Studiare e monitorare gli ecosistemi del nostro pianeta è ormai fondamentale per combattere i cambiamenti climatici e ridefinire il rapporto tra uomo e ambiente: in questa partita gli alberi giocano un ruolo essenziale, soprattutto nelle zone aride del mondo. E proprio loro sono i protagonisti di uno studio pubblicato su Nature in cui, attraverso l’utilizzo di numerose immagini satellitari, è stato possibile mappare la posizione e la dimensione della chioma degli alberi presenti nella parte occidentale del Sahara, nel Sahel e nelle aree subumide.
Photo: NASA's Scientific Visualization Studio; Blue Marble data is courtesy of Reto Stockli (NASA/GSFC)
Per la mappatura, i ricercatori hanno utilizzato più di 50mila immagini ad alta risoluzione, provenienti dai satelliti e raccolte tra il 2015 e il 2018, riuscendo a coprire una superficie di circa 1,3 milioni di km². Nato dalla collaborazione tra l’università di Copenhagen e il NASA Goddard Space Flight Center, lo studio è riuscito a individuare più di 1,8 miliardi di singoli alberi non forestali, cioè che crescono al di fuori delle foreste: questo “censimento” è particolarmente utile per monitorare sia la variazione degli alberi in base ai fenomeni climatici, sia il livello di stoccaggio del carbonio, in particolare nelle zone aride o semi-aride del pianeta.
L’utilizzo di immagini ad alta risoluzione e dell’intelligenza artificiale ha permesso al team di ricercatori di ottenere una mappatura con un livello del dettaglio elevato: per fare ciò, tuttavia, è stato necessario creare un algoritmo ad hoc. Attraverso la tecnica del deep learning, i ricercatori hanno sviluppato un algoritmo di calcolo basato su 90.000 modelli di alberi singoli disegnati manualmente e poi inserito all’interno del Blue Waters, uno dei computer più veloci al mondo attivo nell’università dell’Illinois. Grazie a questo passaggio, è stato possibile all’algoritmo di identificare gli alberi in base al colore e alla forma.
Le immagini provengono dagli scatti dei satelliti commerciali QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2 e WorldView-3, appartenenti all’azienda statunitense DigitalGlobe, che si occupa di immagini spaziali e telerilevamento civile da remoto. Nonostante i ricercatori si siano concentrati maggiormente sul bioma arido, le immagini rilevate prendono in considerazione più aree, in base al gradiente di pioggia, dall’iperarido al subumido.
Le informazioni ottenute dalla mappatura sono, come detto all’inizio, essenziali per comprendere e analizzare i cambiamenti del nostro pianeta ma questo studio pone l’accento anche su un altro importante dato. Fino a oggi, la ricerca si è interessata maggiormente alle foreste, tralasciando spesso gli alberi singoli appartenenti ai biomi aridi che rappresentano un importante mezzo di sussistenza per le popolazioni presenti, in rapido aumento, e per la fauna, oltre a essere dei significativi serbatoi di carbonio.
Photo: NASA's Scientific Visualization Studio
Lo studio dimostra come la combinazione di immagini satellitari di altissima qualità e il deep learning potrebbe diventare la base per estendere questo tipo di analisi a livello mondiale. I dati dello studio serviranno, secondo i ricercatori, a comprendere meglio i biomi aridi e come l’essere umano e i cambiamenti climatici abbiano influenzato la distribuzione di alberi in questo particolare ambiente. Inoltre, quando si parla di ecosistemi è necessario tenere in considerazione come questo tipo di vegetazione incide sull’agricoltura, prendendo in causa anche il contenuto nutrizionale delle colture e la sicurezza alimentare.
Altro elemento di rilievo è la conoscenza dei singoli alberi che secondo lo studio permette di migliorare il monitoraggio a lungo termine della deforestazione del pianeta, contribuendo a implementare le politiche di utilizzo del suolo che mirino a proteggere e a ripristinare gli alberi vittime del degrado e dei cambiamenti climatici.
