Espandere la ricerca forestale con la tecnologia LiDAR terrestre

Perché le foreste 3D sono importanti per tutti

Le foreste fanno molto più che offrire paesaggi e legname: immagazzinano carbonio, raffreddano l’aria, ospitano la fauna selvatica e attenuano le estremità climatiche. Eppure molte delle decisioni che prendiamo su politiche climatiche, conservazione e uso del suolo si basano ancora su misure sorprendentemente semplici degli alberi. Questo articolo spiega come la tecnologia laser da terra — chiamata LiDAR terrestre — stia dando agli scienziati una visione tridimensionale radicalmente più dettagliata delle foreste, aiutandoli a costruire versioni digitali realistiche dei boschi e a seguire come disboscamento, incendi e cambiamento climatico le stanno rimodellando nel tempo.

Nuovi occhi sulla foresta

Per decenni satelliti e aeromobili hanno mappato le foreste dall’alto, rivelando dove crescono gli alberi e come cambiano nel tempo. Il LiDAR terrestre sposta il punto di osservazione al livello del suolo. Uno scanner su un treppiede emette impulsi laser rapidi e misura quanto tempo impiegano a tornare indietro da tronchi, rami, foglie e anche alberi caduti. Il risultato è una densa “nuvola di punti” che cattura l’esatta disposizione 3D del materiale vegetale. Rispetto alle misurazioni tradizionali con metro da campo o alle foto, queste scansioni sono più veloci, più dettagliate e meno soggette a bias, specialmente in terreni fitti o irregolari. I recenti progressi nell’hardware hanno reso gli scanner più piccoli, economici e rapidi, aprendo la porta a molti più gruppi di ricerca.

Costruire foreste digitali

Una volta raccolti, i punti LiDAR possono essere convertiti in alberi e popolamenti digitali realistici. Gli algoritmi avvolgono i punti in forme semplici — spesso cilindri corti — per ricostruire ogni ramo principale in quelli che vengono chiamati modelli di struttura quantitativa. Di fatto, gli scienziati possono pesare e misurare un albero senza abbatterlo, stimandone la quantità totale di legno e come questo legno è distribuito dal tronco ai rametti. Questi alberi digitali alimentano i “gemelli digitali”: versioni informatiche molto dettagliate delle foreste che possono essere usate per simulare come la luce si muove attraverso la chioma, come la fotosintesi risponde alle stagioni che cambiano o come le forme degli alberi emergono da genetica e ambiente. Questo livello di realismo aiuta a colmare il divario tra piccole parcelle di campo e osservazioni globali da satellite.

Riconsiderare gli inventari forestali

Il LiDAR terrestre sta anche trasformando il modo in cui contiamo e monitoriamo gli alberi su scale più ampie. Gli inventari forestali nazionali si basano tradizionalmente su persone che misurano diametri del tronco e altezze su parcelle campione. Il LiDAR può fornire quegli stessi numeri di base con precisione centimetrica, catturando contemporaneamente larghezza della chioma, volume della chioma, lo spazio che ogni albero occupa e quanto sono raggruppate le foglie. Poiché tutto questo è conservato in 3D, le scansioni vecchie possono essere rielaborate con nuovi algoritmi e le scansioni ripetute possono rivelare come tronchi, chiome e persino rami fini crescono o si deformano dopo diradamenti, tempeste o siccità. Questo quadro più ricco aiuta a perfezionare i modelli che convertono la dimensione degli alberi in volume di legno e carbonio e rivela differenze regionali e indotte dalla gestione che i metodi più vecchi spesso perdevano.

Vedere struttura, habitat e disturbi

Guardando oltre i singoli alberi, il LiDAR permette agli scienziati di quantificare come fogliame e rami occupano lo spazio in un intero popolamento. Possono misurare quanti strati ha una foresta, quanto la chioma è aperta o chiusa e quanto complessa è la struttura in altezza e larghezza. Questi schemi si rivelano strettamente legati a biodiversità e resilienza. Le chiome complesse tendono a sostenere più specie e possono continuare a produrre legno anche con l’invecchiamento della foresta. Mappe 3D dettagliate rivelano anche come disboscamento, incendi, frammentazione e grandi erbivori rimodellano le foreste. Studi hanno usato il LiDAR per mostrare che gli alberi ai margini della foresta amazzonica crescono in modo diverso e immagazzinano meno biomassa, che le cicatrici del taglio rimangono visibili nella struttura verticale per decenni e che gli incendi superficiali scolpiscono la vegetazione del sottobosco in modi che variano da sito a sito.

Sfide e prospettive

Nonostante le promesse, il LiDAR terrestre non è una sostituzione magica per gli strumenti semplici. Gli scanner di fascia alta restano costosi e il lavoro sul campo può essere rallentato da vento, pioggia e terreni impervi. L’elaborazione degli enormi volumi di dati richiede ancora software specializzati e competenze, e gli standard internazionali su come scansionare e condividere i dati stanno appena iniziando a emergere. Anche così, i progressi in corso nell’intelligenza artificiale, nei dataset condivisi e nelle reti coordinate stanno progressivamente abbassando queste barriere. Gli autori concludono che il LiDAR terrestre è già diventato una parte chiave della cassetta degli attrezzi globale per comprendere le foreste, offrendo il dettaglio strutturale necessario a collegare misure di campo, teoria ecologica e monitoraggio satellitare — e aiutando la società a gestire e proteggere le foreste in un mondo che cambia rapidamente.

Citazione: Maeda, E.E., Brede, B., Calders, K. et al. Expanding forest research with terrestrial LiDAR technology. Nat Commun 16, 8853 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63946-6

Parole chiave: LiDAR terrestre, struttura forestale, foreste digitali, disturbo forestale, stoccaggio del carbonio