GEDI: Ormanın Yüksekliğini Geri Dönen Işıktan Okumak

Bir ormana yukarıdan bakıldığında görülen örtü, ormanın bütün yapısı değildir. Aynı yeşil alanın altında yüksek ağaçlar, alçak bitkiler, açık boşluklar ve farklı zeminler bulunabilir. Bu iç düzeni anlamak için yalnız yüzeydeki rengi kaydetmek yetmez. GEDI adlı lazer ölçüm aracı, gönderdiği ışığın geri dönüşünü kullanarak ormanın düşey yapısını araştırır. Burada bilgi, yalnız ışığın geldiği anda değil, dönüş sinyalinin zaman boyunca aldığı biçimde de bulunur.

NASA’nın 1 Şubat 2019 tarihli araç açıklaması, bu ölçüm yaklaşımının gelişimini ve uzay istasyonundaki kullanımını anlatır. 24 Ocak 2020 tarihli veri duyurusu ise ilk halka açık verilerin 21 Ocak’ta yayımlandığını kaydeder. Bu yazı o tarihli kayıtları izliyor; 13 Ekim 2026 bilgi kesimi içinde kalan erken ölçüm yöntemi ve veri erişimi konu ediliyor. Eski açıklamalardaki görev beklentileri, bugün doğrulanmış toplam gözlem sayısı veya kesintisiz güncel çalışma durumu olarak kullanılmıyor. [1][2]

Karmaşık sinyalin taşıdığı yapı

NASA, Bryan Blair’in 1991’de uçaktan yapılan bir lidar denemesi sırasında ormanlar üzerinden aldığı karmaşık geri dönüşleri, sonraki gelişimin başlangıçlarından biri olarak anlatır. Düz veya çıplak yüzeyden beklenen basit dönüşün yerine, ağaçların farklı yüksekliklerdeki kısımları sinyale katkı yapıyordu. Bu karmaşıklık yalnız temizlenecek gürültü olarak değil, aşağıdaki yapıya ilişkin olası bilgi olarak görüldü. Sonraki araç geliştirme süreci bu bilgiyi ölçülebilir hale getirmeye yöneldi. [1]

Lidar, ışık gönderip geri gelen ışığı algılayarak uzaklık hakkında bilgi elde eden etkin bir ölçüm yöntemidir. GEDI’de gönderilen darbeler yapraklardan, dallardan ve zeminden yansıyabilir. Dönüşlerin zamanları, bu yüzeylerin araca göre farklı uzaklıklarda bulunmasıyla ilişkilidir. Fakat tek bir darbeden dönen bütün ışık, aynı anda ve aynı güçte gelmeyebilir. Sinyalin zamana göre değişen şekli, çeşitli yüksekliklerdeki katkıları birlikte taşıyan dalga biçimidir.

GEDI’nin farkı, dönüşün yalnız bir zaman noktasını kaydetmekle yetinmemesidir. NASA, dalga biçiminin yüzeylerin zemin üzerindeki dağılımını ortaya çıkardığını açıklar. Böylece tepe yüksekliğinin yanında, bitki örtüsünün içinde farklı seviyelere dağılan yapı hakkında da bilgi elde edilir. Bu, her yaprağın ayrı ayrı fotoğraflanması anlamına gelmez. Ölçü alanından toplanan geri dönüşün bileşimi, yapısal özelliklerin çıkarılmasında kullanılır. [1]

Zemin işareti neden önemlidir?

Ağaç tepesinin araca uzaklığı ile ağacın yüksekliği aynı sayı değildir. Yüksekliği zemine göre tanımlamak için alt yüzeyin de belirlenmesi gerekir. Orman örtüsünün içinden zemine ulaşıp geri gelebilen ışık bu nedenle önem taşır. NASA’nın 2020 açıklaması, bu zemin işaretinin kimi zaman çok zayıf olduğunu vurgular. Güçlü tepe dönüşünü görmek, aşağıdaki zeminin her ölçümde aynı güvenilirlikle seçilebildiğini garanti etmez. [2]

Buradaki örtünün içine bakma ifadesi, lazerin bütün yaprak ve dalları engel yokmuş gibi geçtiği anlamına gelmemelidir. Bazı ışık katkıları üst kısımlardan, bazıları daha alt seviyelerden gelir. Aracın duyarlılığı ve sinyalin yorumlanması, zayıf zemin katkısının ayrılmasında rol oynar. Dolayısıyla teknoloji yalnız güçlü ışık göndermekten ibaret değildir. Geri gelen zayıf bilgiyle üstteki baskın dönüşleri birlikte kullanabilecek ölçüm ve analiz düzeni gerektirir.

