国一组科学家对2000年至2019年世界各地的森林和热带稀树草原等植被区进行了长期研究。研究发现，20年间活的木本植物贡献了陆地80%以上的碳汇，其余部分则由土壤、落叶和腐烂的有机物所构成。但他们也发现，植被保留的碳比科学家最初认为的要少得多。

此外，研究人员还发现热带地区排放和吸收的碳总量，是温带地区和北方地区（最北端的森林）总和的4倍，但热带森林吸收大量碳的能力有所减弱。这种能力的下降是由于大规模森林砍伐、栖息地退化和气候变化影响，干旱和火灾也是其中的原因。

科学家们根据土地利用变化（如森林砍伐、栖息地退化和森林种植以及森林生长）绘制了碳汇图。他们分别使用美国宇航局ICESat上的地球科学激光高度计系统（GLAS）、Terra和Aqua 卫星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）等仪器，分析从太空收集的全球植被数据。该分析使用了一种机器学习算法，这也是研究人员首先使用激光扫描仪器在地面和空中收集植被数据。

估算植被区与大气之间有多少碳交换的其他方法包括查看特定区域有多少植物或森林，以及研究土地利用变化，将这些信息与碳排放估算相结合。但是这些方法具有空间或时间限制，研究团队试图用机器学习方法解决这些问题。

■显示了2000年至2019年间植被区域储存或排放的碳量的变化。绿色区域吸收的碳多于排放的碳，而粉红色和紫色区域释放的碳多于储存的碳。（图片来源：NASA/JPL-加州理工学院）

“了解植物在哪里吸收碳以及它们在哪里排放，这对于监测森林和其他植被区域如何应对气候变化非常重要。亚马逊被认为是一个重要的碳汇，因为大片原始森林吸收了二氧化碳，”喷气推进实验室首席科学家兼首席研究员Sassan Saatchi说，“然而研究结果表明，总体而言，亚马逊盆地在碳平衡方面正变得几乎中性，森林砍伐、退化以及气候变暖、频繁干旱和火灾都对热带森林向大气释放二氧化碳产生影响。”

Saatchi所在的团队基于从地面和远程收集的数据，更容易地跟踪植被区域的变化。他表示，这种预算分析帮助研究人员更好地了解世界各地的森林和其他植被区如何储存从大气中吸收的碳。之前的许多研究发现，世界各地的植被大量吸收了大气中的二氧化碳，给人的印象是全球森林在各地都在增长和变大，但事实并非如此。