Üç lazerden sekiz iz

GEDI, Uluslararası Uzay İstasyonu’nun Japon Deney Modülü üzerinde bir yük olarak çalışacak biçimde kuruldu. Üç özel lazer kullanır; optik düzen, bunlardan sekiz yer izi oluşturur. NASA’nın açıklamasında iki lazerin ikişer, üçüncüsünün dört iz ürettiği belirtilir. Araç ayrıca belirli yer izlerine yönlendirilebilecek bir askı düzenine sahiptir. Böylece ölçü çizgilerinin dağılımı yalnız istasyonun rastgele altından geçen alanlara bırakılmaz. [1]

İstasyonun yörünge koşulları, ölçümün enlem aralığını belirler. Kaynak, yaklaşık 51,6 derece kuzey ile 51,6 derece güney arasındaki karaların örneklenebildiğini anlatır. Bu aralık tropikal ve ılıman ormanların geniş bölümünü kapsar; fakat kutuplara kadar bütün Dünya’yı kapsadığı anlamına gelmez. Aynı şekilde sekiz iz, aralarında hiç boşluk bulunmayan sürekli bir yüzey taraması değildir. Ölçümler bir örnekleme düzeni oluşturur; bütün alanın her noktası tek geçişte doğrudan ölçülmüş sayılamaz.

Uçak ölçümünden daha geniş erişime

Blair’in geliştirdiği uçak tabanlı Land, Vegetation and Ice Sensor, yani LVIS, bu yaklaşımın öncüllerinden biriydi. NASA, 1990’ların sonlarından itibaren kullanılan bu aracın hem orman örtüsü hem buz tabakaları için ölçüm sağladığını belirtir. Uçak platformu yalnız donanımı sınama fırsatı vermemiş, aynı zamanda veriyi yorumlamayı ve kullanmayı öğrenen bir araştırmacı topluluğu oluşturmuştur. Uzay aracının değeri bu önceki deneyimden bağımsız değildir. [1]

İstasyondan ölçüm, uçakla erişilmesi güç farklı alanlarda veri elde etmeye yardımcı olur. Buna karşılık uzaya taşınan düzenin kütle ve güç kullanımının verimli tutulması gerekir. Yerel bir uçak uygulamasında işe yarayan tekniği uzayda kullanmak, aynı cihazı değiştirmeden daha yükseğe koymak demek değildir. Lazerler, optik dağıtım ve yönlendirme birlikte daha geniş coğrafi örnekleme için düzenlenmiştir. Ölçüm yöntemiyle görev platformu birbirini tamamlayan iki mühendislik düzeyidir.

Geri dönüşten karbon hesabına geçerken

NASA’nın ilk veri duyurusu, yayımlanan paketin ilk sekiz haftalık veriyi içerdiğini bildirir. Çok sayıda gözlem, yapısal çeşitliliği incelemek için güçlü bir dayanak sağlar. Ancak gözlem sayısı, her çıkarımın doğrudan ölçüm olduğu anlamına gelmez. Dalga biçimleri ağaç tepesi, alt örtü ve zemin hakkında bilgi taşır; biyokütle ve karbon miktarı ise bu yapı bilgisi kullanılarak hesaplanır veya kestirilir. [2]

Bu ayrım önemlidir: cihaz lazer dönüşünden doğrudan karbon atomlarını saymaz. Orman yapısı, ağaç gövdeleri, dallar ve yapraklarda bulunan kütleyle ilgili değerlendirmeye katılır. Habitat ve biyolojik çeşitlilik araştırmaları da yapı verisini başka bilgilerle ilişkilendirir. GEDI’nin kendisi bütün hayvan türlerini tek tek tanıyan bir tarayıcı değildir. NASA, başka uydu verileriyle birleştirmenin geçmişteki değişimi ve gelecekteki olası değişimleri incelemeye katkısını ayrıca anlatır.

Verinin halka açılması bu nedenle önemli bir görev aşamasıdır. Araştırmacılar yalnız sonuç duyurusunu okumak yerine farklı alanlardaki ölçümleri kullanabilir, yöntemleri sınayabilir ve karşılaştırma yapabilir. 2020 açıklaması, verilerin uçak lidar ölçümlerine karşı kalibre edilmesinin ve algoritmaların geliştirilmesinin sürdürüleceğini de belirtir. Bu beklenti, bu yazıda bütün sonraki ürünlerin kusursuzlaştırıldığına dair doğrulama yerine kullanılmaz; veri üretiminden güvenilir çıkarıma geçişin neden devam eden çalışma olduğunu gösterir. [2]

Kaynakların desteklediği sonuç, GEDI’nin ormana ilişkin bakışı yalnız daha yüksek çözünürlüklü bir üst yüzey görüntüsüne indirgememektir. Geri dönen ışığın zaman içindeki dağılımı, düşey yapıyı araştırmak için farklı bir ölçü türü sağlar. Yörünge örneklemesi, zayıf zemin sinyali, uçakla kalibrasyon ve biyokütle modeli bu ölçünün kullanım koşullarıdır. Bu koşulları korumak, ormanların karbon döngüsündeki yerini anlamaya yardım eden teknolojiyi hem değerli hem doğru sınırlar içinde anlatmayı mümkün kılar.

Kaynaklar

[1] NASA/Goddard, “Innovative GEDI Instrument Now Gathering Forest Data”, 1 Şubat 2019. https://www.nasa.gov/technology/science-instruments/innovative-gedi-instrument-now-gathering-forest-data/

[2] NASA/Goddard, “NASA Forest Structure Mission Releases First Data”, 24 Ocak 2020. https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/goddard/nasa-forest-structure-mission-releases-first-data/